DE102006019391A1

DE102006019391A1 - Gassensor

Info

Publication number: DE102006019391A1
Application number: DE102006019391A
Authority: DE
Inventors: Kouji Nagoya Matsuo; Keiichi Nagoya Noda; Yuichi Nagoya Yamada
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2006-11-02
Also published as: JP2006308328A; CN1854729A; FR2884922A1; JP4680662B2; US20060237315A1; FR2884922B1

Abstract

Ein Gassensor 100, umfassend einen zylindrischen Metallmantel 110; einen Gasdetektor 120; eine zylindrische Hülse 170, die zumindest teilweise innerhalb des Metallmantels 110 angebracht ist; und eine axiale Öffnung 170c, die die Hülse durchdringt und den Gasdetektor darin aufnimmt; eine Buchse 180, die an den Endbereich des Gasdetektors 120 angeschlossen ist und von der Hülse 170 getrennt angeordnet ist, die Buchse 180, umfassend eine Vielzahl von Anschlussbereichen 182 bis 186, elektrisch leitend angeschlossen an die entsprechenden Elektrodenanschlussbereiche 125 bis 129.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gassensor, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Gassensor, der geeignet ist, die Konzentration einer Gaskomponente zu messen, wie zum Beispiel einer Komponente eines durch eine Verbrennungskraftmaschine erzeugten Auspuffgases und vorzugsweise auf einen Gassensor mit einer zylindrischen Hülse und einer darin ausgeformten axialen Öffnung zur Aufnahme eines Gasdetektors, der sich entlang einer axialen Ausrichtung der Öffnung erstreckt.
Viele Gassensoren zum Messen der Konzentration einer Gaskomponente wie z. B. einer Komponente eines durch eine Verbrennungskraftmaschine erzeugten Auspuffgases sind üblicherweise bekannt. Solche Gassensoren umfassen: einen zylindrischen Metallmantel; einen Gasdetektor, der innerhalb des Metallmantels angeordnet ist, und sich stabartig erstreckt; eine zylindrische Hülse, die den Gasdetektor enthält und in sich aufnimmt; und eine Buchse, die an der hinteren Endseite des Gasdetektors angebracht ist, und elektrisch leitend mit einem Elektrodenanschlussbereich des Gasdetektors verbunden ist. Ein Beispiel dieses Typs eines Gassensors ist im Patentdokument 1 beschrieben. Ein Schnitt eines konventionellen Gassensors 900 ist in 6 gezeigt.
Dieser Gassensor 900 beinhaltet: einen zylindrischen Metallmantel 910; einen Gasdetektor 920, der innerhalb des Metallmantels 910 angeordnet ist, und sich stabartig erstreckt; eine zylindrische Hülse 930, die den Gasdetektor 920 hält und in sich aufnimmt; und eine Buchse 940, die an der hinteren Endseite des Gasdetektors 920 angebracht ist. Außerdem ist eine Schutzvorrichtung 960 an einer vorderen Endseite des Metallmantels 910 angebracht. Auf der anderen Seite ist eine erste die Buchse 940 etc. umhüllende Hülse 970 an der hinteren Endseite des Metallmantels 910 angebracht, und eine zweite Hülse 975 ist zusätzlich an der hinteren Endseite der ersten Hülse 970 angebracht.
Der Gasdetektor 920 ragt vom Metallmantel 910 in Richtung des vorderen Endbereichs (unterer Teil in der Zeichnung) und hat einen Gasdetektionsbereich 921, der eine Gaskonzentration in einem vorderen Endbereich 920s erfassen kann und innerhalb der Schutzvorrichtung 960 sitzt. Überdies hat der Gasdetektor 920 insgesamt 4 Elektrodenanschlussbereiche 923, die elektrisch leitend mit dem Gasdetektionsbereich 921 verbunden sind etc., die an einer äußeren Umgebungsfläche eines hinteren Endbereichs 920k aus dem Metallmantel 910 in Richtung der hinteren Endseite vorspringen (oberer Teil in der Zeichnung).
Die Hülse 930 hat eine zylindrische Form mit einer axialen Öffnung 931 und der Großteil der Hülse befindet sich innerhalb des Metallmantels 910. Die axiale Öffnung 931 nimmt den Gasdetektor 920 auf und hält ihn in sich. Außerdem ist ein Raum zwischen dem Gasdetektor 920 und dem Mantel 930 mit gläsernem Dichtungsmaterial 933 gefüllt.
Die Buchse 940 ist weitgehend zur vorderen Endseite hin geöffnet und beinhaltet einen eingeengten Bereich 941 zur Aufnahme eines hinteren Endbereiches 920k des Gasdetektors 920. Vier Buchsenanschlussglieder 943 sind miteinander in elastischem Kontakt und elektrisch leitend zu jedem Elektrodenanschlussbereich 923 des Gasdetektors 920, in einer vorgegebenen Position des eingeengten Bereiches 941, vorgesehen. Diese Buchsenanschlussglieder 943 sind elektrisch leitend mit Leitungen 953 verbunden, die sich aus dem Gassensor hinaus durch die entsprechenden Metallglieder 951 an der hinteren Endseite erstrecken.

Patentdokument 1: Offengelegte Japanische Patentanmeldung, (kokai) Nr. 2001-188060

Allerdings wird im Gassensor 900, da die Metallhülse 930 in Kontakt mit einer Buchse 940 ist, die Hitze der Hülse 930 bei Gebrauch direkt zur Buchse 940 geführt und verursacht dabei einen Temperaturanstieg in der Buchse 940. Demzufolge erhitzt sich ein hinterer Endbereich 920k des Gasdetektors 920, der mit der Buchse 940 verbunden ist, ebenfalls. Ein Ergebnis kann sein, dass, wenn der Gasdetektor 920 eine feste Elektrolytschicht hat, in welcher 2 oder mehrere Durchgangsbuchsen, die elektrisch leitend mit Elektrodenanschlussbereichen 923 verbunden sind, den hinteren Endbereich 920k durchdringen, die Isolationsleistung der festen Elektrolytschicht innerhalb des hinteren Endbereichs versagt, woraus sich tendenziell eine Undichtigkeit zwischen den Durchgangsbuchsen ergibt. Folgerichtig kann die Gaskonzentration nicht genau erfasst werden.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere ist es ein Ziel der Erfindung, einen Gassensor vorzuschlagen, der geeignet ist, Undichtigkeiten zwischen den Durchgangsbuchsen, mit denen der hintere Endbereich des Gasdetektors ausgestattet ist, zu vermeiden. – Diese Ziele werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1, 4 und 5 erreicht. Weitere Vorteile, Gegenstände und Details der vorliegenden Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen. Dabei sind die Patentansprüche als ein erster nicht limitierender Versuch zu verstehen, die Erfindung mittels allgemeiner Kennzeichen zu charakterisieren. Im ihrem allgemeinsten Sinn betrifft die vorliegende Erfindung daher einen Gassensor zur Messung der Konzentration einer Gaskomponente. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Gassensor zur Bestimmung einer Komponente eines durch eine Verbrennungskraftmaschine erzeugten Auspuffgases.

