DE102006059157B4

DE102006059157B4 - Sensor

Info

Publication number: DE102006059157B4
Application number: DE102006059157A
Authority: DE
Inventors: Takaya Yoshikawa; Junji Kawai; Kenji Hayashi; Shinji Tanabe; Noboru Ishida; Masataka Taguchi; Masashi Ando
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2026-12-15
Also published as: JP4716288B2; US7559224B2; US20070141911A1; DE102006059157A1; JP2007192800A

Abstract

Sensor, der umfasst: ein Sensorelement (2; 102), ein Metallgehäuse (5; 105), in dem das Sensorelement gehalten wird, ein inneres Rohrglied (14; 114), das an einem axial hinteren Ende des Metallgehäuses (5; 105) fixiert ist, ein äußeres Rohrglied (16; 116), das radial das innere Rohrglied (14; 114) umgibt und einen radial nach innen gerichteten Quetschabschnitt (75; 175) für einen Kontakt mit einer Außenfläche des inneren Rohrglieds (14; 114) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass: ein axial vorderes Ende (P) des Quetschabschnitts (75; 175) axial zu einem axial vorderen Ende (64a) des äußeren Rohrglieds (16; 116) mit einem Abstand von 1,5 mm oder weniger beabstandet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor und insbesondere einen Gassensor wie etwa einen Sauerstoffsensor, einen HC-Sensor oder einen NOx-Sensor zum Erfassen einer Gaskomponente in einem Gas- und Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur eines Gases.
Aus der Druckschrift DE 197 03 458 A1 ist ein Luftkraftstoffverhältnissensor bekannt, der einen Wasserabstoßungsfilter arrangiert zwischen einer äußeren und einer inneren Abdeckung beinhaltet, wobei die äußere Abdeckung einen ersten Abschnitt aufweist, der der inneren Abdeckung ohne dazwischen angeordnetem Wasserabstoßungsfilter gegenübersteht und einen zweiten Abschnitt aufweist, der axial zum ersten Abschnitt beabstandet ist und der der inneren Abdeckung mit dazwischen angeordnetem Wasserabstoßungsfilter gegenübersteht.
Die Druckschrift US 6 898 961 B2 offenbart den Aufbau eines Gassensors einsetzbar als Kraftstoffluftgemischsensor, im Speziellen als Sauerstoffkonzentrationssensor, der unter anderem umfasst: ein Gassensorelement, ein hohlzylindrisches metallisches Gehäuse, welches in seinem Inneren das Gassensorelement haltert, eine Schutzabdeckung angebracht an einem Ende des Gehäuses, eine metallische Abdeckung angebracht am anderen Ende des Gehäuses, eine Mehrzahl von signalaufnehmenden Anschlüssen in elektrischem Kontakt zum Sensorelement, eine Mehrzahl von Leiter in elektrischem Kontakt mit dem Sensorelement, wobei die Leiter in elektrischem Kontakt mit den entsprechenden Anschlüssen stehen, und ein isolierendes Element befindlich innerhalb der metallischen Abdeckung um eine Isolierung zwischen den einzelnen Leitern zu bewirken.
Die Druckschrift US 2005/0132778 A1 offenbart die Struktur eines Gassensors einsetzbar als Kraftstoffluftgemischsensor, insbesondere als Sauerstoffkonzentrationssensor. Der in der Druckschrift offenbarte Gassensor umfasst ein zylindrisches Gehäuses, ein Sensorelement angebracht innerhalb des Gehäuses, eine Schutzabdeckung angebracht an einem äußeren Ende des Gehäuses auf der Seite des zu messenden Gases und eine äußere Abdeckung angebracht an der Basis des Gehäuses auf der Atmosphärenseite des Sensors.
Es ist weiterhin ein Gassensor bekannt, der einen Aufbau aufweist, bei dem ein Sensorelement, das an einem vorderen Ende mit einem Erfassungsteil zum Erfassen einer Gaskomponenten in einem Gas versehen ist, in einem Metallgehäuse angeordnet ist. Das Metallgehäuse wird durch eine Vielzahl von koaxialen Rohrgliedern gebildet und umfasst etwa ein Metallgehäuse, das an einer Außenumfangsfläche mit einem Gewindeteil für die Installation eines Sensors versehen ist, wobei ein Schutzglied derart mit dem Metallgehäuse verbunden ist, dass es den Erfassungsteil des Sensorelements bedeckt, der von dem vorderen Ende des Metallgehäuses vorsteht, wobei ein inneres Rohrglied mit einem hinteren geöffneten Endteil des Metallgehäuses verbunden ist und einen Teil des Sensorelements bedeckt, der sich von dem hinteren geöffneten Endteil nach hinten erstreckt, und wobei ein äußeres Rohrglied radial einen Außenumfang des inneren Rohrglieds mit dazwischen einem wasserabstoßenden Filter umgibt.
Ein derartiger Gassensor (z. B. ein Sauerstoffsensor) ist zum Beispiel an dem Abgasrohr eines Abgassystems eines Kraftfahrzeugmotors oder ähnlichem installiert. Weiterhin ist es neuerdings üblich, das Abgasrohr mit einem Katalysator zum Abbauen einer toxischen Substanz im Abgas sowie einen Gassensor nach dem Katalysator vorzusehen, um eine Komponente in dem Abgas zu messen, aus dem eine toxische Substanz entfernt wurde. Weil in diesem Fall der Gassensor nach dem Abgasrohr angeordnet ist, das sich von dem Motor nach hinten und entlang des Fahrzeugbodens erstreckt, können Wassertropfen oder ähnliches an dem Außenumfang des Gassensors haften. Um dementsprechend zu verhindern, dass Wassertropfen oder ähnliches in den Gassensor eindringen, ist es wichtig, dass die Vielzahl von Rohrgliedern zuverlässig miteinander verbunden werden, um eine Wasserdichtigkeit des Gassensors zu erzielen.
