[发明专利]用于检测测量气体室中的测量气体的至少一个特性的传感器

说明书

本发明涉及一种传感器(10)，其用于检测测量气体室中的测量气体的至少一个特性、尤其用于证明测量气体中的气体组分的份额或者测量气体的温度。所述传感器包括至少一个传感器元件(12)，所述传感器元件具有至少一个带有至少一个功能元件(16)的固体电解质(14)，其中，所述固体电解质(14)由至少一个陶瓷材料制成，并且所述传感器包括热冲击保护层(24)，所述热冲击保护层至少部分地包围所述传感器元件(12)。所述热冲击保护层(24)具有多孔层(26)和增密层(28)。

技术领域

本发明涉及一种用于检测测量气体室中的测量气体的至少一个特性的传感器。

背景技术

从现有技术中已知许多用于检测测量气体室中的测量气体的至少一个特性的传感器和方法。在此，原则上可以涉及测量气体的任意的物理和/或化学特性，其中，可以检测一个或者多个特性。下面尤其根据测量气体的气体组分的定性和/或定量检测来说明本发明、尤其根据测量气体中的氧气份额的检测来说明本发明。例如可以以分压的形式和/或以百分比的形式检测氧气份额。然而，替代地或者附加地，也可以检测测量气体的其他特性，例如温度。

例如，这种传感器可以构型为所谓的氧传感器，氧传感器例如由Konrad Reif(编者)：机动车中的传感器(2010第1版160-165页)已知。借助宽带氧传感器、尤其平面式宽带氧传感器例如可以在大的范围内确定废气中的氧浓度并且从而推断出燃烧室中的空气燃料比。空气系数λ说明了这个空气燃料比。

尤其从现有技术中已知陶瓷传感器元件，所述陶瓷传感器元件基于确定固体的电解特性的应用，也就是说基于这个固体的离子传导特性。尤其，这些固体可以涉及陶瓷的固体电解质，例如像二氧化锆(ZrO₂)、尤其经钇稳定的二氧化锆(YSZ)，也就是说添加了氧化钇的二氧化锆，和添加了钪的二氧化锆(ScSZ)，它们可以含有微量的氧化铝和/或氧化硅添加物。

氧传感器应该可以在发动机起动之后尽可能马上接通，以便可以尽可能及时地在运行中降低有害物质排放。目前，及时接通的限制因素是由飞溅的冷凝水引起的负担，冷凝水在碰到氧传感器的传感器元件的热陶瓷上时引起剧烈冷却并从而导致陶瓷中的强大的拉应力直到陶瓷破裂。为了阻止这一点，一方面在发动机起动后等待一定的时间，直到水负载低于临界水平，另一方面通过附加的热冲击保护层来保护传感器陶瓷。这个与传感器元件相比本身强烈多孔的陶瓷层在传感器元件烧结之后借助于等离子喷射过程被施加并且完全包围传感器元件的敏感的热区域。热冲击保护层的多孔材料由于其较小的弹性模量以及能够在不丧失功能的情况下吸收极其小裂纹的能力而较能抵抗水负荷。

尽管从现有技术中得知的传感器有很多优点，但是这种传感器仍包含改进潜力。然而，热冲击保护层的多孔性(所述多孔性虽然提供了上面所提到的机械方面的优点)同时也有利于水渗入到热冲击保护层中，由此在最不利的情况下水确实会进入传感器元件本身并且会损害传感器元件。热冲击保护层的层厚度的上限是由热冲击保护层的附加的热质量给出的，所述热质量导致传感器元件必须负载更多能量并从而负载内部的热机械应力。

发明内容

因此，提出一种用于检测测量气体室中的测量气体的至少一个特性的传感器和一种制造这种传感器的方法，它们至少在很大程度上避免已知传感器和方法的缺点并它们尤其将多孔、绝热和机械坚固的层的优点与热冲击保护层外皮的不吸水特性相组合。

按照本发明的、用于检测测量气体室中的测量气体的至少一个特性的、尤其用于证明测量气体中的气体组分的份额或者测量气体的温度的传感器至少一个传感器元件，所述传感器元件具有至少一个带有至少一个功能元件的固体电解质，其中，所述固体电解质由至少一个陶瓷材料制成，并且所述传感器包括热冲击保护层，所述热冲击保护层至少部分地包围所述传感器元件，其中，所述热冲击保护层具有多孔层和增密层。

增密层可以布置在多孔层的背离传感器元件的侧上。增密层可以区段式地布置在多孔层上。多孔层和增密层可以由相同材料制造。增密层可以通过多孔层的部分熔化制造。