Das oben genannte Ziel ist in einem ersten Aspekt (1) der Erfindung durch Bereitstellen eines Gassensors erreicht worden, der u. a. folgendes umfasst: einen zylindrischen Metallmantel; einen Gasdetektor umfassend eine Schicht aus einem festen Elektrolyten, einen vorderen Bereich des Gasdetektors, der aus einem vorderen Endbereich des Metallmantels vorspringt, umfassend einen Gasdetektionsbereich, einen dazwischen liegenden Bereich, der sich innerhalb des Metallmantels befindet, und einen hinteren Endbereich, der aus einem hinteren Endbereich des Metallmantels vorspringt und eine Vielzahl von Elektrodenanschlussbereichen und eine Vielzahl von Durchgangsbuchsen, die mit den entsprechenden Elektrodenanschlussbereichen elektrisch leitend verbunden sind, umfasst; eine zylindrischen Hülse, die zumindest teilweise innerhalb des Metallmantel angeordnet ist, und eine die Hülse in axialer Richtung durchdringende Öffnung, die den Gasdetektor aufnimmt; eine Buchse, die mit dem hinteren Endbereich des Gasdetektors verbunden ist, und die von der Hülse getrennt angeordnet ist, wobei die Buchse eine Vielzahl von Buchsenanschlussbereichen umfasst, die mit den entsprechenden Elektrodenanschlussbereichen elektrisch leitend verbunden sind.

In der Erfindung umfasst der hintere Endbereich des Gasdetektors eine Vielzahl von Durchgangsbuchsen, die mit dem Elektrodenanschlussbereich verbunden sind; allerdings ist die Hülse gegen das Anschlussstück isoliert. Demzufolge wird die Hitze der Hülse kaum zur Anschlussbuchse geleitet, wodurch bei Gebrauch eine Temperaturerhöhung der Anschlussbuchse verhindert wird. Folglich ist das Auftreten eines Lochs zwischen den Durchgangsbuchsen infolge hoher Temperatur unwahrscheinlich, so dass die Gaskonzentration viel genauer erfasst werden kann als durch einen konventionellen Gassensor.

Darüber hinaus ist der Gassensor ist nicht begrenzt auf irgendeinen bestimmten Typ eines Gassensors, der vorsieht, dass der Gassensor die oben erwähnten Forderungen erfüllt. Zum Beispiel kann die Erfindung an einem Gassensor, wie z.B. einem Sauerstoffsensor, einem universellen Luftkraftstoffverhältnis-Sensor und einen Stickoxidsensor angewandt werden.

Überdies ist in der vorliegenden Erfindung, die Ausführung des Gasdetektors, die dafür sorgt, dass die oben erwähnten Forderungen erfüllt werden, nicht eingeschränkt. Zum Beispiel kann der Gasdetektor die Form einer hohlen Röhre mit einer geschlossenen Endspitze oder eine plattenähnliche Form oder dergleichen annehmen.

Überdies ist die Durchgangsbuchse vorzugsweise so ausgestaltet, dass sie zur festen Elektrolytschicht im hinteren Endbereich durchdringt und nicht auf irgendeine spezielle Ausführung beschränkt ist. Zum Beispiel kann die Durchgangsbuchse eine zylindrische von einem Loch durchdrungene Form annehmen oder eine Säulenform, worin eine Buchse ist.

Wenn die Hülse, die gänzlich im Metallmantel sitzt, von der Buchse getrennt ist, konzentriert sich die Beanspruchung in besonderem Maße wahrscheinlich auf das hintere Ende der axialen Öffnung der Hülse, was Risse in der Hülse verursachen kann.

In Hinsicht auf das obige Problem, stellt die Erfindung in einem zweiten Aspekt (2) einen Sensor gemäß (1) oben bereit, worin die Hülse des Gassensors ferner einen vorspringenden Endbereich, der vom hinteren Endbereich des Metallmantels vorspringt, umfasst, und besagtes Gassensorteil unterstützt.

Wegen solch eines vorspringenden Bereichs, der das Gassensorteil an der Außenseite des Metallmantels unterstützt, wird die Beanspruchung so verteilt, dass sie sich nicht am hinteren Endbereich der axialen Öffnung der Hülse konzentriert. Als Ergebnis können Risse in der Hülse wirkungsvoll verhindert werden.

Um das Gassensorteil wirkungsvoll zu unterstützen, kann eine innere Umfassungsfläche der axialen Öffnung des vorspringenden Bereiches mit einer äußere Umfassungsfläche des Gasdetektors in Kontakt stehen oder es kann ein schmaler Abstand zwischen beiden gelassen sein.

Außerdem stellt die Erfindung in einem dritten Aspekt (3) einen Gassensor gemäß (1) oder (2) oben bereit, worin die Hülse ferner beinhaltet: einen großen Durchmesserbereich der einen größeren Durchmesser hat als der des vorspringenden Bereiches und innerhalb des Metallmantels sitzt, und einen Schulterbereich der der hinteren Endseite in axialer Richtung zugewandt ist und worin der hintere Endbereich des Metallmantels gekrümmt ist.

In einem Gassensor, der eine solche Form hat, dass der hintere Endbereich des Metallmantels in radialer Richtung nach innen gekrümmt ist, so dass die Hülse gefalzt und fixiert ist, und wo die ganze Hülse innerhalb des Metallmantels sitzt und keinen vorspringenden Bereich an der hinteren Endseite hat, wird eine große Kraft auf den offenen Endbereich der hinteren Endseite der axialen Öffnung der Hülse aufgebracht. Als Ergebnis wird eine Rißneigung ausgehend vom offenen Endbereich der axialen Öffnung der Hülse auftreten.

Andererseits ist in dem Gassensor der vorliegenden Erfindung der offene Bereich der hinteren Endseite der axialen Öffnung, welcher dazu neigt, als Auslöser eines Risses zu dienen, vom hinteren Endbereich (gecrimpter Bereich) des Metallmantels gegen die hintere Endseite isoliert, da die Hülse einen vorspringenden Bereich an der hinteren Endseite hat, der an der hinteren Endseite vorspringt. Deshalb wird, wenn der hintere Endbereich des Metallmantels gekrümmt und gecrimpt ist, keine große Beanspruchung auf den offenen Endbereich der hinteren Endseite der axialen Öffnung der Hülse ausgeübt. Demzufolge wird das Auftreten eines Risses in der Hülse verhindert.

Ferner nimmt der Gasdetektor in oben beschriebenem Gassensor vorzugsweise die Form einer Platte an und die Öffnung der axialen Öffnung der Hülse nimmt vorzugsweise eine rechteckige Form an.

Wenn die Hülse eine rechteckige geformte Öffnung ohne vorspringenden Bereich an der hinteren Endseite hat, wirkt eine große Zugspannung auf die Ecke der Öffnung ein. Folgerichtig tritt wahrscheinlich ein Riss auf, wenn der hintere Endbereich des Metallmantels gefalzt ist. Allerdings ist in der vorliegenden Erfindung, da die Hülse einen vorspringenden Bereich an der hinteren Endseite hat, der offenen hinteren Endbereich der axialen Öffnung, wo ein Riss auftreten kann, getrennt vom hinteren Endbereich (gefalzter Bereich) des Metallmantels nach hinten. Das Auftreten eines Risses in der Hülse wird daher verhindert, wenn der hintere Endbereich des Metallmantels gefalzt ist, weil keine große Beanspruchung am offenen hinteren Endbereich der axialen Öffnung 170c auftritt.

1 ist eine äußere Ansicht, die einen Gassensor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.

2 ist ein Schnitt, der einen Gassensor gemäß der Ausführungsform zeigt.

3 ist eine perspektivische Einzelteildarstellung, die eine isolierende Hülse gemäß dem Gassensor der Ausführungsform zeigt.

4 ist eine zerlegte Perspektive, die ein Sensorelement gemäß dem Gassensor der Ausführungsform zeigt.

