專利名稱：具有帶吸濕涂層的保護裝置的氣體探測器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種氣體探測器，尤其是用于分析汽車內燃機的排氣的λ探測器。
背景技術：
這種氣體探測器通常具有靈敏構件(傳感器元件)，該靈敏構件可用于分析氣體，尤其是內燃機的排氣系統(tǒng)中的排氣。該傳感器元件通常被一保護管包圍以防止由機械作用和熱作用而引起的損傷，該保護管允許待分析氣體穿過合適的孔滲入布置在該保護管中的λ探測器的傳感器元件。此保護管主要用于避免運輸損傷和安裝損傷，以及避免λ探測器的已加熱的靈敏構件因接觸水滴而產(chǎn)生的熱沖擊負荷，該水滴是由氣流中的水蒸氣形成的。
由于氣體探測器通常與流過該氣體探測器的熱排氣流相接觸，所以可在已知的氣體探測器中看到排氣中的水蒸氣積聚在保護管上。水蒸氣在氣體探測器的表面上凝結并形成危害傳感器元件的水滴。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種氣體探測器，即使傳感器元件與水滴接觸，該氣體探測器也比已知氣體探測器的可靠性高。此外，該氣體探測器設計簡單，并且在成批生產(chǎn)的情況下可以以小的費用低成本地制造。還可以至少減輕目前已有的氣體探測器的已知的問題。
該目的通過一種如設備獨立權利要求的特征部分所述的氣體探測器和一種如方法獨立權利要求所述的用于制造氣體探測器的方法來實現(xiàn)。在從屬權利要求中說明了其它的有利實施方式。應當指出，如權利要求所述的特征-可能還包括說明中的特征-在技術上合理的組合都可形成本發(fā)明的有利實施方式。
按照本發(fā)明的氣體探測器，尤其是用于分析汽車內燃機的排氣(廢氣)的λ探測器具有至少一個保護裝置，該保護裝置至少部分地包圍該氣體探測器的與氣體接觸的靈敏構件(傳感器元件)。該氣體探測器的特征在于，所述至少一個保護裝置具有氣體接觸面，該氣體接觸面至少部分地具有吸濕表面。
所述至少一個保護裝置-在某些情況下可設置兩個或三個這種保護裝置(它們可能彼此同心地布置)-防止運輸損傷和/或安裝損傷，并因此比較穩(wěn)定。此外，保護裝置還確保傳感器元件不與包含在氣流中的有害物質(顆粒、炭黑等)和/或水滴接觸。但同時保護裝置要使待分析的氣體能滲入傳感器元件。這種保護裝置通常為殼體、罩、管子、網(wǎng)格等，其中設有氣體可通過其流入具有傳感器元件的內部區(qū)域中的孔。
本發(fā)明建議，保護裝置-尤其是所有保護裝置-至少局部地在與待分析的氣流相接觸的面上具有吸濕表面?！拔鼭瘛碧貏e是指該表面能從氣流吸收水蒸氣，并/或防止在氣體接觸面上形成水滴。為此，可以例如通過特別設計表面粗糙度和/或多孔性來將氣體接觸面設計成吸濕的。但是，也可以在氣體接觸面上覆蓋由與保護裝置的材料不同的其它材料形成的附加層。
在此情況下，特別有利的是，吸濕表面至少部分地由一涂層形成，該涂層有利地包含耐高溫的干燥劑?？衫鐚⒏鞣N不同的鹽或者甚至有機物用作干燥劑。該涂層還可有利地耐水沖擊，以及耐沖蝕和磨蝕。
此外還建議，氣體探測器具有層厚在10μm(微米)至50μm之間的涂層。優(yōu)選層厚為15μm～25μm。由于例如汽車排氣系統(tǒng)中的強烈的熱負荷，要求保護裝置上的涂層有特別的粘附強度。為了保證涂層持久地保持在保護裝置上，要使層厚較小以便避免剝落。
按照氣體探測器的另一種實施方式，涂層具有多孔性，該多孔性使得該涂層的每單位體積中的小孔體積在30％至90％之間。換句話說，對于預定的體積單元，由小孔形成的體積(統(tǒng)計平均)占到30％至90％，優(yōu)選為50％左右。
