DE102007052705A1

DE102007052705A1 - Abgassensor

Info

Publication number: DE102007052705A1
Application number: DE200710052705
Authority: DE
Inventors: Jens Schneider; Thomas Harrer; Anton Hans
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2009-05-07
Also published as: CN101849181A; WO2009059865A1

Abstract

Es sind schon Abgassensoren bekannt mit einem Sensorelement, das an einem messgasseitigen Abschnitt von zumindest einem Schutzrohr umgeben ist, das zumindest abschnittsweise eine Porosität aufweist, die mittels eines Sintermetalls erreicht ist. Um eine hohe Gasdurchlässigkeit für eine hohe Sondendynamik zu erreichen, ist ein möglichst großer Porendurchmesser auszuführen. Andererseits verringert sich dadurch die Filterwirkung des Schutzrohres, da vergleichsweise große Tropfen durch das Schutzrohr ungehindert hindurchtreten können. Bei dem erfindungsgemäßen Abgassensor wird die Gasdurchlässigkeit des Schutzrohrs erhöht und dabei die Schutzwirkung nahezu aufrechterhalten. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Partikelgröße des Sintermetalls in Durchströmungsrichtung gesehen zum Sensorelement hin abnimmt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Abgassensor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind schon Abgassensoren aus der DE 198 31 455 A1 und DE 10 2004 020 139 A1 bekannt, mit einem Sensorelement, das an einem messgasseitigen Abschnitt von zumindest einem Schutzrohr umgeben ist, das zumindest abschnittsweise eine Porosität aufweist, die mittels eines Sintermetalls erreicht ist.
Um eine hohe Gasdurchlässigkeit für eine hohe Sondendynamik zu erreichen, ist ein möglichst großer Porendurchmesser auszuführen. Andererseits verringert sich dadurch die Filter- bzw. Schutzwirkung des Schutzrohres, da vergleichsweise große Tropfen durch das Schutzrohr ungehindert hindurchtreten können.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Abgassensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Gasdurchlässigkeit des Schutzrohrs erhöht und dabei die Schutzwirkung gegenüber Thermoschock durch Tropfenschlag und gegenüber partikelförmigen Verunreinigungen im Abgas aufrechterhalten wird, indem die Partikelgröße des Sintermetalls in Durchströmungsrichtung gesehen zum Sensorelement hin abnimmt. Je besser die Schutzwirkung des Schutzrohres bezüglich Thermoschock ist, desto früher kann der Abgassensor nach einem Motorstart eingeschaltet werden, wodurch das Erreichen von besseren Emissionswerten ermöglicht wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Abgassensors möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die kleinste Porengröße des Sintermetalls kleiner ist als eine vorbestimmte kritische Tropfengröße, da die Flüssigkeitstropfen auf diese Weise beim Durchtritt durch das Schutzrohr so weit verkleinert bzw. zerteilt werden, dass sie innerhalb des Schutzrohrs verdampfen bevor sie das Sensorelement erreichen. Dadurch ist ein wirkungsvoller Thermoschockschutz erreicht.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das Schutzrohr vollständig aus Sintermetall hergestellt ist, da die Herstellungskosten auf diese Weise gegenüber mehrwandigen Schutzrohren aus dem Stand der Technik verringert werden.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn das Sintermetall schichtförmig auf ein Trägermittel aufgebracht ist, da auch diese alternative Lösung sehr kostengünstig herstellbar ist. Das Trägermittel ist beispielsweise ein Metall oder eine Keramik.
Auch vorteilhaft ist, wenn das Trägermittel ein Lochblech oder Siebgewebe ist, da auf diese Weise eine einfache Durchströmbarkeit des Trägermitteles erreicht wird.
Außerdem vorteilhaft ist, wenn das Sintermetall auf der dem Sensorelement zugewandten Innenseite des Trägermittels aufgebracht ist‚ da auf diese Weise die hohe mechanische Festigkeit eines zum Beispiel metallischen Trägermittels mit der guten Filterwirkung der Sintermetallschicht kombiniert werden kann.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn das Sintermetall als separate Scheibe ausgeführt ist, die stirnseitig in einer Stirnöffnung des Schutzrohrs angeordnet ist, da auf diese Weise ein effektiver Thermoschockschutz im Gaszutritt über einen einfachen Fertigungsprozess unter Verwendung kostengünstiger Komponenten realisierbar ist. Durch die besonders gute Schutzwirkung des erfindungsgemäßen Schutzrohres ist nur ein einziges Schutzrohr für das Sensorelement erforderlich, was die Herstellungskosten verringert.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn das Sintermetall ringförmig ausgebildet ist und am Umfang des Schutzrohrs angeordnet ist, da auf diese Weise eine bezüglich der Sensordynamik vorteilhafte Gasdurchströmung des Schutzrohres ergibt.
In vorteilhafter Weise wird das Sintermetall aus Partikeln mit einem Partikeldurchmesser im Bereich zwischen 0,05 mm und 0,5 mm hergestellt, da auf diese Weise ein besonders guter Kompromiss zwischen den gegenläufigen Anforderungen eines hohen Thermoschockschutzes und einer hohen Sensordynamik erreicht wird.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 zeigt im Schnitt einen erfindungsgemäßen Abgassensor gemäß einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel,
2 einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Schutzrohres,
3 ein Schutzrohr gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und
4 ein Schutzrohr gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt im Schnitt einen vereinfacht dargestellten, erfindungsgemäßen Abgassensor.
Der Abgassensor dient beispielsweise der Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in einem Abgas einer Brennkraftmaschine. Der Abgassensor kann aber ausdrücklich auch zur Bestimmung anderer physikalischer Größen eines beliebigen Gases verwendet werden.
Der Abgassensor weist ein Gehäuse 1 auf, in dem ein keramisches Sensorelement 2 vorgesehen ist, mittels dem die zu messende physikalische Größe des Messgases ermittelbar ist. Der Abgassensor ragt abschnittsweise mit dem Sensorelement 2 in ein Abgasrohr 3 einer Brennkraftmaschine hinein.