5 ist eine perspektivische Darstellung, die eine isolierende Hülse gemäß der vergleichbaren Ausführungsform zeigt.

6 ist ein Schnitt, der einen Gassensor gemäß der üblichen Ausführung zeigt.

Beschreibung der Bezugszahlen

Die Bezugszahlen dienen zur Identifizierung verschiedener baulicher Eigenschaften in den Zeichnungen und beinhalten folgendes:

100: Gassensor
103: Metallröhre
110: Metallmantel
110k: hinterer Endbereich
120: Gasdetektor
120a: Erste Planfläche
120b: Zweite Planfläche
120s: Vorderer Endbereich
120t: Zwischenbereich
120k: Hinterer Endbereich
121: Gasdetektionsbereich
123: Erhitzungsbereich
125, 126, 127: Messelektroden Endstelle (Elektrodenanschlussbereich)
128, 129: Heizelektroden Endstelle (Elektrodenanschlussbereich)
130: Erfassungselement
137: Erster fester Elektrolyt
142, 143: Durchgangsbuchse
150: Zweiter fester Elektrolyt
155: Durchgangsbuchse
160: Heizelement
170: Keramische Hülse (Hülse)
170c: Axiale Öffnung
170s: Vorderer Endbereich
170k: Vorspringender Bereich
170t: Größerer Durchmesserbereich
170tm: Schulter
180: Buchse
181: Separator
182, 183, 184: Sensorleitungsbügel (Buchsenanschlussbereich)
185, 186: Heizleitungsbügel (Buchsenanschlussbereich)
AX: Achse

