JP2007529727A - 測定ガスの物理的な特性を測定するための測定フィーラ - Google Patents

Abstract

本発明によっては、測定ガスの物理的な特性、特に内燃機関の排ガスにおけるガス成分の圧力、温度又は濃度を測定するため測定フィーラであって、フィーラケーシング（１０）内に保持されかつガス感受性のセンサ区分（１１１）で前記フィーラケーシング（１０）から突出するセンサエレメント（１１）と、前記センサ区分（１１１）を取巻く保護管（１２）とを有する形式のものが提供されている。排ガスに含まれた水滴と固体物質とに対するガス感受性のセンサ区分の有効な保護を、保護管（１２）の費用的に好適な製作と相俟って達成するためには、保護管（１２）は横断面で螺旋形を呈する管壁でスパイラル形状に構成されている。

Description

本発明は請求項１の上位概念である、測定ガスの物理的な特性、特に内燃機関の排ガスにおけるガス成分の圧力、温度又は濃度を測定するための測定フィーラから出発している。

内燃機関の排ガスにおけるガス成分、特に酸素の濃度を測定するための公知のガス測定フィーラ（ＤＥ１９９２４３１９Ａ１号明細書）においては、いわゆる二重保護管として構成された保護管はガス感受性のセンサ区分が内部に位置する測定室を取囲む内管と、該内管に対し同心的に配置された外管とから成っている。内管と外管はその間に中空室を閉成しかつ排ガスのためのガス通過開口を有している。排ガスに分配されて連行されるか又は凝縮によって発生した水滴が熱いセンサエレメントの上に凝縮し、そこに亀裂を発生させ、センサエレメントに機能障害をもたらすことを回避するためには、ガス通過開口に、内管と外管との内側の套面の方向にガスを変向させ、水滴を内側の套面に結露させる流動エレメントが配置されている。この場合には排ガスの温度が上昇することに基づき水は次いで蒸発する。

発明の利点
請求項１の特徴を有する本発明の測定フィーラは、保護管のスパイラル形状によって公知の測定フィーラの場合のように、センサエレメントに対する水滴及び固体物質の侵入、正確にはセンサエレメントの保護管により取巻かれたガス感受性のセンサ区分に対する水滴及び固体物質の侵入が、製作技術的に面倒な二重管を必要とすることなしに確実に阻止されるという長所を有している。スパイラル形状の保護管は測定ガスにそのスパイラル形状の経過に相応する流れを強制する。この場合には流れの変向に基づきガス流に作用する遠心力によって、ガス流に含まれた水とガス流に含まれた固体物質は分離されて管壁に向かって搬送される。加えて、保護管のスパイラル形状の管壁経過によって、排ガス流とセンサエレメントとの間のガス交換ははるかに迅速に行なわれる。何故ならば内側に向かって次第に小さくなるスパイラル直径はガス流を加速するからである。迅速なガス交換によって測定フィーラは、より大きな測定活力を有し、測定ガスにおける変化をはるかに迅速に捉える。スパイラル直径と巻き数は、水と固体物質との分離に影響するパラメータであり、該パラメータは簡単に好適化されることができる。小さく、軽い水滴と物質はスパイラル直径の小さい領域で分離されるのに対し、重い水滴と物質はすでにスパイラル直径の大きい領域で管壁に付着させられる。センサエレメントの近くに位置する、センサエレメントの測定室を制限する保護管の内側の管壁区分は、センサエレメントの熱放射を吸収し、保護管の外側のスパイラル領域よりもはるかに迅速にその温度を上昇させる。したがって露点越えは保護管の温度のより低い外側領域に移動させられる。

以下の請求項に記載した処置によっては請求項１に記載した測定フィーラの有利な変化実施例と改良とが可能である。

本発明の有利な実施形態によれば保護管は少なくとも片面が構造化されているか又はコーティングされた金属薄板から製作されている。これによって水と物質との分離と搬出は、重力と保護管の軸方向での出口開口に対する圧力差とによって保護管の内壁にて助成される。金属薄板のコーティングの代りに金属薄板はメタルフリース又はセラミック織布で被覆されていることもできる。

