(57)【要約】  測定フィーラ、特に測定ガス内のガス成分の濃度を測定するためのガスセンサが記載される。この測定フィーラは、測定ガスにさらされる測定ガス側の端区分（１１１）でハウジング（１２）を越えて突出したセンサ素子（１１）と、測定ガス側の端区分（１１１）にわたって被せられた、ハウジング（１２）に固定された、ガス通流開口（１８，１９）を備えた保護管（１４）とを有している。ハウジング（１２）と保護管（１４）とによって閉じ込められた測定室内での、測定ガス内に含まれた水蒸気の凝縮ひいては高温のセンサ素子（１１）に到達する水滴の形成を阻止するために、保護管（１４）および／またはセンサ素子（１１）が、ハウジング（１２）から熱的に絶縁されている。この熱的な絶縁は、たとえば劣熱伝導性の材料から成るフランジ付きスリーブ（２８）によって行われる。このフランジ付きスリーブ（２８）は、フランジ（２８２）で保護スリーブ（１４）をハウジング（１２）から分離していて、スリーブ区分（２８１）でハウジング（１２）とセンサ素子の測定ガス側の端区分（１１１）との間の室内に押し込まれている。
2007502424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定フィーラ、特に測定ガス内のガス成分の濃度を測定するためのガスセンサであって、センサ素子（１１）が設けられており、該センサ素子（１１）が、測定ガスにさらされる測定ガス側の端区分（１１１）でハウジング（１２）を越えて突出しており、さらに、測定ガス側の端区分（１１１）にわたって被せられた、ガス通流開口（１８，１９）を備えた保護管（１４）が設けられており、該保護管（１４）が、ハウジング（１２）に固定されている形式のものにおいて、保護管（１４）および／またはセンサ素子（１１）が、ハウジング（１２）から熱的に絶縁されていることを特徴とする、測定フィーラ。
【請求項２】
ハウジング（１２）と保護管（１４）および／またはセンサ素子（１１）との間に熱伝導遮断部が配置されている、請求項１記載の測定フィーラ。
【請求項３】
ハウジング（１２）が、測定ガス側の端領域（１２１）を有しており、該端領域（１２１）が、センサ素子（１１）を、減じられた半径方向間隔を置いて取り囲んでおり、熱伝導遮断部が、閉じ込められたエアクッション（２０）によって形成されており、該エアクッション（２０）が、ハウジング（１２）の測定ガス側の端領域（１２１）の内壁（１２３）をカバーしている、請求項２記載の測定フィーラ。
【請求項４】
エアクッション（２０）が、ハウジング（１２）の測定ガス側の端領域（１２１）の内壁（１２３）と、測定ガス側の端領域（１２１）内に押し込まれた管インサート（２２）との間の、軸方向で仕切られた環状ギャップ（２１）内に閉じ込められている、請求項３記載の測定フィーラ。
【請求項５】
環状ギャップ（２１）が、下側の端部でハウジング（１２）の突出隆起部（１２４）によって仕切られていて、上側の端部で管インサート（２２）の、曲げられた管縁部（２２１）によって仕切られている、請求項４記載の測定フィーラ。
【請求項６】
管インサート（２２）が、センサ素子（１１）の測定ガス側の端区分（１１１）の端部にまでハウジング（１２）を越えて突出している、請求項４または５記載の測定フィーラ。
【請求項７】
ハウジング（１２）が、測定ガス側の端領域（１２１）を有しており、該端領域（１２１）が、センサ素子（１１）を、減じられた半径方向間隔を置いて取り囲んでおり、熱伝導遮断部が、フランジ付きスリーブ（２８，２９）によって製作されており、該フランジ付きスリーブ（２８，２９）が、ハウジング（１２）の測定ガス側の端領域（１２１）内に挿入されており、保護管（１４）が、フランジ付きスリーブ（２８，２９）に固定されている、請求項２記載の測定フィーラ。
【請求項８】
フランジ付きスリーブ（２８）が、断熱性の材料から成っていて、ハウジング（１２）の測定ガス側の端領域（１２１）の内法の直径よりも僅かに小さい外径を備えた中空円筒状のスリーブ区分（２８１）と、スリーブ端部で半径方向に突出したフランジ（２８２）とを有しており、該フランジ（２８２）が、ハウジング（１２）の測定ガス側の端領域（１２１）の端面を覆っており、保護管（１４）が、フランジ（２８２）に固く結合されている、請求項７記載の測定フィーラ。
【請求項９】
フランジ付きスリーブ（２９）が、ハウジング（１２）の測定ガス側の端領域（１２１）の内法の直径よりも著しく小さい外径を備えた中空円筒状のスリーブ区分（２９１）と、スリーブ端部で半径方向に突出したフランジ（２９２）とを有しており、該フランジ（２９２）が、測定ガス側の端領域（１２１）の端面を覆っており、フランジ（２９２）が、該フランジにかつ／またはハウジング（１２）の測定ガス側の端領域（１２１）の端面に設けられた個別化された尖った凸状成形部（３０，３１）でハウジング（１２）にスポット溶接されており、保護管（１４）が、フランジ（２９２）の、ハウジング（１２）と反対の側の下面に固定されている、請求項７記載の測定フィーラ。
【請求項１０】
保護管（１４）が、ガス通流開口（１８）を有する内側の保護管（１６）と、ガス通流開口（１９）を有する外側の保護管（１７）とを備えた二重保護管として形成されており、エアクッション（２０）が、ハウジング（１２）の測定ガス側の端領域（１２１）の内壁（１２３）と、端領域（１２１）内に差し込まれた内側の保護管（１６）との間の、軸方向で仕切られた環状ギャップ（２１）内に閉じ込められている、請求項３記載の測定フィーラ。