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die Erfindung wird als nächstes Bezug nehmend auf die Zeichnungen im Detail beschrieben.
Jedoch sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf darauf beschränkt betrachtet werden.
Die Erfindung betrifft – wie bereits erwähnt – einen Gassensor 100 umfassend: einen zylindrischen Metallmantel 110; einen Gasdetektor 120; eine zylindrische Hülse 170, die zumindest teilweise innerhalb des Metallmantels 110 angebracht ist und eine axiale Öffnung 170c, die die Hülse durchdringt und den Gasdetektor darin aufnimmt; eine Buchse 180, die an den Endbereich des Gasdetektors 120 angeschlossen ist und von der Hülse 170 getrennt angeordnet ist, die Buchse 180, umfassend eine Vielzahl von Anschlussbereichen 182 bis 186, elektrisch leitend angeschlossen an die entsprechenden Elektrodenanschlussbereiche 125 bis 129.
Ein Gassensor 100 der vorliegenden Erfindung ist in den 1 und 2 dargestellt. In 3 ist ebenfalls eine keramische Hülse (Hülse) 170, die den Gassensor 100 bildet, dargestellt. Des Weiteren wird ein Gasdetektor 120 (siehe 2), der den Gassensor 100 bildet, im Detail in 4 gezeigt.
Zusätzlich wird in den 1 bis 3 ein unterer Teil der Figur als eine vordere Endseite in axialer Richtung (im Folgenden auch eine vordere Endseite genannt ) und ein oberer Teil der Figur als eine hintere Endseite in axialer Richtung (im Folgenden auch eine hintere Endseite genannt) bezeichnet. Um das Treibstoff-Luftgemisch in Fahrzeug oder anderen Typen von Verbrennungskraftmaschinen zu regeln, ist der Gassensor 100 an einem Auspuffrohr so angebracht, dass seine vordere Endseite im Inneren des Auspuffrohrs angeordnet ist. Der Gassensor 100 ist in diesem Fall ein Treibstoff-Luftgemisch-Sensor zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration in einem Auspuffgas.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, umfasst der Gassensor 100 einen Metallmantel 110, der eine zylindrische Form hat und sich entlang einer Achse AX (axiale Richtung) erstreckt; einen plattenartigen Gasdetektor 120, der sich in axialer Richtung erstreckt und im Inneren des Metallmantels 110 angeordnet ist; eine zylindrische Keramikhülse 170, die im Inneren des Metallmantels 110 angeordnet ist und in sich den Gasdetektor 120 aufnimmt und trägt; und eine Buchse 180, die am hinteren Ende des Gasdetektors 120 befestigt ist und elektrisch leitend damit verbunden ist. Der Gassensor 100 umfasst des weiteren einen Schutz 101, der am vorderen Ende des Metallmantels 110 befestigt ist; eine am hinteren Ende des Metallmantels befestigte Metallröhre 103; mehrere Sensorkabel 193, 194, 195; und mehrere Heizkabel 196, 197, die sich außerhalb des Sensors erstrecken.
Wie in 2 dargestellt, umfasst der Gassensor 120 einen im Inneren des Metallmantels 110 angeordneten Zwischenbereich 120t, einen vorderen Endbereich 120s, der sich vom Metallmantel 110 zum vorderen Ende erstreckt, und einen hinteren Endbereich 120k, der sich vom Metallmantel 110 zum hinteren Ende erstreckt. Ein Gasdetektionsbereich 121, geeignet zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration in einem Abgas, und einen Heizbereich 123, geeignet zum Aufheizen des Gasdetektionsbereichs 121 sind am vorderen Endbereich 120s ebenfalls ausgebildet. Auf der anderen Seite sind drei Mezelektroden-Endstellen (Elektrodenanschlussbereiche) 125, 126, 127, die elektrisch leitend mit dem Gasdetektionsbereich 121 verbunden sind, in einer ersten Planfläche 120a des hinteren Endbereichs 120k ausgeformt und zwei Heizelektroden-Endstellen (Elektrodenanschlussbereiche) 128, 129, die elektrisch leitend mit dem Heizbereich 123 verbunden sind, sind in einer zweiten Planfläche 120b des hinteren Endbereichs 120k ausgeformt.
Wie in der zerlegten Perspektive der 4 dargestellt, ist der Gassensor 120 gebildet durch Schichten eines plattenförmigen Erfassungselements 130, das sich in der axialen Richtung erstreckt (von links nach rechts in 4), und eines plattenförmigen in Heizelements 160, das sich ebenfalls in der axialen Richtung erstreckt. Darüber hinaus bezeichnet in 4 die linke Seite in der Figur das vordere Ende und die rechte Seite bezeichnet das hintere Ende.
Das Erfassungselement 130 ist durch Schichten einer Schutzschicht 131, eines ersten festen Elektrolyten 137, eines Distanzstücks 145 und eines zweiten festen Elektrolyten 150 – alle sind plattenförmig – in der erwähnten Reihenfolge von der ersten Planfläche 120a zur zweiten Planfläche 120b gebildet.
Die Schutzschicht 131 setzt sich hauptsächlich aus Aluminiumoxid zusammen. Ein poröser Körper 132 ist am vorderen Ende der Schutzschicht 131 ausgebildet. Weiterhin werden die drei Elektroden-Endstellen 125, 126, 127 mit einem vorbestimmten Abstand rechtwinklig zur axialen Richtung gebildet, nahe dem hinteren Ende einer ersten Fläche 131a, die die erste Planfläche 120a des Gassensors 120 bildet. Die Elektroden-Endstellen 125, 126, 127 sind elektrisch leitend mit drei Buchsen 133, 134, 135 verbunden, die durch die Schutzschicht 131 nahe dem hinteren Ende hindurch ausgebildet sind und diese durchdringen, wie mit einer gestrichelten Linie in 4 dargestellt.
Die erste feste Elektrolyt 137 Schicht besteht hauptsächlich aus Zirkonoxid, das als stabilisierendes Agens eine feste Lösung von Yttriumoxid beinhaltet. Ein erster Elektrodenbereich 138, bestehend hauptsächlich aus Platin (Pt), wobei davon ausgegangen wird, dass er eine porige rechtwinklige Form hat und am vorderen Ende angeordnet ist, und ein erster Leiterbereich 139, der mit dem ersten Elektrodenbereich 138 verbunden ist und sich auch zum hinteren Ende erstreckt, sind auf einer ersten Fläche 137a (oberer Teil in der Figur) eines ersten festen Elektrolyten 137 ausgebildet. Nahe seinem hinteren Ende ist der erste Leiterbereich 139 elektrisch leitend mit der Durchgangsbuchse 133 verbunden, die in der Schutzschicht 131 ausgebildet ist und diese durchdringt.
Darüber hinaus besteht ein zweiter Elektrodenbereich 140 hauptsächlich aus Pt, wobei davon ausgegangen wird, dass er eine porige rechtwinklige Form hat und am vorderen Ende angeordnet ist, und ein zweiter Leiterbereich 141, der mit dem zweiten Elektrodenbereich 140 verbunden ist und sich auch zum hinteren Ende erstreckt, sind auf einer zweiten Fläche 137b (unterer Teil in der Figur) eines ersten festen Elektrolyten 137 ausgebildet. Weiterhin ist ein Paar Durchgangsbuchsen 142, 143 nahe dem hinteren Ende des ersten festen Elektrolyten 137 ausgebildet und durchdringt diesen. Die Durchgangsbuchsen 142, 143 sind elektrisch leitend mit den Durchgangsbuchsen 134, 135 verbunden, die in der Schutzschicht 131 ausgebildet sind und diese durchdringen. Weiterhin ist der zweite Leiterbereich 141 nahe seinem hinteren Ende elektrisch leitend mit der Durchgangsbuchse 142 verbunden, die in dem ersten festen Elektrolyten 137 ausgebildet ist und diesen durchdringt.
Ein Distanzstück 145 besteht hauptsächlich aus Aluminiumoxid und umfasst eine rechtwinklige Öffnung 145c am vorderen Ende. Die Öffnung 145c dient als Gasmesskammer, die vom Distanzstück 145, das zwischen dem ersten Elektrolyten 137 und dem zweiten Elektrolyten 150 liegt, gebildet ist. Ein Teil der beiden Seitenwände der Öffnung 145c besteht aus einem porösen Aufbau 146, der die Ventilation zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Öffnung 145c begrenzt. Der poröse Aufbau 146 besteht aus porösem Aluminiumoxid. Darüber hinaus ist ein Paar Durchgangsbuchsen 147, 148 nahe dem hinteren Ende des Distanzstücks 145 ausgebildet. Die Durchgangsbuchse 147 ist elektrisch leitend mit dem zweiten Leiterbereich 141 verbunden. Auch die Durchgangsbuchse 148 ist elektrisch leitend mit der Durchgangsbuchse 143 verbunden, die in der Schutzschicht 137 ausgebildet ist und diese durchdringt.
Ein zweiter fester Elektrolyt 150 besteht hauptsächlich aus Zirkonoxid, das als stabilisierendes Agens eine feste Lösung von Yttriumoxid aufweist. Ein dritter Elektrodenbereich 151, bestehend hauptsächlich aus Pt, angeordnet an der Vorderseite und von poröser rechtwinkliger Gestalt, und ein dritter Leiterbereich 152, der mit dem dritten Elektrodenbereich 151 verbunden ist und sich auch zum hinteren Ende erstreckt, sind auf einer ersten Fläche 150a (oberer Teil in der Figur) des zweiten festen Elektrolyten 150 ausgebildet. Nahe seinem hinteren Ende ist der dritte Leiterbereich 152 elektrisch leitend mit einer Durchgangsbuchse 147 verbunden, die im Distanzstück 145 ausgebildet ist und dieses durchdringt.
