DE112015003849T5

DE112015003849T5 - Partikelsensor

Info

Publication number: DE112015003849T5
Application number: DE112015003849.3T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Motomura; Norimasa Osawa; Toshiya Matsuoka; Takeshi Sugiyama; Keisuke Tashima
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2017-05-04
Anticipated expiration: 2035-08-22
Also published as: JP6626435B2; DE112015003849B4; US10209173B2; JPWO2016027894A1; WO2016027894A1; US20170045435A1

Abstract

Ein Partikelsensor (10, 310) enthält ein inneres Metallelement (20, 320), welches auf einem ersten Potenzial (PV1) gehalten wird und welches ein Gaseinleitungsrohr (25) aufweist, in das ein zu messendes Gas (EG) eingeleitet wird; ein röhrenförmiges äußeres Metallelement (70, 370), welches den radial äußeren Umfang des inneren Metallelementes umgibt und an eine Gasstromleitung (EP) angebracht ist, um so auf einem Massepotenzial gehalten zu werden; und einen isolierenden Abstandshalter (100, 400), welcher zwischen dem inneren Metallelement und dem äußeren Metallelement eingefügt ist, um diese so elektrisch voneinander zu isolieren, und welches einen rohrförmigen Gaskontaktabschnitt (101s, 400s) aufweist, der in dem Inneren des Gasstromrohres freiliegt und mit dem zu messenden Gas in Kontakt kommt. Der isolierende Abstandshalter weist eine Heizung (105, 405) zum Erhitzen des Gaskontaktabschnitts auf, und die Heizung enthält einen wärmeerzeugenden Widerstand (106, 406), welcher in dem isolierenden Abstandshalter eingefügt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Partikelsensor, welcher an ein metallenes Gasstromrohr angebracht ist, durch das ein zu messendes Gas strömt, das Partikel enthält, und welcher ein inneres Metallelement umfasst, das ein Gaseinleitungsrohr aufweist, durch das das zu messende Gas eingeleitet wird.
Hintergrund
In einem Verbrennungsmotor (z. B. Dieselmotor oder Benzinmotor) kann das Abgas davon Partikel, wie etwa Ruß, enthalten. Solch Partikel enthaltendes Abgas wird durch Sammlung der Partikel mittels eines Filters gereinigt. Außerdem wird, falls nötig, der Filter auf eine hohe Temperatur erhitzt, um so, durch Verbrennen, an dem Filter angesammelte Partikel zu entfernen. Jedoch wird im Falle einer Beschädigung des Filters oder eines ähnlichen Problems unreines Abgas direkt hinter dem Filter ausgestoßen. Somit steigt der Bedarf an einem Partikelsensor, welcher fähig ist, die in dem Abgas enthaltene Menge Partikel zu detektieren, um die in dem Abgas enthaltene Menge Partikel direkt zu messen und Fehlfunktionen des Filters zu detektieren.
Solch ein Partikelsensor umfasst z. B. ein inneres Metallelement, welches ein Gaseinleitungsrohr aufweist, ein äußeres Metallelement und einen isolierenden Abstandshalter. Das innere Metallelement wird auf einem ersten Potenzial gehalten, welches sich von einem Massepotenzial unterscheidet, und ist angepasst, um Abgas in das Gasstromrohr einzuleiten. Das äußere Metallelement ist ein röhrenförmiges Element, welches den radial äußeren Umfang des inneren Metallelements umgibt und welches an ein Abgasrohr angebracht ist, um dadurch auf dem Massepotenzial gehalten zu werden. Der isolierende Abstandshalter ist ein röhrenförmiges Element, welches zwischen dem inneren Metallelement und dem äußeren Metallelement eingefügt ist, sodass diese elektrisch voneinander isoliert sind. Ein Abschnitt (Gaskontaktabschnitt) des isolierenden Abstandshalters ist in dem Inneren des Gasstromrohrs freigelegt, um mit dem Abgas, das durch das Abgasrohr strömt, in Kontakt zu kommen. Solch ein Partikelsensor ist offenbart in z. B. Patentdokument 1.
Dokumente des Standes der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische, offengelegte Patentanmeldung (kokai) Nr. 2014-10099

Zusammenfassung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösendes Problem
Der isolierende Abstandshalter birgt jedoch darin ein Problem, weil, wie oben erwähnt, der Gaskontaktabschnitt mit Abgas, welches durch das Abgasrohr strömt, in Kontakt ist und dadurch in dem Abgas enthaltene fremde Substanzen (z. B. Ruß und Wassertropfen) an dem Gaskontaktabschnitt haften bleiben können. Anhaftungen solcher fremder Substanzen an dem Gaskontaktabschnitt verursachen eine Verschlechterung der Isolierung des isolierenden Abstandshalters; und entsprechend kann eine Verschlechterung der Isolierung zwischen dem inneren Metallelement, welches auf dem ersten Potenzial gehalten wird, und dem äußeren Metallelement, welches auf dem Massepotenzial gehalten wird, möglicherweise zu einem Fehler führen, die Menge der in dem Abgas enthaltenen Partikel genau zu detektieren.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die gegenwärtige Situation getätigt, und ein Ziel der Erfindung ist es, einen Partikelsensor zur Verfügung zu stellen, der eine Verschlechterung der Isolierung des zwischen dem äußeren Metallelement und dem inneren Metallelement, welches das Gaseinleitungsrohr aufweist, eingefügten isolierenden Abstandshalters beschränkt, um dadurch fähig zu sein, die in einem zu messenden Gas enthaltene Menge Partikel genau detektieren zu können.
Mittel zur Lösung des Problems
Eine Weise der vorliegenden Erfindung zur Lösung des oben beschriebenen Problems ist ein Partikelsensor, welcher an ein metallenes Gaststromrohr angebracht ist, durch welches ein zu messendes, Partikel enthaltendes Gas strömt, und das auf einem Massepotenzial gehalten wird, wobei der Partikelsensor ein inneres Metallelement umfasst, welches auf einem ersten Potenzial gehalten wird, das sich von dem Massepotenzial unterscheidet, und welches ein Gaseinleitungsrohr aufweist, in das das zu messende Gas eingeleitet wird und der Partikelsensor zusätzlich ein röhrenförmiges äußeres Metallelement umfasst, welches einen radial äußeren Umfang des inneren Metallelements umgibt und welches an das Gasstromrohr angebracht ist, um so auf dem Massepotenzial gehalten zu werden; und einen rohrförmigen isolierenden Abstandshalter, welcher zwischen dem inneren Metallelement und dem äußeren Metallelement eingefügt ist, sodass diese elektrisch voneinander isoliert sind, und der einen rohrförmigen Gaskontaktabschnitt aufweist, welcher in dem Inneren des Gasstromrohrs freiliegt, um mit dem zu messenden Gas, welches durch das Gasstromrohr strömt, in Kontakt zu kommen. Der isolierende Abstandshalter weist eine Heizung zum Erhitzen des Gaskontaktabschnitts auf, und die Heizung enthält einen wärmeerzeugenden Widerstand, welcher in dem isolierenden Abstandshalter eingefügt ist.
Entsprechend diesem Partikelsensor weist der isolierende Abstandshalter die Heizung auf, welche den Gaskontaktabschnitt erhitzen kann. Somit können, selbst wenn fremde Substanzen (Ruß und Wassertropfen), welche in einem zu messenden Gas an dem Gaskontaktabschnitt haften bleiben, die fremden Substanzen durch Aktivierung der Heizung entfernt (verdunstet oder verbrannt) werden. Deshalb kann dieser Partikelsensor die Isolierung des isolierenden Abstandshalters, welcher zwischen dem äußeren Metallelement, das auf dem Massepotenzial gehalten wird und dem inneren Metallelement, das das Gaseinleitungsrohr aufweist und auf dem ersten Potenzial gehalten wird, eingefügt ist, wiederherstellen oder beibehalten, und kann somit die in dem zu messenden Gas enthaltene Menge Partikel richtig detektieren. Außerdem kann dieser Partikelsensor, da der wärmeerzeugende Widerstand, welcher als hitzeerzeugender Abschnitt der Heizung dient, in dem isolierenden Abstandshalter eingefügt ist, einen Fehler, die Heizung in geeigneter Weise mit Energie zu versorgen und eine Verschlechterung des wärmeerzeugenden Widerstandes, was ansonsten aus der Anhaftung von fremden Substanzen, wie z. B. Ruß, an dem wärmeerzeugenden Widerstand resultiert, beschränken. Daher kann das Erhitzen durch die Heizung auch im Falle einer Nutzung des Partikelsensors über einen längeren Zeitraum gut aufrechterhalten werden.
Wie oben erwähnt, ist der „isolierende Abstandshalter” konfiguriert, um einen Abschnitt (Gaskontaktabschnitt) aufzuweisen, welcher im Inneren des Gasstromrohres freiliegt, um dort mit dem zu messenden Gas in Kontakt zu kommen. Insbesondere ist der isolierende Abstandshalter so konfiguriert, dass der „Gaskontaktabschnitt” teilweise oder ganz radial innerhalb der inneren Umfangsfläche des Gasstromrohres liegt. Alternativ kann der isolierende Abstandshalter so konfiguriert werden, dass sich der „Gaskontaktabschnitt” dem Inneren des Gasstromrohres gegenüber, aber vollständig radial außerhalb der inneren Umfangsfläche des Gasstromrohres befindet.
Der oben beschriebene Partikelsensor ist vorzugsweise ein Partikelsensor, in welchem die Heizung ein Paar erste und zweite Heizungsanschlüsse aufweist, die elektrisch mit dem wärmeerzeugenden Widerstand verbunden sind; und der erste Heizungsanschluss ist auf einer Abstandshalterkontaktfläche des isolierenden Abstandshalters ausgebildet, dessen Fläche mit dem äußeren Metallelement in Kontakt ist, und der erste Heizungsanschluss ist elektrisch verbunden mit dem äußeren Metallelement.
Der oben beschriebene Partikelsensor ist vorzugsweise ein Partikelsensor, in welchem die Abstandshalteroberfläche eine ringförmige Fläche ist, die sich in eine Umfangsrichtung des isolierenden Abstandshalters erstreckt; und der erste Heizungsanschluss ist ringförmig auf der Abstandshalterkontaktfläche ausgebildet, um sich in die Umfangsrichtung des isolierenden Abstandshalters zu erstrecken, und ist mit dem gesamten Umfang des äußeren Metallelements in Kontakt.
Jeder der oben beschriebenen Partikelsensoren ist vorzugsweise ein Partikelsensor, in welchem der isolierende Abstandshalter einen rohrförmigen Abstandshalterhauptkörper aufweist, der aus einer Isolierkeramik ausgebildet ist, sowie einen laminaren Heizungsabschnitt, welcher eine äußere Umfangsfläche des Abstandshalterhauptkörpers bedeckt und die Heizung umfasst; und der laminare Heizungsabschnitt umfasst, wie auch der wärmeerzeugende Widerstand, einen laminaren wärmeerzeugenden Widerstand, welcher sich in die Umfangsrichtung des isolierenden Abstandshalters erstreckt und ebenfalls eine aus Isolierkeramik ausgebildete Isolierschicht umfasst, die den laminaren wärmeerzeugenden Widerstand bedeckt, wobei entgegengesetzte Endabschnitte des laminaren wärmeerzeugenden Widerstandes, welche sich auf entgegengesetzten Seiten in der Umfangsrichtung befinden, sich in die Umfangsrichtung gegenüber stehend und nah beieinander angeordnet sind.
Der oben beschriebene Partikelsensor ist vorzugsweise ein Partikelsensor, in welchem der laminare wärmeerzeugende Widerstand des laminaren Heizungsabschnitts so konfiguriert ist, dass jeder der entgegengesetzten Endabschnitte des laminaren wärmeerzeugenden Widerstandes im Vergleich mit einem mittleren Abschnitt des laminaren wärmeerzeugenden Widerstandes, welcher zwischen den entgegengesetzten Endabschnitten liegt, eine größere Menge Wärme pro Längeneinheit in die Umfangsrichtung erzeugt.
Jeder der beiden oben beschriebenen Partikelsensoren ist vorzugsweise ein Partikelsensor, in welchem der isolierende Abstandshalter ein ringförmiges Vorsprungelement aufweist, welches aus einem anorganischen isolierenden Material ausgebildet ist, gasdicht auf dem laminaren Heizungsabschnitt aufgepasst ist und in die radiale Richtung des isolierenden Abstandshalters nach außen vorsteht.
Jeder der oben beschriebenen Partikelsensoren ist vorzugsweise ein Partikelsensor, in welchem der Gaskontaktabschnitt des isolierenden Abstandshalters einen getrennten Abschnitt umfasst, der von dem inneren Metallelement, welches auf der radialen Innenseite des Gaskontaktabschnitts angeordnet ist, mit einem dazwischen ausgebildeten Innenraum getrennt ist und von dem äußeren Metallelement, welches auf der radialen Außenseite des Gaskontaktabschnitts angeordnet ist, mit einem dazwischen ausgebildeten Außenraum getrennt ist; und wobei der wärmeerzeugende Widerstand des isolierenden Abstandshalters in dem getrennten Abschnitt angeordnet ist.