Eine Vielzahl von Rohrkörpern können durch Quetschen miteinander verbunden werden. Zum Beispiel ist ein Gassensor bekannt, bei dem ein Schutzglied an einem vorderen Ende eines Metallgehäuses durch Quetschen fixiert ist, ein vorderes Ende eines inneren Rohrglieds an einem hinteren Ende des Metallgehäuses durch Quetschen fixiert ist und ein vorderer Überlagerungsteil des äußeren Rohrglieds, der das innere Rohrglied überlagert, an dem inneren Rohrglied durch Quetschen fixiert ist, wie in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung JP H11-352095 A angegeben. Bei diesem Sensor ist das äußere Rohrglied an der vorderen Seite mit einem Quetschabschnitt(Quetschfixierungsabschnitt) in der Form einer sich entlang des Umfangs erstreckenden ringförmigen Vertiefung ausgebildet, deren Durchmesser sich verjüngt, sodass das vordere Ende des Quetschabschnitts passend mit der Außenfläche des inneren Rohrglieds verbunden werden kann, um einen Raum zwischen dem inneren Rohrglied und dem äußeren Rohrglied zu schließen. Indem also derartige Quetschabschnitte an vorbestimmten Positionen ausgebildet werden, kann ein einstückiger Rohrkörper mit einer hohen Wasserdichtigkeit erhalten werden.
Um eine Verschiebung der Quetschposition an der vorderen Seite des äußeren Rohrglieds innerhalb des Fehlerbereichs zu gestatten, ist die Quetschposition in vielen Fällen etwas von dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds nach hinten versetzt vorgesehen. Wenn das Quetschen jedoch an dieser Position durchgeführt wird, schwebt der restliche Teil des äußeren Rohrglieds vor dem Quetschabschnitt etwas über der Außenfläche des inneren Rohrglieds, sodass ein kleiner Zwischenraum zwischen dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds und der Außenfläche des inneren Rohrglieds gebildet wird. An der Außenfläche des Gassensors haftende Wassertropfen werden durch eine Kapillarwirkung in den Zwischenraum gezogen und dort aufgrund der Oberflächenspannung des Wassers für einen längeren Zeitraum gehalten.
Insbesondere wenn eine wässrige Lösung mit metallischen Salzen wie etwa ein Salzwasser (ein Salz enthaltendes Wasser) in den Zwischenraum gezogen wird, kann eine chemische Reaktion zwischen der Innenfläche des äußeren Rohrglieds und der Außenfläche des inneren Rohrglieds auftreten, sodass die Außenfläche des inneren Rohrglieds und die Innenfläche des äußeren Rohrglieds rosten. Zum Beispiel ist es in kalten, schneereichen Gegenden üblich, ein den Schnee schmelzendes Mittel, das Calciumchlorid als Hauptbestandteil enthält, auf die Straßen zu streuen, wobei durch den geschmolzenen Schnee Pfützen auf der Fahrbahn erzeugt werden, die ein durch die Lösung des Calciumchlorids erzeugtes Salzwasser enthalten. Wenn Kraftfahrzeuge über diese Pfützen fahren, bleibt Salzwasser auf der Oberfläche des Gassensors haften. Das Salzwasser wird dann in den Zwischenraum zwischen dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds und der Außenumfangsfläche gezogen, sodass die Möglichkeit besteht, dass das innere Rohrglied und das äußere Rohrglied rosten. Weiterhin können durch das Rosten Risse in dem inneren Rohrglied verursacht werden, sodass das Salzwasser durch die Risse in das äußere Rohrglied eindringen und die Erfassungsgenauigkeit des Sensors beeinträchtigen kann.
Weiterhin erfährt das äußere Rohrglied beim Quetschen einen ähnlichen Effekt wie ein Metallblech, das einem Biegen unterzogen wird, sodass wenn der Druck unmittelbar nach dem Quetschen wieder entfernt wird, das gequetschte äußere Rohrglied aufgrund einer Reaktion rückfedert. Wenn der Quetschabschnitt an einer Position vorgesehen wird, die nach hinten von dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds beabstandet ist, wird das Rückfedern noch verstärkt. Unmittelbar nach dem Quetschen des äußeren Rohrglieds wird also das vordere Ende des Quetschabschnitts durch den oben beschriebenen restlichen Teil des äußeren Rohrglieds gezogen, sodass der gesamte Quetschabschnitt etwas nach außen gekrümmt werden kann. Aus diesem Grund wird angenommen, dass der Oberflächendruck des inneren Rohrglieds an dem Quetschabschnitt relativ zu der Außenfläche des inneren Rohrglieds etwas reduziert ist. Dies kann möglicherweise zu einer Verminderung der Passung der Verbindung des Quetschabschnitts mit der Außenfläche des inneren Rohrglieds führen und damit eine Beeinträchtigung der Wasserdichtigkeit des Gassensors zur Folge haben.
Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensor oder Gassensor anzugeben, der die oben geschilderten Probleme aus dem Stand der Technik nicht aufweist, ein Rosten des äußeren Rohrglieds und des inneren Rohrglieds bei daran haftendem Salzwasser verhindern kann und zudem die Wasserdichtigkeit verbessern kann.
Um die oben genannten Aufgaben zu lösen, gibt die vorliegende Erfindung einen Sensor an, der ein Sensorelement, ein Metallgehäuse, in dem das Sensorelement gehalten wird, ein inneres Rohrglied, das mit einem axial hinteren Ende des Metallgehäuses verbunden ist, und einem äußeren Rohrglied, das das innere Rohrglied radial umgibt und einen radial nach innen versetzten Quetschabschnitt für einen Kontakt mit einer Außenfläche des inneren Rohrglieds umfasst, wobei ein axial vorderes Ende des Quetschabschnitts axial von einem axial vorderen Ende des äußeren Rohrglieds mit einem Abstand von 1,5 mm oder weniger beabstandet ist.