Darüber hinaus sind ein vierter Elektrodenbereich 153, der am vorderen Ende angeordnet ist, wobei davon ausgegangen wird, dass er eine porige rechtwinklige Form hat, und ein vierter Leiterbereich 154, der mit dem vierten Elektrodenbereich 153 verbunden ist und sich auch zum hinteren Ende erstreckt, auf einer zweiten Fläche 150b (unterer Teil in der Figur) eines zweiten festen Elektrolyten 150 ausgebildet. Des Weiteren ist eine Durchgangsbuchse 155 nahe dem Ende des zweiten festen Elektrolyten 150 ausgebildet und durchdringt diesen. Die Durchgangsbuchse 155 ist elektrisch leitend verbunden mit dem vierten Leiterbereich 154 und der Durchgangsbuchse 148, die im Distanzstück 145 ausgebildet ist und dieses durchdringt.
Als Nächstes wird ein Heizelement 160 erklärt. Das Heizelement 160 ist durch Schichten einer ersten Isolierschicht 161 und einer zweiten Isolierschicht 162 gebildet, wobei beide aus Aluminiumoxid bestehen und Plattenform annehmen, in der erwähnten Reihenfolge von der ersten Planfläche 120a zur zweiten Planfläche 120b. Ein hitzebeständiger Aufbau 163, der hauptsächlich aus Pt besteht, eine zickzack-förmige Gestalt hat und am vorderen Ende angeordnet ist, und Heizleitungsbereiche 164, 165, die mit beiden entsprechenden Enden des hitzebeständigen Aufbaus 163 verbunden sind, und die sich auch zum hinteren Ende erstrecken, sind zwischen der ersten Isolierschicht 161 und der zweiten Isolierschicht 162 ausgebildet.
Ferner ist ein Paar Durchgangsbuchsen 166, 167 nahe dem hinteren Ende der zweiten Isolierschicht 162 ausgebildet und durchdringt diese. Weiterhin liegen die Heizelektroden-Endstellen 128, 129 rechtwinklig zur Achse nebeneinander und nahe dem hinteren Ende der zweiten Fläche 162b, die die zweite Planfläche 120b des Gasdetektors 120 bildet. Die Heizelektroden-Endstelle 128 ist elektrisch leitend über die Durchgangsbuchse 166 mit dem Heizleitungsbereich 164 verbunden. Darüber hinaus ist die Heizelektroden-Endstelle 129 elektrisch leitend über die Durchgangsbuchse 167 mit dem Heizleitungsbereich 165 verbunden.
Als Nächstes wird, Bezug nehmend auf die 1 und 2 der Aufbau des Gassensors 100 erläutert.
Der zylindrische Metallmantel 110 erstreckt sich in der axialen Richtung, in der ein konischer Bund nach innen aus kragt. Auch ein zylindrischer keramischer Halter 113 aus Aluminiumoxid, eine erste Pulverfüllschicht 114 aus Talkum-Pulver, Glas Pulver oder dergleichen, eine zweite Pulverfüllschicht 115, die auch aus Talkum-Pulver, Glas Pulver oder dergleichen besteht, und die zylindrische Keramikhülse 170 aus Aluminiumoxid sind in dem Metallmantel 110 in der genannten Reihenfolge vom vorderen Ende zum hinteren Ende ausgebildet. Ferner ist eine zylindrische Metalltasse 116 im Metallmantel 110 angeordnet. Des Weiteren ist ein Crimpring 117 zwischen der Keramikhülse 170 und einem hinteren Endbereich 110k des Metallmantels 110 angeordnet.
Der keramische Halter 113 ist am vorderen Ende der Metalltasse 116 angeordnet und liegt durch die Metalltasse 116 am Plateaubereich 111 des Metallmantels 110 an. Der Gasdetektor 120 durchdringt den keramischen Halter 113. Darüber hinaus sind der gesamte Bereich der ersten Pulverfüllschicht 114 und ein Teil des vorderen Endes der zweiten Pulverfüllschicht 115 in der Metalltasse 116 angeordnet.
Wie in den 2 und 3 dargestellt, nimmt die Keramikhülse 170, die am hinteren Ende der zweiten Pulverfüllschicht 115 angeordnet ist, eine zylindrische Form mit einer axialen Öffnung 170c darin an, die sich entlang einer Achse AX erstreckt und eine rechtwinklige Öffnung hat. Im Detail umfasst die Keramikhülse 170 einen vorderen Endbereich 170s; einen vorstehenden Bereich 170k, der sich über den Metallmantel zum hinteren Ende hin erstreckt und einen Bereich mit großem Durchmesser 170t, der zwischen dem vorderen Endbereich 170s und dem vorstehenden Bereich 170k angeordnet ist, und dessen Durchmesser größer als der des vorderen Endbereiches 170s und des vorstehenden Bereiches 170k ist.
Des Weiteren ist die axiale Länge des vorstehenden Bereiches 170k in dieser Ausführungsform 6 mm. Die axiale Länge des vorstehenden Bereiches 170k liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 2 mm und 10 mm. Der Flächeninhalt der hinteren Endfläche des vorstehenden Bereiches beträgt in dieser Ausführungsform 35 mm². Der Flächeninhalt der hinteren Endfläche des vorstehenden Bereiches liegt vorzugsweise in einem Bereich von 30 mm² bis 50 mm².
Die keramische Hülse 170 hält den plattenförmigen Gasdetektor 120, so dass der Gasdetektor 120 die axiale Öffnung 170c, die eine rechteckige Form hat, durchdringt. Das heißt, in der keramischen Hülse 170 halten und unterstützen der vordere Endbereich 170s, der große Durchmesserbereich 170t, sowie der vorstehenden Bereich 170k den Gasdetektor 120 so, dass der Gasdetektor 120 dort durchdringen kann.
Darüber hinaus hat der größere Durchmesserbereich 170t der keramischen Hülse 170 eine Schulter 170tm, die zur hinteren Endseite hin ausgerichtet ist. Sodann ist die keramische Hülse 170 durch Krümmung des hinteren Endbereiches 110k des Metallmantels 110 nach innen und durch einen Crimpring 117 der zur Schulter 170tm des größeren Durchmesserbereiches 170t hin gecrimpt ist, im Inneren des Metallmantels 110 befestigt.
Als nächstes, wie in den 1 und 2 gezeigt, ist der Protektor 101, der eine geschlossene Vorderseite hat, an der vorderen Endseite des Metallmantels durch Laserschweißung befestigt, um den vorderen Endbereich 120s des Gasdetektors 120, der aus dem Metallmantel 110 vorspringt abzudecken. Der Protektor 101 hat eine Vielzahl von Zuführungsbohrungen an festgelegten Stellen, welche dem Abgas ermöglichen in den Protektor 101 einzufließen.
Die Konstruktion der hinteren Endseite außerhalb des Metallmantels 110 wird im folgenden erklärt. Die zylindrische Metallröhre 103 ist an der Endseite des Metallmantels 110 durch Laserschweißung befestigt. Die Metallröhre 103 umfasst einen ersten Bereich 104, der an der vorderen Endseite angeordnet ist und den größten Durchmesser hat; einen zweiten Bereich 105, der am Ende des ersten Bereiches 104 angeordnet ist und radial nach innen gecrimpt ist; einen dritten Bereich 106, der am Ende des zweiten Bereiches 105 angeordnet ist; und einen vierten Bereich 107, der am Ende des dritten Bereiches radial nach innen gecrimpt angeordnet ist und den kleinsten Durchmesser hat.
In der Metallröhre 103 ist eine Buchse 180 innerhalb des ersten Bereiches angebracht und erstreckt sich in den dritten Bereich 106. Die Buchse 180 besteht aus: einer Trennvorrichtung 181 aus Keramik, drei Sensorleitungsbügeln (Buchsenanschlussbereich) 182, 183, 184 und einem Paar Heizleitungsbügeln (Buchsenanschlussbereich) 185, 186. Die Trennvorrichtung 181 nimmt die Sensorleitungsbügel 182, 183, 184 und die Heizleitungsbügel 185, 186 so auf, dass sie einander nicht berühren (i. e., so dass sie voneinander isoliert sind).
Die Buchse 180 ist so an der hinteren Endseite des Gasdetektors 120 montiert, dass sie denselben von der Keramikhülse 170 isoliert. Besonders ein Teil der hinteren Endseite des Gasdetektors 120, der aus dem vorstehenden Bereich 170k der Keramikhülse 170 vorspringt, ist in eine Durchtrittsöffnung 181c der Trennvorrichtung 181, die sich an der Vorderseite öffnet, eingefügt. Sodann werden die Sensorleitungsbügel 182, 183, 184 mit dem jeweiligen Sensorelektrodenanschluss 125, 126, 127 des Gasdetektors 120 elastisch in Kontakt und elektrisch verbunden gehalten. Darüber hinaus sind die Heizleitungsbügel 185, 186 mit jedem Heizungsanschluss 128, 129 des Gasdetektors 120 elastisch in Kontakt und elektrisch verbunden.
In dieser Ausführungsform beträgt die axiale Entfernung zwischen der hinteren Endfläche der Hülse 170 und dem Berührungsbereich zwischen den Leitungsbügeln 182 bis 186 und Anschlussbereichen 125 bis 129 des Gasdetektors 120 9 mm. Diese axiale Entfernung ist vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 5 mm bis 30 mm festzulegen.