Das Sensorelement 2 weist einen messgasseitigen Abschnitt 2.1 und einen anschlussseitigen Abschnitt 2.2 auf, wobei der messgasseitige Abschnitt 2.1 dem Abgas ausgesetzt ist und der anschlussseitige Abschnitt 2.2 elektrische Anschlusskontakte 4 zur Ableitung der Messsignale des Sensorelementes 2 aufweist.
Das Gehäuse 1 weist einen Sensorelementkanal 5 auf, in dem das Sensorelement 2 zumindest abschnittsweise angeordnet und gehalten ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist in dem Sensorelementkanal 5 zumindest ein temperaturbeständiges Dichtelement 6 vorgesehen, das den Sensorelementkanal 5 gegenüber dem Abgas abdichtet. Das Sensorelement 2 ragt mit dem messgasseitigen Abschnitt 2.1 des Sensorelementes 2 in Richtung des Abgasrohres 3 aus dem Sensorelementkanal 5 heraus.
Der messgasseitige Abschnitt 2.1 des Sensorelementes 2 ist von zumindest einem Schutzrohr 10 umgeben. Das zumindest eine Schutzrohr 10 dient dazu, das Sensorelement 2 vor im Abgas enthaltenen Flüssigkeitstropfen zu schützen, die durch Kondensation vorwiegend kurz nach einem Motorstart gebildet werden und beim Auftreffen auf das beheizte Sensorelement 2 durch Thermoschock eine Beschädigung des Sensorelementes 2 verursachen können. Der Thermoschock ergibt sich durch Verdampfen des Wassertropfens auf dem beheizten Sensorelement 2, wodurch lokal ein hoher Temperaturgradient entsteht, der zu einem Riss in der Keramik des Sensorelementes 2 führen kann.
Das zumindest eine Schutzrohr 10 ist an dem Gehäuse 1 befestigt und schließt einen den messgasseitigen Abschnitt 2.1 des Sensorelementes 2 enthaltenden Innenraum 11 ein. Das Schutzrohr 10 ist beispielsweise kappenförmig, zylinderförmig, topfförmig, kegelabschnittsförmig oder ähnlich ausgeführt.
Das zumindest eine Schutzrohr 10 weist Durchgänge 15 auf, die eine Einströmung von Abgas aus dem Abgasrohr 3 in den Innenraum 11 des Schutzrohrs 10 und eine Ausströmung aus dem Innenraum 11 heraus ermöglichen. Die Durchgänge 15 sind durch eine zumindest abschnittsweise vorgesehene Porosität des Schutzrohrs 10 gebildet. Die Porosität am Schutzrohr 10 wird durch die Verwendung eines Sintermetalles erreicht.
Das poröse Sintermetall weist eine große, rauhe Oberfläche auf, an der Flüssigkeitstropfen trotz hoher Oberflächenspannung sich aufteilen und zumindest teilweise verdampfen können. Durch den Einsatz des porösen Sintermetalls kann das Schutzrohr 10 durch Veränderung der Schutzrohrform, der Schutzrohrwanddicke und der Porosität optimal auf die Sondendynamik und die Thermoschockschutzwirkung optimiert werden.
Als pulverförmiges Ausgangsmaterial für das Sintermetall wird beispielsweise ein mechanisch fester und hochtemperaturbeständiger Stahl oder eine sehr gut wärmeleitende Kupferbronze- verwendet, z. B. Kupfer-Nickel oder Kupfer-Aluminium-Legierungen.
Das Schutzrohr 10 kann gemäß der Ausführung nach 1 vollständig aus porösem Sintermetall hergestellt sein (wie es in der linken Hälfte beispielhaft dargestellt ist) oder eine Sintermetallbeschichtung 12 aufweisen (wie in der rechten Hälfte beispielhaft dargestellt), die auf einem Trägermittel 13 aufgebracht ist. Das Trägermittel 13 ist beispielsweise ein Lochblech oder ein Siebgewebe. Die Sintermetallbeschichtung 12 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel auf einer dem Sensorelement 2 zugewandten Innenseite des Trägermittels 13 vorgesehen, könnte aber auch auf der Außenseite angeordnet sein.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Partikel- bzw. Korngröße des Sintermetalls in Durchströmungsrichtung 14 gesehen zum Sensorelement 2 bin abnimmt (2). Auf diese Weise ergibt sich im Sintermetall auf der dem Sensorelement 2 zugewandten Seite eine kleinste Porengröße, die kleiner ist als eine vorbestimmte kritische Tropfengröße. Die Partikelgröße nimmt beispielsweise stufenförmig zum Sensorelement 2 hin ab, es könnte aber auch eine kontinuierliche Abnahme vorgesehen sein. Durch die Verringerung der Partikelgröße zum Sensorelement 2 hin verkleinern sich entsprechend auch die zwischen den Partikeln gebildeten Poren zum Sensorelement 2 hin. Die kritische Tropfengröße ist der Durchmesser eines Tropfens, der nach dem Durchtritt durch das Schutzrohr 10 bis zum Erreichen des Sensorelementes 2 nicht vollständig verdampft. Das Sintermetall ist aus Partikeln mit einem Partikeldurchmesser im Bereich zwischen 0,05 mm und 0,5 mm hergestellt. Die Sintermetallbeschichtung 13 weist beispielsweise eine Schichtdicke von 0,5 mm bis 5,0 mm auf.
2 zeigt einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Schutzrohres.
Bei dem Schutzrohr nach 2 sind die gegenüber dem Schutzrohr nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die Partikel- bzw. Korngröße des Sintermetalls nimmt von außen nach innen gesehen, also zum Sensorelement 2 hin, ab. Dies gilt sowohl für das vollständig aus Sintermetall hergestellte Schutzrohr 10 als auch für das mit einer Sintermetallbeschichtung 12 versehene Schutzrohr 10.
3 zeigt ein Schutzrohr gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Bei dem Schutzrohr nach 3 sind die gegenüber dem Schutzrohr nach 1 und 2 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Das Sintermetall kann auch als separate Scheibe 18 ausgeführt sein, die stirnseitig in einer Stirnöffnung 19 des Schutzrohrs 10 angeordnet ist. Das Schutzrohr 10 ist bis auf die Stirnöffnung 19 geschlossen, weist also keine weiteren Öffnungen auf. Daher erfolgt die Einströmung zum Sensorelement 2 hin und die Ausströmung aus dem Schutzrohr 10 heraus über die Stirnöffnung 19 und die darin angeordnete Sintermetallscheibe 18.
4 zeigt ein Schutzrohr gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
Bei dem Schutzrohr nach 4 sind die gegenüber dem Schutzrohr nach 1 bis 3 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass nur ein Ring- oder Teilringabschnitt 20 des Schutzrohrs 10 aus porösem Sintermetall hergestellt ist. Der übrige Teil des Schutzrohrs ist beispielsweise aus Metall hergestellt und geschlossen ausgebildet, weist also keine Durchgänge 15 auf. Der zumindest eine sintermetallene Ring- oder Teilringabschnitt 20 ist in zumindest einer Öffnung des Schutzrohres 10 angeordnet. Es ist daher nur ein seitlicher Gaszu- und austritt über den Ringabschnitt 20 möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19831455 A1 [0001]
- DE 102004020139 A1 [0001]

