[發(fā)明專利]用于廢氣傳感器的傳感器元件

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611204465.4
• 申請(qǐng)日: 2016-12-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106990151A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: G·林德曼;I·黑倫;J·拉普;P·盧佩丁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號(hào): G01N27/407
• 分類號(hào): G01N27/407
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司72002
• 代理人: 侯鳴慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于廢氣傳感器的傳感器元件。

背景技術(shù)

從現(xiàn)有技術(shù)已知多種傳感器元件和用于感測(cè)在測(cè)量室中的氣體的至少一種特性的方法。原則上，在此可能涉及所述氣體的任意的物理和/或化學(xué)特性，其中，可以感測(cè)一種或多種特性。以下，尤其參考?xì)怏w的氣體成分的質(zhì)量的和/或數(shù)量的感測(cè)、尤其參考?xì)怏w中的氧氣比重的感測(cè)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。所述氧氣比重可以例如以分壓力的形式和/或百分含量的形式被感測(cè)。然而，替代地或者附加地，也可以感測(cè)氣體的其他特性。

例如這類傳感器元件可以構(gòu)型為所謂的λ探測(cè)器，如它例如從Konrad Reif(編者)：機(jī)動(dòng)車中的傳感器(Sensoren im Kraftfahrzeug)，2010第一版，160-165頁(yè)已知。通過(guò)寬帶λ探測(cè)器、尤其通過(guò)平面的寬帶λ探測(cè)器可以例如在大的范圍內(nèi)確定廢氣中的氧氣濃度并且由此推斷出在燃燒室中的空氣燃料比例?？諝庀禂?shù)λ描述這種空氣燃料比例。

從現(xiàn)有技術(shù)尤其已知陶瓷傳感器元件，該傳感器元件以確定的固體的電解特性的使用為基礎(chǔ)，即以這種固體的傳導(dǎo)離子的特性為基礎(chǔ)。這些固體尤其可以是陶瓷的固體電解質(zhì)，例如二氧化鋯(ZrO₂)、尤其是通過(guò)釔穩(wěn)定的二氧化鋯(YSZ)和/或摻雜有鈧的二氧化鋯(ScSZ)，該固體電解質(zhì)可以包含小的氧化鋁(Al2O₃)和/或二氧化硅(SiO₂)的添加物。

DE 10 2011 078 123 A1說(shuō)明了一種用于制作用于感測(cè)氣體室中的氣體的至少一種特性的傳感器元件、尤其用于檢定氣體中的氣體組分或者氣體溫度的方法。所述方法包括將至少一個(gè)功能元件布置在成型工具的至少一個(gè)模腔中的步驟，其中，功能元件包括至少一種固體電解質(zhì)和至少一個(gè)功能層；該方法包括將至少一種陶瓷料置入、尤其注入到模腔中的步驟，其中，陶瓷料包含至少一種孔形成成分，其中，產(chǎn)生型件，其中，功能元件布置在所述型件的至少一側(cè)上；并且，該方法包括燒結(jié)型件的步驟，其中，形成至少區(qū)段式多孔成型體。

對(duì)這類傳感器元件提出越來(lái)越多的功能要求。λ探測(cè)器在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的快速運(yùn)行準(zhǔn)備尤其起著重要的作用。這基本上被兩個(gè)方面影響。第一方面與λ探測(cè)器迅速地加熱到其在600℃以上的運(yùn)行溫度有關(guān)，這可以通過(guò)加熱元件的相應(yīng)的布局或者待加熱的區(qū)域的縮小來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一方面與針對(duì)由于在運(yùn)行期間的水沖擊引起的溫度突變的穩(wěn)固性有關(guān)。所提到的溫度突變基于，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的確定的時(shí)間段，在廢氣管中的溫度位于水的露點(diǎn)以下，使得在燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的水蒸氣可以在廢氣管中冷凝。由此，在廢氣管中出現(xiàn)水滴的形成。λ探測(cè)器的被加熱的陶瓷可能通過(guò)水滴的撞擊由于在傳感器陶瓷中的熱應(yīng)力或者斷裂而被損壞或者甚至被破壞。因此，已開(kāi)發(fā)這樣的λ探測(cè)器，所述λ探測(cè)器在其表面上具有多孔陶瓷保護(hù)層，該保護(hù)層也被稱作溫度突變保護(hù)層。該保護(hù)層確保，撞擊到λ探測(cè)器上的水滴分布在大的表面上，從而減小在固體電解質(zhì)或者說(shuō)探測(cè)器陶瓷中出現(xiàn)的局部溫度梯度。即在被加熱的狀態(tài)下，所述λ探測(cè)器經(jīng)受得住一定水滴尺寸的冷凝水而不被損壞。保護(hù)層通常在附加的方法步驟中被施加到傳感器元件上。為此，使用例如氧化鋁或尖晶石(MgAl₂O₄)這樣的不同的材料和例如噴射工藝或者浸濕工藝這樣的涂鍍技術(shù)。

盡管從現(xiàn)有技術(shù)已知的、用于制作用于λ探測(cè)器的傳感器元件的方法具有很多優(yōu)點(diǎn)，該方法還包含改進(jìn)潛力。為了不影響傳感器元件的功能性并且同時(shí)可靠地保護(hù)其免受水滴、如例如來(lái)自內(nèi)燃機(jī)的排氣管路的水滴的影響，必須優(yōu)化地選擇溫度突變保護(hù)層的厚度和孔隙度。在此，關(guān)于所提到的兩種影響因素方面優(yōu)化傳感器元件時(shí)出現(xiàn)不同的目標(biāo)沖突。雖然厚的溫度突變保護(hù)層可靠地針對(duì)水沖擊進(jìn)行保護(hù)，然而作為附加的熱質(zhì)量不利地影響傳感器的加熱性能。同樣地，氧化鋁作為好的能導(dǎo)熱的溫度突變保護(hù)層材料的使用可能導(dǎo)致來(lái)自傳感器元件的增大的熱排放。陶瓷載體的減少最終雖然實(shí)現(xiàn)更快的加熱時(shí)間，但是使得傳感器元件在機(jī)械上更加脆弱。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供用于傳感器元件的、成本低的另一種設(shè)計(jì)，在該設(shè)計(jì)中，用于電極和/或加熱器的常規(guī)材料由用于電極和/或加熱器的替代材料取代。此外，傳感器元件在低溫的情況下應(yīng)是可測(cè)量的并且具有提高的抗溫度突變穩(wěn)固性。