ES2308782T3

ES2308782T3 - Detector de gas.

Info

Publication number: ES2308782T3
Application number: ES96945740T
Authority: ES
Inventors: Theodor Graser; Gerhard Hoetzel; Johann Wehrmann; Heinz Eisenschmid
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-03-06
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 2008-12-01
Anticipated expiration: 2016-11-20
Also published as: JP4170391B2; EP0824694B1; DE59611478D1; DE19628423A1; DE19628423C2; US5880353A; WO1997033165A1; EP0824694A1; JPH11505029A

Abstract

SE PROPONE UN SENSOR DE GAS CON UN ELEMENTO SENSOR (12) FIJADO EN UNA CARCASA METALICA (11) ESTANCA AL GAS. EL SENSOR DE GAS PRESENTA UN TUBO DE PROTECCION (16) DE DOBLE PARED CON UNA CAMISA DE PROTECCION EXTERIOR (17) Y UNA CAMISA DE PROTECCION INTERIOR (18), POSEYENDO CADA UNA DE ELLAS ABERTURAS PARA LA ENTRADA Y SALIDA DE GASES. LA CAMISA DE PROTECCION INTERIOR (18) FORMA UNA CAMARA DE GAS (33) EN LA QUE SE SUMERGE EL ELEMENTO SENSOR (12) CON UNA SECCION DEL LADO DE ESCAPE. LA CAMISA DE PROTECCION EXTERIOR (17) ES UNA CAMISA (25) CON UNA SUPERFICIE DE REVESTIMIENTO CERRADA, COLOCANDOSE LAS ABERTURAS (42), PARA LA ENTRADA Y SALIDA DEL GAS A LA CAMARA INTERMEDIA (33), SOBRE EL FRONTAL DE LA CAMISA (25). LA CAMARA DE GAS (33) FORMADA POR LA CAMISA DE PROTECCION INTERIOR (18) TIENE, PERPENDICULARMENTE A LA DIRECCION EN LA QUE SE EXTIENDE EL ELEMENTO SENSOR (12), UNA SECCION CUADRADA.

Description

Detector de gas.

Estado de la técnica

La presente invención parte de un detector de gas, especialmente, para la determinación del porcentaje de oxígeno en gases de escape de motores de combustión, acorde al término genérico de las reivindicaciones independientes.

Por la memoria US-PS 4 597 850 se conoce un detector de gas con un elemento detector en el cual el elemento detector está rodeado por un tubo protector de doble pared del lado de la salida de gas, con una pieza de cilindro exterior y una pieza de cilindro interna. En la superficie lateral de la pieza de cilindro exterior y en el extremo superior de la pieza de cilindro interna están dispuestas, respectivamente, aberturas de gas, de modo que el gas de escape sufre una desviación entre las paredes de las piezas de cilindro. De este modo, se garantiza que el gas de escape no fluya en línea recta sobre el segmento sensible del elemento detector. Puesto que, en el caso de un flujo directo con gas de escape sobre el elemento detector, las partículas conducidas por el gas de escape como, por ejemplo, impurezas o agua de condensación, pueden dañar al segmento sensible del elemento detector.

El modelo DE-9014826 presenta un detector de gas con dos tubos protectores, asimismo, el tubo protector interno sobresale por sobre la cara frontal del tubo protector exterior.

Ventajas de la invención

A diferencia de ello, el detector acorde a la invención, con las características propias de la reivindicación principal, posee la ventaja de que el tubo protector está configurado de manera simple en lo que respecta a la técnica de fabricación y la técnica de montaje. La invención impide que ingresen al espacio intermedio entre el casquillo de protección exterior e interno las partículas arrastradas por el gas de escape de motores de combustión como por ejemplo, impurezas o agua de condensación. En la entrada del gas, el gas de escape es desviado adicionalmente a causa de la abertura frontal y el casquillo de protección exterior. La invención acorde a la subreivindicación 7 posee la ventaja de que, con un diámetro interior disponible reducido del casquillo de protección exterior, el elemento detector en el casquillo de protección interno posee en todas las direcciones, una distancia de seguridad suficiente respecto de la pared interna del casquillo de protección interno. Esta distancia de seguridad es necesaria porque ante esfuerzos de empuje en el casquillo de protección interno, el elemento detector se desvía elásticamente y al golpear contra la pared interna se dañaría o se podría quebrar.