Claims

Abgassensor mit einem Sensorelement, das an einem messgasseitigen Abschnitt von zumindest einem Schutzrohr umgeben ist, das zumindest abschnittsweise eine Porosität aufweist, die mittels eines Sintermetalls erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgröße des Sintermetalls in Durchströmungsrichtung gesehen zum Sensorelement (2) hin abnimmt.
Abgassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinste Porengröße des Sintermetalls kleiner ist als eine vorbestimmte kritische Tropfengröße.
Abgassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (10) vollständig aus Sintermetall hergestellt ist.
Abgassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermetall schichtförmig (12) auf ein Trägermittel (13) aufgebracht ist.
Abgassensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermittel (13) ein Lochblech oder Siebgewebe ist.
Abgassensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermetall auf der dem Sensorelement (2) zugewandten Innenseite des Trägermittels (13) aufgebracht ist.
Abgassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermetall als separate Scheibe (18) ausgeführt ist, die stirnseitig in einer Stirnöffnung (19) des Schutzrohrs (10) angeordnet ist.
Abgassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermetall als separater Ring (20) ausgebildet ist und am Umfang des Schutzrohrs (10) angeordnet ist.
Abgassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintermetall aus Partikeln mit einem Partikeldurchmesser im Bereich zwischen 0,05 mm und 0,5 mm hergestellt ist.
Abgassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (10) zylinderförmig, kegelabschnittsförmig, kappenförmig oder topfförmig ausgebildet ist.