本発明の別の実施形態によれば、保護管は焼結されたセラミック、有利には成形後焼結されているセラミックシートから成っている。

図面
以下、本発明を図示の実施例に基づき詳細に説明する。

図１は図２のＩ−Ｉ線に沿ってガス測定フィーラを断面して示した部分縦断面図である。

図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

図３は図１の測定フィーラの保護管のための切片の別の実施例を示した図である。

図４は図１の切片から成形された保護管の斜視図。

図５は変更した保護管を図２に相当する図で示した図である。

実施例の説明
図１に部分的に縦断面図で示された測定ガスの物理的な特性を測定するための測定フィーラは、内燃機関の排ガスにおける酸素濃度を測定するためのラムダゾンデとして構成されている。測定フィーラはフィーラケーシング１０を有し、該フィーラケーシング１０内にはセンサエレメント１１が収容されている。このセンサエレメント１１はガス感受性のセンサ区分１１１で軸方向でフィーラケーシング１０から突出し、そこで保護管１２により取囲まれている。この保護管１２はフィーラケーシング１０の端面に載置され、そこで固定されている。フィーラケーシング１０は外ねじ山１３を備え、この外ねじ山１３で測定フィーラは内燃機関の排ガス管に固定されている。この場合、保護管１２は排ガス管の内部に突入し、センサエレメント１１のガス感受性のセンサ区分１１１は排ガスに晒される。

図１と２の断面図から判るように保護管１２はスパイラル形状に構成されている。つまり、保護管１２の管壁１２１はスパイラル形状の経過を有している。この場合、スパイラル直径は軸方向に延びる入口開口１４から内側に向かって次第に小さくなっている。センサエレメント１１を直接的に取囲む管壁区分により制限されている最も内側のスパイラル領域は、センサエレメント１１のための測定室１５を形成する。保護管１２はフィーラケーシング１０とは反対側の端部で端面側にて開放しているので、入口開口１４を介して流入し、保護管スパイラルの内部でスパイラル形状の流れを強制されかつ測定室１５内へ流入する排ガスは軸方向で測定室１５の開放端部を介して流出することができる。同様にスパイラル形状に経過する管壁１２１に結露した水滴と物質は重力と軸方向の圧力差とによって保護管１２の自由端部に搬送され、そこから外へ放出される。特別な使用目的のためには、測定室１５を取巻くスパイラル領域は端面側にてガス透過性のフィルタ１６で閉鎖可能である（図１参照）。フィルタ１６は例えば多孔質のセラミック織布又はメタルワイヤフリースから成っている。フィルタ１６でカバーする代わりに保護管１２は測定室１５が軸方向の出口端部に向かって下方へ強く先細になるように構成されていることもできる。これは例えば保護管１２の自由端部を押し縮めることで達成することができる。

保護管１２は有利には金属薄板から製作されることができる。この場合、金属薄板は少なくとも片面が構造化され、例えばサンドブラストされているか又は少なくとも片面がコーティングされていることができる。この構造化又はコーティングによって、排ガスに分配されて含有された水滴及び固体物質又は粒子をスパイラル形状の管壁１２１にて分離することは著しく助成される。コーティングとしては例えば、セラミックの織布を使用することができる、このセラミック織布は例えば９６％の酸化アルミニウムと４％の酸化シリコンとから成ることができる。択一的に保護管１２は焼結されたセラミックから成ることができる。この場合、保護管１２は有利には中間製品であるセラミックシートから成形されかつ焼結される。さらに保護管１２は金属薄板と焼結されたセラミックとから成ることもできる。この場合には上に載せられたセラミックシートを有する金属薄板が保護管に成形されるか又は金属薄板とセラミックシートとをそれぞれ個別に１つのスパイラル管に成形し、次いで両者を軸方向で内外に嵌合させることができる。