Darüber hinaus ist die Buchse 180 durch die Metallröhre 103 mittels einer vorgespannten Metallhalterung 190, die die Buchse 180 umgibt und generell eine zylindrische Form annimmt, gehalten, während sie an der hinteren Endseite eingespannt ist um eine Durchführung 191, die im folgenden besprochen wird, zu befestigen. Die vorgespannte Metallhalterung 190 ist im zweiten Bereich 105 der Metallröhre 103 angebracht und gecrimpt und befestigt durch den zweiten Bereich 105.
Außerdem ist im vierten Bereich 107 der Metallröhre 103 eine Durchführung aus einem Fluorkohlenwasserstoff-Polymer vorgesehen und zwei Heizleitungsdrähte 196, 197 und drei Sensorleitungsdrähte 193, 194, 195 sind in der Durchführung 191 eingebettet. Die Durchführung 191 ist durch den vierten Bereich 107 starr gecrimpt. Die vordere Endseite einer jeden Sensorleitung 193, 194, 195 ist in eine Buchse 180 eingesetzt und durch die Sensorleitungsbügel 182, 183, 184 starr gecrimpt, um die entsprechenden Sensorleitungen und die Sensorleitungsbügel elektrisch leitend zu verbinden. Darüber hinaus ist die vordere Endseite jeder Heizleitung 196, 197 in die Buchse 180 eingebettet und starr durch die Heizleitungsbügel 184, 186 gecrimpt, um die entsprechenden Heizleitungen und Heizleitungsbügel elektrisch leitend zu verbinden.
Wie oben erklärt, umfasst der Gasdetektor 120 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erste und zweite feste Elektrolyte 137, 150 in seinem hinteren Endbereich 120k und die Durchgangsbuchsen 142, 143, 155 sind in diesen Elektrolyten, welche sie durchdringen, ausgebildet (Bezug nehmend auf 4). Demzufolge wird das Isolationsvermögen des ersten und zweiten festen Elektrolyten 137, 150 im hinteren Endbereich 120k versagen, wenn der hintere Endbereich 120k des Gasdetektors 120 einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, wodurch ein Loch zwischen den Buchsen 142 und 143 auftreten kann. Folglich kann die Gaskonzentration nicht genau erfasst werden.
In der vorliegenden Ausführungsform allerdings wird die Hitze von der keramischen Hülse 170' kaum zur Buchse 180 geleitet, da die keramische Hülse 170 von der Buchse isoliert ist, dadurch wird auch ein zu hoher Temperaturanstieg der Buchse 180 im Betrieb verhindert. Folglich ist Lochbildung zwischen den Buchsen 142 und 143 infolge hoher Temperatur unwahrscheinlich, wodurch die Gaskonzentration genauer als bei einem konventionellen Gassensor erfasst werden kann.
Darüber hinaus umfasst die keramische Hülse 170 im Gassensor 100, die den Gasdetektor 120, der diese durchdringt, hält und in sich aufnimmt, den hervorstehenden Bereich 170k, der sich außerhalb des Metallmantels 110 erstreckt und den Gasdetektor 120 ebenfalls in sich hält. Demzufolge wird, da der hervorstehenden Bereich 170k den Gasdetektor 120 hält, einer Beschädigung des Gasdetektors 120 wirkungsvoll vorgebeugt, auch wenn eine äußere Kraft an der hinteren Endseite des Gasdetektors 120 aufgebracht wird. Demzufolge ist der Gasdetektor 120 während eine Montage der Buchse 180 auf den Gasdetektor 120, oder während eines nachträglichen Zusammenbaus besser vor Zerstörung geschützt als in einem konventionellen Gassensor.
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren für den Gassensor 100 dargelegt.
Als erstes wird der Gasdetektor 120 grundsätzlich in bekannter Technik hergestellt. Dann wird der Gasdetektor 120 in den Keramikhalter 113 eingesetzt, und der so zusammengesetzte Körper wird in die Metalltasse 116 eingesetzt. Anschließend wird ein Talkumring von der hinteren Endseite her in die Metalltasse 116 eingesetzt und gegen die vordere Endseite gedrückt, um den Gasdetektor 120 zu befestigen.
Als nächstes wird der so hergestellte Aufbau von der hinteren Endseite her in den Metallmantel 110 eingesetzt und ein weiterer Talkumring und die Keramikhülse 170 werden in der erwähnten Reihenfolge von der hinteren Endseite her eingesetzt. Zusätzlich wird der Protektor 101 vorher durch Laserschweißen an der vorderen Endseite des Metallmantels 110 befestigt. Dann wird der hintere Endbereich 110k des Metallmantels 110 radial nach innen gebogen und gegen die Schulter 170tm des größeren Durchmesserbereiches 170t der Keramikhülse 170 bis zum Crimpring 117 gecrimpt, um dadurch die Keramikhülse 170 und den Gasdetektor 120 oder dergleichen mit dem Metallmantel 110 zu befestigen. Auf diese Weise wird ein unterer Aufbau fertig gestellt.
Wenn die Hülse 170 gänzlich innerhalb des Metallmantels 110 angeordnet ist und keinen hervor stehenden Bereich 170k (i.e., die Form ist in 5 gezeigt) hat, tritt eine große Zugbeanspruchung um einen offenen Endbereich 870ck der hinteren Endseite einer axialen Öffnung 870c auf, sobald der hintere Endbereich 110k des Metallmantels 110 nach ihnen gebogen ist um eine Hülse 870 zu crimpen. Folglich können Risse, ausgehend vom belasteten Bereich, in der Hülse 870 entstehen. Besonders wenn die axiale Öffnung 870c der Hülse 871 eine echteckige Öffnung hat ist eine große Zugbeanspruchung wahrscheinlich, insbesondere an einer Ecke des offenen hinteren Endbereiches 870ck. Als Folge steigt die Rissneigung in der Hülse 870 wenn der hintere Endbereich 110k des Metallmantels 110 gecrimpt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform allerdings ist, da die Hülse 170 einen hervorstehenden Bereich 170k hat, der sich zur hinteren Endseite erstreckt, der hintere offenen Endbereich 170ck der axialen Öffnung 170c, in dem eine Rissneigung besteht, isoliert vom hinteren Endbereich 110k (gecrimpter Bereich) des Metallmantels 110 zu hinteren Endseite hin (siehe 2). Folglich kann dem Auftreten eines Risses in der Hülse 170 wegen einer solchen Last-verteilenden Konstruktion vorgebeugt werden.
Als nächstes wird ein oberer Aufbau hergestellt. Als erstes werden die Sensorleitungsbügel 182, 183, 184, mit denen die Sensorleitungen 193, 194, 195 jeweils verbunden sind, und die Heizleitungsbügel 185, 186 mit denen die Heizleitungen 196, 197 jeweils verbunden sind, innerhalb der Trennvorrichtung 181 angebracht. Andererseits wird die vorgespannte Metallhalterung 190 an einer vorher festgelegten Stelle an einem äußeren Umfang der Trennvorrichtung 181 befestigt.
Als nächstes wird die Durchführung 191 an der hinteren Endseite der Trennvorrichtung 181 angebracht und der so zusammengesetzte Körper wird von der Seite der Durchführung 191 her in die Metallhülse 103 eingesetzt. Dann wird der zweite Bereich 105 der Metallröhre 103 radial nach innen gecrimpt. Dieses verformt die vorgespannte Metallhalterung 190 die innerhalb der Metallhülse sitzt wodurch die Trennvorrichtung 181 zur Endseite hin vorgespannt wird. Somit ist der obere Aufbau vollständig.
Als nächstes wird die hintere Endseite des Gasdetektors 120 in die Öffnung 181c der Buchse 180 (Trennvorrichtung 181) durch eine Relativbewegung des oberen und unteren Aufbaus aufeinander zu eingesetzt. Dadurch sind die Sensorleitungsbügel 182, 183, 184 der Buchse 180 und die Heizleitungsbügel 185, 186 in elastischem Kontakt und elektrisch verbunden mit den entsprechenden Sensoranschlussbereichen 125, 126, 127 des Gasdetektors 120 beziehungsweise den entsprechenden Heizungsanschlussbereichen 128, 129.
Als nächstes wird der vierte Bereich 107 der Metallröhre 103 in radialer Richtung nach innen gecrimpt, um dadurch die Durchführung 190 die innerhalb der Metallröhre sitzt zu befestigen. Weiterhin wird der vordere Endbereich der Metallröhre 103 in radialer Richtung nach innen gecrimpt und der so gecrimpte Bereich wird lasergeschweißt, damit die Metallröhre 103 am Metallmantel 110 befestigt werden kann. Auf diese Art und Weise ist der Gassensor 100 fertig gestellt.
Erste Ausführungsform:
Um den Nutzen der vorliegenden Erfindung nachzuweisen, wurden Muster des Gassensors 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt. Vergleichbare Muster, die eine Keramikhülse 170 umfassen, welche an der Buchse 180 befestigt ist, typisch für eine konventionelle Bauform, wurden ebenso angefertigt.