Jeder der oben beschriebenen Partikelsensoren ist vorzugsweise ein Partikelsensor, in welchem durch Gasentladung erzeugte Ionen dazu gebracht werden an den Partikeln anzuhaften, welche in dem zu messenden Gas, das in das Innere des Gaseinleitungsrohres eingeleitet wird, enthalten sind, um dadurch geladene Partikel zu bilden; und die in dem zu messenden Gas enthaltene Menge an Partikeln wird mittels eines Signalstroms detektiert, welcher zwischen dem ersten Potenzial und dem Massepotenzial entsprechend der Menge an geladenen Partikeln fließt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
[1] Schnittansicht in die Längsrichtung eines Partikelsensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[2] Perspektivische Explosionsansicht des Partikelsensors gemäß der ersten Ausführungsform.
[3] Beispielhafte Ansicht, welche einen schematischen Aufbau eines Schaltungsabschnitts eines Partikeldetektionssystems gemäß der ersten Ausführungsform oder einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
[4] Perspektivische Ansicht eines ersten isolierenden Abstandshalters gemäß der ersten Ausführungsform von einem proximalen Ende her betrachtet.
[5] Perspektivische Ansicht des ersten isolierenden Abstandshalters gemäß der ersten Ausführungsform von einem distalen Ende her betrachtet.
[6] Perspektivische Ansicht eines Keramikelements gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform.
[7] Perspektivische Explosionsansicht des Keramikelements gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform.
[8] Beispielhafte Ansicht, welche Einleitung, Aufladung und Auslass von Partikeln in dem Partikelsensor gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform schematisch zeigt.
[9] Schnittansicht in die Längsrichtung eines Partikelsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[10] Schnittansicht in die Längsrichtung des Partikelsensors gemäß der zweiten Ausführungsform in gedrehter Profilansicht, welche durch eine 90°-Drehung von 9 um eine axiale Linie erzeugt wird.
[11] Perspektivische Explosionsansicht des Partikelsensors gemäß der zweiten Ausführungsform.
[12] Perspektivische Ansicht eines isolierenden Abstandshalters gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[13] Schnittansicht in die Längsrichtung des isolierenden Abstandshalters gemäß der zweiten Ausführungsform.
[14] Perspektivische Ansicht des isolierenden Abstandshalters gemäß der zweiten Ausführungsform vor der Bildung eines ringförmigen Vorsprungelements betrachtet.
[15] Schnittansicht in die Längsrichtung des isolierenden Abstandshalters gemäß der zweiten Ausführungsform vor der Bildung des ringförmigen Vorsprungelementes betrachtet.
[16] Perspektivische Explosionsansicht eines entwickelten laminaren Heizungsabschnitts des isolierenden Abstandshalters gemäß der zweiten Ausführungsform.
[17] Draufsicht einer entwickelten Abstandshalterheizung des laminaren Heizungsabschnitts gemäß der zweiten Ausführungsform.
[18] Draufsicht einer entwickelten Abstandshalterheizung eines laminaren Heizungsabschnitts gemäß einer ersten veränderten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[19] Draufsicht einer entwickelten Abstandshalterheizung eines laminaren Heizungsabschnitts gemäß einer zweiten veränderten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 und 2 zeigen einen Partikelsensor 10 eines Partikeldetektionssystems 1. 3 zeigt einen Schaltungsabschnitt 200 des Partikeldetektionssystems 1. In 1, in einer Längsrichtung GH entlang einer axialen Linie AX des Partikelsensors 10, entspricht eine Seite (unterer Teil in der Zeichnung), auf welcher sich ein Gaseinleitungsrohr 25 befindet, einem distalen Ende der Seite GS, und eine Seite (oberer Teil in der Zeichnung), welche gegenüber dem distalen Ende der Seite GS ist und auf der sich die elektrischen Leitungen 161, 163, etc. erstrecken, einem proximalen Ende der Seite GK.
Das Partikeldetektionssystem 1 detektiert die Menge von Partikeln S (Ruß, etc.), welche im Abgas (zu messendes Gas) EG enthalten sind, das durch ein Abgasrohr (Gasstromrohr) EP eines Verbrennungsmotors (Motor) strömt. Das Partikeldetektionssystem 1 setzt sich aus dem Partikelsensor 10 und dem Schaltungsabschnitt 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusammen.
Zuerst wird der Partikelsensor 10 beschrieben (s. 1 und 2). Der Partikelsensor 10 ist an das metallene Abgasrohr EP angebracht, welches auf einem Massepotenzial PVE gehalten wird. Insbesondere wird das Gaseinleitungsrohr 25, welches als distaler Endabschnitt eines inneren Metallelements 20 des Partikelsensors 10 dient, durch eine in dem Abgasrohr vorhandene Befestigungsöffnung EPO in das Abgasrohr EP eingefügt. Ionen CP werden dazu gebracht, an den Partikeln S zu haften, welche in einem eingeleiteten Gas EGI, das in das Gaseinleitungsrohr 25 durch Gaseinleitungslöcher 65c eingeleitet wird, enthalten sind, um so geladene Partikel SC zu bilden, und die geladenen Partikel SC werden zusammen mit dem eingeleiteten Gas EGI in das Abgasrohr EP durch eine Gasauslassöffnung 60e (s. 8) abgeleitet. Der Partikelsensor 10 ist zusammen gesetzt aus dem inneren Metallelement 20, welches das Gaseinleitungsrohr 25 aufweist, einem äußeren Metallelement 70, einem ersten isolierenden Abstandshalter 100, einem zweiten isolierenden Abstandshalter 110, einem Keramikelement 120, fünf elektrischen Leitungen 161, 163, 171, 173 und 175, etc.
Das innere Metallelement 20 ist elektrisch verbunden mit einem auf einem ersten Potenzial PV1, etc., gehaltenen inneren Schaltungsgehäuse 250 des Schaltungsabschnitts 200 (wird später beschrieben) über innengeführte Außenleiter 161g1 und 163g1 der elektrischen Leitungen 161 und 163 (wird später beschrieben), um so auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten zu werden, welches sich von dem Massepotenzial PVE unterscheidet. Das innere Metallelement 20 ist zusammengesetzt aus einer metallischen Schale 30, einem Innenrohr 40, einem metallischen Innenrohrverbindungselement 50 und dem Gaseinleitungsrohr 25 (einem inneren Schutzrohr 60 und einem äußeren Schutzrohr 65).
Die metallische Schale 30 ist ein zylindrisches Edelstahlelement, welches sich in die Längsrichtung GH erstreckt. Die metallische Schale 30 weist einen ringförmigen Flansch 31 auf, welcher in eine radial Außenseite GDO gerichtet ist; genauer gesagt in Richtung einer äußeren Seite in radialer Richtung GD orthogonal zu der axialen Linie AX. Eine metallische Aufnahmebuchse 33 liegt innerhalb der metallischen Schale 30. Die metallische Aufnahmebuchse 33 weist ein ausgebildetes Loch in seiner Bodenwand auf, und das Keramikelement 120, welches später beschrieben wird, erstreckt sich durch das Loch. Im Inneren der metallischen Schale 30 befinden sich um das Keramikelement 120 herum eine aus Aluminiumoxid ausgebildete zylindrische Keramikhalterung 34, erste und zweite aus Pulver gepresste Schichten 35 und 36 ausgebildet aus gepresstem Talkpulver, und eine zylindrische Keramikhülse 37 ausgebildet aus Aluminiumoxid, in dieser Reihenfolge von dem distalen Ende der Seite GS her in Richtung des proximalen Endes der Seite GK. Vor allem liegen die Keramikhalterung 34 und die erste aus Pulver gepresste Schicht 35 innerhalb der metallischen Aufnahmebuchse 33. Darüber hinaus wird ein Falzabschnitt 30kk, welcher am weitesten in Richtung des proximalen Endes der Seite GK der metallischen Schale 30 liegt, in Richtung einer radialen Innenseite GDI gequetscht, d. h. nach innen in die radiale Richtung GD, um so die Keramikhülse 37 in Richtung des distalen Endes der Seite GS durch einen Falzring 38 zu pressen.
Das Innenrohr 40 ist ein zylindrisches Edelstahlelement, welches sich in die Längsrichtung GH erstreckt. Ein distaler Endabschnitt des Innenrohres 40 ist in einen ringförmigen Flansch 41 ausgebildet, welcher in die radiale Außenseite GDO gerichtet ist. Das Innenrohr 40 ist auf einen proximalen Endabschnitt 30k der metallischen Schale 30 aufgepasst und ist an den proximalen Endabschnitt 30k lasergeschweißt, wobei der Flansch 41 auf den Flansch 31 aufgepasst ist.
Im Inneren des Innenrohres 40 befinden sich eine isolierende Halterung 43, ein erster Abstandshalter 44 und ein zweiter Abstandshalter 45 in dieser Reihenfolge von dem distalen Ende der Seite GS her in Richtung des proximalen Endes der Seite GK. Die isolierende Halterung 43 besteht aus einem zylindrischen isolierenden Material und kommt mit der Keramikhülse 37 von dem proximalen Ende der Seite GK her in Kontakt. Das Keramikelement 120 erstreckt sich durch die isolierende Halterung 43.
Der erste Abstandshalter 44 ist aus einem isolierenden Material ausgebildet und weist ein Einsetzloch 44c auf. Das Einsetzloch 44c ermöglicht es dem Keramikelement 120, sich dort hindurch zu erstrecken, und birgt darin einen distalen Endabschnitt eines Entladungspotenzialanschlusses 46. Innerhalb des Einsetzlochs 44c steht der Entladungspotenzialanschluss 46 in Kontakt mit einer Entladungspotenzialkontaktfläche 135 (wird später beschrieben, s. 6 und 7) des Keramikelements 120.
Zudem ist der zweite Abstandshalter 45 aus einem isolierenden Material ausgebildet und weist ein erstes Einsetzloch 45c und ein zweites Einsetzloch 45d auf. Ein proximaler Endabschnitt des Entladungspotenzialanschlusses 46, welcher sich in dem ersten Einsetzloch 45c befindet, und ein distaler Endabschnitt eines Entladungspotenzialleitungskabels 162 (wird später beschrieben) sind innerhalb des ersten Einsetzlochs 45c miteinander verbunden. Innerhalb des zweiten Einsetzlochs 45d befindet sich ein proximales Endelement 120k des Keramikelements 120; darüber hinaus sind ein Hilfspotenzialanschluss 47, ein Heizungsanschluss 48 und ein Heizungsanschluss 49 alle zusammen voneinander isoliert angeordnet. Auch in dem zweiten Einsetzloch 45d ist der Hilfspotenzialanschluss 47 mit einer Hilfspotenzialkontaktfläche 147 des Keramikelements 120 in Kontakt; der Heizungsanschluss 48 ist mit einer Heizungskontaktfläche 156 des Keramikelements 120 in Kontakt; und der Heizungsanschluss 49 ist mit einer Heizungskontaktfläche 158 des Keramikelements 120 in Kontakt (s. auch 6 und 7). Darüber hinaus befinden sich in dem zweiten Einsetzloch 45d distale Endabschnitte von einem Leitungskabel eines Hilfspotenzials 164, ein Heizungsleitungskabel 174 und ein Heizungsleitungskabel 176 (wird später beschrieben). Innerhalb des zweiten Einsetzlochs 45d sind der Hilfspotenzialanschluss 47 und das Leitungskabel des Hilfspotenzials 164 miteinander verbunden; der Heizungsanschluss 48 und das Heizungsleitungskabel 174 sind miteinander verbunden; und der Heizungsanschluss 49 und das Heizungsleitungskabel 176 sind miteinander verbunden.
Das metallische Innenrohrverbindungselement 50 ist ein Edelstahlelement und ist auf einem proximalen Endabschnitt 40k des Innenrohres 40 aufgepasst, während es einen proximalen Endabschnitt des zweiten Abstandshalters 45 umgibt, und ein distaler Endabschnitt 50s des metallischen Innenrohrverbindungselements 50 ist an den proximalen Endabschnitt 40k des Innenrohres 40 lasergeschweißt. Die vier elektrischen Leitungen 161, 163, 173 und 175 laufen durch das metallische Innenrohrverbindungselement 50 hindurch. Die elektrische Leitung 171 läuft nicht durch das metallische Innenrohrverbindungselement 50 hindurch. Von diesen elektrischen Leitungen sind die innengeführten Außenleiter 161g1 und 163g1 der elektrischen Leitungen 161 und 163, welche Dreifach-Koaxialkabel sind, wie später beschrieben wird, mit dem metallischen Innenrohrverbindungselement 50 verbunden.
Das Gaseinleitungsrohr 25 ist zusammengesetzt aus dem inneren Schutzelement 60 und dem äußeren Schutzelement 65. Das innere Schutzelement 60 ist ein zylindrisches Element mit geschlossenem Boden, ausgebildet aus Edelstahl, und das äußere Schutzelement 65 ist ein zylindrisches Element ausgebildet aus Edelstahl. Das äußere Schutzelement 65 ist um das innere Schutzelement 60 herum in die radiale Richtung GD angebracht. Das innere Schutzelement 60 und das äußere Schutzelement 65 sind auf einem distalen Endabschnitt 30s der metallischen Schale 30 aufgepasst und sind an den distalen Endabschnitt 30s lasergeschweißt. Das Gaseinleitungsrohr 25 umgibt von der radialen Außenseite GDO her einen distalen Endabschnitt des Keramikelements 120, welches von der metallischen Schale 30 in Richtung des distalen Endabschnitts GS gerichtet ist, um dadurch das Keramikelement 120 vor Wassertropfen und fremden Substanzen zu schützen sowie um das Abgas EG in einen Raum um das Keramikelement 120 herum einzuleiten.