1 ist eine Schnittansicht eines Gassensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Quetschabschnitts und des dazu benachbarten Teils eines äußeren Rohrglieds des Gassensors von 1, wobei der Axialabstand zwischen der Position P des vorderen Endes des Quetschabschnitts und dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds 0 mm beträgt.
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Quetschabschnitts und des dazu benachbarten Teils eines äußeren Rohrglieds des Gassensors von 1, wobei der Axialabstand zwischen der Position P des vorderen Endes des Quetschabschnitts und dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds 0,9 mm beträgt.
4 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Quetschabschnitts und des dazu benachbarten Teils eines äußeren Rohrglieds des Gassensors von 1, wobei der Axialabstand zwischen der Position P des vorderen Endes des Quetschabschnitts und dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds 2,2 mm beträgt.
5 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Quetschabschnitts und des dazu benachbarten Teils eines äußeren Rohrglieds des Gassensors von 1, wobei der Axialabstand zwischen der Position P des vorderen Endes des Quetschabschnitts und dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds 3,3 mm beträgt.
6 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Quetschabschnitts und des dazu benachbarten Teils eines äußeren Rohrglieds des Gassensors von 1, wobei der Axialabstand zwischen der Position P des vorderen Endes des Quetschabschnitts und dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds 4,3 mm beträgt.
7 ist ein Kurvendiagramm, das das Ergebnis einer FEM(Finitelementverfahren)-Analyse zeigt.
8 ist eine Schnittansicht eines Gassensors gemäß einer zweiten Ausführungsform.
9 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Quetschabschnitts und des dazu benachbarten Teils eines äußeren Rohrglieds des Gassensors von 8.
10 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Quetschabschnitts und des dazu benachbarten Teils eines Gassensors gemäß einer Variation der zweiten Ausführungsform.
Mit Bezug auf 1 wird zuerst ein Gassensor 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, der an einem Abgasrohr eines Kraftfahrzeugs installiert ist, um eine Sauerstoffkonzentration in einem durch das Abgasrohr strömenden Abgas zu erfassen.
Zuerst wird der Gassensor 1 beschrieben. Wie in 1 gezeigt, umfasst der Gassensor 1 ein Sensorelement 2, das an einem vorderen Ende geschlossen ist und dementsprechend eine Sackrohrform aufweist, einen keramischen Heizer 3, der in das Sackloch des Sensorelements 2 eingesteckt ist, ein Metallgehäuse 5, in dem das Sensorelement 2 gehalten wird, ein inneres Rohrglied 14, das mit einem hinteren Ende des Metallgehäuses 14 verbunden ist, und ein äußeres Rohrglied 16, das koaxial mit dem inneren Rohrglied angeordnet ist und in das eine hintere Seite des inneren Rohrglieds eingesteckt wird. Von den Axialrichtungen des in 1 gezeigten Sensorelements 2 wird die Richtung zu dem vorderen Endteil, der dem zu messenden Gas (Abgas) ausgesetzt wird, d. h. die Richtung zu der geschlossenen Endseite oder unteren Seite der Zeichnung als „nach vorne” bezeichnet, während die dazu entgegen gesetzte Richtung, d. h. die Richtung zu der oberen Seite der Zeichnung als „nach hinten” bezeichnet wird.
Im Folgenden wird das Sensorelement 2 beschrieben. Das Sensorelement 2 weist an einer axial vorderen Seite einen Erfassungsteil (kein Bezugszeichen) auf, an dem das Sensorelement 2 eine Gaskomponente in einem zu messenden Gas erfasst. Insbesondere umfasst das Sensorelement 2 einen für Sauerstoffionen leitenden Elektrolyten 28, der Yttriumteilstabilisiertes Zirkonoxid als Hauptbestandteil aufweist, eine innere Elektrodenschicht 27, die auf der Innenfläche des Sacklochs 25 des soliden Elektrolyten 28 vorgesehen ist, um beinahe die gesamte Fläche zu bedecken, und aus Pt oder einer Pt-Legierung ausgebildet ist, um eine poröse Elektrode zu bilden, sowie eine äußere Elektrode, die auf der Außenfläche des soliden Elektrolyten 28 ausgebildet ist, um eine poröse Elektrode ähnlich zu der Innenelektrode 27 zu bilden. Weiterhin ist das Sensorelement 2 mit einer porösen Elektrodenschutzschicht 99 versehen, die die äußere Elektrodenschicht 26 bedeckt und aus einer wärmebeständigen Keramik Wie etwa einem porösen Aluminiumoxid-Magnesiumoxid-Spinell ausgebildet ist. Weiterhin ist an einer axial benachbarten Zwischenposition des Sensorelements 2 ein Flanschteil 92 vorgesehen, der radial nach außen vorsteht. Weiterhin ist der keramische Heizer 3 stabförmig und mit einem Heizteil 42 versehen, der an seiner Innenseite einen Heizwiderstand aufweist. Wenn der keramische Heizer 3 über weiter unten beschriebene Heizeranschlussdrähte 19 und 22 mit Strom versorgt wird, heizt der Heizerteil 42 und erfüllt damit eine Funktion zum Heizen des Sensorelements 2 für eine Aktivierung des Sensorelements 2.
Im Folgenden wird das Metallgehäuse 5 beschrieben. Das Metallgehäuse 5 umfasst einen Außengewindeteil 66 für die Befestigung des Gassensors 1 an einem Befestigungsteil eines Abgasrohrs sowie einen hexagonalen Teil 93, der bei der Befestigung des Gassensors 1 an dem Befestigungsteil des Abgasrohrs durch ein Werkzeug gegriffen wird.
