JP4217379B2 - 特に空気品質測定のためのセンサユニット - Google Patents

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式のセンサユニット、特に空気品質センサに関する。
このような形式のセンサユニットは、欧州特許出願公開第０５２７２５８号明細書に基づき公知である。
【０００２】
このような形式のセンサユニットは、いわゆる「空気品質用二重センサ」として使用可能である。すなわち、このような空気品質二重センサを用いると、自動車の内燃機関の排ガス品質を数量化（Ｑｕａｎｔｉｆｉｚｉｅｒｕｎｇ）するために一酸化炭素測定と窒素酸化物測定とを同時に実施することができる。最近の内燃機関では、電子的なエンジンマネージメントの一環として多数の入力パラメータが処理される。これらの入力パラメータとは、たとえば目下の機関回転数、アクセルペダル位置等である。エンジンマネージメントのための別の特性量は、燃焼時に発生する排ガスの有害物質負荷である。このような有害物質は周知のようにセンサによって測定され、この場合、センサのデータはエンジンマネージメントにおいて考慮される。
【０００３】
国際公開第９３／１０４４１号パンフレットに基づき公知の方法では、酸素含有のガス混合物中の少量の一酸化炭素および窒素酸化物を測定するために、温度上昇時に電気的な抵抗が変化するセンサが使用される。抵抗変化の量はガス混合物中の一酸化炭素濃度に関連している。したがって、抵抗変化はこれらの有害物質の目安となる。各有害物質のためには、それぞれ別個の専用センサが使用され、これらのセンサには、それぞれ所定の温度範囲の通過を達成するために、それぞれ電気的な加熱装置が対応している。
【０００４】
発明の利点
本発明によるセンサユニットの構成では、前記支持エレメントがＵ字形に形成されて、前記支持ユニットにまとめられており、前記２つの支持エレメントが、それぞれＵ字体の１つの脚部を形成しており、Ｕ字体の両脚部の間のスリットが、前記熱遮断部を成している。前記支持エレメントは１つの共通の支持範囲（により互いに結合されており、この支持範囲は、当該センサユニットを電気的な収容ソケットに接続することを可能にする電気的な導体路およびコンタクトを支持している。
【０００５】
熱遮断部は各支持エレメントの間の熱的な「クロストーク」を阻止するので、第１の熱源は単に第１のセンサ素子としか協働せず、そして第２の熱源は単に第２のセンサ素子としか協働しなくなる。すなわち、熱遮断部は両センサ素子の間の熱分離もしくは各センサ素子と、各センサ素子にそれぞれ対応していない方の熱源との間の熱分離を形成している。本発明による配置形式に基づき、センサユニットが熱源の接続後、つまり回路閉鎖後に、定常の温度分布を達成しかつ正確な測定結果を提供するために必要とする時間も短縮される。
【０００６】
本発明の改良形では、前記両支持エレメントが一体の支持ユニットを形成している。したがって、前で述べた「共通の」支持ユニットは、必ずしも一体に形成されている必要はなく、２つの部分から成っていてもよい。しかしその場合、両部分は適当な手段を用いて互いに固定されている。しかし択一的には、上で既に述べたように、前記両支持エレメントを一体の支持ユニット、つまり１つの部分から成る支持ユニットとしてまとめることも可能である。
【０００７】
さらに、支持ユニットが、複数の電気的な導体路を備えた基板として形成されていると有利である。したがって、支持ユニットはプリント配線板を形成していると有利である。
【０００８】
前記両支持エレメントの間に位置する熱遮断部とは、この熱遮断部が支持ユニットを貫通して、この個所に、いわば空気による断熱部が形成されることを意味する。このような熱遮断部は、列状に配置された複数の切欠きを有していてよい。その場合、これらの切欠きの間には、単に支持ユニットの薄い材料ウェブしか設けられておらず、これらの薄い材料ウェブが、所望の熱分離のために役立つ。前記切欠きは、支持ユニットの長手方向延在長さ全体にわたって延びているのではなく、単に支持ユニットの所定の部分区分にわたってしか延びていないので、切欠きの左右両側に加熱装置ならびにセンサ素子が位置しており、そして切欠きを有しない範囲、つまり共通の支持範囲には、電気的な供給線路および接点もしくはコンタクトが設けられている。これにより、センサユニットを電気的な収容ソケットに差し込むことができる。
【０００９】