Das äußere Schutzelement 65 weist eine Vielzahl an rechteckigen Gaseinleitungslöchern 65c auf, welche in dessen distalen Endabschnitt ausgebildet sind, um in dessen Innere das Abgas EG einzuleiten. Ebenso weist das innere Schutzelement 60 eine Vielzahl an runden ersten Inneneinleitungslöchern 60c auf, welche in dessen proximalen Endabschnitt ausgebildet sind, um in dessen Innere das eingeleitete Gas EGI einzuleiten, welches zuvor in das äußere Schutzelement 65 eingeleitet wurde. Das innere Schutzelement 60 weist ebenfalls eine Vielzahl an dreieckigen zweiten Inneneinleitungslöchern 60d auf, welche in dessen distalen Endabschnitt ausgebildet sind. Darüber hinaus weist das innere Schutzelement 60 die runde Gasauslassöffnung 60e auf, welche in dessen Bodenwand ausgebildet ist, um das eingeleitete Gas EGI in das Abgasrohr EP abzuleiten, und sein distaler Endabschnitt 60s, welcher die Gasauslassöffnung 60e umfasst, ist in Richtung des distalen Endes der Seite GS einer distalen Endöffnung 65s des äußeren Schutzelementes 65 gerichtet.
Hier wird die Einleitung und die Ableitung des Abgases EG von dem Inneren und in das Innere des inneren Schutzelementes 60 und des äußeren Schutzelementes 65 hinein beschrieben, wenn der Partikelsensor 10 verwendet wird (siehe 8). In 8 strömt das Abgas EG innerhalb des Abgasrohres EP von der linken Seite in Richtung der rechten Seite. Wenn das Abgas EG in einem Bereich um das äußere Schutzelement 65 und das innere Schutzelement 60 herum durchläuft, erhöht sich seine Strömungsgeschwindigkeit an der Außenseite der Gasauslassöffnung 60e des inneren Schutzelementes 60, und ein Unterdruck wird in der Nähe der Gasauslassöffnung 60e aufgrund des sog. Venturi-Effekts erzeugt.
Durch diesen Unterdruck wird das eingeleitete Gas EGI, welches in das innere Schutzelement 60 geleitet wurde, durch die Gasauslassöffnung 60e in das Abgasrohr EP abgeleitet. Gleichzeitig wird das Abgas EG um die Gaseinleitungslöcher 65c des äußeren Schutzelementes 65 herum durch die Gaseinleitungslöcher 65c in das Innere des äußeren Schutzelementes 65 eingeleitet und wird weiter durch die ersten Inneneinleitungslöcher 60c des inneren Schutzelementes 60 in dessen Innere eingeleitet. Das eingeleitete Gas EGI innerhalb des inneren Schutzelementes 60 wird durch die Gasauslassöffnung 60e ausgestoßen. Somit wird innerhalb des inneren Schutzelementes 60, wie durch den gestrichelten Pfeil angezeigt, ein Durchfluss des eingeleiteten Gases EGI von den ersten Inneneinleitungslöchern 60c auf dem proximalen Ende der Seite GK in Richtung der Gasauslassöffnung 60e auf dem distalen Ende der Seite GS erzeugt.
Als Nächstes wird das äußere Metallelement 70 beschrieben. Das äußere Metallelement 70 ist aus einem zylindrischen metallischen Material ausgebildet, umgibt umlaufend das innere Metallelement 20 von der radialen Richtung GD her, während es von dem inneren Metallelement 20 getrennt ist, und ist an das Abgasrohr EP angebracht, welches auf dem Massepotenzial PVE gehalten wird, um dadurch auf dem Massepotenzial PVE gehalten zu werden. Das äußere Metallelement 70 ist zusammengesetzt aus einem metallischen Befestigungselement 80 und einem Außenrohr 90.
Das metallische Befestigungselement 80 ist ein zylindrisches Edelstahlelement, welches sich in die Längsrichtung GH erstreckt. Das metallische Befestigungselement 80 ist so um die metallische Schale 30 und einen distalen Endabschnitt des Innenrohres 40 des inneren Metallelementes 20 herum angebracht, dass es in der radialen Richtung GD von ihnen getrennt ist. Das metallische Befestigungselement 80 weist einen Flanschabschnitt 81 auf, welcher in Richtung der radialen Außenseite GDO vorsteht, um so eine hexagonale Außenform zu bilden. Das metallische Befestigungselement 80 weist einen inneren abgestuften Abschnitt 83 auf. Das metallische Befestigungselement 80 weist außerdem ein Außengewinde (nicht abgebildet) auf, welches zur Fixierung an dem Abgasrohr EP verwendet wird, und ist an den äußeren Umfang seines distalen Endabschnitts 80s ausgebildet, welcher sich auf dem distalen Ende der Seite GS des Flanschabschnitts 81 befindet. Mittels des Außengewindes des distalen Endabschnitts 80s, wird der Partikelsensor 10 an einen Befestigungsansatz BO angebracht, welcher aus Metall ausgebildet ist und getrennt an das Abgasrohr EP befestigt wird, wobei der Partikelsensor 10 per Befestigungsansatz BO an das Abgasrohr EP befestigt wird.
Der erste isolierende Abstandshalter 100 und der zweite isolierende Abstandshalter 110 (wird später beschrieben) liegen zwischen dem metallischen Befestigungselement 80 und dem inneren Metallelement 20. Darüber hinaus befinden sich zwischen dem metallischen Befestigungselement 80 und dem inneren Metallelement 20 ein metallisches Heizungsverbindungselement 85 (wird später beschrieben) und der distale Endabschnitt 172s eines Heizungsleitungskabels 172 der elektrischen Leitung 171, welcher mit dem metallischen Heizungsverbindungselement 85 verbunden ist. Ein Falzabschnitt 80kk des metallischen Befestigungselementes 80, welcher sich am weitesten in Richtung des proximalen Endes der Seite GK befindet, wird in Richtung der radialen Innenseite GDI gequetscht, um so den zweiten isolierenden Abstandshalter 110 in Richtung des distalen Endabschnitts GS durch eine Dichtung 87 zu pressen.
Das Außenrohr 90 ist ein röhrenförmiges Edelstahlelement, welches sich in die Längsrichtung GH erstreckt. Ein distaler Endabschnitt 90s des Außenrohres 90 ist an einen proximalen Endabschnitt 80k des metallischen Befestigungselementes 80 montiert und ist an den proximalen Endabschnitt 80k lasergeschweißt. Ein metallisches Außenrohrverbindungselement 95 befindet sich im Inneren eines Abschnitts mit kleinem Durchmesser 91 des Außenrohres 90, welches sich auf dem proximalen Ende der Seite GK befindet; darüber hinaus befindet sich an dem proximalen Ende der Seite GK des metallischen Außenrohrverbindungselementes 95 im Inneren des kleinen Durchmesserabschnitts 91 eine Gummidichtung 97, ausgebildet aus Fluorkautschuk. Die fünf elektrischen Leitungen 161, 163, 171, 173 und 175 (werden später beschrieben) führen durch das metallische Außenrohrverbindungselement 95 und die Gummidichtung 97 hindurch. Von diesen elektrischen Leitungen sind außengeführte Außenleiter 161g2 und 163g2 der elektrischen Leitungen 161 und 163, welche Dreifach-Koaxialkabel sind, wie später noch beschrieben wird, mit dem metallischen Außenrohrverbindungselement 95 verbunden. Das Außenrohrverbindungselement 95 wird mit dem kleinen Durchmesserabschnitt 91 des Außenrohres 90 zusammengepresst, sodass sich der Durchmesser des metallischen Außenrohrverbindungselementes 95 in Richtung der radialen Innenseite GDI verringert; dadurch werden das metallische Außenrohrverbindungselement 95 und die Gummidichtung 97 innerhalb des kleinen Durchmesserabschnitts 91 des Außenrohres 90 befestigt.
Als Nächstes wird der erste isolierende Abstandshalter 100 beschrieben (s. auch 4 und 5). Der erste isolierende Abstandshalter 100 ist ein zylindrisches Element aus Aluminiumoxid, welches sich in die Längsrichtung GH erstreckt. Der isolierende erste Abstandshalter 100 ist zwischen dem inneren Metallelement 20 und dem äußeren Metallelement 70 angebracht, um die beiden so elektrisch voneinander zu isolieren. Insbesondere ist der isolierende Abstandshalter 100 zwischen dem metallischen Befestigungselement 80 des äußeren Metallelementes 70 und der metallischen Schale 30 und einem distalen Endabschnitt des Innenrohres 40 des inneren Metallelementes 20 angebracht. Der erste isolierende Abstandshalter 100 ist zusammengesetzt aus einem distalen Endabschnitt des Abstandshalters 101, welcher einen kleinen Durchmesser aufweist und sich an dem distalen Ende der Seite GS befindet, einem proximalen Endabschnitt des Abstandshalters 103, welcher einen großen Durchmesser aufweist und sich an dem proximalen Ende der Seite GK befindet und einem mittleren Abschnitt des Abstandhalters 102, welcher den distalen Endabschnitt des Abstandshalters 101 und den proximalen Distanzendabschnitt 103 miteinander verbindet.
In einem Zustand, in welchem der Partikelsensor 10 an das Abgasrohr EP befestigt wird, wird ein distaler Endabschnitt des distalen Endabschnitts des Abstandshalters 101 im Inneren des Abgasrohres EP freigelegt (dem Inneren des Abgasrohres EP zugewandt), um so als Gaskontaktabschnitt 101s zu dienen, welcher mit Abgas EG, das durch das Abgasrohr EP strömt, in Kontakt kommt. Der mittlere Abschnitt des Abstandshalters 102 weist eine äußere Schulterfläche (Abstandshalterkontaktfläche) 102s auf, welche dem distalen Ende der Seite GS gegenüberliegt, und eine innere Schulterfläche 102k, welche dem proximalen Ende der Seite GK gegenüberliegt. Die äußere Schulterfläche 102s und die innere Schulterfläche 102k sind ringförmige Flächen, welche sich in die Umfangsrichtung CD des ersten isolierenden Abstandshalters 100 erstrecken. Die äußere Schulterfläche 102s kommt mit dem abgestuften Abschnitt 83 des metallischen Befestigungselementes 80 von dem proximalen Ende der Seite GK her über dessen gesamten Umfang in Kontakt. Unterdessen kommt der Flansch 31 der metallischen Schale 30 von dem proximalen Ende der Seite GK her mit der inneren Schulterfläche 102k in Kontakt.
Der erste isolierende Abstandshalter 100 weist eine darin eingefügte und, um den Gaskontaktabschnitt 101s zu heizen, angepasste Abstandshalterheizung 105 auf. Insbesondere weist die Abstandshalterheizung 105 einen aus Wolfram ausgebildeten wärmeerzeugenden Widerstand 106 auf und ein Paar erste und zweite Heizungsanschlüsse 107 und 108, welche elektrisch mit gegenüberliegenden Enden des wärmeerzeugenden Widerstandes 106 verbunden sind. Der wärmeerzeugende Widerstand 106 ist in mäandrischer Form über den gesamten Umfang des distalen Distanzendabschnitts 101 in diesen eingefügt. Der erste Heizungsanschluss 107 ist an die äußere Schulterfläche 102s des mittleren Abschnitts des Abstandshalters 102 ausgebildet und ist elektrisch verbunden mit dem metallischen Befestigungselement 80. Insbesondere ist der erste Heizungsanschluss 107 an die gesamte Oberfläche der äußeren Schulterfläche 102s ausgebildet, wobei er sich ringförmig in die Umfangsrichtung CD des ersten isolierenden Abstandshalters 100 erstreckt, um so mit dem abgestuften Abschnitt 83 des metallischen Befestigungselementes 80 über dessen gesamten Umfang in Kontakt zu kommen.
Zudem ist der zweite Heizungsanschluss 108 an einem proximalen Endabschnitt der inneren Umfangsfläche 103n des proximalen Endabschnitts 103 des Abstandshalters zylindrisch ausgebildet, wobei er sich in die Umfangsrichtung CD des ersten isolierenden Abstandshalters 100 erstreckt. Das zylindrische metallische Heizungsverbindungselement 85 liegt an der radialen Innenseite GDI des proximalen Endabschnitts 103 des Abstandshalters und ist in Kontakt mit dem zweiten Heizungsanschluss 108, welcher an der inneren Umfangsfläche 103n des proximalen Endabschnitts 103n des Abstandshalters ausgebildet ist. Der distale Endabschnitt 172s des Heizungsleitungskabels 172 der elektrischen Leitung 171 (wird später beschrieben) ist an das metallische Heizungsverbindungselement 85 angeschlossen. Die elektrische Leitung 171 erstreckt sich in einem Bereich zwischen dem inneren Metallelement 20 und dem äußeren Metallelement 70 des metallischen Heizungsverbindungselementes 85 in Richtung des proximalen Endabschnitts GK und erstreckt sich zu der Außenseite des äußeren Metallelementes 70.
