KR20060131910A - 테스트 가스의 물리적 특성을 측정하기 위한 프로브 - Google Patents

테스트 가스의 물리적 특성을 측정하기 위한 프로브 Download PDF

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Abstract

내연 기관의 배기 가스 내의 테스트 가스의 물리적 특성, 특히 압력, 온도 또는 가스 성분의 농도를 측정하기 위한 프로브가 제시된다. 상기 프로브는 프로브 하우징(10) 내에 고정되는 센서 소자(11)로서, 상기 센서 소자는 가스 감응 센서 부분(111)은 프로브 하우징(10)으로부터 돌출하는 센서 소자, 그리고 상기 센서 소자 부분(111)을 둘러싸는 보호 튜브(12)를 포함한다. 보호 튜브(12)의 저렴한 생산과 연관지어, 배기 가스 내에 포함된 물방울들 및 고체 물질들로부터 가스 감응 센서 부분(111)을 효과적인 보호하기 위해, 보호 튜브(12)가 나선형으로 횡단면 내에서 나선형으로 이루어지는 튜브벽에 의해 형성된다.
배기 가스, 물방울, 고체 물질, 감응 센서 부분, 보호 튜브

Description

테스트 가스의 물리적 특성을 측정하기 위한 프로브{Probe for determining a physical property of a test gas}
본 발명은 청구항 제 1 항에 따른, 내연기관의 배기 가스 내의 테스트 가스의 물리적 특성, 특히 압력, 온도 또는 가스 성분의 농도를 측정하기 위한 프로브에 관한 것이다.
내연기관의 배기 가스 내의 가스 성분, 특히 산소의 농도를 측정하기 위한 공지된 가스 프로브의 경우(DE 199 24 319 A1), 소위 2중 보호 튜브로서 형성된 보호 튜브는, 가스 감응 센서 부분이 그 내부에 배치되는 측정 공간을 둘러싸는 내부 튜브 및 상기 내부 튜브에 대해 동심으로 배치되는 외부 튜브로 구성되고, 상기 내부 튜브와 외부 튜브는 그 사이에 공동 공간을 포함하고 배기 가스용 가스 통과구를 구비한다. 배기 가스 내에 분배되어 함께 움직이는 또는 응축에 의해 생긴 물 방물이 뜨거운 센서 소자 상에 떨어져서 그곳에 균열을 형성하고 그로 인해 센서 소자의 고장을 일으키는 것을 방지하기 위해, 가스 통과구에 유동 소자들이 배치된다. 상기 유동 소자들은 배기 가스를 내부- 및 외부 튜브에서부터 내부 재킷면 방향으로 전향시키므로 물방울이 내부 재킷면에 달라 붙는다. 그러면 배기 가스의 온도 증가로 인해 물이 증발한다.
청구항 제 1 항의 특징을 가진 본 발명에 따른 프로브는, 공지된 프로브에서처럼 보호 튜브의 나선형부에 의해, 물방울 및 고체 물질이 센서 소자로, 더 정확히 말하자면, 보호 튜브로 둘러싸인 센서 소자의 가스 감응 센서 부분으로 들어가는 것이, 제조 기술적으로 비용이 비싼 2중 튜브 없이도, 확실하게 방지되는 장점을 가진다. 나선형 보호 튜브는 측정 가스 유동이 나선형 경로를 따르게 하므로, 유동의 전향에 따라 가스 유동에 작용하는 원심력에 의해, 튜브벽들에 있는, 상기 가스 유동 안에 포함된 물 및 포함된 고체 물질들의 분리가 촉진된다. 또한 보호 튜브의 나선형 튜브벽의 경로에 의해, 배기 가스 유동과 센서 소자 사이의 가스 교환이 매우 빠르게 이루어지는데, 그 이유는 내부로 지속적으로 점점 더 작아지는 나선형부의 직경이 가스 유동을 가속시키기 때문이다. 더 빠른 가스 교환에 의해 프로브는 더 큰 측정 다이나믹을 가지고 훨씬 더 빠르게 테스트 가스 내의 변화를 검출한다. 나선형부의 직경 및 와인딩 수는 물 및 고체 물질의 분리에 영향을 미치는 파라미터이고, 상기 파라미터는 매우 간단하게 최적화될 수 있다. 작고 가벼운 방울들 및 물질들은 비교적 작은 나선형부의 직경의 영역 내에서 분리되는 반면, 무거운 방물들 및 물질들은 이미 비교적 큰 나선형부의 직경 영역 내에서 튜브벽에 떨어진다. 센서 소자에 가까이 있고 센서 소자의 측정 공간을 제한하는 보호 튜브의 내부 튜브벽 부분은, 센서 소자의 열 복사를 흡수하고 보호 튜브의 외부 나선형 영역보다 아주 훨씬 더 빨리 따뜻해진다. 이로써 이슬점의 초과가 보호 튜브의 더 차가운 외부 영역으로 변위된다.
다른 청구항들에서 구현되는 조치를 통해 청구항 제 1 항에서 제시된 프로브의 바람직한 실시예 및 개선이 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예를 따라 보호 튜브는 시트로 제작되고, 상기 보호 튜브는 적어도 한 측면이 구조화 또는 코팅된다. 이를 통해 물 및 물질들의 분리, 그리고 중력 및 압력 강하에 의해 보호 튜브의 축 방향 배출구로의 배출이 보호 튜브의 내벽에서 지원된다. 시트의 코팅 대신, 시트가 금속 부직포 또는 세라믹 조직으로 덮일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 보호 튜브는 소결된 세라믹, 바람직하게는 성형 후에 소결되는 세라믹 박막으로 구성된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예들의 도움으로 하기의 설명부에서 더 자세하게 설명된다.