本発明のさらに別の改良形では、両熱源が、電気的な抵抗線路として形成されている。両抵抗線路は、前記基板に設けられた抵抗導体路として形成されていてよい。このことは極めて単純な構造をもたらす。
【００１０】
さらに、両センサ素子が、前記基板に配置されたセンサ導体路によって形成されていると有利である。
【００１１】
前記基板として、導体路を備えたプリント配線板が使用される場合には、プレート状の基板が存在しており、この場合、前記抵抗導体路が前記基板の一方の側に、前記センサ導体路が前記基板の他方の側にそれぞれ設けられている。
【００１２】
したがって、前記基板の表側と裏側とには、それぞれ抵抗導体路とセンサ導体路とが設けられており、この場合、両抵抗導体路の間もしくは両センサ導体路の間には、特にスリットの形の熱遮断部が位置している。
【００１３】
前記導体路が、前記基板の縁範囲にまで案内されていて、該縁範囲に差込みコンタクトおよび／またはろう接コンタクトもしくは溶接コンタクトを形成していると有利である。
【００１４】
さらに、前記両抵抗導体路が直列に接続されていると有利である。なぜならば、その場合、差込みコンタクトもしくはろう接コンタクトまたは溶接コンタクトの数が極めて少なくて済むからである。
【００１５】
本発明のさらに別の改良形では、少なくとも１つの（一方の）抵抗導体路と、少なくとも１つの（一方の）センサ導体路とが、前記基板を貫通した貫通接続部によって互いに導電接続されている。前記貫通接続部が、唯一つの差込みコンタクトおよび／またはろう接コンタクトもしくは溶接コンタクトに電気的に接続されていると有利である。これにより、前記貫通接続部は共通の電気的なポテンシャルもしくは電位、有利にはアース電位を電気的な加熱装置と両センサ素子とに供給するようになる。
【００１６】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１７】
図示の実施例につき、内燃機関の排ガス負荷を測定するための、特に窒素酸化物・一酸化炭素濃度を測定するためのセンサユニット２について説明する。センサユニット２はプリント配線板２１を有しており、このプリント配線板２１は上縁部２２と下縁部２３と、そして２つの側縁部２４とによって仕切られる。プリント配線板２１には、両側で複数の導体路２５が被着されている。プリント配線板２１はその表側に２つのセンサ素子３，４を有している。これらのセンサ素子３，４はその長手方向延在長さで、上縁部２２を起点として、上縁部２２と下縁部２３との間の長さのほぼ３／４を占めている。下縁部２３の範囲には、両センサ素子３，４の接続部が設けられている。プリント配線板２１はその裏側に２つの加熱素子２６，２７を有している。両加熱素子２６，２７は運転中に、プリント配線板２１の表側に設けられたセンサ素子３，４を加熱し、これにより排ガス負荷の測定を実施することができる。
【００１８】
以下に、センサユニット２の構造について詳しく説明する。
【００１９】
図１には、プリント配線板２１の表側、つまりセンサ側１の正面図が示されている。以下において、プリント配線板２１の表側をセンサ側１と呼ぶ。センサユニット２の長手方向で側縁部２４に対して平行に配置された、センサユニット２の部分範囲に、真ん中の切欠き２０が設けられていることにより、センサユニット２はＵ字形の形状をとっている。センサ側１には、第１のセンサ素子３と第２のセンサ素子４とがセンサ導体路５の形で被着されている。センサユニット２は第１の支持エレメント６を有しており、この第１の支持エレメント６には、切欠き２０を挟んで第２の支持エレメント７が向かい合って位置している。第１の支持エレメント６と第２の支持エレメント７と、１つの共通の支持範囲９とは、一緒になって１つの支持ユニット８を形成している。
【００２０】
センサ導体路５は、下縁部２３の範囲で拡幅されて形成された第１のセンサ接触接続部もしくは第１のセンサコンタクティング１０から第１の支持エレメント６の側縁部２４に沿って平行に、第１の支持エレメント６の上縁部２２の範囲にまで被着されている。相応して、第２のセンサ素子４を形成するためには、センサ導体路５が同様に、拡幅されて形成された第２のセンサ接触接続部もしくは第２のセンサコンタクティング１１から第２の支持エレメント７に沿って案内されている。
【００２１】