【請求項１１】
環状ギャップ（２１）が、下側の端部でハウジング（１２）の、小さな載着面（３８）を備えた突出隆起部（１２４）によって仕切られていて、上側の端部で内側の保護管（１６）の、ハウジング（１２）の端領域（１２１）の内壁（１２３）に狭幅面で支持された拡幅された管縁部（１６１）によって仕切られている、請求項１０記載の測定フィーラ。
【請求項１２】
外側の保護管（１７）が、ハウジング（１２）の測定ガス側の端領域（１２１）に外部で被せ嵌められており、内側の保護管（１６）が、環状の狭幅の載着面（４２）で外側の保護管（１７）に支持されている、請求項１０または１１記載の測定フィーラ。
【請求項１３】
外側の保護管（１７）が、その管縁部（１７１）でハウジング（１２）の測定ガス側の端領域（１２１）に位置固定されていて、有利には溶接されており、端領域（１２１）の、外側の保護管（１７）によって被せられた区分と、外側の保護管（１７）との間に環状ギャップ（４０）が設けられている、請求項１２記載の測定フィーラ。
【請求項１４】
ハウジング（１２）の測定ガス側の端領域（１２１）と内側の保護管（１６）および／または外側の保護管（１７）との間に、ハウジング（１２）の温度に関連した可変の熱伝達部をハウジング（１２）と内側の保護管（１６）および／または外側の保護管（１７）との間に形成する手段が配置されている、請求項１０から１３までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
【請求項１５】
前記手段が、ハウジング（１２）の温度の増加につれて、増加させられる熱伝達面をハウジング（１２）と内側の保護管（１６）および／または外側の保護管（１７）との間に形成するように構成されている、請求項１４記載の測定フィーラ。
【請求項１６】
前記手段が、ハウジング（１２）の測定ガス側の端領域（１２１）に保持された少なくとも１つのリング（４３，４４）を有しており、該リング（４３，４４）が、円筒状の環状区分（４５）と、該環状区分（４５）に軸方向で続く区分けされた環状区分（４６）とを有しており、区分けされた環状区分（４６）の環状セグメント（４６１）が、加熱時に環状区分（４６）から拡開しかつ内側の保護管（１６）にまたは外側の保護管（１７）に当て付けられるように形成されている、請求項１５記載の測定フィーラ。
【請求項１７】
１つのリング（４３）が、ハウジング（１２）の測定ガス側の端領域（１２１）の内壁（１２３）内に挿入されており、１つのリング（４４）が、ハウジング（１２）の測定ガス側の端領域（１２１）の外壁に載着されている、請求項１６記載の測定フィーラ。
【請求項１８】
保護管（１４）が、断熱ゾーン（３４）によって取り囲まれている、請求項１から９までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
【請求項１９】
断熱ゾーン（３４）が、保護管（１４）を取り囲む中空室（２４）であり、該中空室（２４）が、保護管（１４）と、該保護管（１４）に載着された、該保護管（１４）にガス密に結合された被覆管（２３）との間に製作されている、請求項１８記載の測定フィーラ。
【請求項２０】
中空室（２４）内にガス体積、特に空気が閉じ込められている、請求項１９記載の測定フィーラ。
【請求項２１】
中空室（２４）が排気されている、請求項１９記載の測定フィーラ。
【請求項２２】
中空室（２４）が、耐熱性の断熱材料で充填されている、請求項１９記載の測定フィーラ。
【請求項２３】
被覆管（２３）の一方の管端部が、保護管（１４）と一緒にハウジング（１２）に溶接されており、被覆管の他方の管端部が、プレス嵌めによって保護管（１４）にシールされているかまたは保護管（１４）にガス密に溶接されている、請求項１９から２２までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
【請求項２４】
ハウジング（１２）が、測定ガス側の端領域（１２１）を有しており、該端領域（１２１）が、センサ素子（１１）を、減じられた半径方向間隔を置いて取り囲んでおり、測定ガス側の端領域（１２１）内に、センサ素子（１１）の測定ガス側の端区分（１１１）にわたって被せられたカップ状の内側管（２５）が挿入されており、該内側管（２５）が、ガス通流開口（３３）を備えている、請求項１８から２３までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
【請求項２５】
保護管（１４）が、ガス通流開口（１８）を有する内側の保護管（１６）と、ガス通流開口（１９）を有する外側の保護管（１７）とを備えた二重保護管として形成されており、内側の保護管（１６）に設けられたガス通流開口（１８）に流れエレメント（３５）が対応配置されており、該流れエレメント（３５）が、外側の保護管（１７）に向けられて内側の保護管（１６）から折り曲げられている、請求項１から９までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
【請求項２６】
流れエレメント（３５）が、外側の保護管（１７）に向かって前方に湾曲させられた膨出部（３６）によって形成されている、請求項２５記載の測定フィーラ。