Als Nächstes wird der zweite isolierende Abstandshalter 110 beschrieben. Der zweite isolierende Abstandshalter 110 ist ein röhrenförmiges Element aus Aluminiumoxid, welches sich in die Längsrichtung GH erstreckt. Der zweite isolierende Abstandshalter 110 wird zwischen das innere Metallelement 20 und das äußere Metallelement 70 eingefügt, um die beiden so elektrisch voneinander zu isolieren. Insbesondere liegt der zweite isolierende Abstandshalter 110 zwischen einem distalen Endabschnitt des Innenrohres 40 des inneren Metallelementes 20 und dem metallischen Befestigungselement 80 des äußeren Metallelementes 70. Der zweite isolierende Abstandshalter 110 setzt sich zusammen aus einem distalen Endabschnitt 111, welcher sich an dem distalen Ende. der Seite GS befindet und einem proximalen Endabschnitt 113, welcher sich an dem proximalen Ende der Seite GK befindet.
Der distale Endabschnitt 111 ist in Außendurchmesser und Dicke kleiner als der proximale Endabschnitt 113. Der distale Endabschnitt 111 ist zwischen dem Innenrohr 40 und dem proximalen Endabschnitt 103 des Abstandshalters des ersten isolierenden Abstandshalters 100 angeordnet. Eine Nut 111v, welche sich in die Umfangsrichtung des zweiten isolierenden Abstandshalters 110 erstreckt, ist an eine äußere Umfangsfläche 111m des distalen Endabschnitts 111 über dessen gesamten Umfang ausgebildet, und das oben genannte metallische Heizungsverbindungselement 85 liegt in der Nut 111v. Zudem liegt der proximale Endabschnitt 113 bei dem proximalen Ende der Seite GK des proximalen Endabschnitts 103 des Abstandshalters des ersten isolierenden Abstandshalters 100 und ist zwischen dem metallischen Befestigungselement 80 und dem Innenrohr 40 angeordnet.
Wie oben erwähnt, presst der Falzabschnitt 80kk des metallischen Befestigungselementes 80 den zweiten isolierenden Abstandshalter 110 in Richtung des vorderen Endes der Seite GS durch die Dichtung 87. Somit presst der distale Endabschnitt 111 des zweiten isolierenden Abstandshalters 110 den Flansch 41 des Innenrohres 40 und den Flansch 31 der metallischen Schale 30 in Richtung des distalen Endabschnitts GS. Außerdem pressen diese Flansche 41 und 31 den mittleren Abschnitt des Abstandshalters 102 des ersten isolierenden Abstandshalters 100 in Richtung des distalen Endes der Seite GS, wodurch der mittlere Abschnitt des Abstandshalters 102 in den abgestuften Abschnitt 83 des metallischen Befestigungselementes 80 einrastet. Somit werden der erste isolierende Abstandshalter 100 und der zweite isolierende Abstandshalter 110 zwischen dem inneren Metallelement 20 (metallische Schale 30 und ein distaler Endabschnitt des Innenrohres 40) und dem äußeren Metallelement 70 (metallisches Befestigungselement 80) befestigt.
Als Nächstes wird das Keramikelement 120 beschrieben (siehe auch 6 und 7). Das Keramikelement 120 weist einen plattenförmigen isolierenden Keramikträger 121 aus Aluminiumoxid auf und erstreckt sich in die Längsrichtung GH. Ein Entladungselektrodenelement 130, ein Hilfselektrodenelement 140 und ein Heizungselement 150 sind in den Keramikträger 121 eingefügt und werden durch Brennen (Integrales Brennen [integral firing]) verbunden. Insbesondere ist der Keramikträger 121 ein keramisches Laminat, in dem drei Keramikschichten 122, 123 und 124, welche aus einem Aluminiumoxid ausgebildet sind, das von einem Aluminiumoxid-Grünling [green sheet] stammt, zusammengeschichtet sind, und zwei isolierende Deckschichten 125 und 126 aus Aluminiumoxid sind mittels Drucken zwischen diese Schichten ausgebildet. Die Keramikschicht 122 und die isolierende Deckschicht 125 sind kürzer als die Keramikschichten 123 und 124 und als die isolierende Deckschicht 126, gemessen an dem distalen Ende der Seite GS und dem proximalen Ende der Seite GK in die Längsrichtung GH. Das Entladungselektrodenelement 130 befindet sich zwischen der isolierenden Deckschicht 125 und der Keramikschicht 123. Ebenso befindet sich das Hilfselektrodenelement 140 zwischen der Keramikschicht 123 und der isolierenden Deckschicht 126, und das Heizungselement 150 befindet sich zwischen der isolierenden Deckschicht 126 und der Keramikschicht 124.
Die Entladungselektrode 130 erstreckt sich in die Längsrichtung GH und setzt sich zusammen aus einem nadelförmigen Elektrodenabschnitt 131, welcher sich an dem distalen Ende der Seite GS befindet, einer Entladungspotenzialkontaktfläche 135, welche sich an dem proximalen Ende der Seite GK befindet und einem Leitungsabschnitt 133, welcher sich dazwischen erstreckt. Der nadelförmige Elektrodenabschnitt 131 wird aus Platindraht ausgebildet. Zudem werden der Leitungsabschnitt 133 und die Entladungspotenzialkontaktfläche 135 aus Wolfram mittels Drucken ausgebildet. Ein proximaler Endabschnitt 131k des nadelförmigen Elektrodenabschnitts 131 und der Leitungsabschnitt 133 des Entladungselektrodenelementes 130 sind vollständig in den Keramikträger 121 eingefügt. Zudem ragt ein distaler Endabschnitt 131s des nadelförmigen Elektrodenabschnitts 131 des Keramikträgers 121 auf dem distalen Ende der Seite GS von der Keramikschicht 122 des Keramikträgers 121 heraus. Ebenso wird die Entladungspotenzialkontaktfläche 135 des Keramikträgers 121 auf dem proximalen Ende der Seite GK der Keramikschicht 122 des Keramikträgers 121 freigelegt. Wie oben erwähnt, ist der Entladungspotenzialanschluss 46 mit der Entladungspotenzialkontaktfläche 135 innerhalb des Einsetzlochs 44c des ersten Abstandshalters 44 in Kontakt.
Das Hilfselektrodenelement 140 erstreckt sich in die Längsrichtung GH, wird mittels Drucken ausgebildet und ist vollständig in den Keramikträger 121 eingefügt. Das Hilfselektrodenelement 140 ist zusammengesetzt aus einem rechteckigen Hilfselektrodenabschnitt 141, welcher sich an dem distalen Ende der Seite GS befindet, und einem Leitungsabschnitt 143, welcher an den Hilfselektrodenabschnitt 141 angeschlossen ist und sich in Richtung des proximalen Endes der Seite GK erstreckt. Ein proximaler Endabschnitt 143k des Leitungsabschnitts 143 ist verbunden mit einem Leitermuster 145, welches auf einer Hauptoberfläche 124a der Keramikschicht 124 durch ein Durchgangsloch 126c der isolierenden Deckschicht 126 hindurch ausgebildet ist. Ferner ist das Leitermuster 145 mit der auf der anderen Hauptoberfläche 124b der Keramikschicht 124 ausgebildeten Hilfspotenzialkontaktfläche 147 durch einen in der Keramikschicht 124 ausgebildeten, sich dort hindurch erstreckenden Durchgangsleiter 146 verbunden. Wie oben erwähnt, ist der Hilfspotenzialanschluss 47 mit der Hilfspotenzialkontaktfläche 147 innerhalb des zweiten Einsetzlochs 45d des zweiten Abstandshalters 45 verbunden.
Das Heizungselement 150 wird mittels Drucken ausgebildet und ist vollständig in den Keramikträger 121 eingefügt. Das Heizungselement 150 setzt sich zusammen aus einem wärmeerzeugenden Widerstand 151, welcher sich an dem distalen Ende der Seite GS befindet, um das Keramikelement 120 zu erhitzen, und aus einem Paar Heizungsleitungsabschnitten 152 und 153, welche an die gegenüberliegenden Enden des wärmeerzeugenden Widerstandes 151 angeschlossen sind und sich in Richtung des proximalen Endes der Seite GK erstrecken. Ein proximaler Endabschnitt 152k von einem Heizungsleitungsabschnitt 152 ist mit der auf der anderen Hauptoberfläche 124b der Keramikschicht 124 ausgebildeten Heizungskontaktfläche 156 durch einen in der Keramikschicht 124 ausgebildeten, sich dort hindurch erstreckenden Durchgangsleiter 155 verbunden. Wie oben erwähnt, ist der Heizungsanschluss 48 mit der Heizungskontaktfläche 156 innerhalb des zweiten Einsetzlochs 45d des zweiten Abstandshalters 45 in Kontakt. Ebenso ist ein proximaler Endabschnitt 153k des anderen Heizungsleitungsabschnitts 153 mit der auf der anderen Hauptoberfläche 124b der Keramikschicht 124 ausgebildeten Heizungskontaktfläche 158 durch einen in der Keramikschicht 124 ausgebildeten, sich dort hindurch erstreckeckenden Durchgangsleiter 157 verbunden. Wie oben erwähnt, ist der Heizungsanschluss 49 mit der Heizungskontaktfläche 158 innerhalb des zweiten Einsetzlochs 45d des zweiten Abstandshalters 45 verbunden.
Als Nächstes werden die elektrischen Leitungen 161, 163, 171, 173 und 175 beschrieben. Von diesen fünf Leitungen sind die beiden elektrischen Leitungen 161 und 163 Dreifach-Koaxialkabel (Triaxialkabel) und die übrigen drei elektrischen Leitungen 171, 173 und 175 sind elektrische, isolierte Einaderleitungen mit kleinem Durchmesser.
Von diesen elektrischen Leitungen weist die elektrische Leitung 161 das Entladungspotenzialleitungskabel 162 als Kernader (Mittelleiter) auf. Wie oben erwähnt, ist das Entladungspotenzialleitungskabel 162 mit dem Entladungspotenzialanschluss 46 innerhalb des ersten Einsetzlochs 45c des zweiten Abstandshalters 45 verbunden. Ebenso weist die elektrische Leitung 163 das Leitungskabel des Hilfspotenzials 164 als Kernader (Mittelleiter) auf. Das Leitungskabel des Hilfspotenzials 164 ist mit dem Hilfspotenzialanschluss 47 innerhalb des zweiten Einsetzlochs 45d des zweiten Abstandshalters 45 verbunden. Von den beiden koaxialen Außenleitern der elektrischen Leitungen 161 und 163 sind die an der Innenseite befindlichen innengeführten Außenleiter 161g1 und 163g1 mit dem metallischen Innenrohrverbindungselement 50 des inneren Metallelements 20 verbunden, um so auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten zu werden. Zudem sind die an der Außenseite liegenden außengeführten Außenleiter 161g2 und 163g2 mit dem metallischen Außenrohrverbindungselement 95 verbunden, welches elektrisch verbunden ist mit dem äußeren Metallelement 70, um so auf dem Massepotenzial PVE gehalten zu werden.
Auch die elektrische Leitung 171 weist das Heizungsleitungskabel 172 als Kernader auf. Das Heizungsleitungskabel 172 ist, wie oben erwähnt, mit dem metallischen Heizungsverbindungselement 85 im Inneren des metallischen Befestigungselementes 80 verbunden. Die elektrische Leitung 173 weist das Heizungsleitungskabel 174 als Kernader auf. Das Heizungsleitungskabel 174 ist mit dem Heizungsanschluss innerhalb des zweiten Einsetzlochs 45d des zweiten Abstandshalters 45 verbunden. Die elektrische Leitung 175 weist das Heizungsleitungskabel 176 als Kernader auf. Das Heizungsleitungskabel 176 ist mit dem Heizungsanschluss 49 innerhalb des zweiten Einsetzlochs 45d des zweiten Abstandshalters 45 verbunden.
Als Nächstes wird der Schaltungsabschnitt 200 beschrieben (s. 3). Der Schaltungsabschnitt 200 weist eine Schaltung auf, welche an die elektrischen Leitungen 161, 163, 171, 173 und 175 des Partikelsensors 10 angeschlossen ist und welche den Partikelsensor 10 betreibt und einen Signalstrom Is detektiert (wird später beschrieben). Der Schaltungsabschnitt 200 weist eine Ionenquellenspannungsversorgungsschaltung 210, eine Hilfselektrodenspannungsversorgungsschaltung 240 und eine Messsteuerungsschaltung 220 auf.
Die Ionenquellenspannungsversorgungsschaltung 210 weist einen ersten Ausgangsanschluss 211, welcher auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten wird und einen zweiten Ausgangsanschluss 212, welcher auf einem zweiten Potenzial PV2 gehalten wird, auf. Das zweite Potenzial PV2 ist ein positives hohes Potenzial in Bezug auf das erste Potenzial PV1. Die Hilfselektrodenspannungsversorgungsschaltung 240 weist einen ersten Hilfsausgangsanschluss 241, welcher auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten wird und einen zweiten Hilfsausgangsanschluss 242, welcher auf einem Hilfselektrodenpotenzial PV3 gehalten wird, auf. Das Hilfselektrodenpotenzial PV3 ist ein positives hohes Gleichspannungspotenzial [DC potential] in Bezug auf das erste Potenzial PV1, aber ist niedriger als ein Spitzenpotenzial des zweiten Potenzials PV2.
