專利名稱：測(cè)量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的測(cè)量傳感器，尤其用于確定被測(cè)氣體、尤其是內(nèi)燃機(jī)廢氣中一種氣體成分的物理特性、尤其是溫度或濃度的氣體傳感器。
背景技術(shù)：
這種測(cè)量傳感器例如作為λ探針被用來確定內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中的氧濃度。該測(cè)量傳感器設(shè)有一個(gè)自身的電加熱器，以便使對(duì)氣體敏感的傳感元件盡可能快速地、且在發(fā)動(dòng)機(jī)熱運(yùn)轉(zhuǎn)階段期間就達(dá)到其工作溫度上。該傳感元件由陶瓷材料制造，但這種陶瓷對(duì)強(qiáng)的溫度波動(dòng)非常敏感，該溫度波動(dòng)將引起陶瓷中的裂縫及由此導(dǎo)致測(cè)量傳感器的功能缺陷直至完全失效。當(dāng)冷水滴碰到已被加熱的傳感元件上時(shí)，將出現(xiàn)極端的溫度波動(dòng)、也被稱為所謂的溫度沖擊，例如當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)及在熱運(yùn)轉(zhuǎn)階段時(shí)出現(xiàn)在傳感元件的表面上。這些水滴可能通過以下方式形成，即在熱運(yùn)轉(zhuǎn)階段期間由發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒形成的水蒸汽冷凝在排氣裝置及測(cè)量傳感器的表面上及從冷凝水膜釋放出水滴，然后水滴被氣體流夾帶及由氣體流導(dǎo)至傳感元件上。
在一個(gè)公知的用作廢氣傳感器的測(cè)量傳感器(DE 199 24 319 C2)中，為了保護(hù)傳感元件防止其被廢氣流中夾帶的水滴的沖擊，設(shè)有一個(gè)由內(nèi)管及外管組成的雙保護(hù)管，這些內(nèi)及外管各設(shè)有一些氣體入口及出口，該雙保護(hù)管包圍著傳感元件遭受廢氣的區(qū)段。在內(nèi)管的至少一個(gè)入口和/或外管的至少一個(gè)入口上設(shè)有流體部件，該部件使進(jìn)入到由內(nèi)及外管包圍的中間空間中和/或內(nèi)管的內(nèi)空間中的廢氣流在內(nèi)管和/或外管的相應(yīng)內(nèi)表面的方向上轉(zhuǎn)向。由此使水保持在內(nèi)部的管表面上及由于隨內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的增加而增加的廢氣溫度使水逐漸地蒸發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的、具有權(quán)利要求1的特征的測(cè)量傳感器有其優(yōu)點(diǎn)，即通過將中心保護(hù)管設(shè)在雙保護(hù)管內(nèi)部設(shè)置可達(dá)到對(duì)傳感元件更好的保護(hù)，而不會(huì)由于被測(cè)氣體的溫度波動(dòng)對(duì)測(cè)量傳感器的動(dòng)態(tài)特性產(chǎn)生不利影響。直接地罩在傳感元件測(cè)量氣體側(cè)的端部區(qū)段上的附加的中心保護(hù)管一方面對(duì)由水滴落引起的熱沖擊方面提供了可靠的保護(hù)及另一方面減小了在變熱的傳感元件上由對(duì)被測(cè)氣體的熱輻射及對(duì)流形成的熱損耗，以致在接通后測(cè)量傳感器非常快地達(dá)到其工作溫度及在所有工作條件下可靠地保持該工作溫度。熱損耗的減小可附加地降低測(cè)量傳感器的加熱功率損耗。通過借助中心保護(hù)管有目的地達(dá)到的雙保護(hù)管中及內(nèi)管與中心保護(hù)管之間的中間空間中的被測(cè)氣流及通過由中心保護(hù)管中的透氣孔構(gòu)成的輪廓邊(Abrisskante)可實(shí)現(xiàn)被測(cè)氣體圍繞傳感元件的被測(cè)氣體側(cè)的區(qū)段的良好渦流，該渦流與被測(cè)氣體的通常在內(nèi)燃機(jī)廢氣中出現(xiàn)的脈動(dòng)一起將引起中心保護(hù)管內(nèi)部中被測(cè)氣體的快速交換。