【請求項２７】
膨出部（３６）が、内側の保護管（１６）の外面の方向への接線方向のガス流れを得るような設定角を内側の保護管（１６）の外面に対して有している、請求項２６記載の測定フィーラ。
【請求項２８】
内側の保護管（１６）に設けられたガス通流開口（１８）の縁部（１８１）が、凹状に丸み付けられている、請求項２５から２７までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の測定フィーラ、特に測定ガス内のガス成分の濃度を測定するためのガスセンサから出発する。
【０００２】
このような測定フィーラは、たとえば内燃機関の排ガス内の酸素濃度を測定するための、いわゆる「ラムダセンサ（Ｏ２センサ）」として使用される。測定フィーラは、センサ素子を可能な限り迅速に、しかも、まだエンジンの暖機運転段階の間にセンサ素子の運転温度にもたらすために、電気的な固有加熱装置を備えている。センサ素子はセラミックス製の材料から製作されている。しかし、このようなセラミックスは、セラミックスおける亀裂ひいては測定フィーラの全体故障にまで至る誤機能を生ぜしめる激しい温度変動に対して極めて敏感である。いわゆる「熱衝撃」とも呼ばれる極端な温度変動は、たとえば内燃機関のスタート時にかつ暖機運転段階中に、すでに加熱されたセンサ素子に低温の水滴が衝突する場合に生ぜしめられる。このような水滴は、暖機運転段階の間、エンジンでの燃焼によって生ぜしめられた水蒸気が排ガス装置と測定フィーラとの低温の表面で凝縮することによって形成され、ガス流によって凝縮物膜から水滴が引き裂かれ、その後、この水滴がセンサ素子に到達し得る。
【０００３】
排ガスセンサとして使用される公知の測定フィーラ（ドイツ連邦共和国特許第１９９２４３１９号明細書）では、排ガス流内で連行される水滴による負荷に対してセンサ素子を防護するために、それぞれガス流入開口と流出開口とを備えた内側管と外側管とから成る二重保護管において、内側管の少なくとも１つの流入開口にかつ／または外側管の少なくとも１つの流入開口に排ガスのための流れエレメントが配置されている。この流れエレメントは、内側管と外側管とによって閉じ込められた中空室内にかつ／または内側管の内室内に流入する排ガスを内側管および／または外側管の内側の各被覆面の方向に変向させる。これによって、水が内側の被覆面に保持され、内燃機関の暖機運転が増加するにつれて上昇する排ガスの温度に基づき、水が徐々に気化する。
【０００４】
発明の利点
請求項１の特徴を備えた本発明による測定フィーラは、大きな質量に基づきコールドスタート時に徐々にしか加熱されないセンサハウジングに対するセンサ素子のかつ／または保護管の熱的な絶縁、つまり、断熱によって、保護管と、この保護管の、センサ素子が突入した内側領域との迅速な加熱が得られるという利点を有している。これによって、測定フィーラの、保護管によってカバーされた内室の内壁への凝縮水膜の形成が確実に阻止される。これによって、内室内への水滴形成の危険が排除され、したがって、衝突した水滴によって生ぜしめられる、いわゆる「熱衝撃」によりセンサ素子に与えられる危険にも有効に対処される。水滴形成の本発明による阻止によって、いまや、センサ素子の加熱装置をすでにエンジン運転の初期段階で、すなわち、コールドスタートから、水蒸気形成を阻止する露点温度に到達するまで最初から十分な出力で運転することができ、これによって、測定フィーラが最短の時間で運転準備され、ラムダ（空気過剰率）調整がアクティブとなる。同時に、組付け箇所と、この組付け箇所に存在する大きな熱的な質量とからのセンサ素子の加熱時間の十分な無関係性が達成される。この場合、本発明による測定フィーラの全体的に得られる利点、たとえば迅速始動性と、耐熱衝撃性と、組付け箇所および組付け形式と無関係な短い加熱時間とは、製造技術的に廉価な手段によって達成される。
【０００５】
本発明による測定フィーラはラムダセンサとして、有利には、アイドリング運転と全負荷との間に大きな温度差が排ガス内で生ぜしめられ、測定フィーラが高温の排ガス流に基づく過熱理由から引っ込められて排ガス管に組み付けられなければならない内燃機関でも使用可能である。これに関連した、コールドスタート後のハウジングのより長い加熱時間と、これに関連した、より長いアイドリング運転段階の場合のかつ低い外温の場合のハウジング質量における露点温度の部分的に長時間の非超過とにもかかわらず、有効に測定フィーラの内部への凝縮水の形成が阻止される。
【０００６】
別の請求項に記載した手段によって、請求項１に記載した測定フィーラの有利な構成および改良形が可能となる。
【０００７】
本発明の有利な構成によれば、熱的な絶縁が熱伝導遮断部によって実現される。この熱伝導遮断部はハウジングと保護管および／またはセンサ素子との間に配置されている。
【０００８】
本発明の有利な構成によれば、このような熱伝導遮断部が、閉じ込められたエアクッションとして形成されている。このエアクッションは、ハウジングの、センサ素子を、減じられた半径方向間隔を置いて取り囲む測定ガス側の端領域の内壁をカバーしている。
【０００９】
本発明の有利な構成によれば、閉じ込められたエアクッションが、ハウジングの測定ガス側の端領域の内壁と、測定ガス側の端領域内に押し込まれた管インサートとの間の、軸方向で仕切られた環状ギャップによって実現される。
【００１０】