Die Messsteuerungsschaltung 220 weist eine Signalstromdetektionsschaltung 230, eine erste Heizungsenergieversorgungsschaltung 223 und eine zweite Heizungsenergieversorgungsschaltung 225 auf. Die Signalstromdetektionsschaltung 230 weist einen Signaleingangsanschluss 231, welcher auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten wird und einen Masseeingangsanschluss 232, welcher auf dem Massepotenzial PVE gehalten wird, auf. Das Massepotenzial PVE und das erste Potenzial PV1 sind voneinander isoliert und die Signalstromdetektionsschaltung 230 detektiert den Signalstrom Is, welcher zwischen dem Signaleingangsanschluss 231 (erstes Potenzial PV1) und dem Masseeingangsanschluss 232 (Massepotenzial PVE) strömt.
Die erste Heizungsenergieversorgungsschaltung 223 versorgt die Abstandshalterheizung 105 des ersten isolierenden Abstandshalters 100 durch PWM-Ansteuerung, um die Abstandshalterheizung 105 zu erhitzen und weist einen Stromversorgungsanschluss 223a auf, welcher an dem Heizungsleitungskabel 172 der elektrischen Leitung 171 angeschlossen ist und weist einen Stromversorgungsanschluss 223b auf, welcher auf dem Massepotenzial PVE gehalten wird. Die zweite Heizungsenergieversorgungsschaltung 225 versorgt das Heizungselement 150 des Keramikelementes 120 durch PWM-Ansteuerung, um so die Wärmeerzeugung durch das Heizungselement 150 zu bewirken, und weist einen Stromversorgungsanschluss 225a auf, welcher an das Heizungsleitungskabel 174 der elektrischen Leitung 173 angeschlossen ist und einen Stromversorgungsanschluss 225b, welcher an das Heizungsleitungskabel 176 der elektrischen Leitung 175 angeschlossen ist und auf dem Massepotenzial PVE gehalten wird.
In dem Schaltungsabschnitt 200 werden die Ionenquellenspannungsversorgungsschaltung 210 und die Hilfselektrodenspannungsversorgungsschaltung 240 durch ein inneres Schaltungsgehäuse 250 umschlossen, welches auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten wird. Auch das innere Schaltungsgehäuse 250 birgt und umgibt einen sekundären Eisenkern 271b eines isolierten Transformators 270 und ist elektrisch verbunden mit den innengeführten Außenleitern 161g1 und 163g1, welche auf dem ersten Potenzial PV1 der elektrischen Leitungen 161 und 163 gehalten werden. Der isolierte Transformator 270 ist so konfiguriert, dass sein Eisenkern 271 in einen primären Eisenkern 271a, welcher mit einer Primärspule 272 umwickelt ist und einen sekundären Eisenkern 271b unterteilt ist, welcher mit einer Stromversorgungsspule 273 sowie eine Hilfselektrodenstromversorgungsspule 274 umwickelt ist. Der primäre Eisenkern 271a ist elektrisch verbunden mit dem Massepotenzial PVE, und der sekundäre Eisenkern 271b ist elektrisch verbunden mit dem ersten Potenzial PV1.
Des Weiteren werden die Ionenquellenspannungsversorgungsschaltung 210, die Hilfselektrodenspannungsversorgungsschaltung 240, das innere Schaltungsgehäuse 250 und die Messsteuerungsschaltung 220 von einem äußeren Schaltungsgehäuse 260 umschlossen, welches auf dem Massepotenzial PVE gehalten wird. Auch das äußere Schaltungsgehäuse 260 birgt und umgibt den primären Eisenkern 271a des isolierten Transformators 270 und ist elektrisch verbunden mit den außengeführten Außenleitern 161g2 und 163g2, welche auf dem Massepotenzial PVE der elektrischen Leitungen 161 und 163 gehalten werden.
Die Messsteuerungsschaltung 220 weist einen eingebauten Spannungsversorgungsregler PS auf. Der Spannungsversorgungsregler PS wird von einer externen Batterie BT durch eine Spannungszuleitung BC angetrieben. Ein Teil der über den Spannungsversorgungsregler PS an die Messsteuerungsschaltung 220 zugeführten Energie wird über den isolierten Transformator 270 an der Ionenquellenspannungsversorgungsschaltung 210 und die Hilfselektrodenspannungsversorgungsschaltung 240 verteilt. Die Messsteuerungsschaltung 220 weist auch einen Mikroprozessor 221 auf, um dadurch in der Lage zu sein, durch eine Kommunikationsverbindung CC mit einer Steuerungseinheit ECU zu kommunizieren, welche dazu geeignet ist, einen Verbrennungsmotor zu steuern, und kann somit Signale an die Steuerungseinheit ECU senden, welche auf Messergebnisse (Stärke des Signalstroms Is) innerhalb der zuvor genannten Signalstromdetektionsschaltung 230, etc., hindeuten.
Als Nächstes wird die elektrische Funktion und Betätigung des Partikeldetektionssystems 1 beschrieben (s. 1 und 3). Das Entladungselektrodenelement 130 des Keramikelementes 120 ist angeschlossen an und elektrisch verbunden mit dem zweiten Ausgangsanschluss 212 der Ionenquellenspannungsversorgungsschaltung 210 durch das Entladungspotenzialleitungskabel 162 der elektrischen Leitung 161, um dadurch auf dem zweiten Potenzial PV2 gehalten zu werden. Ferner ist das Hilfselektrodenelement 140 des Keramikelementes 120 angeschlossen an und elektrisch verbunden mit dem zweiten Hilfsausgangsanschluss 242 der Hilfselektrodenspannungsversorgungsschaltung 240 durch das Leitungskabel des Hilfspotenzials 164 der elektrischen Leitung 163, um so auf dem Hilfselektrodenpotenzial PV3 gehalten zu werden. Außerdem ist das innere Metallelement 20 angeschlossen an und elektrisch verbunden mit dem inneren Schaltungsgehäuse 250, etc., durch die innengeführten Außenleiter 161g1 und 163g1 der elektrischen Leitungen 161 und 163, um dadurch auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten zu werden. Zusätzlich ist das äußere Metallelement 70 angeschlossen an und elektrisch verbunden mit dem äußere Schaltungsgehäuse 260, etc., und ist damit elektrisch verbunden durch die außengeführten Außenleiter 161g2 und 163g2 der elektrischen Leitungen 161 und 163, um so auf dem Massepotenzial PVE gehalten zu werden.
Das zweite Potenzial PV2 einer positiven Hochspannung (z. B. 1 kV bis 2 kV) wird von der Ionenquellenspannungsversorgungsschaltung 210 des Schaltungsabschnitts 200 an den nadelförmigen Elektrodenabschnitt 131 des Entladungselektrodenelementes 130 über das Entladungspotenzialleitungskabel 162 der elektrischen Leitung 161, dem Entladungspotenzialanschluss 46 und die Entladungspotenzialkontaktfläche 135 angelegt. Dadurch kommt es zwischen einem nadelförmigen distalen Endabschnitt 131ss des nadelförmigen Elektrodenabschnitts 131 und dem inneren Schutzelement 60, welches auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten wird, zur Gasentladung, insbesondere Koronaentladung, wodurch Ionen CP um den nadelförmigen distalen Endabschnitt 131ss erzeugt werden. Wie oben beschrieben, wird durch den Einsatz des Gaseinleitungsrohres 25 das Abgas EG in das Innere des inneren Schutzelementes 60 geleitet, und ein Durchfluss des eingeleiteten Gases EGI von dem proximalen Ende der Seite GK in Richtung des distalen Endes der Seite GS wird in der Nähe des Keramikelementes 120 erzeugt. Somit haften die erzeugten Ionen CP an den Partikeln S, welche in dem eingeleiteten Gas EGI enthalten sind. Dadurch werden aus den Partikeln S positiv geladene Partikel SC, welche zusammen mit dem eingeleiteten Gas EGI in Richtung Gasauslassöffnung 60e strömen und in das Abgasrohr EP abgeleitet werden.
Zudem wird ein vorgegebenes Potenzial (z. B. ein positives Gleichspannungspotenzial von 100 V bis 200 V) von der Hilfselektrodenspannungsversorgungsschaltung 240 des Schaltungsabschnitts 200 an den Hilfselektrodenabschnitt 141 des Hilfselektrodenelementes 140 über das Leitungskabel des Hilfspotenzials 164 der elektrischen Leitung 163, den Hilfspotenzialanschluss 47 und die Hilfspotenzialkontaktfläche 147 angelegt, sodass der Hilfselektrodenabschnitt 141 auf dem Hilfselektrodenpotenzial PV3 gehalten wird. Somit wirkt eine abstoßende Kraft, welche von dem Hilfselektrodenabschnitt 141 in Richtung des inneren Schutzelementes 60 (Sammelelektrode) gelenkt wird, das auf der radialen Außenseite GDO liegt, auf die strömenden Ionen CPF ein, unter welchen sich einige der erzeugten Ionen CP befinden, die nicht an den Partikeln S haften geblieben sind. Dadurch bleiben die strömenden Ionen CPF an verschiedenen Abschnitten der Sammelelektrode (inneres Schutzelement 60) haften, wodurch das Sammeln der strömenden Ionen CPF durch die Sammelelektrode unterstützt wird. Somit können die strömenden Ionen CPF zuverlässig gesammelt werden, und es wird verhindert, dass strömende Ionen CPF durch die Gasauslassöffnung 60e ausgestoßen werden.
In dem Partikeldetektionssystem 1 detektiert die Signalstromdetektionsschaltung 230 ein Signal (Signalstrom Is), welches der Menge der Ladung der ausgestoßenen Ionen CPH entspricht, welche an den geladenen Partikeln SC, die durch die Gasauslassöffnung 60e ausgestoßen werden, haften bleiben. Dadurch kann die Menge (Konzentration) an Partikeln S, welche in dem Abgas EG enthalten sind, detektiert werden. Wie oben beschrieben, werden gemäß der gegenwärtigen Ausführungsform die Ionen CP dazu gebracht, an den Partikeln S zu haften, welche in dem Abgas EG, das in das Gaseinleitungsrohr 25 geleitet wird, enthalten sind, um so die geladenen Partikel SC zu bilden, und die Menge an in dem Abgas EG enthaltenen Partikeln S wird unter Einsatz des Signalstroms Is detektiert, welcher zwischen dem ersten Potenzial PV1 und dem Massepotenzial PVE entsprechend der Menge an geladenen Partikeln SC fließt.
Zusätzlich weist das Keramikelement 120 in dem Partikelsensor 10 das Heizungselement 150 auf. Die Heizungskontaktfläche 156 des Heizungselementes 150 ist über den Heizungsanschluss 48 und dem Heizungsleitungskabel 174 der elektrischen Leitung 173 elektrisch verbunden mit dem Stromversorgungsanschluss 225a der zweiten Heizungsenergieversorgungsschaltung 225 des Schaltungsabschnitts 200. Ebenso ist die Heizungskontaktfläche 158 des Heizungselementes 150 über den Heizungsanschluss 49 und dem Heizungsleitungskabel 176 der elektrischen Leitung 175 elektrisch verbunden mit dem Stromversorgungsanschluss 225b der zweiten Heizungsenergieversorgungsschaltung 225.
Somit wird, sobald die zweite Heizungsenergieversorgungsschaltung 225 eine vorgegebene Wärmeerzeugungsspannung zwischen der Heizungskontaktfläche 156 und der Heizungskontaktfläche 158 anlegt, der wärmeerzeugende Widerstand 151 des Heizungselementes 150 mit Energie versorgt und erzeugt so Wärme. Dadurch kann, da fremde Substanzen, wie z. B. Wassertropfen und Ruß, welche an dem Keramikelement 120 haften bleiben, mittels Erhitzen des Keramikelementes 120 entfernt werden, die Isolierung des Keramikelementes 120 wiederhergestellt oder aufrechterhalten werden.
Zusätzlich weist der erste Abstandshalter 100 in dem Partikelsensor 10 gemäß gegenwärtiger Ausführungsform die Abstandshalterheizung 105 auf. Der erste Heizungsanschluss 107 der Abstandshalterheizung 105 ist über das metallische Heizungsverbindungselement 85 und dem Heizungsleitungskabel 172 der elektrischen Leitung 171 elektrisch verbunden mit dem Stromversorgungsanschluss 223a der ersten Heizungsenergieversorgungsschaltung 223 des Schaltungsabschnittes 200. Auch der zweite Heizungsanschluss 108 der Abstandshalterheizung 105 ist über das äußere Metallelement 70 und das Außenrohrverbindungselement 95 elektrisch verbunden mit dem Massepotenzial PVE und dem Stromversorgungsanschluss 223b der ersten Heizungsenergieversorgungsschaltung 223.