Por las medidas mencionadas en las subreivindicaciones, son posibles otros ventajosos perfeccionamientos y mejoras del detector presentado en las reivindicaciones principales. Es especialmente ventajoso aprovechar como abertura de entrada y/o de salida de gas a la ranura entre el casquillo de protección exterior y el casquillo de protección interno. De ese modo no se requieren pasos de elaboración adicionales para la elaboración de aberturas de entrada y/o salida de gas en el casquillo de protección exterior. La disposición de las aberturas de entrada de gas en la brida del casquillo de protección interno provoca que el agua de condensación arrastrada por el gas de escape no llegue directamente al área sensible del elemento detector. La configuración de las aberturas de gas con segmentos de pared emplazados con forma de placas apoya este efecto. Una ejecución especialmente conveniente se presenta cuando la invención de las reivindicaciones independientes se aplica en combinación.

Dibujo

Un ejemplo de ejecución de la presente invención está representado en el dibujo y detallado en las siguientes descripciones. Se muestra: Figura 1 un primer ejemplo de ejecución de una pieza de un detector del lado de la salida de gas, en un corte transversal; figura 2 un corte transversal de un tubo protector de doble pared como segundo ejemplo de ejecución del detector de gas acorde a la invención; figura 3 una vista de la cara longitudinal de un casquillo de protección interno; figura 4 un corte a través del casquillo de protección interno acorde a la línea IV-IV en la figura 3; figura 5 un corte a través del casquillo de protección interno acorde a la línea V-V en la figura 4; y figura 6 una vista en planta orientada hacia la base exterior del casquillo de protección interno.

Ejemplos de ejecución

La figura 1 muestra un primer ejemplo de ejecución de un segmento del lado de la salida de gas 10 de un detector, por ejemplo, de un detector de oxígeno electroquímico, con un elemento detector 12 planar y fijado, hermético al gas, en una carcasa metálica 11. La carcasa 11 está formada, del lado de la salida de gas, por un segmento cilíndrico de la carcasa 14.

El elemento detector 12 consiste en una cerámica electrolítica fija, conductora de iones de oxígeno, con electrodos no representados. Al menos un electrodo está expuesto al gas de escape y conforma, en el elemento detector 12, un área sensible 13. El elemento detector planar 12 está laminado por múltiples películas de cerámica y sinterizado y presenta, en el estado sinterizado, un corte transversal rectangular. El área sensible 13 del elemento detector 12 está rodeada por un tubo protector de doble pared 16. El tubo protector 16 presenta un casquillo de protección exterior 17 y un casquillo de protección interno 18.

Acorde al primer ejemplo de ejecución, el casquillo de protección exterior 17 está formado en una pieza por un casquillo cilíndrico 25 unido al segmento de la carcasa 14. El casquillo cilíndrico 25 sobrepasa al elemento detector 12 en la extensión longitudinal y posee una pared interna cilíndrica 26.

Una representación en mayor detalle del casquillo de protección interno 18 se desprende de las figuras 3 a 6. El casquillo de protección interno 18 posee una pared 30 con una base 31 configurada en el extremo del lado de la salida de gas. En el otro extremo está formada una brida 34 a partir de la pared 30. La pared 30 rodea un área de medición 33, en la cual penetra el segmento sensible 13 del elemento detector 12 (figura 1). En la base 31 está dispuesta una abertura 32 para la entrada y/o salida de gas, alineada con la línea central. La brida 34 tiene un segmento de unión 35 que discurre, por ejemplo, en ángulo recto a la pared 30 y, conectado a él, un segmento de unión 36 paralelo a la pared 30 y orientado a la base 31. El segmento de unión 36 yace contra la pared del cilindro 26 del casquillo 25 y está sujeto allí, por ejemplo, mediante una soldadura láser circular o mediante múltiples puntos de soldadura láser. Entre la pared del cilindro 26 del casquillo 25 y el casquillo de protección interno 18 se encuentra un espacio intermedio circular 41 con una ranura radial circular 42 abierta en dirección al gas de escape (figura 1).