本発明の有利な構成によれば、管インサートが、環状ギャップをカバーするだけでなく、端部側でハウジングを越えてセンサ素子の測定ガス側の端区分の端部にまで突出するように形成される。こうして、この管インサートによって、水滴に対するセンサ素子の十分な防護を達成することができる。さらに、管インサートは高温の排ガスの熱伝導またはセンサ素子の放射熱によってより迅速に加熱され、これによって、露点温度がセンサ素子の周辺により迅速に達成される。
【００１１】
本発明の有利な構成によれば、熱伝導遮断部がフランジ付きスリーブによって得られる。このフランジ付きスリーブは端面側でハウジングの測定ガス側の端区分内に押し込まれ、ハウジング内に固定される。保護管は、いま、もはやハウジングに固定されておらず、フランジ付きスリーブに固定されている。
【００１２】
本発明の有利な構成では、フランジ付きスリーブが劣熱伝導性の材料から製作されていて、ハウジングの測定ガス側の端領域の内法の直径よりも僅かに小さい外径を備えた中空円筒状のスリーブ区分と、一方のスリーブ端部で半径方向に突出したフランジとを有している。このフランジは測定ガス側の端領域の端面を覆っている。保護管はフランジ付きスリーブのフランジに固定されている。このフランジ付きスリーブによって、センサ素子と保護管とがハウジングに対してその大きな熱容量によって熱的に絶縁されており、これによって、ハウジングの大きな熱容量はセンサ素子と保護管との加熱時間に不利な影響を与えない。
【００１３】
本発明の択一的な構成によれば、フランジ付きスリーブが、ハウジングの測定ガス側の端領域の内法の直径よりも著しく小さい外径を備えたスリーブ区分を有している。フランジ付きスリーブのフランジは、ここでも、ハウジングの端領域の端面を覆っている。保護管は、フランジの、ハウジングと反対の側の下面に固定されている。スリーブ自体は、フランジにかつ／またはハウジングの端領域の端面に形成された個別化された尖った凸状成形部でハウジングにスポット溶接されている。これによって、完全に僅かな熱伝導ブリッジしかハウジングと保護管との間に生ぜしめられず、ハウジングの端領域の内壁とフランジ付きスリーブのスリーブ区分との間に形成された空気室が、ハウジングに対するセンサ素子の断熱の機能を引き受けている。
【００１４】
本発明の有利な構成によれば、保護管が断熱ゾーンで取り囲まれている。付加的であるものの、ハウジングおよび／またはセンサ素子および保護管からの断熱のための前述した手段の代わりにも使用されるこの手段によって、保護管の内壁への凝縮水膜形成の危険が、極端に不利な運転条件でも低減される。この手段は、特にすでに前述した、全負荷運転での測定フィーラの過度に高い温度負荷の理由から測定フィーラが「引っ込められて」排ガス管に組み付けられなければならない内燃機関での本発明による測定フィーラの耐熱衝撃性を改善している。この場合に使用される延長されたねじ込みニップルは、ハウジングの質量と熱容量とを増大させ、これによって、周辺温度が低い場合には、コールドスタート後に露点温度が上回られるまで三分以上かかり得る。保護管の断熱被覆によって、保護管の内面に露点温度が著しく短い時間で達成され、したがって、凝縮物膜形成に抗して有効に制御される。
【００１５】
本発明の有利な構成によれば、断熱ゾーンが、保護管を半径方向間隔を置いて取り囲む被覆管によって実現される。この被覆管は保護管にガス密に結合されている。保護管と被覆管との間に存在する環状の中空室は空気充填されているものの、本発明の択一的な構成では、耐熱性の断熱材料で充填されてよいかまたは排気されてよい。これに対して付加的には、既存の中空室が、保護管を迅速な加熱の目的で外部から加熱するために、電気的なヒータの巻線を収納するために使用されてもよい。
【００１６】
本発明の有利な構成によれば、保護管が、ガス通流開口を有する内側の保護管と、ガス通流開口を有する、内側の保護管を同心的に取り囲む外側の保護管とを備えた二重保護管として形成されている。内側の保護管に設けられたガス通流開口には流れエレメントが対応配置されている。この流れエレメントは外側の保護管に向けられて内側の保護管から折り曲げられている。付加的には、通流開口の縁部は凹状に丸み付けられている。付加的であるものの、センサ素子への水滴の衝突による熱衝撃を回避するための前述した手段の代わりにも講じられるこの手段によって、完全にコールドスタートの開始時にまだ付加的に形成され、ガス流によって剥離される液滴が流れエレメントによって外方に導出され、センサ素子に衝突しないことが達成される。ガス通流開口の交差縁部の凹状の構成によって、ガス流れが、有利には外側からセンサ素子に向かって案内されるものの、シャープな剥離縁部は存在せず、これによって、ガス流れによって推し進められる、内側の保護管の内壁に付着した水滴が剥離せず、内側の保護管に沿って次のガス通流開口にまで案内される。
【００１７】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１８】
図１に部分的に縦断面図で示したラムダセンサ（Ｏ２センサ）は、内燃機関の排ガス内の酸素含有量の濃度を測定するために働く。このラムダセンサを、ガス混合物によって形成された測定ガス内の任意のガス成分の濃度を測定する、ガスセンサと使用される一般的な測定フィーラに対する実施例として説明する。
【００１９】