Somit wird, sobald die erste Heizungsenergieversorgungsschaltung 223 eine vorgegebene Wärmeerzeugungsspannung zwischen dem ersten Heizungsanschluss 107 und dem zweiten Heizungsanschluss 108 anlegt, der wärmeerzeugende Widerstand 106 der Abstandshalterheizung 105 mit Energie versorgt und erzeugt somit Wärme. Dadurch können fremde Substanzen, wie z. B. Wassertropfen und Ruß, welche an dem Gaskontaktabschnitt 101s des distalen Endabschnitts 101 des Abstandshalters haften bleiben, mittels Erhitzen des distalen Endabschnitts 101 des Abstandshalters des ersten isolierenden Abstandshalters 100 entfernt werden (verdunstet oder verbrannt). Daher kann der Partikelsensor 10 die Isolierung des ersten isolierenden Abstandshalters 100, welcher zwischen dem inneren Metallelement 20, das auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten wird und dem äußeren Metallelement 70, das auf dem Massepotenzial PVE gehalten wird, eingefügt ist wiederherstellen oder aufrechterhalten und kann somit die in dem Abgas EG enthaltene Menge an Partikeln S richtig detektieren.
Auch kann, da der wärmeerzeugende Widerstand 106 der Abstandshalterheizung 105 in dem ersten isolierenden Abstandshalter 100 eingefügt ist, ein Fehler, die Abstandshalterheizung 105 richtig mit Strom zu versorgen sowie eine Verschlechterung des wärmeerzeugenden Widerstandes 106, welche sonst aus der Anhaftung (Ansammlung) von fremden Substanzen, wie z. B. Ruß, an dem wärmeerzeugenden Widerstand 106 resultieren könnte, beschränkt werden. Daher kann selbst bei Einsatz des Partikelsensors 10 über einen längeren Zeitraum das Heizen durch die Abstandshalterheizung 105 in einem guten Zustand gehalten werden.
Des Weiteren ist in der gegenwärtigen Ausführungsform der erste Heizungsanschluss 107 der Abstandshalterheizung 105 an der äußeren Schulterfläche (Abstandshalterkontaktfläche) 102s vorgesehen, welche mit dem äußeren Metallelement 70 (dem abgestuften Abschnitt 83 des metallischen Befestigungselementes 80) des ersten isolierenden Abstandshalters 100 in Kontakt kommt; und entsprechend ist der erste Heizungsanschluss 107 elektrisch verbunden mit dem äußeren Metallelement 70. Aufgrund einer solchen Struktur kann ein Leitungskabel oder Ähnliches zum Anschließen des ersten Heizungsanschlusses 107 an das äußere Metallelement 70 weggelassen werden, sodass der Partikelsensor 10 einen einfachen Aufbau haben kann, und der erste Heizungsanschluss 107 kann auf eine zuverlässigere Weise elektrisch mit dem äußeren Metallelement 70 verbunden sein. Auch ist in der gegenwärtigen Ausführungsform der erste Heizungsanschluss 107 ringförmig an die äußere Schulterfläche 102s ausgebildet, um sich dort in die Umfangsrichtung CD des ersten isolierenden Abstandshalters 100 zu erstrecken und ist somit mit dem äußeren Metallelement 70 (dem abgestuften Abschnitt 83 des metallischen Befestigungselementes 80) über dessen gesamten Umfang in Kontakt. Dadurch können der erste Heizungsanschluss 107 und das äußere Metallelement 70 auf zuverlässigere Weise elektrisch miteinander verbunden werden.
Besonders der Signalstrom Is in dem Partikelsensor 10 ist klein; jedoch kann, da eine Verschlechterung der Isolierung des ersten isolierenden Abstandshalters 100, welcher zwischen dem inneren Metallelement 20, das auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten wird und dem äußeren Metallelement 70, das auf dem Massepotenzial PVE gehalten wird, eingefügt ist, mittels der Abstandshalterheizung 105 beschränkt werden kann, ein Leckstrom zwischen dem ersten Potenzial PV1 und dem Massepotenzial PVE beschränkt werden, wodurch der kleine Signalstrom Is, welcher dazwischen fließt, richtig detektiert werden kann. Als ein Ergebnis, kann die Menge der in dem Abgas EG enthaltenen Partikel S richtig detektiert werden.
(Zweite Ausführungsform)
Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Ein Partikeldetektionssystem 301 der zweiten Ausführungsform ist zusammengesetzt aus einem Partikelsensor 310 (s. 9 bis 11) und einem Schaltungsabschnitt 200 (s. 3), was es mit der ersten Ausführungsform gemeinsam hat, und erfasst die Menge an Partikeln S, welche in dem Abgas EG, das durch das Abgasrohr EP strömt, enthalten sind. In den 9 und 10, in die Längsrichtung GH entlang der Axiallinie AX des Partikelsensors 310, entspricht die untere Seite in den Zeichnungen dem distalen Ende der Seite GS, und die gegenüberliegende obere Seite in den Zeichnungen entspricht dem proximalen Ende der Seite GK. Da eine Form an dem proximalen Ende der Seite des Partikelsensors 310 im Wesentlichen der des Partikelsensors 10 in der ersten Ausführungsform entspricht, wird ein Teil an dem proximalen Ende der Seite in den 9 und 10 ausgelassen. Der Partikelsensor 310 wird so beschrieben, dass Eigenschaften im Mittelpunkt stehen, welche sich von denen der ersten Ausführungsform des Partikelsensors 10 unterscheiden; und Komponenten, welche denen des Partikelsensors 10 ähneln, werden mit gleichen Bezugszeichen versehen und die Beschreibung davon weggelassen oder kurz zusammengefasst.
Der Partikelsensor 310 ist so angebracht, dass das Gaseinleitungsrohr 25 seines inneren Metallelementes 320 in das metallische Abgasrohr EP eingefügt ist, welches über die Befestigungsöffnung EPO des Abgasrohres EP auf dem Massepotenzial PVE gehalten wird. Die Ionen CP bleiben an den Partikeln S haften, welche in dem eingeleiteten Gas EGI enthalten sind, das in das Gaseinleitungsrohr 25 durch die Gaseinleitungslöcher 65c eingeleitet wird, um so die geladenen Partikel SC zu erzeugen, und die geladenen Partikel SC werden zusammen mit dem eingeleiteten Gas EGI in das Abgasrohr EP durch die Gasauslassöffnung 60e (siehe 8) abgeleitet. Der Partikelsensor 310 ist zusammengesetzt aus dem inneren Metallelement 320, welches das Gaseinleitungsrohr 25 umfasst, einem äußeren Metallelement 370, einem isolierenden Abstandshalter 400, einem Keramikelement 420, etc.
Das innere Metallelement 320 wird auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten, welches sich von dem Massepotenzial PVE unterscheidet, und ist zusammengesetzt aus einer metallischen Schale 330, einem Innenrohr 340, einem Innenrohrverbindungselement 50 und dem Gaseinleitungsrohr 25 (dem inneren Schutzelement 60 und dem äußeren Schutzelement 65).
Die metallische Schale 330 nimmt eine Form an, welche der metallischen Schale 30 des Partikelsensors 10 gemäß oben beschriebener erster Ausführungsform im Wesentlichen entspricht. Jedoch weist die metallische Schale 330, im Gegensatz zu dem Partikelsensor 10, ein männliches Schraubenelement 330n zwischen einem Flansch 331 und einem distalen Endabschnitt 330s auf. Ein Abstandshaltering 332, welcher den isolierenden Abstandshalter 400 (wird später beschrieben) durch eine Dichtung 339 hindurch festhält, ist in das männliche Schraubenelement 330n eingerastet. Dadurch wird ein dicker Wandabschnitt 401f eines Abstandshalterhauptkörpers 401 des isolierenden Abstandshalters 400 zwischen dem Flansch 331 der metallischen Schale 330 und dem Abstandshaltering 332 gehalten, wodurch, wie später beschrieben wird, die metallische Schale 330 und das Keramikelement 420, etc., welches von der metallischen Schale 330 gehalten wird, durch den isolierenden Abstandshalter 400 an ein metallisches Befestigungselement 380 befestig werden.
Das Keramikelement 420, welches ein wenig länger ist als das Keramikelement 120 der ersten Ausführungsform, erstreckt sich durch die metallische Schale 330. Ähnlich wie bei dem Partikelsensor 10 der ersten Ausführungsform, sind in dem Inneren der metallischen Schale 330 die metallische Aufnahmebuchse 33, die Keramikhalterung 34, die erste aus Pulver gepresste Schicht 35, die zweite aus Pulver gepresste Schicht 36, die Keramikhülse 37 in dieser Reihenfolge von dem distalen Ende der Seite GS her in Richtung des proximalen Endes der Seite GK angeordnet, und der Falzabschnitt 330kk presst die Keramikhülse 37 in Richtung des distalen Endes der Seite GS durch den Falzring 38.
Das Keramikelement 420 unterscheidet sich von dem Keramikelement 120 darin, dass eine Abmessung entlang der Längsrichtung GH ein wenig länger ist. Jedoch gleichen andere Komponenten, Formen und Strukturen dem oben beschriebenen Keramikelement 120 (s. 6 und 7); daher wird die Beschreibung des Keramikelementes 420 in der Beschreibung der zweiten Ausführungsform weggelassen.
Im Gegensatz zu dem Innenrohr 40 der ersten Ausführungsform, ist ein distaler Endabschnitt 340s des Innenrohres 340 auf einen proximalen Endabschnitt 330k der metallischen Schale 330 montiert und an den proximalen Endabschnitt 330k lasergeschweißt. Ähnlich wie bei dem Innenrohr 40 der ersten Ausführungsform, sind in dem Inneren des Innenrohres 340 die isolierende Halterung 43, der erste Abstandshalter 44 und der zweite Abstandshalter 45 in dieser Reihenfolge von dem distalen Ende der Seite GS her in Richtung des proximalen Endes der Seite GK angeordnet. Das Keramikelement 420 erstreckt sich durch die isolierende Halterung 43 und den ersten Abstandshalter 44. Zudem birgt der zweite Abstandshalter 45 ein proximales Endabschnittselement 420k des Keramikelementes 420. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, ist das metallische Innenrohrverbindungselement 50 auf einen proximalen Endabschnitt 340k des Innenrohres 340 montiert, und der distale Endabschnitt 50s der metallischen Innenrohrverbindung 50 ist an den proximalen Endabschnitt 340k des Innenrohres 340 lasergeschweißt. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist das Gaseinleitungsrohr 25 zusammengesetzt aus dem inneren Schutzelement 60 und dem äußeren Schutzelement 65, umfasst einen distalen Endabschnitt des Keramikelementes 420 von der radialen Außenseite GDO her, um dadurch das Keramikelement 420 vor Wassertropfen und fremden Substanzen zu schützen, sowie um das Abgas EG in einen Raum um das Keramikelement 420 einzuleiten.
Als Nächstes wird das äußere Metallelement 370 beschrieben. Das äußere Metallelement 370 weist einen größeren Durchmesser auf als das äußere Metallelement 70 des Partikelsensors 10 gemäß oben beschriebener erster Ausführungsform, nimmt aber eine Form an, welche im Wesentlichen der Form des äußeren Metallelementes 70 in der Weise gleicht, dass es das innere Metallelement 320 von der radialen Richtung GD her umlaufend umgibt, während es von dem inneren Metallelement 320 getrennt und an das Abgasrohr EP angebracht ist, um so auf dem Massepotenzial PVE gehalten zu werden. Das äußere Metallelement 370 ist zusammengesetzt aus einem metallischen Befestigungselement 380 und einem Außenrohr 390.
Das metallische Befestigungselement 380 ist um die metallische Schale 330 und um einen distalen Endabschnitt des Innenrohres 340 herum so angebracht, dass es von ihnen in radialer Richtung GD isoliert ist. Das metallische Befestigungselement 380 weist einen Flanschabschnitt 381 von hexagonaler Säulenform sowie einen abgestuften Abschnitt 383 auf. Das metallische Befestigungselement 380 weist auch ein Außengewinde (nicht dargestellt) auf, welches zur Befestigung des Abgasrohres EP dient und an den äußeren Umfang seines distalen Endabschnitts 380s ausgebildet ist, und der Partikelsensor 310 ist über den Befestigungsansatz BO durch das Außengewinde des distalen Endabschnitts 380s an das Abgasrohr EP befestigt.
In dem Partikelsensor 10 der ersten Ausführungsform werden das metallische Befestigungselement 80 und das innere Metallelement 20 durch den ersten isolierenden Abstandshalter 100 und den zweiten isolierenden Abstandshalter 110 voneinander beabstandet und elektrisch isoliert. Jedoch isoliert in dem Partikelsensor 310 der zweiten Ausführungsform der einzelne isolierende Abstandshalter 400 das äußere Metallelement 370 und das innere Metallelement 320, insbesondere das metallische Befestigungselement 380 und die metallische Schale 330, elektrisch voneinander. Ein Falzabschnitt 380kk, welcher sich am weitesten in Richtung des proximalen Endes der Seite GK des metallischen Befestigungselementes 380 befindet, wird in Richtung der radialen Innenseite GDI gequetscht, um so eine Presshülse 410 durch eine Dichtung 387 in Richtung des distalen Endes der Seite GS und ein ringförmiges Vorsprungelement 403 des isolierenden Abstandshalters 400 durch ein aus Pulver gepresstes Element 430 in Richtung des distalen Endes der Seite GS und somit gegen den abgestuften Abschnitt 383 des metallischen Befestigungselementes 380 zu pressen und dadurch den isolierenden Abstandshalter 400 an dem metallischen Befestigungselement 380 zu befestigen. Zudem wird, ähnlich wie bei dem Außenrohr 90 des Partikelsensors 10, ein distaler Endabschnitt 90s des Außenrohres 390 an einen proximalen Endabschnitt 380k des metallischen Befestigungselementes 380 befestigt und an den proximalen Endabschnitt 380k lasergeschweißt.