도 1은 도 2의 선 Ⅰ-Ⅰ을 따른 가스 프로브의 부분 종단면도,
도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ을 따른 단면도,
도 3은 추가 실시예에 따른 도 1의 프로브의 보호 튜브를 위한 블랭크,
도 4는 블랭크에서 부터 도 1에 따라 성형된 보호 튜브의 사시도, 및
도 5는 변형된 보호 튜브의 도 2와 동일한 도시도이다.
도 1에 부분 종단면으로 도시된, 측정 가스의 물리적 특성을 측정하기 위한 프로브는, 내연 기관의 배기 가스 내의 산소 농도를 측정하기 위한 예를 들면 람다 프로브(lambda probe)로서 형성된다. 프로브는 프로브 하우징(10)을 포함하고, 상기 하우징 내에 센서 소자(11)가 수용되고, 상기 센서 소자의 가스 감응 센서부분(111)이 축 방향으로 프로브 하우징(10)에서부터 돌출되어 보호 튜브(12)에 의해 둘러싸이고, 상기 보호 튜브는 프로브 하우징(10)의 단부면 상으로 놓여 고정된다. 프로브 하우징(10)에는, 프로브가 내연 기관의 배기 가스관에 고정되게 하는 수나사(13)가 제공되고, 보호 튜브(12)는 배기 가스관의 내부 내로 돌출하고 센서 소자(11)의 가스 감응 센서 부분(111)은 배기 가스에 노출된다.
도 1 및 도 2의 단면도들로부터 알 수 있듯이, 보호 튜브(12)는 나선형으로 형성되고, 즉 튜브벽(121)이 나선형 경로를 가지고 나선형부의 직경은 축 방향으로 연장되는 유입구(14)에서부터 점점 내부로 작아진다. 센서 소자(11)를 직접 둘러싸는 튜브벽 부분에 의해 제한되는 가장 안쪽의 나선형부의 영역은, 센서 소자(11)를 위한 측정 공간(15)을 형성한다. 보호 튜브(12)는 프로브 하우징(10)으로부터 먼 단부에서 단부면이 개방되므로, 유입구(14)를 통해 들어가서, 보호 튜브의 나선형부 내부에서 나선형으로 흐르고 측정 공간(15) 내로 들어가는 배기가스는 축 방향으로 측정 공간(15)의 개방된 단부를 통해 배출될 수 있다. 나선형으로 연장되는 튜브벽(121)에서 떨어지는, 물방울 및 고체 물질, 즉 중력 및 축 방향 압력 강하에 의해 보호 튜브(12)의 자유 단부로 이송되는 물방물 및 고체 물질들이 거기서 배출된다. 도 1 에서 도시되듯이, 특별한 용도를 위해서, 측정 공간(15)을 둘러싸는 나선형부 영역은 가스를 통과시키는 필터(16)에 의해 단부면이 폐쇄될 수 있다. 필터(16)는 예를 들면 다공의 세라믹 조직 또는 금속-와이퍼 부직포로 구성된다. 필터(16)로 덮는 것 대신, 역시 측정 공간(15)을 아래로 축 방향 배출 단부에 대해 심하게 좁아지도록, 보호 튜브(12)가 형성될 수 있고, 이것은 보호 튜브(12)의 자유 단부를 예를 들면 가압하여 좁힘으로써 달성될 수 있다.
보호 튜브(12)는 바람직하게는 시트로 제작될 수 있고, 상기 시트는 적어도 한 측면이 예를 들면 샌드 블라스트로 구조되거나 또는 적어도 한 측면이 코팅된다. 상기 구조화 또는 코팅에 의해, 나선형 튜브벽(121)에서 배기 가스 내에 분배되어 포함된 물방울 및 물질 또는 입자의 분리가 실질적으로 지원된다. 코팅층으로써는 예를 들면 96%의 산화알루미늄과 4%의 산화 실리카로 이루어진, 예를 들면 세라믹 조직이 사용될 수 있다. 대안적으로 보호 튜브(12)는 소결된 세라믹으로 이루어지는데, 바람직하게는 보호 튜브(12)가 미가공 상태로 존재하는 세라믹 박막으로 형성된 다음 소결된다. 또한 보호 튜브(12)는 시트 및 소결된 세라믹으로 구성될 수 있다. 이 경우, 세라믹 박막을 가진 시트가 보호 튜브(12)로 형성되거나, 또는 시트 및 세라믹 박막이 각각 분리되게 나선형 튜브로 형성되어 상기 2 개의 나선형 튜브들이 축 방향으로 상호 내부로 삽입된다.
바람직하게는 보호 튜브(12)는 시트 또는 세라믹 박막으로 이루어진 편평한 블랭크(17)로 형성된다. 상기 블랭크는 예를 들면 도 3에서 도시된다. 블랭크(17)가 본 실시예에서는 5각형이다. 나선형 튜브의 형성을 위해, 블랭크(17)는 도 1에서 보면 오른쪽 측면으로, 상기 오른쪽 측면에서부터 롤링되고 롤링된 이 상태로 고정되므로, 도 4 에 사시도로 도시된 보호 튜브(12)로 형성된다.
보호 튜브(12)를 제작하기 위한 시트 또는 박막의 블랭크(17)는 다른 다양한 기하학 형태들로 구현될 수 있으므로, 보호 튜브(12)의 변형된 기하학 형태들이 상응하게 형성된다. 그러므로 블랭크(17)는 도 3에서 파선 또는 일점쇄선으로 도시된 4각형 또는 3각형으로 구현될 수 있다. 또한 블랭크(17)의 하부 종측면의 에지는 아크형 또는 커브형의 연장부를 포함한다.