ラムダセンサは、セラミックスから製作されたセンサ素子１１を有している。このセンサ素子１１は、排ガスもしくは測定ガスにさらされる測定ガス側の端区分１１１と、制御・評価装置に接続するためにセンサ素子１１の電気的なコンタクティングが行われている接続側の端区分（図示せず）とを備えている。センサ素子１１はハウジング１２内に収容されている。このハウジング１２のうち、図１には、下側の測定ガス側の端領域１２１しか見ることができない。この端領域１２１でハウジング１２はセンサ素子１１の測定ガス側の端区分１１１を、減じられた半径方向間隔を置いて取り囲んでいる。センサ素子１１はシール部材１３によってハウジング１２内にガス密に挿入されていて、測定ガス側の端区分１１１でハウジング１２を越えて突出している。このハウジング１２はねじ山２７を備えている。このねじ山２７でラムダセンサは、組付け箇所において、内燃機関の排ガス管に保持された接続片内にねじ込まれ、これによって、測定ガス側の端区分１１１が、排ガス管内で案内されるガス流内に進入する。測定ガス側の端区分１１１は保護管１４によって取り囲まれている。この保護管１４は、ハウジング１２の測定ガス側の端領域１２１に形成されたハウジングカラー１２２に被せ嵌められていて、このハウジングカラー１２２にガス密に溶接されている。有利にはレーザ溶接によって形成された、全周にわたって延びる溶接シームは図１に符号１５で示してある。図１の実施例では、保護管１４が、いわゆる「二重保護管」として形成されていて、ポット状の内側の保護管１６とポット状の外側の保護管１７とを有している。両保護管１６，１７は内外に組み合わされていて、ポット縁部で一緒にハウジングカラー１２２に溶接されている。内側の保護管１６と外側の保護管１７とはガス通流開口１８；１９を有している。電気的な接続線路を備えたセンサ素子１１の接続側の端区分も示してあるラムダセンサの完全な図面および説明は、たとえばドイツ連邦共和国特許第１９９２４３１９号明細書で明らかとなる。
【００２０】
保護管１４の内部への凝縮水の結露と、ここから出発する、センサ素子１１の感温性のセラミックスへの衝突時に、いわゆる「熱衝撃」を生ぜしめる液滴の形成とに対処するために、センサ素子１１はハウジング１２から熱的に絶縁されている、つまり、断熱されている。この熱的な絶縁は熱伝導遮断部によって行われる。この熱伝導遮断部は、図１の実施例では、閉じ込められたエアクッション２０によって実現される。このエアクッション２０はハウジング１２の端領域１２１の内壁１２３をカバーしている。エアクッション２０は、ハウジング１２の測定ガス側の端領域１２１の内壁１２３と、測定ガス側の端領域１２１内に押し込まれた管インサート２２との間の環状ギャップ２１内に閉じ込められている。この環状ギャップ２１の軸方向の下側の仕切り部は、ハウジング１２の、半径方向に突出した隆起部１２４によって形成されるのに対して、環状ギャップ２１の軸方向の上側の仕切り部は、管インサート２２の、曲げ拡げられた管縁部２２１によって形成されている。管インサート２２は、ハウジング１２の端領域１２１を越えて突出していて、センサ素子１１の測定ガス側の端区分１１１の端部にまで達するように形成されている。ハウジング１２を越えて突出した、センサ素子１１の測定ガス側の端区分１１１を半径方向間隔を置いて取り囲む管インサート２２は、環状溝２１内への閉じ込められたエアクッションの形成のほかに、保護管１４のガス通流開口１８，１９を通って場合により流入し得る水滴に対するセンサ素子１１のさらに付加的な防護を提供している。さらに、管インサート２２は自由端部から迅速に加熱され、エアクッションでの低温のハウジング１２に対する断熱に寄与する。
【００２１】
図２に部分的に縦断面図で示したラムダセンサの実施例では、保護管１４が同じく、ガス通流開口１８を有する内側の保護管１６と、ガス通流開口１９を有する外側の保護管１７とを備えた二重保護管として形成されている。両保護管１６，１７はポット状である。この場合、内側の保護管１６はそのポット底部１６２で、環状に全周にわたって延びる極めて狭幅の載着面４２を介して外側の保護管１７のポット底部１７２に支持されている。図１と異なり、内側の保護管１６はハウジング１２の測定ガス側の端領域１２１内に挿入されていて、このハウジング１２の測定ガス側の端領域１２１の内壁１２３に支持されているのに対して、外側の保護管１７は端領域１２１に外側で被せ嵌められていて、ハウジング１２に、全周にわたって延びる溶接シーム１５によって固く結合されている。内側の保護管１６は、それぞれ全周にわたって延びる極めて狭幅の上側のかつ下側の載着面３７，３８でしかハウジング１２の測定ガス側の端領域１２１の内壁１２３に支持されておらず、これによって、測定ガス側の端領域１２１の内壁１２３と、内側の保護管１６の、測定ガス側の端領域１２１内に押し込まれた区分との間に、内部に閉じ込められた断熱性のエアクッション２０を備えた環状ギャップ２１が生ぜしめられる。この場合、下側の載着面３８は、ハウジング端部で半径方向に突出した隆起部１２４によって形成され、上側の載着面３７は、内側の保護管１６の、拡幅された管縁部１６１によって形成される。熱伝達を低減するためには、全周にわたって延びる載着面３７，３８が切欠きを有していてよく、これによって、もはやハウジング１２の内壁１２３に対する内側の保護管１６の点状の支持しか存在していない。ハウジング１２内での内側の保護管１６の位置固定は、図２の右半分に示した実施例では、プレス嵌めによって行われ、図２の左半分に示した実施例では、全周にわたって延びる溶接シーム３９によって行われる。この溶接シーム３９は、熱伝達を低減するために、全周にわたって延びる円形線に互いに間隔を置いて配置された溶接点として形成されてもよい。内側の保護管１６とハウジング１２との間の狭幅の載着面３７，３８に基づき、小さな熱伝達面と最小の熱伝達とが生ぜしめられ、これによって、コールドスタート時に内側の保護管１６が、低温のハウジング１２にもかかわらず極めて迅速に昇温することができ、内側の保護管１６への凝縮水の結露を阻止する露点温度に極めて迅速に到達する。