Als Nächstes wird der isolierende Abstandshalter 400 beschrieben (s. auch 12 bis 16). Der isolierende Abstandshalter 400 ist ein zylindrisches Element, in erster Linie aus Aluminiumoxid ausgebildet, und erstreckt sich in die Längsrichtung GH. Wie oben erwähnt, greift der isolierende Abstandshalter 400 zwischen dem inneren Metallelement 320 und dem äußeren Metallelement 370 ein, um sie so elektrisch voneinander zu isolieren. Insbesondere befindet sich der isolierende Abstandshalter 400 zwischen dem inneren Metallelement 320, d. h. der metallischen Schale 330 sowie dem distalen Endabschnitt des Innenrohres 340 und dem äußeren Metallelement 370; d. h. dem metallischen Befestigungselement 380 sowie dem distalen Endabschnitt des Außenrohres 390. Der isolierende Abstandshalter 400 ist zusammengesetzt aus einem im Wesentlichen zylindrischen Röhrenelement 400t und einem ringförmigen Vorsprungelement 403, welches ringförmig von dem Röhrenelement 400t in Richtung der radialen Außenseite GDO vorsteht.
Ein Abschnitt an dem distalen Ende der Seite GS des Röhrenelementes 400t des isolierenden Abstandshalters 400 dient als Gaskontaktabschnitt 400s, welcher in das Innere des Abgasrohres EP eingefügt ist und kommt mit dem Abgas EG in einem Zustand in Kontakt, in welchem der Partikelsensor 310 an dem Abgasrohr EP befestigt ist (siehe 9 und 13).
Der isolierende Abstandshalter 400 weist einen zylindrischen Abstandshalterhauptkörper 401, welcher aus Aluminiumoxid ausgebildet ist und als Röhrenelement 400t dient, einen laminaren Heizungsabschnitt 402, welcher auf einer zylindrischen äußeren Umfangsfläche 401g des Abstandshalterhauptkörpers 401 auf zylindrische einschichtige (Form ähnelt dem Buchstaben C) Weise aufgezogen ist, wobei eine Lücke zwischen den gegenüberliegenden Enden ausgebildet ist, um Überlappung zu vermeiden, und das ringförmige Vorsprungelement 403, welches gasdicht auf dem laminaren Heizungsabschnitt 402 aufgepasst ist und in Richtung der radialen Außenseite GDO des isolierenden Abstandshalters 400 vorsteht, auf. Der Abstandshalterhauptkörper 401 weist den dicken Wandabschnitt 401f, welcher sich in Richtung des distalen Endes der Seite GS in die Längsrichtung GH entlang der Axiallinie AX befindet, und einen schmalen Wandabschnitt am distalen Ende 401s, welcher sich auf dem distalen Ende der Seite GS des dicken Wandabschnitts 401f befindet, auf.
Zudem ist, wie in 16 dargestellt, der laminare Heizungsabschnitt 402 aus einer laminaren Abstandshalterheizung 405, einer isolierenden Basisschicht 408 aus Aluminiumoxid, welche sich innerhalb der laminaren Abstandshalterheizung 405 befindet und einer isolierenden Deckschicht 409 aus Aluminiumoxid, welche sich außerhalb der Abstandshalterheizung 405 befindet, zusammengesetzt. Die Abstandshalterheizung 405 (s. 16 und 17) ist zusammengesetzt aus einem laminaren wärmeerzeugenden Widerstand 406 aus Wolfram und aus Heizungsleitungsabschnitten 407. Die Heizungsleitungsabschnitte 407 sind zusammengesetzt aus Leitungshauptkörpern 407p, welche sich von den jeweils gegenüberliegenden Enden des laminaren wärmeerzeugenden Widerstandes 406 her erstrecken, aus Anschlusskontaktflächen 407m, welche auf der Oberfläche des laminaren Heizungsabschnitts 402 freiliegen und aus Durchführungsleitern [via conductors] 407v, welche sich durch die isolierende Deckschicht 409 erstrecken, um die elektrische Verbindung zwischen dem Leitungshauptkörper 407p und den Anschlusskontaktflächen 407m zu schaffen.
Der laminare wärmeerzeugende Widerstand 406 erstreckt sich in die Umfangsrichtung CD (horizontale Richtung in 17) des isolierenden Abstandshalters 400. Dadurch, dass der laminare wärmeerzeugende Widerstand 406 um den Abstandshalterhauptkörper 401 gewunden ist, wie in 12 dargestellt, sind ein Endabschnitt 406p, welcher auf einer Seite CD1 (rechte Seite in 17) liegt und der andere Endabschnitt 406q, welcher auf der anderen Seite CD2 (linke Seite in 17) liegt, einander in der Umfangsrichtung CD gegenüber und dicht beieinander angeordnet. Auch der laminare wärmeerzeugende Widerstand 406 ist mäanderförmig (zickzack) ausgebildet. Jedoch sind der eine Endabschnitt 406p und der andere Endabschnitt 406q mit kleinerer Biegeteilung ausgebildet als der dazwischenliegende mittlere Abschnitt 406r; somit ist es, verglichen mit dem mittleren Abschnitt 406r, eher wahrscheinlich, dass der eine Endabschnitt 406p und der andere Endabschnitt 406q Wärme erzeugen; d. h. der eine Endabschnitt 406p und der andere Endabschnitt 406q erzeugen eine große Menge Wärme per Längeneinheit in die Umfangsrichtung CD. Infolgedessen wird dadurch, dass die Oberflächentemperaturen von jenen Abschnitten des isolierenden Abstandshalters 400, welche dem einen Endabschnitt 406p und dem anderen Endabschnitt 406q entsprechen, erhöht werden können, kann ein Fehler in der Beseitigung von anhaftenden fremden Substanzen, wie Wassertropfen und Ruß, verhindert werden und damit auch eine resultierende Verschlechterung der Isolierung an einem Abschnitt, welcher der Lücke zwischen dem einen Endabschnitt 406p und dem anderen Endabschnitt 406q entspricht (ein Bereich, der sich auf der einen Seite CD1 des einen Endabschnitts 406p in der Umfangsrichtung CD und auf der anderen Seite CD2 des anderen Endabschnitts 406q in der Umfangsrichtung CD befindet, und in welchem der laminare wärmeerzeugende Widerstand 406 nicht existiert). Der Fehler in der Beseitigung von fremden Substanzen könnte ansonsten aus einem Abfall der Oberflächentemperatur des Abschnitts, welcher der Lücke entspricht, resultieren.
Des Weiteren ist in dem isolierenden Abstandshalter 400 der zweiten Ausführungsform der laminare wärmeerzeugende Widerstand 406 des laminaren Heizungsabschnitts 402 an der radialen Außenseite GDO des schmalen Wandabschnitts des distalen Endes 401s des Abstandshalterhauptkörpers 401 angebracht. Somit wird, wie in 9 und 10 dargestellt, ein getrennter Abschnitt 400d, welcher den Gaskontaktabschnitt 400s umfasst und welcher sich aus dem schmalen Wandabschnitt des distalen Endes 401s und einem Abschnitt (ein Abschnitt, welcher den laminaren wärmeerzeugenden Widerstand 406 umfasst) des laminaren Heizungsabschnitts 402, welcher sich auf der radialen Außenseite GDO des schmalen Wandabschnitts des distalen Endes 401s befindet, zusammensetzt, von dem inneren Metallelement 320 (metallische Schale 330 und Abstandshaltering 332), welches auf der radialen Innenseite GDI des getrennten Abschnitts 400d angeordnet ist, mit einem dazwischen ausgebildeten Innenraum SPI getrennt. Zusätzlich wird der getrennte Abschnitt 400d von dem äußeren Metallelement 370 (distaler Abschnitt des Endes 380s des metallischen Befestigungselementes 380), welches auf der radialen Außenseite GDO des getrennten Abschnitts 400d angeordnet ist, mit einem dazwischen ausgebildeten Außenraum SPO getrennt. Dadurch weist der getrennte Abschnitt 400d eine geringe Wärmekapazität auf, und die Räume SPO und SPI hemmen die Wärmeleitung des getrennten Abschnitts 400d zum inneren Metallelement 320 und zum äußeren Metallelement 370; daher weist der getrennte Abschnitt 400d ohne Weiteres eine höhere Temperatur mittels eines laminaren wärmeerzeugenden Widerstandes 406 auf, welcher durch Energiezufuhr des laminaren Heizungsabschnitts 402 Wärme erzeugt, wobei angesammelte fremde Substanzen, wie Wassertropfen und Ruß, leicht entfernt werden können und die Ansammlung von fremden Substanzen verhindert werden kann.
Das ringförmige Vorsprungelement 403 ist ein ringförmiges Element aus Aluminiumoxid und setzt sich zusammen aus einem Keramikring 403c, welcher an den laminaren Heizungsabschnitt 402 montiert ist, mit dem das Röhrenelement 400t versehen ist; insbesondere an dem äußeren Umfang des Abstandshalterhauptkörpers 401, und ein Glasabdichtungselement 403g ausgebildet aus Glas, und angepasst, den Keramikring 403c gasdicht auf dem laminaren Heizungsabschnitt 402 aufzupassen. Dadurch, dass der Falzabschnitt 380kk des metallischen Befestigungselementes 380 gepresst wird, wird das ringförmige Vorsprungelement 403 des isolierenden Abstandshalters 400 in Richtung des distalen Endabschnitts GS durch die Dichtung 387, die Presshülse 410 und das aus Pulver gepresste Element 430 gepresst, um dadurch gegen den abgestuften Abschnitt 383 des metallischen Befestigungselementes 380 gepresst zu werden. Somit kann, gemäß der zweiten Ausführungsform, der isolierende Abstandshalter 400, welcher das ringförmige Vorsprungelement 403 aufweist, leicht und gasdicht auf das metallische Befestigungselement 380 aufgepasst werden.
Bei der Bildung des isolierenden Abstandshalters 400 wird ein Grünling eines laminaren Heizungsabschnitts 402 [green laminar heater section 402], welcher den laminaren wärmeerzeugenden Widerstand und den mittels Drucken ausgebildeten Leitungshauptkörper 407p umfasst, auf den äußeren Umfang eines kalzinierten Abstandshalterhauptkörpers 401 aufgezogen, gefolgt von Brennen [firing]. Anschließend wird der Keramikring 403c an den laminaren Heizungsabschnitt 402 montiert und dann gasdicht auf dem laminaren Heizungsabschnitt 402 mittels Glas aufgepasst, um dadurch das Glasabdichtungselement 403g bereitzustellen.
Wie in 10 dargestellt, sind die beiden Heizungsleitungsabschnitte 407 des laminaren Heizungsabschnitts 402 des isolierenden Abstandshalters 400 jeweils durch Verbindungsanschlüsse 481 und 482 mit den Heizungsleitungskabeln 472 und 478 verbunden, welche Kernadern von einadrigen elektrischen Leitung 471 und 477 sind. Insbesondere wird ein distaler Endabschnitt des Heizungsleitungskabels 472 der elektrischen Leitung 471 und ein distaler Endabschnitt des Heizungsleitungskabels 478 der elektrischen Leitung 477 jeweils durch die Verbindungsanschlüsse 481 und 482 gehalten, welche an die jeweiligen Anschlusskontaktflächen 407m gelötet sind, um dadurch elektrisch mit den Verbindungsanschlüssen 481 und 482 verbunden zu sein. Wie in 3 dargestellt, ist der Stromversorgungsanschluss 223a der ersten Heizungsenergieversorgungsschaltung 223 an die elektrische Leitung 471 (Heizungsleitungskabel 472) angeschlossen, und der Stromversorgungsanschluss 223b ist angeschlossen an das Heizungsleitungskabel 478 der elektrischen Leitung 477; dadurch kann die erste Heizungsenergieversorgungsschaltung 223 die Abstandshalterheizung 405 (laminarer wärmeerzeugenden Widerstand 406) mit Strom versorgen.
Somit können durch die erste Heizungsenergieversorgungsschaltung 223, welche den laminaren wärmeerzeugenden Widerstand 406 mit Strom versorgt, um Wärme zu erzeugen und somit den getrennten Abschnitt 400d des isolierenden Abstandshalters 400 zu beheizen, fremde Substanzen, wie Wassertropfen und Ruß, welche an dem Gaskontaktabschnitt 400s haften bleiben, der sich auf dem distalen Endabschnitt des isolierenden Abstandshalters 400 befindet, entfernt (verdunstet oder verbrannt) werden. Daher kann der Partikelsensor 310 die Isolierung des isolierenden Abstandshalters 400, welcher zwischen dem inneren Metallelement 320 (metallische Schale 330), das auf dem ersten Potenzial PV1 gehalten wird und dem äußeren Metallelement 370 (metallisches Befestigungselement 380), das auf dem Massepotenzial PVE gehalten wird, eingefügt ist, wiederherstellen oder aufrechterhalten und somit die Menge an Partikeln S, die in dem Abgas EG enthalten sind, richtig detektieren.