Zuerst wurden die Gassensoren 100 in den Mustern der vorliegenden Ausführungsform und den Vergleichsmustern so betrieben, dass die Temperatur des Metallmantels 110, der 3 mm entfernt von einem Flansch 110n des Metallmantels 110 (siehe 2) zur hinteren Endseite hin angebracht war, 700°C erreichte. Dann wurde die Temperatur des Berührungsbereiches, der 26 mm entfernt von einem Flansch 110n des Metallmantels 110 zur Endseite hin zwischen dem Gasdetektor 120 (die Sensoranschlussbereiche 125, 126, 127 und die Heizelektrodenanschlussbereiche 128, 129), und der Buchse 180 (die Sensorleitungsbügel 182, 183, 184 und die Heizleitungsbügel 185, 186) lag, gemessen. Darüber hinaus wurde die Temperatur der Durchführung 191, die 48 mm entfernt von dem Flansch 110n des Metallmantels 110 zur Endseite hin angebracht war gemessen.
Außerdem wurden die Gassensoren 100 in den Mustern der vorliegenden Ausführungsform und den Vergleichsmustern so betrieben, dass die Temperatur des Metallmantels 110, der 3 mm entfernt von einem Flansch 110n des Metallmantels 110 (siehe 2) zur hinteren Endseite hin angebracht war, 650°C erreichte. Ähnlich wie oben wurde die Temperatur des Berührungsbereiches, der 26 mm entfernt von einem Flansch 110n des Metallmantels 110 zur Endseite hin angebracht war, beziehungsweise die Temperatur der Durchführung 191, die 48 mm entfernt von dem Flansch 110n des Metallmantels 110 zur Endseite hin angebracht war, gemessen. Die Ergebnisse sind insgesamt in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Wie in Tabelle 1 gezeigt, erreichte in den Mustern der Erfindung die Temperatur des Kontaktbereiches 440°C und die der Durchführung 191 300°C, bei einer Temperatur des Metallmantels 110 von 700°C. Andererseits erreichte in den Vergleichsmustern die Temperatur des Kontaktbereiches 500°C und die der Durchführung 191 320°C, bei einer Temperatur des Metallmantels 110 von 700°C. Die obigen Testergebnisse zeigen, dass der Temperaturanstieg in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (wo die Buchse von der Hülse getrennt angeordnet ist) sowohl im Berührungsbereich als auch in der Durchführung 191, wesentlich niedriger ist, als in den Vergleichsmustern (wo die Buchse an der Hülse befestigt ist).
Darüber hinaus erreichte in den Mustern der vorliegenden Erfindung bei einer Temperatur des Metallmantels 110 von 650°C die Temperatur des Kontaktbereiches 410°C und die der Durchführung 191 280°C. Andererseits erreichte in den Vergleichsmustern bei einer Temperatur des Metallmantels 110 von 650°C die Temperatur des Kontaktbereiches 450°C und die der Durchführung 191 300°C. Diese Ergebnisse bestätigen, dass der Temperaturanstieg sowohl des Berührungsbereiches als auch der Durchführung 191 in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschränkt ist.
Wie oben beschrieben, kann das Isolationsvermögen des ersten und zweiten festen Elektrolyten 137, 150 am hinteren Endbereich 120k versagen wenn der hintere Endbereich 120k des Gasdetektors 120 einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, dadurch wird eine Lochbildung zwischen den Durchgangsbuchsen 142, 143, die darin ausgebildet sind, wahrscheinlich. Folglich kann die Gaskonzentration nicht genau erfasst werden. In der vorliegenden Ausführungsform allerdings, ist der Temperaturanstieg des Berührungsbereiches, etc. beschränkt, da die Keramikhülse 170 von der Buchse 180 isoliert ist. Deshalb ist durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung der Lochbildung zwischen den Durchgangsbuchsen 142, 143 aufgrund hoher Temperatur wirkungsvoller vorgebeugt als vergleichsweise in einem konventionellen Gassensor und führt zu einer genauen Erfassung der Gaskonzentration.
Zweite Ausführungsform:
Um den Nutzen der vorliegenden Erfindung nachzuweisen, wurden zehn untere Aufbauten angefertigt, von denen jeder den Gassensor 100, entsprechend der oben genannten Ausführungsform bildet. Des Weiteren wurden zehn andere untere Aufbauten als Vergleichsmuster angefertigt, in denen die Keramikhülse 870, wie in 5 erläutert, anstatt der Keramikhülse 170, die in Figur drei abgebildet ist verwendet ist, und der übrige Aufbau davon war der gleiche wie in der oben genannten Ausführungsform. Die Keramikhülse 870 umfasst keinen vorstehenden Bereich an der hinteren Endseite. Das heißt, die Keramikhülse 870 umfasst nur: einen vorderen Endbereich 870s entsprechend dem vorderen Endbereich 170s der Keramikhülse 170 in 3 und einen großen Durchmesserbereich 870t entsprechend dem großen Durchmesserbereich 170t der keramischen Hülse 170. Darüber hinaus ist, ähnlich der in 3 dargestellten Keramikhülse 170, die axiale Öffnung 870c mit einer rechteckig geformten Öffnung entlang der Achse in der Keramikhülse 870 ausgeformt.
Auf die hinteren Enden der Gasdetektoren 120, der jeweiligen Muster wurde eine äußere Kraft aufgebracht, um die Widerstandskraft der Elemente gegen Bruch zu beurteilen. Im einzelnen wurde auf die hinteren Enden der Gasdetektoren 120 jeder der fünf Muster der vorliegenden Ausführungsform und der Vergleichsmuster mit zunehmender Kraft in lotrechter Richtung zur Achse und auch in lotrechter Richtung zur ersten und zweiten Planfläche 120a, 120b (nachstehend als X-Richtung bezeichnet) Druck ausgeübt, bis zu dem Punkt, an dem entweder der Gasdetektor 120 oder die Keramikhülsen 170, 870 beschädigt wurden. Darüber hinaus wurde auf die hinteren Enden der Gasdetektoren 120 der verbliebenen Muster mit zunehmender Kraft in lotrechter Richtung zur Achse und auch in paralleler Richtung zur ersten und zweiten Planfläche 120a, 120b (nachstehend als Y-Richtung bezeichnet) Druck ausgeübt, bis zu dem Punkt, an dem entweder der Gasdetektor oder die Keramikhülsen 170, 870 beschädigt wurden. Die Ergebnisse sind insgesamt in Tabelle 2 gezeigt Tabelle 2
Wie in Tabelle 2 dargestellt, lag die Bruchkraft in den Mustern 1–5 der vorliegenden Ausführungsform, auf deren hinteres Ende des Gasdetektors 120 in X-Richtung Druck ausgeübt wurde und zwar die Kraft, die entweder den Gasdetektor 120 oder die Keramikhülse 170 beschädigte bei 32.8N, 38.4N, 29.6N, 38.7N beziehungsweise 27.4N (Durchschnitt: 33.4N). Demgegenüber lag die Bruchkraft in den Vergleichsmustern 11–15, wo auf das hintere Ende des Gasdetektors 120 ebenso in X-Richtung Druck ausgeübt wurde und zwar die Kraft, die entweder den Gasdetektor 120 oder die Keramikhülse 870 beschädigte bei 23.0N, 22.3N, 19.8N, 20.2N beziehungsweise 21.5N (Durchschnitt: 21.4N). Diese Ergebnisse zeigen, dass die Bruchkraft an den Mustern der Erfindung im Durchschnitt 56 % höher war als die an den Vergleichsmustern.
Außerdem lag die Bruchkraft in den Mustern 6–10 der vorliegenden Ausführungsform, auf deren hinteres Ende des Gasdetektors 120 in Y-Richtung Druck ausgeübt wurde, bei 85.0N, 93.0N, 120.5N, 126.6N Beziehungsweise 147.5N (Durchschnitt: 114.5N) an dem Punkt wo entweder der Gasdetektor 120 oder die Keramikhülse 170 beschädigt wurde. Demgegenüber lag die Bruchkraft in den Vergleichsmustern 16–20, wo auf das hintere Ende des Gasdetektors 120 ebenso in Y-Richtung Druck ausgeübt wurde, bei 89.0N, 95.2N, 61.8N, 125.1N beziehungsweise 77.0N (Durchschnitt: 89.6N) an dem Punkt wo entweder der Gasdetektor 120 oder die Keramikhülse 870 beschädigt wurde. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Bruchkraft an den Mustern der Erfindung im Durchschnitt 27 % höher war als die an den Vergleichsmuster.
Die obigen Ergebnisse zeigen, dass der Gasdetektor 120 vor Bruch geschützt ist, auch wenn eine äußere Kraft auf das hintere Ende des Gasdetektor 120 einwirkt, dadurch dass die Keramikhülse 170 mit dem hervorstehenden Bereich 170k ausgestattet ist und der Gasdetektor 120 darin gehalten und aufgenommen ist. Deshalb widersteht der Gassensor, gemäß der vorliegenden Erfindung, und besonders der Gasdetektor 120 im Vergleich zu einem konventionellen Gassensor einem Bruch wirkungsvoller, weil die Buchse 180 am Gasdetektor 120 befestigt ist oder nachträglich montiert wird.
Die vorliegende Erfindung wurde gemäß der obigen Ausführungsform erklärt, allerdings ist die Erfindung dadurch nicht darauf beschränkt und kann auf verschiedene Weise innerhalb des Anwendungsbereiches der Erfindung ausgewechselt und abgewandelt werden.
Diese Patentanmeldung basiert auf der Japanischen prioritätsbegründenden Patentanmeldung Nr. 2005-128374 vom 26. April 2005, deren Priorität beansprucht wird und deren Offenbarung hiermit in vollem Umfang inkorporiert wird.