【００２２】
図２の右半分に示した実施例では、外側の保護管１７がその管縁部１７１でハウジング１２に溶接シーム１５の領域でしか熱伝導接触していない。ハウジング１２の測定ガス側の端領域１２１の、外側の保護管１７によって被せられた残りの区分と、外側の保護管１７との間には、環状ギャップ４０が設けられている。この環状ギャップ４０は、一方では、外側の保護管１７とハウジング１２との間の熱伝達面を減少させ、さらに、エンジンスタート直後に場合により形成される水滴が毛管作用によってハウジング１２の低温の外側の領域にとどめられることを生ぜしめる。
【００２３】
図２の左半分に示した実施例では、外側の保護管１７とハウジング１２との間に比較的大きな熱伝達面４１が設けられている。この熱伝達面４１は、全負荷運転中にハウジング１２を介した外側の保護管１７の良好な冷却を生ぜしめる。にもかかわらず、内側の保護管１６はエンジンの暖機運転中に熱的に極めて良好に絶縁されたままとなる。なぜならば、冷たさがハウジング１２から外側の保護管１７全体を介して載着面４２にまで押し進まなければならず、そこで極めて小さな面を介してしか内側の保護管１６に伝達し得ないからである。すなわち、大きな熱伝達面４１は、排ガスが極めて高温の場合に外側の保護管１７の熱が熱伝達面４１を介して、より低温のハウジング１２に導出されるという利点を獲得する。この場合、狭幅の載着面４２での外側の保護管１７から内側の保護管１６への僅かな熱伝達しか生ぜしめられない。両保護管１６，１７の間の中間室では、高温の排ガスが外側の保護管１７によってすでにほぼ冷却されており、これによって、内側の保護管１６とセンサ素子１１とがもはやそれほど強く加熱されない。これによって、エンジンの全負荷時のセンサ素子１１の過熱防護が保証されており、排ガス管への測定フィーラの、引っ込められた組付けを省略することができる。
【００２４】
図３〜図５に示した実施例では、温度に関連した可変の熱伝達部が保護管１６，１７とハウジング１２との間に設けられていることによって、過熱防護と同時に暖機運転中の最良の熱的な絶縁とが最適化されている。このためには、ハウジング１２の測定ガス側の端領域１２１と内側の保護管１６および／または外側の保護管１７との間に、ハウジング１２の温度の増加につれて、徐々に増加させられる熱伝導性の結合部を、ハウジング１２の測定ガス側の端領域１２１と内側の保護管１６および／または外側の保護管１７との間に形成する手段が配置されている。この手段は、ハウジング１２の測定ガス側の端領域１２１に保持された少なくとも１つのリング４３および／またはリング４４を有している。図３の実施例では、２つのリング４３，４４が設けられている。両リング４３，４４のうち、一方のリング４３は測定ガス側の端領域１２１の内壁１２３内に挿入されており、他方のリング４４はハウジング１２の測定ガス側の端領域１２１に外側で載着されている、すなわち、端領域１２１と外側の保護管１７との間の環状ギャップ４０内に位置している。リング４３，４４は同一に形成されているので、以下、リング４３についてしか説明しない。
【００２５】
図４および図５の断面図から明らかであるように、リング４３は、円筒状の環状区分４５と、この環状区分に軸方向で続く、著しく温度に関連した膨張係数を備えた材料から成る区分けされた環状区分４６とを有している。たとえば環状セグメント４６１に対して、温度の上昇時に環状区分４６からの環状セグメント４６１の増加する拡開を生ぜしめるバイメタルまたは特殊な合金を使用することができる。図４には、ハウジング１２が低温の場合のリング４３が示してある。両環状区分４５，４６は軸方向で整合していて、ハウジング１２に接触している。内側の保護管１６は環状ギャップ２１によってハウジング１２とリング４３とから熱的に絶縁されている。図５には、ハウジング１２が高温の場合のリング４３が示してある。環状セグメント４６１が温度上昇に基づき内方に曲げられて真っ直ぐにされていて、大面にわたって内側の保護管１６に当て付けられている。これによって、内側の保護管１６からハウジング１２への極めて良好な熱伝達が付与されており、これによって、エンジンの全負荷時に生ぜしめられるように、排ガスが極めて高温の場合に、熱が内側の保護管１６からハウジング１２を介して導出され、センサ素子１１が有効に過熱に対して防護される。
【００２６】
リング４４の機能はリング４３の機能と同じであるものの、環状セグメントが加熱時に外方に曲げられて真っ直ぐにされていて、外側の保護管１７に大面にわたって当て付けられており、これによって、外側の保護管１７とハウジング１２との間に良好な熱伝達部が形成されるという違いを備えている。
【００２７】