由于借助該中心保護(hù)管達(dá)到的對(duì)傳感元件改善的保護(hù)可使雙保護(hù)管中的透氣孔作得大些，以致它們不會(huì)由沉積的顆粒如碳黑阻塞。穿過雙保護(hù)管中的透氣孔的顆粒將在中心保護(hù)管的熱管壁上被燃燒掉，因?yàn)樵撝行谋Ｗo(hù)管由于它靠近被加熱的傳感元件及其很薄的壁厚很快地被加熱到對(duì)于顆粒的燃燒過程充分的溫度上。由此總地改善了測(cè)量傳感器的使用壽命及動(dòng)態(tài)特性，即使在困難的工作條件下、例如在單缸調(diào)節(jié)時(shí)，該動(dòng)態(tài)特性也可被保持。
根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量傳感器作為λ探針也可有利地使用在這樣的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)上，在這些內(nèi)燃機(jī)中在空載與滿負(fù)載之間在廢氣中出現(xiàn)大的溫度差及由于過熱的原因測(cè)量傳感器必需由熱的廢氣流回復(fù)地安裝到排氣管中。盡管與此相關(guān)的在冷起動(dòng)后測(cè)量傳感器殼體的長加熱時(shí)間及與此相關(guān)的、在長的空轉(zhuǎn)運(yùn)行階段及在低的外界溫度情況下在殼體上部分地長時(shí)間不超過露點(diǎn)溫度，仍能有效地達(dá)到對(duì)傳感元件的保護(hù)。
通過在其它權(quán)利要求中所述的措施可得到權(quán)利要求1中給出的測(cè)量傳感器有利的進(jìn)一步構(gòu)型及改進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施形式，雙保護(hù)管的內(nèi)管的伸出端按照一個(gè)截錐的形式錐形地變細(xì)及由一個(gè)管底封閉，而外管通過一個(gè)環(huán)形的底部件支撐在內(nèi)管上。內(nèi)管的管底設(shè)有一個(gè)端孔及環(huán)形的底部件或底環(huán)設(shè)有多個(gè)在圓周方向上相互錯(cuò)開布置的透氣孔。通過該結(jié)構(gòu)措施可達(dá)到雙保護(hù)管中及雙保護(hù)管的內(nèi)管與中心保護(hù)管之間明顯改善的被測(cè)氣體的流動(dòng)，這將引起中心保護(hù)管內(nèi)的被測(cè)氣體的最佳渦流。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施形式，中心保護(hù)管被構(gòu)成薄壁的，以致它僅具有很小的熱容量，這不會(huì)對(duì)測(cè)量傳感器的動(dòng)態(tài)特性產(chǎn)生不利的影響。


在以下的說明中將借助附圖中所示的實(shí)施例來詳細(xì)地描述本發(fā)明。附圖以一個(gè)區(qū)段表示用于內(nèi)燃機(jī)、尤其用于機(jī)動(dòng)車的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)λ探針的縱截面圖。
具體實(shí)施例方式
為了減少機(jī)動(dòng)車中內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的有害物質(zhì)排放，使用了具有λ調(diào)節(jié)的三元催化器。這里圖1中以縱截面區(qū)段地表示的λ探針用于控制空氣-燃料混合物，以便借助對(duì)廢氣中氧成分濃度的測(cè)量來建立盡可能按化學(xué)計(jì)量的混合物，由此通過最佳燃燒使有害物質(zhì)排放最小化。對(duì)于該λ探針在下面將作為一個(gè)用作氣體傳感器的普通測(cè)量傳感器的實(shí)施例來描述，借助該測(cè)量傳感器可測(cè)量被測(cè)氣體的物理特性，例如被測(cè)氣體的溫度或被測(cè)氣體中一種氣體成分的濃度。