An einem vorderen Innenumfang des Metallgehäuses 5 ist ein Schulterteil 54 vorgesehen, der nach innen vorsteht. Auf dem Schulterteil 54 wird ein Halteglied 51 aus Aluminiumoxid über eine Dichtung 55 fixiert gehalten. Weiterhin wird das Sensorelement 2 durch das Metallgehäuse 5 gehalten, indem es an dem Flanschteil 51 auf dem Halteglied 51 gehalten wird. Zwischen einem Innenumfangsteil des Metallgehäuses 5, das an der Rückseite des Halteglieds 51 positioniert wird, und der Außenfläche des Sensorelements 2 ist ein Füllglied 52 aus einem Talkpulver gefüllt. An der Rückseite des Füllglieds 52 sind in einer Abfolge eine Hülse 53 aus Aluminiumoxid und ein kreisförmiger Ring 15 derart angeordnet, dass sie koaxial in das Metallgehäuse 5 eingesteckt sind.
Weiterhin sind an dem Außenumfang am vorderen Ende des Metallgehäuses 5 zwei Schutzglieder 81 und 82 aus Metall befestigt. Die zwei Schutzglieder 81 und 82 weisen eine Vielzahl von Gaseinlasslöchern auf und sind ausgebildet, um den Erfassungsteil des Sensorelements 2 zu bedecken, der von dem vorderen Ende des Metallgehäuses 5 vorsteht.
Im Folgenden wird das innere Rohrglied 14 beschrieben. Das innere Rohrglied 14 ist aus SUS304L gemäß JIS G3549 ausgebildet und weist ein vorderes Ende auf, das in das hintere Ende des Metallgehäuses 5 eingesteckt wird. Das innere Rohrglied 14 wird fix an dem Metallgehäuse 5 befestigt, indem ein hinteres Ende 60 des Metallgehäuses 5 gegen das innere Rohrglied 14 in einem Zustand gequetscht wird, in dem ein vorderes Ende 5 mit größerem Durchmesser anstoßend mit einem Ring 15 verbunden ist. Weiterhin ist der Gassensor 1 derart aufgebaut, dass das Quetschen des hinteren Endteils 60 des Metallgehäuses 5 veranlasst, dass das Füllglied 53 komprimiert und über die Hülse 53 gefüllt wird. Auf diese Weise wird das Sensorelement 2 wasserdicht in dem Metallgehäuse 5 gehalten.
Weiterhin ist das innere Rohrglied 14 mit einem Schulterteil 83 an einer axial benachbarten Zwischenposition versehen, wobei die Seite vor dem Schulterteil 83 als ein vorderer Teil 61 und die Seite hinter dem Schulterteil 83 als ein hinterer Teil 62 ausgebildet ist. Der hintere Teil 62 weist einen kleineren Innendurchmesser und Außendurchmesser auf als der vordere Teil 61, wobei sein Innendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser eines Hauptkörperteils 85 eines Trennglieds 7 ist, das weiter unten beschrieben wird. Weiterhin ist der hintere Teil 62 mit einer Vielzahl von Einlasslöchern 67 ausgebildet, die entlang des Umfangs mit vorbestimmten Intervallen angeordnet sind.
Im Folgenden wird das äußere Rohrglied 16 beschrieben. Das äußere Rohrglied 16 ist aus einem SUS304L-Blech gemäß JIS G3549 zu einer Rohrform geformt und umfasst einen hinteren Teil 63 mit einer Öffnung, die eine Kommunikation zwischen der Außen- und der Innenseite gestattet, einen vorderen Teil 64, der an einer vorderen Seite koaxial mit der hinteren Seite des inneren Rohrglieds 14 verbunden ist, und einen Schulterteil 35, der den hinteren Teil 63 mit dem vorderen Teil 64 verbindet. Weiterhin ist der hintere Teil 63 mit einem Quetschabschnitt 88 ausgebildet, der das elastische Dichtungsglied 11 wasserdicht fixiert hält.
Weiterhin ist an der Außenseite des hinteren Teils 62 des inneren Rohrglieds 14 ein rohrförmiges Filter 68 angeordnet, um das Eindringen von Wasser aus den Lufteinlasslöchern 67 zu verhindern. Weiterhin ist das Filter 68 als wasserabstoßendes Filter ausgebildet, das den Durchgang einer hauptsächlich aus Wasser bestehenden Flüssigkeit verhindert, während es andererseits den Durchgang eines Gases wie etwa Luft gestattet. Das Filter 68 kann zum Beispiel einen porösen, faserigen Aufbau aus Polytetrafluorethylen (vertrieben unter der Handelsbezeichnung Gore-Tex durch die Japan Gore-Tex Co., Ltd.) aufweisen.
Weiterhin ist der vordere Teil 64 des äußeren Rohrglieds 16 derart geformt, dass es das innere Rohrglied 14 (und insbesondere den hinteren Teil 62) mit dem darauf angeordneten Filter 68 umgibt und an einer dem Filter 68 entsprechenden Position mit einer Vielzahl von Lufteinlasslöchern 84 versehen ist, die entlang des Umfangs mit vorbestimmten Intervallen angeordnet sind.
Im Folgenden wird die Verbindung zwischen dem inneren Rohrglied 14 und dem äußeren Rohrglied 16 beschrieben. Wie in 1 gezeigt, werden das äußere Rohrglied 16 und das innere Rohrglied 14 durch einen ersten Quetschabschnitt 56 fixiert, der ausgebildet wird, indem über das Filter 68 wenigstens ein Teil des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16, der weiter hinten als die Lufteinlasslöcher 84 angeordnet ist, radial nach innen gerichtet gequetscht wird und indem ähnlich über das Filter 68 wenigstens ein Teil des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16, der weiter vorne als die Lufteinlasslöcher 84 angeordnet ist, radial nach innen gerichtet gequetscht wird. Dabei wird das Filter 68 in einem wasserdichten Zustand zwischen dem äußeren Rohrglied 16 und dem inneren Rohrglied 14 gehalten. Weiterhin ist der vordere Teil 64 des äußeren Rohrglieds 16 derart angeordnet, dass er den vorderen Teil 61 des inneren Rohrglieds 14 überlagert. Indem weiterhin ein Teil eines überlagernden Teils des äußeren Rohrglieds 16 radial nach innen gegen das innere Rohrglied 14 gequetscht wird, wird ein Quetschabschnitt 75 mit einem reduzierten Durchmesser ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform wird der Quetschabschnitt 75 angepasst, um an dem vorderen Ende des oben beschriebenen überlagernden Teils positioniert zu werden. Die Position, an welcher der Quetschabschnitt 75 ausgebildet ist, ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung und wird weiter unten näher erläutert.