図６に部分的に示したラムダセンサの実施例では、ここでは単一保護管として形成された保護管１４に被覆管２３が載着されている。この被覆管２３は保護管１４よりも大きな直径を有していて、この保護管１４にガス密に結合されている。このためには、被覆管２３が上側の縁部で保護管１４と一緒にハウジング１２のハウジングカラー１２２に溶接されていて、他方の管端部でプレス嵌めによって保護管１４に載着されている。しかし、プレス嵌めの代わりに、ここでは、保護管１４と被覆管２３との間のガス密な溶接が行われてもよい。保護管１４は、図１に示した二重保護管１４のようにポット状に形成されていて、ポット底部１４１にガス通流開口１９を備えている。被覆管２３と保護管１４との間に閉じ込められた中間室２４は、保護管１４を取り囲む断熱ゾーン３４を形成している。この断熱ゾーン３４によって、やはり保護管１４の内壁への凝縮物結露が阻止される。ここでも、図１に示した二重保護管１４の液滴逃出機能を実現するために、ハウジング１２の測定ガス側の端領域１２１内に、図１に類似して、内側管２５が挿入されていて、ハウジング１２に固定されている。内側管２５はセンサ素子１１の測定ガス側の端区分１１１を半径方向間隔を置いて取り囲んでいて、保護管１４のポット底部１４１にまで突入している。保護管１４のこのポット底部１４１は槽状に形成されており、内側管２５は端部側で保護管１４のポット底部１４１の槽開口内に進入している。ガス通流開口１９は、一方で槽底部に配置されていて、他方で槽縁部に配置されている。端部側で開放した図１に示した管インサート２２と異なり、内側管２５はカップ状に形成されていて、カップ底部２５１とカップ壁２５２とにガス通流開口３３を備えている。このガス通流開口３３の機能は、図１に示した内側の保護管１６に設けられたガス通流開口１８の機能に相当している。
【００２８】
ここでは詳しく図示しないように、内側管２５によって、熱伝導遮断部を形成する閉じ込められた図１のようなエアクッションが製作されてもよい。このためには、図１に対して説明したように、ハウジング１２の測定ガス側の端領域１２１の内壁に、図１に示した環状ギャップ２１が設けられさえすればよい。
【００２９】
図６に対して説明したラムダセンサの択一的な構成では、被覆管２３と保護管１４との間に存在する中間室２４が排気されてもよいし、耐熱性の断熱材料で充填されてもよい。両事例では、保護管１４を取り囲む断熱ゾーン３４が製作される。有利な構成では、適切に有効な断熱効果を得るために、中空の中間室２４の半径方向の幅が約１ｍｍに寸法設定されており、被覆管２３の肉厚が、強度理由に基づき、保護管１４の肉厚よりも大きく寸法設定されている。この保護管１４の肉厚は、可能な限り僅かな熱容量の理由に基づき比較的に薄く保たれる。
【００３０】
図７に示したラムダセンサの実施例では、ラムダセンサのより大きな部分を見ることができる。ハウジング１２内でのシール部材１３によるセンサ素子１１のガス密な位置固定と、ハウジング１２を組付け箇所でそのねじ山２７によってねじ込むための、ハウジング１２に一体成形された六角部２６とを認めることができる。ここで図１と同様に二重保護管として形成された保護管１４は、やはりハウジング１２に端部側で当て付けられているものの、ハウジング１２に対して熱的に絶縁されている。図７の実施例には、熱的な絶縁の二種類の実現手段が示してある。しかも、そのうちの一方は図左半分に示してあり、もう一方は図右半分に示してある。両事例では、熱的な絶縁が、図１のように、熱伝導遮断部によって達成される。この熱伝導遮断部は、それぞれ半分ずつ図右半分および図左半分に示したフランジ付きスリーブ２８；２９によって製作されている。各フランジ付きスリーブ２８；２９は、スリーブ区分２８１；２９１と、スリーブ端部で半径方向に突出したフランジ２８２：２９２とを有している。図右半分に半割断面図で示したフランジ付きスリーブ２８は劣熱伝導性のまたは劣断熱性の材料から製作されている。スリーブ区分２８１の外径は、ハウジング１２の測定ガス側の端領域１２１の内法の直径よりも僅かに小さく寸法設定されている。フランジ２８２の外径は、スリーブ区分２８１が測定ガス側の端領域１２１内に押し込まれた場合に、フランジ２８２が測定ガス側の端領域１２１の端面を完全に覆うように寸法設定されている。フランジ付きスリーブ２８はハウジング１２に固定されており、保護管１４はフランジ付きスリーブ２８のフランジ２８２に固く結合されている。
【００３１】
図７の左半分に示したフランジ付きスリーブ２９では、スリーブ区分２９１が、ハウジング１２の測定ガス側の端領域１２１の内法の直径よりも著しく小さい外径を有している。フランジ２９２の外径は保護管１４の外径とほぼ同じ大きさに寸法設定されている。ポット状の内側の保護管１６は、半径方向に曲げ出されたポット縁部１６１を有している。このポット縁部１６１はフランジ付きスリーブ２９のフランジ２９２に面接触していて、縁端部で外側の保護管１７の端面に固く結合されている。ポット縁部１６１とフランジ２９２とは互いに固く結合されている。フランジ２９２と、ハウジング１２の測定ガス側の端領域１２１の端面との、互いに向かい合った表面には、積み重なった個別化された尖った凸状成形部３０；３１が設けられている。この凸状成形部３０，３１でフランジ２９２とハウジング１２とはスポット溶接されており、これによって、ハウジング１２と保護管１４との間には、ほんの僅かな小さな熱伝導ブリッジしか存在していない。フランジ付きスリーブ２９とハウジング１２の測定ガス側の端領域１２１の内壁１２３ならびに端面との間に存在する空気室３２は熱伝導遮断部を形成しており、これによって、保護管１４だけでなくセンサ素子１１もハウジング１２から熱的に絶縁されている。