両支持エレメント６，７に直線状に案内されたセンサ導体路５からは、複数の短いウェブ２６が直角に切欠き２０の方向へ分岐しているので、コーム状のセンサ導体路５が形成される。このコーム状のセンサ導体路５には、それぞれ両支持エレメント６，７において、やはりコーム状に形成されたセンサ導体路５がずらされて向かい合って位置しているので、外側のセンサ導体路５のウェブ２６と、内側のセンサ導体路５のウェブ２６とは互いに内外に入り組んでいる。すなわち、外側のセンサ導体路５のウェブ２６は、内側のセンサ導体路５のウェブ２６の間の隙間に突入し、かつ内側のセンサ導体路５のウェブ２６は、外側のセンサ導体路５のウェブ２６の間の隙間に突入している。内側のセンサ導体路５と、外側のセンサ導体路５との間には、電気的な接続は形成されていない。
【００２２】
共通の支持範囲９には貫通接続部１２が設けられており、これによりセンサ側１から、裏側に位置する加熱側１３にまで共通のアースが案内される。コーム状に形成された、内側に位置する２つのセンサ導体路５は、貫通接続部１２にまで案内されている。
【００２３】
図２には、図１に示したセンサユニット２の裏側が図示されている。したがって、図２は加熱側１３を示している。両支持エレメント６，７には、一貫して延びる抵抗導体路１４が被着されている。この抵抗導体路１４は、下縁部２３の範囲に設けられた拡幅された加熱路接触接続部もしくは加熱路コンタクティング１７から、メアンダ状もしくは蛇行状に第２の支持エレメント７に沿って案内されて、そして直線状にセンサユニット２の側縁部２４に対して平行に、拡幅された移行範囲１９にまで戻されている。この移行範囲１９から抵抗導体路１４は再びメアンダ状もしくは蛇行状に第１の支持エレメント６に沿って上昇して上縁部２２にまで延びていて、そしてこの上縁部２２から直線状にセンサユニット２の側縁部２４に対して平行に、拡幅されたアース接触接続部もしくはアースコンタクティング１８にまで戻されている。図示の実施例はこの場合、第１の支持エレメント６において、第２の支持エレメント７におけるよりも狭い線路ループを示している。これによって、抵抗導体路１４の種々の長さ区分が得られる。したがって、両支持エレメント６，７を互いに異なる温度で、つまり空気品質測定のために必要となる温度で負荷することができる。両支持エレメント６，７における抵抗導体路１４のこのような配置に基づき、第１の支持エレメント６に設けられた第１の熱源１５と、第２の支持エレメント７に設けられた第２の熱源１６との直列接続が得られる。アースコンタクティング１８からは、共通の支持範囲９に沿って貫通接続部１２にまで拡幅された導体路が通じている。両熱源１５，１６の間の移行範囲１９では、抵抗導体路１４がその水平方向の延在長さで拡幅されており、これにより共通の支持範囲９においては、加熱したい範囲におけるよりも低い電気抵抗しか生ぜしめられなくなり、ひいては加熱したい範囲におけるよりも少ない熱放射しか生ぜしめられなくなる。
【００２４】
図１および図２からよく判るように、単独の構成部分から成る一体のセンサユニット２では、両支持エレメント６，７の間に切欠き２０が、直線状のスリット２６の形で設けられており、これにより両支持エレメント６，７の間の、より大きな熱分離が得られる。
【００２５】
本発明の別の実施例（図示しない）では、両センサコンタクティング１０，１１が、図１に示した形式とは異なる形式で形成されていてよい。すなわち、たとえば拡幅されたセンサ導体路５が支持ユニット８の下縁部２３にまで案内されておらず、これにより、両センサコンタクティング１０，１１も支持ユニット８の下縁部２３にまで案内されていないことが考えられる。
【００２６】
センサユニット２の保持装置、接触接続装置もしくはコンタクティング装置およびこのコンタクティング装置を制御する電子測定・制御装置ならびに共通のハウジングは、図面を見易くするという理由から図１および図２には図示されていない。
【００２７】
センサユニットの機能形式
加熱路コンタクティング１７とアースコンタクティング１８との間に加熱電圧を印加することにより、抵抗導体路１４を通って加熱電流が流れる。抵抗導体路の材料、抵抗導体路の厚さおよび抵抗導体路の案内を適当に選択することにより、電流の流れに基づき両熱源１５，１６を用いて、それぞれセンサユニット２の表側に位置する両センサ素子３，４が加熱される。したがって、電圧変化、ひいてはこれによって生ぜしめられる電流変化に基づき、温度変化を実施することができ、これにより所定の特徴的な温度範囲の通過を達成することができる。
【００２８】