有利な形式で保護管１２は金属薄板又はセラミックシートから成る切片１７から成形される。切片１７はここでは五角形である。スパイラル管を成形するためには切片１７は図１で見て右側から巻かれかつ巻かれた状態で固定され、これによって図４に斜視図で示された保護管１２が形成される。

保護管１２を製作するため切片１７には種々異なる幾何学的な形が与えられ、相応して変更された幾何学的形状を保護管１２に与えることができる。

このような切片１７は、図２に示されているように、管壁の曲率がほぼ円形であるスパイラル形状の保護管に成形されることができる。しかし、管壁の曲率を円形とは異ならせ、例えば切片１７を管区分が楕円形の内法り横断面を呈するように巻成することもできる（図５）。保護管１２のこのような構成では測定フィーラはガス流に対し配向されて組み込まれると有利である。

記述したスパイラル形状の保護管は他の測定フィーラ、例えば排ガス測定のための温度測定フィーラ及び圧力測定フィーラの場合にも、排ガスにおける酸化窒素の濃度を測定する測定フィーラの場合にも用いることができる。

図２のＩ−Ｉ線に沿ってガス測定フィーラを断面して示した部分縦断面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。 図１の測定フィーラの保護管のための切片とは別の実施例を示した図。 図１の切片から成形された保護管の斜視図。 変更した保護管を図２に相当する図で示した図。

符号の説明

１０ フィーラケーシング、 １１ センサエレメント、 １２ 保護管、 １３ 外ねじ山、 １４ 入口開口、 １５ 測定室、 １６ フィルタ、 １７ 切片

Claims (12)

1. 測定ガスの物理的な特性、特に内燃機関の排ガスにおけるガス成分の圧力、温度又は濃度を測定するための測定フィーラであって、フィーラケーシング（１０）と、該フィーラケーシング（１０）内に保持されかつガス感受性のセンサ区分（１１１）で前記フィーラケーシング（１０）から突出するセンサエレメント（１１）と、前記センサ区分（１１１）を取巻き、前記フィーラケーシング（１０）に固定された保護管（１２）とから成る形式ものにおいて、前記保護管（１２）がスパイラル形状の管壁経過を有していることを特徴とする、測定ガスの物理的な特性を測定するための測定フィーラ。
2. 前記保護管（１２）が金属薄板から製作されている、請求項１記載の測定フィーラ。
3. 前記金属薄板が少なくとも片側で構造化され、有利にはサンドブラストされている、請求項２記載の測定フィーラ。
4. 前記金属薄板が少なくとも片側でコーティングされている、請求項２記載の測定フィーラ。
5. 前記保護管（１２）が焼結されたセラミックから成っている、請求項１記載の測定フィーラ。
6. 前記保護管（１２）が金属薄板とその上に配置された、焼結されたセラミックシートとから成っている、請求項１記載の測定フィーラ。
7. 前記金属薄板と前記セラミックシートとが一緒に保護管に成形されている、請求項６記載の測定フィーラ。
8. 前記金属薄板と前記セラミックシートとがそれぞれ個別にスパイラル管に成形され、両方のスパイラル管が軸方向で内外に差嵌められている、請求項６記載の測定フィーラ。
9. 前記保護管（１２）が平らな金属薄板切片又はシート切片（１７）から成形されている、請求項２から８までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
10. 前記切片（１７）が正方形、三角形又は五角形である、請求項９記載の測定フィーラ。
11. 前記保護管（１２）が少なくとも前記センサエレメント（１１）を直接的に取囲む管壁区分により制限されている最も内側のスパイラル領域にて、端面側でガス透過性のフルタ（１６）で覆われている、請求項１から１０のいずれか１項記載の測定フィーラ。
12. 前記保護管（１２）が少なくとも、前記センサエレメント（１１）を直接的に取巻く管壁区分により制限された最も内側のスパイラル領域にて、その端面側の開口に向かって先細に構成されている、請求項１から１０のいずれか１項記載の測定フィーラ。

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