該λ探針具有由一種陶瓷制成的傳感元件11，該傳感元件具有一個(gè)遭受廢氣的、氣體側(cè)的端部區(qū)段111及一個(gè)這里未示出的、連接側(cè)的端部區(qū)段，在該連接側(cè)的端部區(qū)段中進(jìn)行傳感元件11的電接觸以與控制及求值裝置連接。傳感元件11被接收在傳感器殼體12中，對(duì)于該傳感器殼體在圖1中僅表示出其氣體側(cè)的端部區(qū)段，其中在傳感器殼體12的內(nèi)部通過該傳感器殼體12靜直徑的減小構(gòu)成一個(gè)殼體肩部121。傳感元件11借助一個(gè)無間隙地包圍傳感元件11的陶瓷密封裝置13被氣密地放置在傳感器殼體12中并且用氣體側(cè)的端部區(qū)段從傳感器殼體12伸出。傳感器殼體12設(shè)有一個(gè)外螺紋區(qū)段122，借助該外螺紋區(qū)段使λ探針這樣地旋擰在一個(gè)保持在內(nèi)燃機(jī)排氣管上的接口段中的安裝位置上，以致被測(cè)氣體側(cè)的端部區(qū)域111被浸入到在排氣管中導(dǎo)行的廢氣流中。
傳感元件11的氣體側(cè)的端部區(qū)段111被一個(gè)雙保護(hù)管14包圍，該雙保護(hù)管被套在一個(gè)構(gòu)成在傳感器殼體12上的殼體環(huán)圈(Gehusebund)123上及與該環(huán)圈氣密地焊接。雙保護(hù)管14由一個(gè)外管15及一個(gè)內(nèi)管16組成，該內(nèi)管被外管15以一定徑向間隔同心地包圍并且超過外管15的自由端部伸出。該伸出端錐形地變細(xì)及由一個(gè)與內(nèi)管16一體的管底161封閉。在管底161中開有一個(gè)中心端孔17，在內(nèi)管16的背離管底161的端部的附近在管壁中設(shè)有透氣孔18。這些透氣孔18在一個(gè)圓周線上最好彼此等距離地布置，由此得到透氣孔18的一個(gè)環(huán)繞的圈。外管15通過一個(gè)與其一體的底環(huán)151支撐在內(nèi)管16上及通過該底環(huán)覆蓋其端部，由此在外管15與內(nèi)管16之間構(gòu)成一個(gè)環(huán)形的間隙19。該環(huán)形間隙19通過在底環(huán)151中設(shè)有的透氣孔20與廢氣流連通。透氣孔20最好在圓周方向上等距離地布置。
傳感元件11的氣體側(cè)的端部區(qū)段111被罩上一個(gè)具有管套211及管底212的中心保護(hù)管21，該保護(hù)管被這樣地固定在傳感器殼體12中，以致既相對(duì)端部區(qū)段111也相對(duì)內(nèi)管16保持一個(gè)徑向距離。為了固定在傳感器殼體12中，中心保護(hù)管21在其背離管底212的端部213上被錐形地?cái)U(kuò)寬及盡量形狀鎖合地接觸在殼體肩部121上，在這里該中心保護(hù)管通過密封裝置13軸向不可移動(dòng)地被固定。在中心保護(hù)管21的管套211中具有透氣孔22，這些透氣孔相對(duì)內(nèi)管16上的透氣孔18被向著管底212錯(cuò)位地布置。這里該布置這樣地實(shí)現(xiàn)，即如內(nèi)管16那樣使透氣孔22在圓周線上最好等距離地布置及由此構(gòu)成一個(gè)環(huán)繞的孔圈。內(nèi)管16及中心保護(hù)管21的孔圈彼此在軸向上隔開。不僅透氣孔22的位置而且其數(shù)目、形狀及大小將根據(jù)由廢氣預(yù)給定的技術(shù)上的實(shí)際情況而變化。保護(hù)管21被構(gòu)成這樣意義上的薄壁，即它的壁厚小于雙保護(hù)管14的內(nèi)管16或外管15的壁厚，而決不會(huì)大于它們。