第１のセンサコンタクティング１０もしくは第２のセンサコンタクティング１１と、加熱側１３に設けられた共通のアースコンタクティング１８との間に２種類の測定電圧を印加することにより、電子測定・制御装置（図示しない）を用いて、各センサ素子３，４のために特徴的な温度範囲の通過によってそれぞれ対応する電気的な抵抗が測定される。こうして求められた特性線（温度と電気的な抵抗との関係を示す）は、負荷されていない空気に関する基準特性線からのずれにより、空気の窒素酸化物負荷もしくは一酸化炭素負荷の程度を示す尺度となる。したがって、特に空気負荷のために重要となる化学的な２種の化合物、つまり窒素酸化物および一酸化炭素の測定による空気品質の測定は、単純な構造の点、そしてこれに関連した材料コストおよび製造コストの点ですぐれている、一体の、もしくは１つの部分から成るセンサユニットの使用によって実施可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 センサユニットの測定側もしくはセンサ側を示す正面図である。
【図２】 センサユニットの加熱側を示す背面図である。
【符号の説明】
１ センサ側
２ センサユニット
３，４ センサ素子
５ センサ導体路
６，７ 支持エレメント
８ 支持ユニット
９ 支持範囲
１０，１１ センサコンタクティング
１２ 貫通接続部
１３ 加熱側
１４ 抵抗導体路
１５，１６ 熱源
１７ 加熱路コンタクティング
１８ アースコンタクティング
１９ 移行範囲
２０ 切欠き
２１ プリント配線板
２２ 上縁部
２３ 下縁部
２４ 側縁部
２５ 導体路

Claims (11)

1. センサユニット、特に空気品質センサであって、支持ユニット（８）が設けられていて、該支持ユニット（８）が、少なくとも２つの支持エレメント（６，７）を有しており、該支持エレメント（６，７）にそれぞれ１つのセンサ素子と、該センサ素子に対応する熱源とが配置されており、前記支持エレメント（６，７）が、熱分離のために互い同士の間に熱遮断部を有している形式のものにおいて、前記支持エレメント（６，７）がＵ字形に形成されて、前記支持ユニット（８）にまとめられており、前記２つの支持エレメント（６，７）が、それぞれＵ字体の１つの脚部を形成しており、Ｕ字体の両脚部の間のスリット（２６）が、前記熱遮断部を成しており、前記支持エレメント（６，７）が１つの共通の支持範囲（９）により互いに結合されており、該支持範囲（９）が、当該センサユニットを電気的な収容ソケットに接続し得るようにするために、電気的な導体路とコンタクト（１０，１１）とを支持していることを特徴とする、特に空気品質測定のためのセンサユニット。
2. 前記支持ユニットが一体に形成されている、請求項１記載のセンサユニット。
3. 前記支持ユニット（８）が、電気的な導体路（２５）を備えた基板として形成されている、請求項１または２記載のセンサユニット。
4. 前記両熱源が、電気的な抵抗線路として形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサユニット。
5. 前記両抵抗線路が、前記基板に設けられた抵抗導体路（１４）を有している、請求項４記載のセンサユニット。
6. 前記両センサ素子（３，４）が、前記基板に配置されたセンサ導体路（５）によって形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のセンサユニット。
7. 前記基板がプレート状に形成されており、前記抵抗導体路（１４）が前記基板の一方の側に、前記センサ導体路（５）が前記基板の他方の側にそれぞれ設けられている、請求項６記載のセンサユニット。
8. 前記導体路（２５）が、前記基板の縁範囲にまで案内されていて、該縁範囲に差込みコンタクト（１１，１２）および／またはろう接コンタクトもしくは溶接コンタクトを形成している、請求項１から７までのいずれか１項記載のセンサユニット。
9. 前記両抵抗導体路（１４）が直列に接続されている、請求項４または５記載のセンサユニット。
10. 少なくともいずれか一方の抵抗導体路（１４）と、少なくともいずれか一方のセンサ導体路（５）とが、前記基板を貫通した貫通接続部（１２）によって互いに導電接続されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のセンサユニット。
11. 前記貫通接続部（１２）が、唯一つの差込みコンタクトおよび／またはろう接コンタクトもしくは溶接コンタクトに電気的に接続されている、請求項１０記載のセンサユニット。

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