DE102007052705A1 - Abgassensor - Google Patents
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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 undDE 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 Sensorelement2 vorgesehen ist, mittels dem die zu messende physikalische Größe des Messgases ermittelbar ist. Der Abgassensor ragt abschnittsweise mit dem Sensorelement2 in ein Abgasrohr3 einer Brennkraftmaschine hinein. - Das Sensorelement
2 weist einen messgasseitigen Abschnitt2.1 und einen anschlussseitigen Abschnitt2.2 auf, wobei der messgasseitige Abschnitt2.1 dem Abgas ausgesetzt ist und der anschlussseitige Abschnitt2.2 elektrische Anschlusskontakte4 zur Ableitung der Messsignale des Sensorelementes2 aufweist. - Das Gehäuse
1 weist einen Sensorelementkanal5 auf, in dem das Sensorelement2 zumindest abschnittsweise angeordnet und gehalten ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist in dem Sensorelementkanal5 zumindest ein temperaturbeständiges Dichtelement6 vorgesehen, das den Sensorelementkanal5 gegenüber dem Abgas abdichtet. Das Sensorelement2 ragt mit dem messgasseitigen Abschnitt2.1 des Sensorelementes2 in Richtung des Abgasrohres3 aus dem Sensorelementkanal5 heraus. - Der messgasseitige Abschnitt
2.1 des Sensorelementes2 ist von zumindest einem Schutzrohr10 umgeben. Das zumindest eine Schutzrohr10 dient dazu, das Sensorelement2 vor im Abgas enthaltenen Flüssigkeitstropfen zu schützen, die durch Kondensation vorwiegend kurz nach einem Motorstart gebildet werden und beim Auftreffen auf das beheizte Sensorelement2 durch Thermoschock eine Beschädigung des Sensorelementes2 verursachen können. Der Thermoschock ergibt sich durch Verdampfen des Wassertropfens auf dem beheizten Sensorelement2 , wodurch lokal ein hoher Temperaturgradient entsteht, der zu einem Riss in der Keramik des Sensorelementes2 führen kann. - Das zumindest eine Schutzrohr
10 ist an dem Gehäuse1 befestigt und schließt einen den messgasseitigen Abschnitt2.1 des Sensorelementes2 enthaltenden Innenraum11 ein. Das Schutzrohr10 ist beispielsweise kappenförmig, zylinderförmig, topfförmig, kegelabschnittsförmig oder ähnlich ausgeführt. - Das zumindest eine Schutzrohr
10 weist Durchgänge15 auf, die eine Einströmung von Abgas aus dem Abgasrohr3 in den Innenraum11 des Schutzrohrs10 und eine Ausströmung aus dem Innenraum11 heraus ermöglichen. Die Durchgänge15 sind durch eine zumindest abschnittsweise vorgesehene Porosität des Schutzrohrs10 gebildet. Die Porosität am Schutzrohr10 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 nach1 vollständig aus porösem Sintermetall hergestellt sein (wie es in der linken Hälfte beispielhaft dargestellt ist) oder eine Sintermetallbeschichtung12 aufweisen (wie in der rechten Hälfte beispielhaft dargestellt), die auf einem Trägermittel13 aufgebracht ist. Das Trägermittel13 ist beispielsweise ein Lochblech oder ein Siebgewebe. Die Sintermetallbeschichtung12 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel auf einer dem Sensorelement2 zugewandten Innenseite des Trägermittels13 vorgesehen, könnte aber auch auf der Außenseite angeordnet sein. - Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Partikel- bzw. Korngröße des Sintermetalls in Durchströmungsrichtung
14 gesehen zum Sensorelement2 bin abnimmt (2 ). Auf diese Weise ergibt sich im Sintermetall auf der dem Sensorelement2 zugewandten Seite eine kleinste Porengröße, die kleiner ist als eine vorbestimmte kritische Tropfengröße. Die Partikelgröße nimmt beispielsweise stufenförmig zum Sensorelement2 hin ab, es könnte aber auch eine kontinuierliche Abnahme vorgesehen sein. Durch die Verringerung der Partikelgröße zum Sensorelement2 hin verkleinern sich entsprechend auch die zwischen den Partikeln gebildeten Poren zum Sensorelement2 hin. Die kritische Tropfengröße ist der Durchmesser eines Tropfens, der nach dem Durchtritt durch das Schutzrohr10 bis zum Erreichen des Sensorelementes2 nicht vollständig verdampft. Das Sintermetall ist aus Partikeln mit einem Partikeldurchmesser im Bereich zwischen 0,05 mm und 0,5 mm hergestellt. Die Sintermetallbeschichtung13 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 nach1 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 Schutzrohr10 als auch für das mit einer Sintermetallbeschichtung12 versehene Schutzrohr10 . -
3 zeigt ein Schutzrohr gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. - Bei dem Schutzrohr nach
3 sind die gegenüber dem Schutzrohr nach1 und2 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. - Das Sintermetall kann auch als separate Scheibe
18 ausgeführt sein, die stirnseitig in einer Stirnöffnung19 des Schutzrohrs10 angeordnet ist. Das Schutzrohr10 ist bis auf die Stirnöffnung19 geschlossen, weist also keine weiteren Öffnungen auf. Daher erfolgt die Einströmung zum Sensorelement2 hin und die Ausströmung aus dem Schutzrohr10 heraus über die Stirnöffnung19 und die darin angeordnete Sintermetallscheibe18 . -
4 zeigt ein Schutzrohr gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. - Bei dem Schutzrohr nach
4 sind die gegenüber dem Schutzrohr nach1 bis3 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 Schutzrohrs10 aus porösem Sintermetall hergestellt ist. Der übrige Teil des Schutzrohrs ist beispielsweise aus Metall hergestellt und geschlossen ausgebildet, weist also keine Durchgänge15 auf. Der zumindest eine sintermetallene Ring- oder Teilringabschnitt20 ist in zumindest einer Öffnung des Schutzrohres10 angeordnet. Es ist daher nur ein seitlicher Gaszu- und austritt über den Ringabschnitt20 möglich. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19831455 A1 [0001]
- - DE 102004020139 A1 [0001]
Claims (10)
- 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.
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