【００３２】
図８および図９に二種類の断面図で示した、二重保護管として形成された保護管１４は、図１および図７に対して説明した測定フィーラにおいて、そこに図示して説明した二重保護管として形成された保護管１４に対して択一的に使用されてよい。保護管１４はやはり、ガス通流開口１８を備えた内側の保護管１６と、この保護管１６を同心的に取り囲む、ガス通流開口１９を備えた外側の保護管１７とを有している。内側の保護管１６に設けられたガス通流開口１８には流れエレメント３５が対応配置されている。この流れエレメント３５は内側の保護管１６から折り曲げられていて、外側の保護管１７に向かって方向付けられている。流れエレメント３５は膨出部３６によって形成される。この膨出部３６は外側の保護管１７に向かって前方に湾曲させられている。この場合、膨出部３６は、内側の保護管１６の外面の方向への接線方向のガス流れが発生させられるような設定角を内側の保護管１６の外面に対して有している。さらに、この内側の保護管１６に設けられたガス通流開口１８の交差縁部１８１は、内側の保護管１６の内面に沿って場合によりガス流れによって押し進められた水滴を内面から剥離するシャープなエッジが形成されないように凹状に丸み付けられている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施例によるラムダセンサの部分的な縦断面図である。
【図２】第２の実施例（右側の半割断面図）および第３の実施例（左側の半割断面図）によるラムダセンサの部分的な縦断面図である。
【図３】第４の実施例によるラムダセンサの部分的な縦断面図である。
【図４】図３に示したＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】ラムダセンサが高温の場合を図４と同様に示す図である。
【図６】第５の実施例によるラムダセンサの部分的な縦断面図である。
【図７】熱的な絶縁の２つの変化形（左側の半割断面図および右側の半割断面図）を備えた第６の実施例によるラムダセンサの部分的な縦断面図である。
【図８】ラムダセンサの変更された二重保護管を、図９に示したＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿って示す横断面図である。
【図９】図８に示したＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１  センサ素子、  １２  ハウジング、  １３  シール部材、  １４  保護管、  １５  溶接シーム、  １６  保護管、  １７  保護管、  １８  ガス通流開口、  １９  ガス通流開口、  ２０  エアクッション、  ２１  環状ギャップ、  ２２  管インサート、  ２３  被覆管、  ２４  中間室、  ２５  内側管、  ２６  六角部、  ２７  ねじ山、  ２８  フランジ付きスリーブ、  ２９  フランジ付きスリーブ、  ３０  凸状成形部、  ３１  凸状成形部、  ３２  空気室、  ３３  ガス通流開口、  ３４  断熱ゾーン、  ３５  流れエレメント、  ３６  膨出部、  ３７  載着面、  ３８  載着面、  ３９  溶接シーム、  ４０  環状ギャップ、  ４１  熱伝達面、  ４２  載着面、  ４３  リング、  ４４  リング、  ４５  環状区分、  ４６  環状区分、  １１１  端区分、  １２１  端領域、  １２２  ハウジングカラー、  １２３  内壁、  １２４  隆起部、  １４１  ポット底部、  １６１  管縁部、  １６２  ポット底部、  １７１  管縁部、  １７２  ポット底部、  １８１  交差縁部、  ２２１  管縁部、  ２５１  カップ底部、  ２５２  カップ壁、  ２８１  スリーブ区分、  ２８２  フランジ、  ２９１  スリーブ区分、  ２９２  フランジ、  ４６１  環状セグメント
【図１】
2007502424.tif 000003
【図２】
2007502424.tif 000004
【図３】
2007502424.tif 000005
【図４】
2007502424.tif 000006
【図５】
2007502424.tif 000007
【図６】
2007502424.tif 000008
【図７】
2007502424.tif 000009
【図８】
2007502424.tif 000010
【図９】
2007502424.tif 000011
【国際調査報告】
2007502424.tif 000012
2007502424.tif 000013
2007502424.tif 000014
2007502424.tif 000015
2007502424.tif 000016
2007502424.tif 000017
2007502424.tif 000018
2007502424.tif 000019
2007502424.tif 000020
2007502424.tif 000021