此外，建議氣體探測器包含氧化物涂層，特別地，該涂層包含氧化鈦、氧化鋯和氧化鋁中的至少一種。這些耐高溫的氧化物有利于涂層的吸濕作用。
特別地，當這種氣體探測器布置在汽車排氣系統(tǒng)中時，如果涂層具有起催化作用的組分-尤其是貴金屬(例如鉑、銠等)則是有利的。這意味著，與排氣接觸的表面同時用于轉化包含在排氣中的有害物質。不過，為確保對待分析氣流的成分的不利影響低至一定程度，通常還建議，涂層對氣流中由氣體探測器用測量技術確定的組分-例如氧-沒有影響(例如存儲能力)。
按照氣體探測器的一種改進，與氣體接觸的其它部件尤其是氣體探測器的基體也至少部分地具有吸濕表面。該基體構成靈敏構件的容座，并且通常在外周部具有螺紋，以便將氣體探測器固定在一殼體中。為防止在該基體上形成水滴，該基體上也設置吸濕表面。作為一種替代方案或與之相組合，可借助于至少一個單獨的成形體部來形成該吸濕表面，該成形體部至少部分地覆蓋或包圍有關部件。可將該成形體部形成為與部件材料鎖合地和/或形鎖合地-尤其是不可脫離地-接合。
考慮到這種氣體探測器的低成本制造，進一步建議，所述至少一個保護裝置為一包含可深拉且耐高溫的材料的罩。對于大批量的成批生產(chǎn)，該罩可以非常精密地制造。作為可深拉的材料的特征，此處特別要求，該材料具有1.6～2.0的極限拉伸比(βmax)。極限拉伸比是通過深拉試驗(例如Swift試驗)確定的，其中，在沖頭直徑(d1)保持不變的情況下，將其直徑(d0max)以階梯方式逐漸增大的圓形金屬板坯拉伸成柱形杯。特征值為極限拉伸比，其中在杯底部破裂之前達到金屬板的拉伸能力的極限(βmax＝d0max/d1)。
所述包括基體和至少一個保護裝置的氣體探測器提供了用于部件的至少一個形成氧化物的表面。這就是說，可至少部分地對保護裝置和/或基體進行熱處理，以使其表面上形成氧化物，尤其是氧化鋁。此氧化物使之即使在高的熱負荷和動負荷的情況下，也能在表面上施加耐用的后續(xù)涂層。
氣體探測器的一種其中所述至少一個保護裝置可以電加熱的實施方式也是有利的。所述加熱可以短時間地并且斷續(xù)地進行，以蒸發(fā)留在涂層中的水。在此，有利的是，在排氣處于較低溫度的情況下進行加熱，例如在發(fā)動機起動之前或剛剛起動之后，或者在發(fā)動機的怠速階段。
按照本發(fā)明的另一方面，推薦一種用于制造氣體探測器，尤其是分析汽車內燃機的排氣所用的λ探測器的方法。該氣體探測器具有基體和至少一個保護裝置，所述保護裝置至少部分地包圍該氣體探測器的與氣體接觸的靈敏構件(傳感器元件)。在此建議所述至少一個保護裝置或所述基體至少部分地設有吸濕涂層。按此方式，尤其能夠制造如先前所述的按照本發(fā)明的氣體探測器。
此時，必要時可設置自由區(qū)域，尤其在表面的靠近其它功能面布置的位置設置。功能表面具有重要的功能，例如，所述功能表面用作部件之間的連接面、用作(電)接觸面、用作標記面等。這樣，例如有利的是，基體和/或保護裝置在彼此連接的位置或者在與氣體探測器的其它部件形鎖合(擠壓)連接和/或接合(焊接、釬焊等)連接的位置沒有涂層。
此時，特別有利的是，預先處理待設置涂層的表面，尤其是在該表面上形成氧化物。如果所述至少一個保護裝置或所述基體的材料具有相應的組分，則可通過熱處理在表面上形成氧化物。當然，也可以在附加的加工步驟中，首先將材料施加在表面上，接著使材料合金化。