Indem das äußere Rohrglied 16 durch Quetschen an dem inneren Rohrglied 14 fixiert wird, werden die beiden Rohrglieder passend und ohne Spiel miteinander verbunden. Die als Bezugsgas dienende Luft wird durch Lufteinführlöcher 84, das Filter 68 und Lufteinlasslöcher 67 in das Sackloch 25 des Sensorelements 2 eingeführt. Andererseits wird verhindert, dass ein Wassertropfen in das Innere des inneren Rohrglieds 14 eindringt, weil dieser das Filter 68 nicht passieren kann.
Im Folgenden wird der Innenaufbau des inneren Rohrglied 14 und des äußeren Rohrglieds 16 beschrieben. Wie in 1 gezeigt, ist an der Innenseite des hinteren Teils 62 des inneren Rohrglieds 14 das oben beschriebene Trennglied 7 angeordnet, das hohl und beinahe zylindrisch ist. Das Trennglied 7 ist mit Anschlussdraht-Einstecklöchern 71 ausgebildet, die sich zwischen dem vorderen Ende und dem hinteren Ende erstrecken und in die Sensorelement-Anschlussdrähte 20, 21 und Heizeranschlussdrähte 19, 22 eingeführt sind, um sich durch dieselben zu erstrecken. Weiterhin ist das Trennglied 7 mit einem Haltesackloch 95 ausgebildet, das sich an der vorderen Endfläche öffnet. In das Halteloch 95 wird ein hinterer Teil des keramischen Heizers 3 eingesteckt, wobei durch die anstoßende Verbindung einer hinteren Endfläche des keramischen Heizers 3 mit einer unteren Fläche des Haltelochs 95 die Axialposition des keramischen Heizers 3 relativ zu dem Trennglied 7 bestimmt wird.
Weiterhin weist das Trennglied 7 einen Hauptkörperteil 85 auf, der in das hintere Innere des inneren Rohrglieds 14 eingesteckt wird, und einen Flanschteil 86, der sich von dem hinteren Ende des Hauptkörperteils 85 radial nach außen erstreckt. Das Trennglied 7 ist innerhalb des äußeren Rohrglieds 16 angeordnet, wobei der Hauptkörperteil 85 in das innere Rohrglied 14 eingesteckt ist und der Flanschteil 86 auf der hinteren Endfläche des inneren Rohrglieds 14 über ein ringförmiges Dichtungsglied 40 aus Fluorkautschuk gehalten wird.
Andererseits ist an der hinteren Seite des Trennglieds 7 das elastische Dichtungsglied 11 aus Fluorkautschuk oder ähnlichem angeordnet, das eine hervorragende Wärmebeständigkeit aufweist. Dieses elastische Dichtungsglied 11 weist einen Hauptkörperteil 31 und einen Flanschteil 32 auf, der sich radial von einem vorderen Ende des Hauptkörperteils 31 nach außen erstreckt. Weiterhin ist das elastische Dichtungsglied 11 mit vier Anschlussdraht-Einstecklöchern 17 ausgebildet, die sich axial durch den Hauptkörperteil 31 erstrecken. Das elastische Dichtungsglied 11 wird in das hintere Innere des äußeren Rohrglieds 16 eingesteckt und an dem äußeren Rohrglied 16 über den Quetschabschnitt 88 des äußeren Rohrglieds 16 fixiert.
Weiterhin sind die Sensorelement-Anschlussdrähte 20, 21 und die Heizeranschlussdrähte 19, 22 derart angeordnet, dass sie sich durch die Anschlussdraht-Einstecklöcher 71 des Trennglieds 7 und die Anschlussdraht-Einstecklöcher 17 des elastischen Dichtungsglieds 11 erstrecken und dann aus dem Inneren des inneren Rohrglieds 14 und des äußeren Rohrglieds 16 nach außen austreten können. Diese vier Anschlussdrähte 19, 20, 21 und 22 sind an der Außenseite mit Steckern (nicht gezeigt) verbunden. Über diese Stecker erfolgt eine Übertragung von elektrischen Signalen zwischen externen Vorrichtungen wie etwa einer ECU und den entsprechenden Anschlussdrähten 19, 20, 21 und 22.
Weiterhin ist jeder der (nicht im Detail gezeigten) Anschlussdrähte 19, 20, 21 und 22 derart aufgebaut, dass ein Leiter durch eine isolierende Schicht aus Kunstharz bedeckt und an dem hinteren Ende mit dem Steckeranschluss eines Steckers verbunden ist. Das vordere Ende des Leiters des Sensoranschlussdrahtes 20 wird durch Quetschen mit dem hinteren Ende des Metallanschlussglieds 43 verbunden, das auf die Außenfläche des Sensorelements 2 gepasst ist. Das vordere Ende des Sensoranschlussdrahts 21 wird durch Quetschen mit dem hinteren Ende eines Metallanschlussglieds 44 verbunden, das in den Innenumfang des Sensorelements 2 pressgepasst ist und elektrisch mit der inneren Elektrodenschicht 27 verbunden ist. Weiterhin sind die Heizeranschlussdrähte 19, 22 mit entsprechenden Metallanschlussgliedern am Heizer verbunden, die wiederum mit den Heizwiderständen des keramischen Heizers 3 verbunden sind.