Auch kann, da der laminare wärmeerzeugende Widerstand 406 der Abstandshalterheizung 405 in dem isolierenden Abstandshalter 400 eingefügt und mit der isolierenden Deckschicht 409 beschichtet ist, ein Fehler, die Abstandshalterheizung 405 richtig mit Strom zu versorgen und eine Verschlechterung des laminaren wärmeerzeugenden Widerstandes 406 beschränkt werden, was andernfalls aus der Anhaftung (Ansammlung) von fremden Substanzen, wie Ruß, an dem laminaren wärmeerzeugenden Widerstand 406 resultieren könnte. Daher kann selbst bei einem Gebrauch des Partikelsensors 310 über einen längeren Zeitraum, das Beheizen durch die Abstandshalterheizung 405 in einem guten Zustand beibehalten werden.
Im Gegensatz zum Partikelsensor 10 der ersten Ausführungsform, welcher fünf elektrische Leitungen 161, 163, 171, 173 und 175 verwendet; insbesondere zwei Dreifach-Koaxialkabel 161 und 163 und drei Einaderleitungen 171, 173 und 175, verwendet der Partikelsensor 310 der zweiten Ausführungsform sechs elektrische Leitungen; insbesondere die oben erwähnten elektrischen Leitungen 471 und 477 zusätzlich zu den elektrischen Leitungen 161, 163, 173 und 175. Da jedoch das Außenrohrverbindungselement 95, die Gummidichtung 97, etc., im Wesentlichen in Form und Struktur der ersten Ausführungsform gleichen, wird deren Beschreibung weggelassen. Des Weiteren ist die elektrische Leitung 477, wie durch die gestrichelte Linie in 3 dargestellt, im Gegensatz zur ersten Ausführungsform an den Stromversorgungsanschluss 223b der ersten Heizungsenergieversorgungsschaltung 223 angeschlossen. Da die Verbindungen der elektrischen Leitungen 161, 163, 173, 175 und 471 mit dem Schaltungsabschnitt 200 den entsprechenden Verbindungen der ersten Ausführungsform gleichen, entfällt deren Beschreibung.
(Erste geänderte Ausführungsform)
In dem Partikelsensor 310 gemäß der zweiten oben beschriebenen Ausführungsform, weist der laminare wärmeerzeugende Widerstand 406 des laminaren Heizungsabschnitts 402 des isolierenden Abstandshalters 400 eine mäandrische Form entlang des gesamten Umfangs in der Umfangsrichtung CD auf. Jedoch kann der laminare wärmeerzeugende Widerstand eine andere Form annehmen. Ein laminarer wärmeerzeugende Widerstand 506 eines laminaren Heizungsabschnitts 502 eines isolierenden Abstandshalters 500 gemäß einer ersten geänderten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (s. 18) weist einen mittleren Abschnitt 506r in einer geradlinigen Bandform sowie einen Endabschnitt 506p und den anderen Endabschnitt 506q, welche an gegenüberliegenden. Enden des mittleren Abschnitts 506r vorgesehen sind, und dessen Breite sich nach außen hin reduziert, auf. Durch die Anwendung dieser Form kann der gesamte elektrische Widerstand des laminaren wärmeerzeugenden Widerstandes 506 verringert werden, wodurch verglichen mit dem Partikelsensor 310 der zweiten Ausführungsform, welche den laminaren wärmeerzeugenden Widerstand 406 verwendet, der laminare wärmeerzeugende Widerstand 506 dazu gebracht werden kann, sowohl bei einer niedrigen Spannung und einem großem Strom Wärme zu erzeugen.
(Zweite geänderte Ausführungsform)
Ein laminarer wärmeerzeugender Widerstand 606 eines laminaren Heizungsabschnitts 602 eines isolierenden Abstandshalters 600 gemäß einer zweiten geänderten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (s. 19) weist einen mittleren Abschnitt 606r in einer geradlinigen Bandform sowie einen Endabschnitt 606p und einen anderen Endabschnitt 606q, welche beide in mäandrischer Form an gegenüberliegenden Enden des mittleren Abschnitts 606r bereitstehen, auf. Durch die Anwendung dieser Form kann, verglichen mit dem laminaren wärmeerzeugenden Widerstand 406 der zweiten Ausführungsform, der Gesamtwiderstand des laminaren wärmeerzeugenden Widerstandes 606 reduziert werden, wodurch der laminare wärmeerzeugende Widerstand 606 dazu gebracht werden kann, sowohl bei einer niedrigen Spannung und einem großem Strom Wärme zu erzeugen.
Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die erste und zweite Ausführungsform und die erste und zweite geänderte Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, aber kann soweit erforderlich geändert werden, ohne von dem Kern der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel verwenden die erste und zweite Ausführungsform, etc. den wärmeerzeugenden Widerstand 106 aus Wolfram; jedoch ist das Material für den wärmeerzeugenden Widerstand 106 nicht darauf beschränkt. Andere metallische Werkstoffe, wie Platin und Molybdän, und elektrisch leitfähige keramische Werkstoffe können verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1, 301: Partikeldetektionssystem
10, 310: Partikelsensor
20, 320: inneres Metallelement
25: Gaseinleitungsrohr
30, 330: metallische Schale
330n: männliches Schraubenelement
332: Abstandshaltering
40, 340: Innenrohr
50: metallisches Innenrohrverbindungselement
60: inneres Schutzelement
60e: Gasauslassöffnung
65: äußeres Schutzelement
65c: Gaseinleitungsloch
70, 370: äußeres Metallelement
80, 380: metallisches Befestigungselement (äußeres Metallelement)
90, 390: Außenrohr (äußeres Metallelement)
100: erster isolierender Abstandshalter (isolierender Abstandshalter)
101: distaler Endabschnitt des Abstandshalters
101s: Gaskontaktabschnitt
102: mittlerer Abschnitt des Abstandshalters
102s: äußere Schulterfläche (Abstandshalterkontaktfläche)
105: Abstandshalterheizung (Heizung)
106: wärmeerzeugender Widerstand
107: erster Heizungsanschluss
108: zweiter Heizungsanschluss
120, 420: Keramikelement
130: Entladungselektrodenelement
140: Hilfselektrodenelement
400, 500, 600: isolierender Abstandshalter
400s: Gaskontaktabschnitt
400d: getrennter Abschnitt
SPI: Innenraum
SPO: Außenraum
401: Abstandshalterhauptkörper
402, 502, 602: laminarer Heizungsabschnitt
403: ringförmiges Vorsprungelement
405: Abstandshalterheizung (Heizung)
406, 506, 606: laminarer wärmeerzeugender Widerstand
406p, 506p, 606: pein Endabschnitt (des laminaren wärmeerzeugenden Widerstandes)
406q, 506q, 606q: der andere Endabschnitt (des laminaren wärmeerzeugenden Widerstandes)
406r, 506r, 606r: mittlerer Abschnitt (des laminaren wärmeerzeugenden Widerstandes)
409: isolierende Deckschicht
SP1: Innenraum (Raum radial innerhalb des getrennten Abschnitts)
SP2: Außenraum (Raum radial außerhalb des getrennten Abschnitts)
200: Schaltungsabschnitt
EP: Abgasrohr (Gasstromrohr)
EG: Abgas (zu messendes Gas)
EGI: eingeleitetes Gas
S: Partikel
PVE: Massepotenzial
PV1: erstes Potenzial
Is: Signalstrom
AX: axiale Linie (des Partikelsensors)
GD: radiale Richtung
GDO: radiale Außenseite
GDI: radiale Innenseite
CD: Umfangsrichtung (des isolierenden Abstandshalters)
CD1: eine Seite (in die Umfangsrichtung)
CD2: die andere Seite (in die Umfangsrichtung)
CP: Ion
SC: geladener Partikel

Claims

Ein Partikelsensor, welcher an ein metallenes Gasstromrohr angebracht ist, durch das ein zu messendes Gas strömt, das Partikel enthält, und welches auf einem Massepotenzial gehalten wird, wobei der Partikelsensor ein inneres Metallelement umfasst, welches auf einem ersten Potenzial gehalten wird, das sich von dem Massepotenzial unterscheidet, und welches ein Gaseinleitungsrohr aufweist, in das das zu messende Gas eingeleitet wird, wobei der Partikelsensor weiterhin umfasst: ein röhrenförmiges äußeres Metallelement, welches einen radial äußeren Umfang des inneren Metallelementes umgibt und welches an das Gasstromrohr angebracht ist, um so auf dem Massepotenzial gehalten zu werden; und einen rohrförmigen isolierenden Abstandshalter, welcher zwischen dem inneren Metallelement und dem äußeren Metallelement so eingefügt ist, dass diese elektrisch voneinander isoliert sind, und welcher einen rohrförmigen Gaskontaktabschnitt aufweist, der in dem Inneren des Gasstromrohres liegt, um mit dem zu messenden Gas, welches durch das Gasstromrohr strömt, in Kontakt zu kommen, wobei der isolierende Abstandshalter eine Heizung aufweist, um den Gaskontaktabschnitt zu erhitzen, und die Heizung einen wärmeerzeugenden Widerstand umfasst, welcher in dem isolierenden Abstandshalter eingefügt ist.
Ein Partikelsensor nach Anspruch 1, wobei die Heizung ein Paar erster und zweiter Heizungsanschlüsse aufweist, welche elektrisch mit dem wärmeerzeugenden Widerstand verbunden sind; und wobei der erste Heizungsanschluss auf einer Abstandshalterkontaktfläche des isolierenden Abstandshalters ausgebildet ist, dessen Fläche mit dem äußeren Metallelement in Kontakt steht, und der erste Heizungsanschluss elektrisch mit dem äußeren Metallelement verbunden ist.
Ein Partikelsensor nach Anspruch 2, wobei die Abstandshalterkontaktfläche eine ringförmige Fläche darstellt, welche sich in die Umfangsrichtung des isolierenden Abstandshalters erstreckt; und wobei der erste Heizungsanschluss ringförmig auf der Abstandshalterkontaktfläche ausgebildet ist, um sich in die Umfangsrichtung des isolierenden Abstandshalters zu erstrecken und mit dem äußeren Metallelement über dessen gesamten Umfang in Kontakt ist.
Ein Partikelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der isolierende Abstandshalter einen rohrförmigen Abstandshalterhauptkörper, welcher aus einer isolierenden Keramik ausgebildet ist, und einen laminaren Heizungsabschnitt aufweist, welcher eine äußere Umfangsoberfläche des Abstandshalterhauptkörpers bedeckt und die Heizung umfasst; und wobei der laminare Heizungsabschnitt, ebenso wie der wärmeerzeugende Widerstand, einen laminaren wärmeerzeugenden Widerstand umfasst, welcher sich in die Umfangsrichtung des isolierenden Abstandshalters erstreckt und des Weiteren eine isolierende Deckschicht, welche aus einer isolierenden Keramik ausgebildet ist und den laminaren wärmeerzeugenden Widerstand bedeckt, wobei entgegengesetzte Endabschnitte des laminaren wärmeerzeugenden Widerstandes, welche sich auf entgegengesetzten Seiten in der Umfangsrichtung befinden, sich in der Umfangsrichtung gegenüber stehend und nah beieinander angeordnet sind.
Ein Partikelsensor nach Anspruch 4, wobei der laminare wärmeerzeugende Widerstand des laminaren Heizungsabschnittes so konfiguriert ist, dass jeder der entgegengesetzten Endabschnitte des laminaren wärmeerzeugenden Widerstandes im Vergleich mit einem mittleren Abschnitt des laminaren wärmeerzeugenden Widerstandes, welcher zwischen den entgegengesetzten Endabschnitten liegt, eine größere Menge Wärme pro Längeneinheit in die Umfangsrichtung erzeugt.
Ein Partikelsensor nach Anspruch 4 oder 5, wobei der isolierende Abstandshalter ein ringförmiges Vorsprungelement aufweist, welches aus einem anorganischen isolierenden Material ausgebildet ist, gasdicht auf dem laminaren Heizungsabschnitt aufgepasst ist und in die radiale Richtung des isolierenden Abstandshalters vorsteht.
Ein Partikelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Gaskontaktabschnitt des isolierenden Abstandshalters einen getrennten Abschnitt umfasst, der von dem inneren Metallelement, welches auf der radialen Innenseite des Gaskontaktabschnitts angeordnet ist, mit einem dazwischen ausgebildeten Innenraum getrennt ist und von dem äußeren Metallelement, welches auf der radialen Außenseite des Gaskontaktabschnitts angeordnet ist, mit einem dazwischen ausgebildeten Außenraum getrennt ist; und wobei der wärmeerzeugende Widerstand des isolierenden Abstandshalters in dem getrennten Abschnitt angeordnet ist.
Ein Partikelsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei durch Gasentladung erzeugte Ionen dazu gebracht werden, an Partikeln anzuhaften, welche in dem zu messenden Gas, das in das Innere des Gaseinleitungsrohres eingeleitet wird, enthalten sind, um dadurch geladene Partikel zu bilden; und die in dem zu messenden Gas enthaltene Menge an Partikeln wird mittels eines Signalstroms detektiert, welcher zwischen dem ersten Potenzial und dem Massepotenzial entsprechend der Menge der geladenen Partikel fließt.