상기 블랭크(17)는 나선형 보호 튜브(12)로 형성되고, -도 2에서 도시되듯이- 튜브벽의 만곡은 대략 원형이다. 또한 블랭크는 튜브벽의 만곡이 원형에서 벗어나고, 블랭크(17)는 도 5에 도시되듯이 예를 들면 튜브벽 부분이 타원형 내부 횡단면을 포함하게 롤링된다. 보호 튜브(12)를 상기와 같이 형성하는 경우, 가스 흐름 내에 프로브의 설치가 바람직하다.
전술한 나선형 보호 튜브는 동일한 장점을 가진 다른 프로브, 예를 들면 배기 가스 측정 용의 온도 프로브 및 압력 프로브 또는 배기 가스 내의 일산화질소의 농도 측정을 위한 프로브에서도 사용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 내연 기관의 배기 가스 내의 테스트 가스의 물리적 특성, 특히 압력, 온도 또는 가스 성분의 농도를 측정하기 위한 프로브로서,
    프로브 하우징(10),
    상기 하우징 내에 유지된 센서 소자(11)로서, 상기 센서 소자의 가스 감응 센서 부분(111)이 상기 프로브 하우징(10)에서 부터 돌출하는 센서 소자(11),
    상기 센서 부분(111)을 둘러싸는, 상기 프로브 하우징(10)에 고정된 보호 튜브(12)를 포함하는 테스트 가스의 물리적 특성을 측정하기 위한 프로브에 있어서,
    상기 보호 튜브(12)는 나선형 튜브벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 가스의 물리적 특성을 측정하기 위한 프로브.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보호 튜브(12)는 시트로 제작되는 것을 특징으로 하는 테스트 가스의 물리적 특성을 측정하기 위한 프로브.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 시트는 적어도 한 측면이 구조화, 바람직하게는 샌드 블라스트 되는 것을 특징으로 하는 테스트 가스의 물리적 특성을 측정하기 위한 프로브.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 시트는 적어도 한 측면이 코팅되는 것을 특징으로 하는 테스트 가스의 물리적 특성을 측정하기 위한 프로브.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 보호 튜브(12)는 소결된 세라믹으로 구성되는 것을 특징으로 하는 테스트 가스의 물리적 특성을 측정하기 위한 프로브.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 보호 튜브(12)는 시트 및 소결된 세라믹 박막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 테스트 가스의 물리적 특성을 측정하기 위한 프로브.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 시트 및 세라믹 박막이 함께 보호 튜브로 성형되는 것을 특징으로 하는 테스트 가스의 물리적 특성을 측정하기 위한 프로브.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 시트 및 세라믹 박막이 각각 개별적으로 나선형 튜브로 형성되고 상기 2 개의 나선형 튜브들이 축 방향으로 상호 내부로 삽입되는 것을 특징으로 하는 테스트 가스의 물리적 특성을 측정하기 위한 프로브.
  9. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 튜브(12)는 편평한 시트 블랭크 또는 박막 블랭크(17)로 형성되는 것을 특징으로 하는 테스트 가스의 물리적 특성을 측정하기 위한 프로브.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 블랭크(17)는 4각형, 3각형 또는 5각형인 것을 특징 으로 하는 테스트 가스의 물리적 특성을 측정하기 위한 프로브.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 튜브(12)는 상기 센서 소자(11)를 직접 둘러싸는 튜브벽 부분에 의해 제한되는, 적어도 가장 내부의 나선형 영역 내에서, 단부면이 가스가 통과하는 필터(16)로 덮이는 것을 특징으로 하는 테스트 가스의 물리적 특성을 측정하기 위한 프로브.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 튜브(12)는 상기 센서 소자(11)를 직접 둘러싸는 튜브벽 부분에 의해 제한되는, 적어도 가장 내부의 나선형 영역 내에서, 그 단부면의 개구에 대해 점점 좁아지는 것을 특징으로 하는 테스트 가스의 물리적 특성을 측정하기 위한 프로브.
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