Im Folgenden wird die Position, an welcher der Quetschabschnitt 75 ausgebildet ist, beschrieben. Diese Position ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung. In dem Gassensor 1 der vorliegenden Ausführungsform wird der Quetschabschnitt 75 derart angepasst, dass er an der vordersten Seite des überlappenden Abschnitts des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds und des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 positioniert ist. Dadurch wird das vordere Ende 64a des äußeren Rohrglieds 16 gegen die Außenfläche des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 gequetscht, damit das vordere Ende 64a des äußeren Rohrglieds 16 passend mit der Außenfläche des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 verbunden wird oder dieses kontaktiert. Auf diese Weise wird kein Zwischenraum 90 (siehe 3 und 4) zwischen der Innenfläche des vorderen Endteils 64a des äußeren Rohrglieds 16 und der Außenfläche des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 gebildet, sodass dazwischen kein Salzwasser gelagert werden kann. Weil kein Salzwasser gelagert wird, können der vordere Teil 61 des inneren Rohrglieds 14 und der vordere Teil 64 des äußeren Rohrglieds 16 nicht korrodieren.
Weiterhin weist das äußere Rohrglied 16 eine Dicke von 0,8 mm auf und weist das innere Rohrglied 14 eine Dicke von 1,6 mm auf. Indem also das äußere Rohrglied 16 dünner als das innere Rohrglied 14 vorgesehen wird, kann das durch den Quetschabschnitt 75 verursachte Rückfedern weiter reduziert werden. Daraus resultiert, dass das äußere Rohrglied 16 an dem Quetschabschnitt 75 mit einer besseren Passung mit der Außenfläche des inneren Rohrglieds 14 verbunden werden bzw. diese kontaktieren kann. Wenn weiterhin die Dicke des äußeren Rohrglieds 16 im Bereich zwischen 0,3 und 0,8 mm liegt, kann eine Reduktion des Oberflächendrucks gegen das innere Rohrglied an dem Quetschabschnitt 75 effektiv verhindert werden.
Weiterhin liegt die Vickers-Härte (HV) des äußeren Rohrglieds 16 an dem Quetschabschnitt 75 bei 140 und liegt die Vickers-Härte (HV) des inneren Rohrglieds 14 an dem Quetschabschnitt 75 bei 370. Indem also der Gassensor 1 derart aufgebaut wird, dass die Vickers-Härte des äußeren Rohrglieds 16 an dem Quetschabschnitt 75 geringer ist als diejenige des inneren Rohrglieds 14 an dem Quetschabschnitt 75, kann das an dem Quetschabschnitt 75 verursachte Rückfedern weiter reduziert werden, sodass die Passung, mit der das äußere Rohrglied 16 an dem Quetschabschnitt 75 mit der Außenfläche des inneren Rohrglieds 14 verbunden wird, verbessert werden kann. Indem weiterhin Austenitedelstahl für das äußere Rohrglied 16 verwendet wird, kann eine Reduktion des Oberflächendrucks gegen das innere Rohrglied 14 an dem Quetschabschnitt 75 effektiv verhindert werden.
Um eine Variation des Effekts in Abhängigkeit von der Ausbildungsposition des Quetschabschnitts 75 zu erkennen, wurden die beiden folgenden Bewertungstests durchgeführt. In dem ersten Bewertungstest wurde eine Variation in der Form des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16 in Abhängigkeit von einer Variation der Ausbildungsposition des Quetschabschnitts 75 bewertet. In dem zweiten Bewertungstest wurde durch eine FEM-Analyse eine Variation in dem Oberflächendruck gegen den vorderen Teil 61 des inneren Rohrglieds 14 an dem Quetschabschnitt 75 in Abhängigkeit von einer Variation in der Ausbildungsposition des Quetschabschnitts 75 analysiert.
Im Folgenden wird zuerst der erste Bewertungstest beschrieben. Für den ersten Bewertungstest wurden eine Vielzahl von Beispielen des Gassensors 1 vor dem Quetschen des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16 vorbereitet. Die Quetscharbeit des vorderen Teils 64 jedes Beispiels wurden derart durchgeführt, dass sich die Beispiele hinsichtlich der Ausbildungsposition des Quetschabschnitts 75 voneinander unterscheiden, wobei aber die Ausbildungspositionen jeweils in dem überlagernden Teil des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16 und des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 vorgesehen sind. Dann wurde die Form des vorderen Endes des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16 an dem überlagernden Teil in jedem der Beispiele bewertet. In der folgenden Beschreibung wird die Position des vorderen Endes des Quetschabschnitts 75 durch P bezeichnet. Indem die Distanz zwischen der Position P des vorderen Endes des Quetschabschnitts 75 und dem vorderen Teil 64 des äußeren Rohrglieds 16 verschieden angepasst wurde, wurde die Ausbildungsposition des Quetschabschnitts 75 angepasst.
Im Folgenden wird die Form des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16 an dem überlagernden Teil in jedem Beispiel beschrieben. Wie zum Beispiel in 2 gezeigt, ist die Distanz zwischen der Position P des vorderen Endes des Quetschabschnitts 75 und dem vorderen Ende 64a des äußeren Rohrglieds 16 gleich 0 (null) mm, wobei der weiter unten beschriebene Randabschnitt 70 (siehe 3) nicht vorgesehen ist. Dagegen ist in dem Fall von 3 die Distanz zwischen der Position P des vorderen Endes des Quetschabschnitts 75 und dem vorderen Ende 64a des äußeren Rohrglieds 16 gleich 0,9 mm, wobei der Randabschnitt 70 an der vorderen Seite des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16 ausgebildet ist und wobei das vordere Ende 64a etwas nach außen erweitert ist. Die Axiallänge des Randabschnitts 70 entspricht der Distanz zwischen der Position P des vorderen Endes des Quetschabschnitts und dem vorderen Ende 64a des äußeren Rohrglieds 16 und ist also gleich 0,9 mm. Weiterhin ist innerhalb des Randabschnitts 70 ein Zwischenraum 90 mit einem beinahe ringförmigen Querschnitt ausgebildet.