Claims

Gassensor umfassend einen zylindrischen Metallmantel; einen Gasdetektor beinhaltend eine Schicht aus einem festen Elektrolyten, einen vorderen Bereich des Gasdetektors, der aus einem vorderen Bereich des Metallmantels vorspringt, beinhaltend einen Gasdetektions-Bereich, einen dazwischen liegenden Bereich, der sich innerhalb des Metallmantels befindet, und einen hinteren Endbereich, der aus einem hinteren Endbereich des Metallmantels der Metallhülse vorspringt, beinhaltend eine Vielzahl von Elektrodenanschlussbereichen, und eine Vielzahl Durchgangsbuchsen, die mit den entsprechenden Elektrodenanschlussbereichen elektrisch leitend verbunden sind; eine zylindrische Hülse, die zumindest teilweise innerhalb des Metallmantels angeordnet ist, und eine die Hülse in axialer Richtung durchdringende Öffnung, die den Gasdetektor aufnimmt; und eine Buchse, die mit dem hinteren Endbereich des Gasdetektoren verbunden ist und die von der Hülse getrennt angeordnet ist, wobei die Buchse eine Vielzahl von Buchsenanschlussbereichen, die mit den entsprechenden Elektrodenanschlussbereichen elektrisch leitend verbunden sind, aufweist.
Gassensor nach Anspruch 1, worin die Hülse des Weiteren einen vorspringenden Teilbereich aufweist, der aus dem hinteren Endteilbereich des Metallmantels herausragt und der den Gasdetektor trägt.
Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, worin die Hülse des Weiteren einen Bereich großen Durchmessers aufweist, der einen größeren Durchmesser hat, als der vorstehende Bereich sowie einen Schulterbereich, der dem hinteren Ende in axialer Richtung zugewandt ist, und worin der hintere Endbereich des Metallmantels so einwärts gebogen ist, dass der Schulterbereich eingeklemmt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Gassensors nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein unterer Aufbau hergestellt wird, indem ein an sich bekannter Gasdetektor 120 in den Keramikhalter 113 eingesetzt wird, und der so zusammengesetzte Körper wird in die Metalltasse 116 eingesetzt wird; der Protektor 101 an der vorderen Endseite des Metallmantels 110 befestigt wird; ein Talkumring von der hinteren Endseite her in die Metalltasse 116 eingesetzt und gegen die vordere Endseite gedrückt wird, um den Gasdetektor 120 zu befestigen; der so hergestellte Aufbau von der hinteren Endseite her in den Metallmantel 110 eingesetzt und ein weiterer Talkumring und die Keramikhülse 170 von der hinteren Endseite her in dieser Reihenfolge eingesetzt wird; der hintere Endbereich 110k des Metallmantels 110 radial nach innen gebogen und gegen die Schulter 170tm des größeren Durchmesserbereiches 170t der Keramikhülse 170 bis zum Crimpring 117 gecrimpt wird, wodurch die Keramikhülse 170 und den Gasdetektor 120 mit dem Metallmantel 110 befestigt wird; und ein oberer Aufbau hergestellt wird, indem die Sensorleitungsbügel 182, 183, 184, mit denen die Sensorleitungen 193, 194, 195 jeweils verbunden sind, und die Heizleitungsbügel 185, 186 mit denen die Heizleitungen 196, 197 jeweils verbunden sind, innerhalb der Trennvorrichtung 181 angebracht werden; die vorgespannte Metallhalterung 190 an einer vorher festgelegten Stelle an einem äußeren Umfang der Trennvorrichtung 181 befestigt wird; die Durchführung 191 an der hinteren Endseite der Trennvorrichtung 181 angebracht und der so zusammengesetzte Körper von der Seite der Durchführung 191 her in die Metallhülse 103 eingesetzt wird; der zweite Bereich 105 der Metallröhre 103 radial nach innen gecrimpt wird, wodurch die vorgespannte Metallhalterung 190, die innerhalb der Metallhülse sitzt, verformt wird und die Trennvorrichtung 181 zur Endseite hin vorgespannt wird; die hintere Endseite des Gasdetektors 120 in die Öffnung 181c der Buchse 180 durch eine Relativbewegung des oberen und unteren Aufbaus aufeinander zu eingesetzt wird, wodurch die Sensorleitungsbügel 182, 183, 184 der Buchse 180 und die Heizleitungsbügel 185, 186 in elastischem Kontakt und elektrisch mit den entsprechenden Sensoranschlussbereichen 125, 126, 127 des Gasdetektors 120 beziehungsweise den entsprechenden Heizungsanschlussbereichen 128, 129 verbunden werden; und der vierte Bereich 107 der Metallröhre 103 in radialer Richtung nach innen gecrimpt wird, wodurch die Durchführung 190, die innerhalb der Metallröhre sitzt, befestigt wird, der vordere Endbereich der Metallröhre 103 in Richtung nach innen gecrimpt wird; der so gecrimpte Bereich lasergeschweißt wird, wodurch die Metallröhre 103 am Metallmantel 110 befestigt wird.
Verwendung eines Gassensors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, zur Messung der konzentration einer Gaskomponente.
Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, das die Konzentration einer Gaskomponente in einem durch eine Verbrennungskraftmaschine erzeugten Auspuffgases erfolgt.
Verwendung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskomponente Sauerstoff, Kraftstoff oder ein Stickoxid ist.