如果測(cè)量傳感器被放置在排氣管中，則通過測(cè)量傳感器11的伸入到排氣管中的端部區(qū)域在排氣管中形成一個(gè)橫截面變窄部分。通過橫截面變窄使內(nèi)管16上的端孔17區(qū)域中的廢氣加速及在該區(qū)域中產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓。同時(shí)，在廢氣流動(dòng)方向(箭頭23)上看，在內(nèi)管16的伸出端的前面通過外管15的底環(huán)151中的透氣孔20建立了一個(gè)過壓。這樣形成的壓力降與廢氣的壓力波動(dòng)一起負(fù)責(zé)保護(hù)管內(nèi)廢氣的流動(dòng)。該廢氣流通過外管15的底環(huán)151上的一部分透氣孔20進(jìn)入，流過外管與內(nèi)管15，16之間的環(huán)形間隙19，以便通過內(nèi)管16上的透氣孔18進(jìn)入到內(nèi)管16與中心保護(hù)管21之間的環(huán)形間隙24。在該環(huán)形間隙24中，廢氣在與環(huán)形間隙19中的流動(dòng)方向相反的流動(dòng)方向上流動(dòng)及通過中心保護(hù)管21中的透氣孔22進(jìn)入中心保護(hù)管21的內(nèi)空間中。通過由中心保護(hù)管21中的透氣孔22構(gòu)成的輪廓邊與廢氣的脈動(dòng)影響一起在氣體室中形成圍繞傳感元件11的端部區(qū)段111的一個(gè)強(qiáng)的廢氣渦流，由此使廢氣足夠快的交換。廢氣從中心保護(hù)管21的內(nèi)空間中的流出是通過另外一部分透氣孔22及通過內(nèi)管16的端孔17來實(shí)現(xiàn)的。在此，中心保護(hù)孔21這樣地降低對(duì)流及輻射引起的傳感元件11的熱損耗，即在所有的工作條件下保持傳感元件11的預(yù)定工作溫度。內(nèi)管16上的透氣孔18及外管15的底環(huán)151中的透氣孔20被構(gòu)成這樣大小，以致它們不會(huì)由沉積的顆粒如碳黑阻塞。通過這些相對(duì)大的透氣孔18，20與廢氣一起流入的顆粒將在中心保護(hù)管21的外壁上被燃燒掉，因?yàn)橹行谋Ｗo(hù)管21由于它靠近被加熱的傳感元件11及其薄壁特性被傳感元件加熱到一定溫度，在該溫度上這些顆?？杀蝗紵?。
權(quán)利要求
1.測(cè)量傳感器，尤其是用于確定被測(cè)氣體、尤其是內(nèi)燃機(jī)廢氣中一種氣體成分的物理特性、尤其是溫度或濃度的氣體傳感器，具有一個(gè)傳感元件(11)，該傳感元件用一個(gè)遭受被測(cè)氣體的、氣體側(cè)的端部區(qū)段(111)從一個(gè)傳感器殼體(12)伸出，及具有一個(gè)包圍該氣體側(cè)的端部區(qū)段(111)的雙保護(hù)管(14)，該雙保護(hù)管由一個(gè)外管(15)及一個(gè)設(shè)有一些透氣孔(18)的內(nèi)管(16)組成，該內(nèi)管被外管(15)以徑向間隔包圍及超過外管(15)的自由端部伸出，其特征在于在傳感元件(11)的氣體側(cè)的端部區(qū)段(111)上罩有一個(gè)杯形的、具有管套(211)及管底(212)的中心保護(hù)管(21)，該中心保護(hù)管相對(duì)所述氣體側(cè)的端部區(qū)段(111)及相對(duì)內(nèi)管(16)以徑向間隔布置；在管套(211)上設(shè)有一些透氣孔(22)，這些透氣孔相對(duì)內(nèi)管(16)上存在的透氣孔(18)被向著管底(212)錯(cuò)位地設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的測(cè)量傳感器，其特征在于雙保護(hù)管(14)的內(nèi)管(16)的伸出端錐形地變細(xì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的測(cè)量傳感器，其特征在于內(nèi)管(16)的該伸出端由一個(gè)優(yōu)選與內(nèi)管(16)一體的管底(161)封上；在管底(161)中設(shè)有至少一個(gè)端孔(17)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中一項(xiàng)的測(cè)量傳感器，其特征在于外管(15)通過一個(gè)優(yōu)選與外管(15)一體的底環(huán)(151)支撐在內(nèi)管(16)外部上；該底環(huán)(151)設(shè)有一些在圓周方向上相互錯(cuò)開設(shè)置的透氣孔(20)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中一項(xiàng)的測(cè)量傳感器，其特征在于雙保護(hù)管(14)的內(nèi)管(16)上的透氣孔(18)及中心保護(hù)管(21)的管套(211)上的透氣孔(22)分別成圈地以優(yōu)選等間隔分布在管圓周上；內(nèi)管(16)與中心保護(hù)管(21)上的孔圈彼此在軸向上有間距。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中一項(xiàng)的測(cè)量傳感器，其特征在于中心保護(hù)管(21)被構(gòu)造成薄壁的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的測(cè)量傳感器，其特征在于中心保護(hù)管(21)的壁厚小于雙保護(hù)管(14)的壁厚，并至多等于該壁厚。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中一項(xiàng)的測(cè)量傳感器，其特征在于中心保護(hù)管(21)被優(yōu)選形鎖合地固定在傳感器殼體(12)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的測(cè)量傳感器，其特征在于中心保護(hù)管(21)的背離管底(212)的端部(213)被錐形地?cái)U(kuò)寬及靠觸在一個(gè)構(gòu)成在傳感器殼體(12)上的殼體肩部(121)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的測(cè)量傳感器，其特征在于傳感元件(11)通過一個(gè)無間隙地包圍它的密封裝置(13)支撐在傳感器殼體(12)的內(nèi)壁上；中心保護(hù)管(21)以其錐形擴(kuò)寬的端部(213)被密封裝置(13)軸向上不可移動(dòng)地固定在殼體肩部(121)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測(cè)量傳感器，尤其是用于確定被測(cè)氣體、尤其是內(nèi)燃機(jī)廢氣中一種氣體成分的物理特性、尤其是溫度或濃度的氣體傳感器，該傳感器具有一個(gè)包括從傳感器殼體(12)伸出的、氣體側(cè)的端部區(qū)段(111)的傳感元件(11)及一個(gè)包圍氣體側(cè)的端部區(qū)段(111)的雙保護(hù)管(14)，該雙保護(hù)管由一個(gè)外管(15)及一個(gè)內(nèi)管(16)組成。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感元件(11)抗溫度沖擊的更好的保護(hù)、降低傳感元件(11)的熱功率及實(shí)現(xiàn)測(cè)量傳感器足夠高的動(dòng)態(tài)特性，在氣體側(cè)的端部區(qū)段(111)上罩有一個(gè)杯形的中心保護(hù)管(21)，該中心保護(hù)管在管套(211)上設(shè)有一些透氣孔(22)，這些透氣孔(22)相對(duì)內(nèi)管(16)上的透氣孔(18)被向著管底(212)錯(cuò)位地布置。
文檔編號(hào)G01K1/08GK1985163SQ200580023497
公開日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2005年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月14日
發(fā)明者赫爾穆特·魏爾, 斯特凡·海因策爾曼, 巴斯蒂安·布赫霍爾茨 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司