Wenn wie weiterhin in 4 und 5 gezeigt die Ausbildungsposition des Quetschabschnitts 75 derart axial nach hinten verschoben wird, dass die Distanz zwischen der Position P des vorderen Endes des Quetschabschnitts 75 und dem vorderen Ende 64a des äußeren Rohrglieds 16 gleich 2,2 mm oder 3,3 mm ist, wird die Axiallänge des Randabschnitts 70 auf 2,2 mm oder 3,3 mm verlängert. In Reaktion darauf, wird die Axiallänge des Zwischenraums 90 verlängert. Wie also in 6 gezeigt, wird die Ausbildungsposition des Quetschabschnitts 75 derart verschoben, dass sie an dem hintersten Abschnitt oder dem dazu benachbarten Abschnitt des überlagernden Teils des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 15 und des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 positioniert wird, sodass die Distanz zwischen der Position P des vorderen Endes des Quetschabschnitts und dem vorderen Ende 64a des äußeren Rohrglieds 16 gleich 4,3 mm ist und die Länge des Randabschnitts 70 auf 4,3 mm verlängert ist. In Reaktion darauf wird die Axiallänge des Zwischenraums 90 verlängert.
Wenn also die Ausbildungsposition des Quetschabschnitts 75 axial nach hinten verschoben wird, wird die Axiallänge des Randabschnitts 70 an der vorderen Seite des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16 verlängert. Wenn weiterhin der Randabschnitt 70 in der Axiallänge verlängert wird, wird der Zwischenraum 90 in der Axiallänge verlängert, sodass die Menge des in dem Zwischenraum 90 gelagerten Salzwassers vergrößert wird. Weil in diesem Fall eine chemische Reaktion zwischen der Außenfläche des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 und der Innenfläche des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16 wahrscheinlicher ist, können der vordere Teil 61 des inneren Rohrglieds 14 und der vordere Teil 64 des äußeren Rohrglieds 16 korrodieren. Indem also wie in dieser Ausführungsform die Ausbildungsposition des Quetschabschnitts 75 an der Vorderseite des überlagernden Teils des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16 und des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 vorgesehen wird, kann der ansonsten an der Vorderseite des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16 gebildete Randabschnitt 16 wie in 2 gezeigt beseitigt oder verkleinert werden, wodurch gleichzeitig der Zwischenraum 90 beseitigt oder verkleinert wird, sodass eine Korrosion des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 und des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16 verhindert werden kann.
Im Folgenden wird der zweite Bewertungstest beschrieben. In dem zweiten Bewertungstest wird die Ausbildungsposition des Quetschabschnitts 75 in dem Bereich des überlagernden Teils des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16 und des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 variiert, wobei der durch den Quetschabschnitt 75 gegen die Außenfläche des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 ausgeübte Oberflächendruck durch die FEM-Analyse bewertet wird.
Im Folgenden wird die FEM-Analyse beschrieben. Zuerst wird SUS430 für das innere Rohrglied 14 und das äußere Rohrglied 16 verwendet. Der vordere Teil 61 des inneren Rohrglieds 14 und der vordere Teil 64 des äußeren Rohrglieds 16 sind vor dem Quetschen derart geformt, dass der vordere Teil 61 des inneren Rohrglieds 14 einen Außendurchmesser von 13,8 mm und einen Innendurchmesser von 12,2 mm aufweist, während der vordere Teil 64 des äußeren Rohrglieds 16 einen Außendurchmesser von 15,1 mm und einen Innendurchmesser von 14,3 mm aufweist. Nach dem Quetschen ist der Außendurchmesser des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16 gleich 13,65 mm. Dabei wurde der Oberflächendruck gegen die Außenfläche des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 an dem Quetschabschnitt 75 berechnet, wenn das Quetschen durchgeführt wird, bis der vordere Teil 64 des äußeren Rohrglieds 16 auf 13,65 mm reduziert wird. Es wurden vier Beispiele für die Bewertung vorbereitet, wobei die Axiallängen der Randabschnitte 70 zuwischen 0 und 5,2 mm variierten. Auf der Basis der Analysebedingung wurde die Beziehung zwischen der Axiallänge des Randabschnitts 70 und dem Oberflächendruck in allen Beispielen erhalten.
Im Folgenden wird das Ergebnis der FEM-Analyse beschrieben. Dabei wird der Oberflächendruck relativ zu der Axiallänge des Randabschnitts 70 durch das Verhältnis wiedergegeben, wenn der durch die Berechnung erhaltene Oberflächendruck im Fall einer Axiallänge des Randabschnitts von 3,3 mm als 1 (eins) bestimmt wird. Wie in 7 gezeigt ist das Verhältnis zum Beispiel gleich 2,5, wenn die Länge des Randabschnitts 70 gleich 0 mm ist (siehe 2), gleich 2,2 bei einer Länge von 0,9 mm (siehe 2), gleich 1,3 bei einer Länge von 2,2 mm (siehe 4) und gleich 0,9 bei einer Länge von 4,3 mm (siehe 5), wobei das Verhältnis allgemein durch eine S-förmige Kurve wiedergegeben werden kann, sie nach rechts hin nach unten geht. Der Oberflächendruck wird scharf reduziert, wenn die Axiallänge des Randabschnitts 70 länger als 1 mm ist, und ändert sich wie durch die Kurvenlinie angegeben, wenn die Axiallänge des Randabschnitts 70 gleich 1,3 mm und 1,5 mm ist, wobei er eine Tendenz zu einer allmählichen Reduktion aufweist, wenn die Axiallänge des Randabschnitts 70 größer als 3 mm ist.