El espacio de medición de gas 33 rodeado por el casquillo de protección interno 18 presenta, acorde a la figura 5, un corte transversal rectangular correspondiente al corte transversal rectangular del elemento detector 12. Gracias a la adaptación del corte transversal del área de medición de gas 33 al corte transversal del elemento detector 12, las cuatro superficies laterales del elemento detector 12 poseen, al menos aproximadamente, la misma distancia respecto de la pared adyacente 30 del casquillo de protección interno 18. En el caso de un corte transversal circular del área de medición de gas 33, serían suficientes, a modo de las cuatro superficies laterales del elemento detector 12, las cuatro aristas más cercanas a la pared 30 del casquillo de protección interno 18. Sin embargo, un dimensionado suficiente del corte transversal circular del área de medición de gas 33 no es posible si el casquillo de protección exterior 17 no brinda suficiente espacio constructivo. Entre el casquillo de protección exterior 17 y el casquillo de protección interno 18, además, se debe dimensionar suficientemente el espacio intermedio 41 para el flujo del gas de escape.

El segmento de la carcasa 14 está configurado, en esta parte, con un moldeado 28 que sobresale radialmente hacia dentro. Con el moldeado 28 se sostiene, mediante una fuerza de presión que actúa sobre el elemento de obturación 24, una primera pieza moldeada cerámica 20 con un primer paso central 21, una segunda pieza moldeada cerámica 22 con un segundo paso central 23 y un elemento de obturación preprensado, dispuesto entre ellas 24, de polvo de esteatita. Ambas piezas moldeadas 20, 22 por ejemplo, consisten en Al_{2}O_{3}. Mediante la fuerza de presión se presiona contra el elemento detector 12 y a la pared interna del segmento de la carcasa 14 el polvo de esteatita del elemento de obturación 24, por lo cual el elemento detector 12 se mantiene hermético al gas en el segmento de la carcasa 14. No se darán mayores detalles sobre la parte del lado de la conexión del detector con el elemento detector 12 y con la salida del cable de unión. Las diferentes ejecuciones para la parte del lado de la conexión de los sensores de gas se conocen hace tiempo.

En el tubo de escape de gas no representado el gas de escape fluye en la dirección indicada con una flecha en la figura 1, asimismo, el gas de escape ingresa a través de la ranura 42 al espacio intermedio 41 y accede, a través de las aberturas 38 al área de medición de gas 33. A través de la abertura 32 el gas de escape finalmente escapa del área de medición de gas 33. Pero no se excluye que el gas de escape también ingrese a través de la abertura 32 al área de medición de gas 33, en dicho caso el flujo en el área de medición de gas 33 y en el espacio intermedio 41 se invierte.

Para simplificar el montaje del casquillo de protección interno 18, la pared interna cilíndrica 26 del casquillo 25 presenta, por ejemplo, una superficie anular 27, contra la que hace tope el casquillo de protección 18 con la brida 34. De este modo, el casquillo de protección 18 obtiene una posición axial definida en el casquillo cilíndrico 25.

Las aberturas 38 se obtienen ventajosamente plegando, por ejemplo, dos segmentos de pared con forma de placa 39 del material de la pared 30, que, por ejemplo, discurren paralelos al elemento detector 12 y, de ese modo, prolongan la pared 30. La configuración de las aberturas 38 con los segmentos de la pared 39 ofrece la ventaja de que el agua de condensación que llega a la entrada de gas, posiblemente al espacio intermedio 41, es conducida en dirección a la pieza moldeada 20. Al chocar con la pieza moldeada calentada 20, el agua de condensación se evapora y de ese modo no puede provocar daños en la cerámica del elemento detector 12.

Un segundo ejemplo de ejecución parte de la figura 2, en él está previsto un tubo protector de doble pared 50 con un casquillo exterior 52 que conforma el casquillo de protección exterior 17. En el casquillo 52 está inserto el casquillo de protección interno 18 del primer ejemplo de ejecución. El casquillo 52 presenta una base 54 en la cual se ha efectuado una abertura central 55 a través de la cual sobresale el casquillo de protección interno 18. Junto a la abertura central 55, en la base 54, están dispuestas otras aberturas 57 que sirven como entrada y/o salida de gas a un espacio intermedio 59 configurado entre el casquillo 52 y el casquillo de protección interno 18, del mismo modo que la ranura 42 en el primer ejemplo de ejecución. Pero también se puede pensar en dimensionar la abertura central 55 de modo tal que entre el casquillo de protección interno 18 y el extremo frontal del casquillo 52 esté prevista una ranura para la entrada y/o salida de gas.