在有些情況下，有利的是，在涂敷涂層之前使所述至少一個保護裝置或所述基體鋁化(鍍鋁，以鋁處理)。這意味著，例如將鋁塑性合金施加在表面上，并通過后續(xù)的熱處理固定在表面上。鋁的提供使之有可能事后形成氧化鋁，該氧化鋁特別適合用作后續(xù)的吸濕涂層的載體層。
在此情況下，特別有利的是，所述至少一個保護裝置為一成形的-尤其是深拉的部分，其中，在成形之前進行鋁化過程，并且有利地在成形步驟以后進行擴散退火(均勻退火)。
按照本發(fā)明的另一有利實施方式，涂層的施加包括至少下列加工步驟之一噴涂，浸漬，噴射，熱噴涂。
在噴涂或噴射的情況下，在將涂層應用在待涂敷表面上時采用介質載體例如空氣。在浸漬的情況下，將待涂敷的部分浸在涂層池中。在前述的三種方法中，為了提供耐久的涂層，事先形成氧化物涂層是有利的。在通過熱噴涂施加涂層的情況下，可以省略這種形成氧化物的措施，因為此處所用的溫度范圍可保證在表面與涂層之間形成足夠的材料鎖合或足夠的附著力。在熱噴涂過程中，通常在施加(涂層)時采用超過500℃-優(yōu)選超過900℃(等離子噴涂)的溫度，其中，必要時可使用較小的涂層厚度(例如小于40μm)。
為了保證涂層的均勻分布或使層厚基本均勻，可能需要其它的加工步驟，例如旋轉部件(利用離心力)、敲擊(利用脈沖作用)、吹氣(利用高壓氣流)等。特別要保證的是，保護裝置的進氣孔或出氣孔不能被封閉超過限度。
將氣體探測器與排氣凈化部件組合是特別有利的。術語“排氣凈化部件”是指所有適用于處理排氣的部件的總稱，尤其是催化轉換器、流混合器、過濾器、吸附器、碳氫化合物捕集器或炭黑捕集器。
特別有利地，將氣體探測器設置在車輛尤其是汽車的排氣系統(tǒng)中。


下面參考附圖更詳細地說明本發(fā)明及技術領域。在此，應當指出，所示的是本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施例，并非將本發(fā)明限制于此。在附圖中圖1示意性地示出氣體探測器的細部，以及圖2示出貫穿如圖1的氣體探測器的剖視圖。
具體實施例方式
圖1示意地示出一種氣體探測器1，該探測器具有基體10和保護裝置2。氣體探測器1穿過一殼體12(例如排氣管路或氣體凈化部件的殼體)，并與其固定在一起。在此，氣體探測器1的包括保護裝置2的部分與待分析的氣流接觸。保護裝置2和基體10都具有一個或多個氣體接觸面4-即接觸待分析的氣流的表面。在此，待分析的氣流至少有時包含水蒸氣，該水蒸氣在某些情況下可凝結在氣體接觸面4上。在保護裝置2的內部布置有傳感器元件3(圖1中未示出)。通過保護裝置2上的孔11，使待分析的氣體能夠與靈敏構件(傳感器元件3)接觸。
圖2示出如圖1所示的氣體探測器1的保護裝置2的剖視圖。在此，保護裝置2作為基本呈柱形的部分示出，該柱形部分在端面?zhèn)确忾]。在保護裝置2的圓周上設有多個作為縫隙的孔11，所述孔使之能與內部區(qū)域進行氣體交換。保護裝置2在內側和外側都具有涂層5，在圖2的左下方以放大的局部示意性地示出了該涂層。
涂層5設置在保護裝置2的內、外氣體接觸面4上。涂層5具有范圍為10～50μm的層厚7。每單位體積涂層5中的涂層小孔8的比例約為50％。涂層5具有用于吸取來自氣流的水蒸氣的干燥劑6和用于催化轉化排氣中的有害物質的貴金屬9。
此處推薦的氣體探測器尤其提高了汽車的排氣系統(tǒng)的運行可靠性。此外，該氣體探測器在成批生產(chǎn)的情況下也可以簡單地制造。
參考標號列表1、氣體探測器2、保護裝置3、構件4、氣體接觸面5、涂層6、干燥劑7、層厚8、小孔9、貴金屬10、基體11、孔12、殼體
權利要求