A diferencia del primer ejemplo de ejecución, el casquillo 25 que conforma el casquillo de protección exterior 17 no está unido en una pieza con el segmento de la carcasa 14, sino que se trata de una pieza individual separada del segmento de la carcasa 14. Por otro lado, el detector de gas acorde al segundo ejemplo de ejecución se corresponde, en lo que atañe a la construcción del detector de gas del lado de la carcasa, al primer ejemplo de ejecución. Sin embargo, el segmento de la carcasa 14 del segundo ejemplo de ejecución termina en el lugar de la soldadura 37 del primer ejemplo de ejecución.

Para un mejor montaje del tubo protector 50 con la carcasa 11, o el segmento de la carcasa 14, el casquillo 52 está ejecutado para un diámetro interior correspondiente al diámetro interior del segmento de la carcasa 14. Al mismo tiempo, la brida 34 sobrepasa al casquillo de protección interno 18, más allá del extremo superior del casquillo 52. Con este segmento sobresaliente de la brida 34, el tubo protector preensamblado 50 se inserta en la abertura del lado de la salida del gas del segmento de la carcasa 14. En la junta en la que entran en contacto el casquillo 52 y el segmento de la carcasa 14, se une luego el tubo protector 50 con el segmento de la carcasa 14 mediante una soldadura láser circular o mediante puntos de soldadura láser. En este proceso de soldadura también se suelda el casquillo de protección interno 18 fijado al casquillo 25 anteriormente sólo mediante una unión por presión o compresión.

Claims

1. Detector de gas con un elemento detector fijado en una carcasa, y con un tubo de protección de doble pared con un casquillo de protección exterior y un casquillo de protección interno que presentan, respectivamente, aberturas para la entrada y/o salida de gas, asimismo, el casquillo de protección interno conforma un área de gas en la cual penetra el elemento detector con un segmento del lado en el cual se realiza la medición de gas, y en donde, entre las superficies laterales del casquillo de protección exterior y el interno, se conforma un espacio intermedio para la conducción del gas al área de gas, y el casquillo de protección interno (18) sobresale sobrepasando la cara frontal del casquillo de protección exterior (25, 52), caracterizado porque el casquillo de protección exterior (17) es un casquillo (25, 52) con una superficie lateral cerrada y porque al menos una abertura (42, 57) para la entrada y/o salida de gas está dispuesta en el espacio intermedio (41, 59) del lado de la cara frontal del casquillo (25, 52).

2. Detector de gas acorde a la reivindicación 1, caracterizado porque el casquillo de protección interno (18) presenta una brida (34) cuyo diámetro exterior está adaptado al diámetro interior del casquillo (25, 52) y porque el casquillo de protección interno (18) está sujeto con la brida (34) a la pared interna del casquillo (25, 52).

3. Detector de gas acorde a la reivindicación 2, caracterizado porque la brida (34) dispone de un segmento de unión (35) que une el casquillo de protección interno (18) con el casquillo (52, 52) y porque en el segmento de unión (35) están dispuestas las aberturas (38) para la entrada y/o salida de gas en el área de gas (33, 59).

4. Detector de gas acorde a la reivindicación 3, caracterizado porque las aberturas (38) en el área de la brida (34) presentan segmentos de pared en forma de placas (39), formados por el material de la pared del casquillo de protección interno (18) y que protegen al elemento detector (12) en dirección de la abertura (38).

5. Detector de gas acorde a la reivindicación 2, caracterizado porque el casquillo de protección interno (18) presenta una base (31) en la cual está dispuesta al menos otra abertura (32) para la entrada y/o salida de gas.

6. Detector de gas acorde a la reivindicación 1, caracterizado porque la abertura (42) está configurada como una ranura (42) circular radial, configurada entre el casquillo (25) y la pared exterior del casquillo de protección interno (18).

7. Detector de gas acorde a la reivindicación 1, caracterizado porque el área de gas (33) presenta, perpendicularmente a la dirección de extensión del elemento detector (12), un corte transversal adaptado al corte transversal del elemento detector (12).

8. Detector de gas acorde a la reivindicación 7, caracterizado porque el corte transversal del área de gas (33) es rectangular y porque la distancia entre la pared interna del casquillo de protección interno (18) y el corte transversal del elemento detector (12) es, al menos, aproximadamente regular.

9. Detector de gas acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el casquillo (25) está formado en una pieza por la carcasa (11) o por un segmento de la carcasa (14).

10. Detector de gas acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el casquillo (52) y el casquillo de protección interno (18) conforman un tubo protector preensamblado de doble pared (50) que se puede colocar sobre una superficie frontal del lado de la salida de gas de la carcasa (11) o de un segmento de la carcasa (14).