1.一種氣體探測器(1)，尤其是用于分析汽車內燃機的排氣的λ探測器，其具有至少一個保護裝置(2)，所述保護裝置至少部分地包圍該氣體探測器(1)的與氣體接觸的靈敏傳感器元件(3)，其特征在于，所述至少一個保護裝置(2)具有至少部分地設有吸濕表面的氣體接觸面(4)。
2.如權利要求1的氣體探測器(1)，其特征在于，所述吸濕表面至少部分地由涂層(5)形成，該涂層有利地包含耐高溫的干燥劑(6)。
3.如權利要求2的氣體探測器(1)，其特征在于，所述涂層(5)具有10μm至50μm的層厚(7)。
4.如權利要求2或3的氣體探測器(1)，其特征在于，所述涂層(5)具有多孔性，該多孔性使得該涂層(5)的每單位體積中小孔體積占30％至90％。
5.如權利要求2至4之一的氣體探測器(1)，其特征在于，所述涂層(5)包含氧化物，尤其是氧化鈦、氧化鋯和氧化鋁中的至少一種。
6.如權利要求2至5之一的氣體探測器(1)，其特征在于，所述涂層(5)具有起催化作用的組分，尤其是貴金屬(9)。
7.如權利要求1至6之一的氣體探測器(1)，其特征在于，與氣體接觸的其它部件，尤其是氣體探測器(1)的基體(10)，也至少部分地具有吸濕表面。
8.如權利要求1至7之一的氣體探測器(1)，其特征在于，所述至少一個保護裝置(2)為罩，該罩包括耐高溫且可深拉的材料。
9.如權利要求1至8之一的氣體探測器(1)，其特征在于，該探測器(1)至少包括下列部件基體(10)和至少一個保護裝置(2)，其中，至少一個部件由提供形成氧化物的表面的材料制成。
10.如權利要求1至9之一的氣體探測器(1)，其特征在于，所述至少一個保護裝置(2)可以用電加熱。
11.用于制造氣體探測器(1)，尤其是分析汽車內燃機的排氣所用的λ探測器的方法，該氣體探測器具有基體(10)和至少一個保護裝置(2)，該保護裝置至少部分地包圍該氣體探測器(1)的與氣體接觸的靈敏傳感器元件(3)，在該方法中，至少所述至少一個保護裝置(2)或所述基體(10)至少部分地設置吸濕涂層(5)。
12.如權利要求11的方法，其特征在于，對要設置涂層(5)的表面進行預處理，尤其是形成氧化物。
13.如權利要求11或12的方法，其特征在于，在涂敷之前將所述至少一個保護裝置(2)或所述基體(10)鋁化。
14.如權利要求13的方法，其特征在于，所述至少一個保護裝置(2)為成形的、尤其是深拉的部分，其中，在成形之前進行所述鋁化，并且有利地在成形步驟之后進行擴散退火。
15.如權利要求11至14之一的方法，其特征在于，所述的涂層(5)的施加至少包括下列加工步驟之一噴涂，浸漬，噴射，熱噴涂。
16.一種排氣凈化部件，該排氣凈化部件包括至少一個如權利要求1至10之一的氣體探測器(1)。
17.一種具有排氣系統(tǒng)的車輛，該排氣系統(tǒng)包括至少一個如權利要求1至10之一的氣體探測器(1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣體探測器(1)，尤其是用于分析汽車內燃機的排氣的λ探測器，其包括至少一個保護裝置(2)，所述保護裝置至少部分地包圍該氣體探測器(1)的與氣體接觸的靈敏傳感器元件(3)，其中，所述至少一個保護裝置(2)具有至少部分地設有吸濕表面的氣體接觸面(4)。
文檔編號G01N33/00GK1965231SQ200580018498
公開日2007年5月16日 申請日期2005年3月31日 優(yōu)先權日2004年4月7日
發(fā)明者R·布呂科, B·普法爾茨格拉夫, B·奧登達爾 申請人:排放技術有限公司, 奧迪股份公司