Es wird davon ausgegangen, dass der Oberflächendruck aus dem folgenden Grund gesenkt wird. Der vordere Teil 64 des äußeren Rohrglieds 16 erfährt beim Quetschen denselben Effekt wie ein Metallblech, das gebogen wird. Wenn der Druck unmittelbar nach dem Quetschen weggenommen wird, federt der vordere Teil 64 des äußeren Rohrglieds 16 zurück, d. h. der Quetschabschnitt 75 federt zurück, indem er durch den Randabschnitt 70 gezogen wird. Dementsprechend dehnt sich der gesamte Quetschabschnitt 75 radial nach außen, wobei davon ausgegangen wird, dass deshalb der Oberflächendruck des Quetschabschnitts 75 gegen die Außenfläche des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 reduziert wird. Aus der oben beschriebene Analyse geht hervor, dass je stärker der Oberflächendruck an dem Quetschabschnitt reduziert wird, desto stärker die Axiallänge des Randabschnitts 70 verlängert wird, sodass die Passung des Kontakts zwischen dem Quetschabschnitt 75 und der Außenfläche des vorderen Teils 61 verbessert werden kann, indem die Ausbildungsposition des Quetschabschnitts 75 derart angepasst wird, dass die Axiallänge des Randabschnitts 70 gleich 1,5 mm oder weniger (vorzugsweise gleich 1,3 mm oder noch besser gleich 1,0 mm) ist.
Wie beschrieben, wird in dem Gassensor der vorliegenden Ausführungsform die Ausbildungsposition des Quetschabschnitts 75 derart angepasst, dass sie sich ganz vorne an dem überlagernden Teil des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16 und des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 befindet. Insbesondere wird die Position P an dem vorderen Ende des Quetschabschnitts 75 und das vordere Ende 64a des äußeren Rohrglieds 16 derart angepasst, dass sie an derselben Position angeordnet sind (d. h. der Abstand zwischen denselben gleich 0 mm ist). Dadurch wird das vordere Ende 64a des äußeren Rohrglieds 16 gegen die Außenfläche des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 gequetscht, sodass das vordere Ende 64a des äußeren Rohrglieds 16 passend mit der Außenfläche des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 verbunden werden kann. Weil weiterhin kein Zwischenraum zwischen der Innenfläche des vorderen Endes 64a des äußeren Rohrglieds 16 und der Außenfläche des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 gebildet wird, wird kein Salzwasser gelagert, sodass das innere Rohrglied 14 und das äußere Rohrglied 16 nicht korrodieren können.
Wenn die Ausbildungsposition des Quetschabschnitts 75 von dem vorderen Ende 46a des äußeren Rohrglieds 16 nach hinten verschoben wird, wird der Randabschnitt 70 an dem vorderen Ende des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16 gebildet. Dieser Randabschnitt 70 verursacht das Rückfedern an dem vorderen Teil 64 des äußeren Rohrglieds 16. Indem in dieser Ausführungsform der Quetschabschnitt 75 ganz vorne an dem überlagernden Teil des vorderen Abschnitts 64 des äußeren Rohrglieds 16 und des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 ausgebildet wird, wird kein Randabschnitt 70 gebildet. Dadurch kann das Rückfedern vermieden werden, wodurch verhindert werden kann, dass die Passung des Kontakts zwischen dem Quetschabschnitt 75 und dem vorderen Teil 61 des inneren Rohrglieds 14 reduziert wird.
Der Sensor und der Gassensor der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern es können verschiedene Modifikationen und Variationen vorgenommen werden. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird der ansonsten an der Vorderseite des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16 gebildete Randabschnitt 70 beseitigt, indem der Quetschabschnitt 75 ganz vorne an dem überlagernden Teil des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16 und des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 ausgebildet wird, wobei es jedoch ausreicht, wenn die Distanz zwischen dem vorderen Ende 64a des äußeren Rohrglieds 16 und der Position P des vorderen Endes des Quetschabschnitts 75 gleich 1,5 mm oder kleiner ist.
Die oben beschriebene Ausführungsform ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass der Randabschnitt 70 beseitigt wird, indem die Ausbildungsposition des Quetschabschnitts 75 ganz vorne an dem überlagernden Teil des vorderen Teils 64 des äußeren Rohrglieds 16 und des vorderen Teils 61 des inneren Rohrglieds 14 ausgebildet wird, wobei es jedoch auch ausreicht, wenn der Randabschnitt 70 abgeschnitten wird, nachdem der Quetschabschnitt 75 ausgebildet wurde.
Weiterhin ist die vorliegende Ausführungsform nicht auf eine bestimmte Quetschbreite des Quetschabschnitts 75 beschränkt.
Weiterhin werden in der oben beschriebenen Ausführungsform das äußere Rohrglied 16 und das innere Rohrglied 14 durch den Quetschabschnitt 75 fixiert, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist, sondern auch der axial zentrale Teil des Quetschabschnitts 75 durch ein Laserschweißen verarbeitet werden kann, nachdem der Quetschabschnitt 75 ausgebildet wurde.
Weiterhin wird in der oben beschriebenen Ausführungsform der Quetschabschnitt 75 an einer Position vorgesehen, an der das äußere Rohrglied 16 und das innere Rohrglied 14 direkt miteinander in Kontakt sind, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist, sondern auch auf den Gassensor 100 von 8 angewendet werden kann.
Der Gassensor 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform umfasst ein Sensorelement 102 in der Form einer sich axial erstreckenden Platte, ein Metallgehäuse 105, in dem das Sensorelement 102 gehalten wird, ein inneres Rohrglied 114, das mit einem hinteren Ende des Metallgehäuses 105 verbunden ist, und ein äußeres Rohrglied 116, das koaxial mit dem inneren Rohrglied 114 angeordnet ist und in dem eine hintere Seite des inneren Rohrglieds 114 angeordnet ist.
Das Sensorelement 102 umfasst ein Erfassungselement 128 zum Erfassen einer bestimmten Gaskomponente in einem zu messenden Gas sowie einen keramischen Heizer 103, die einstückig miteinander ausgebildet sind und einen aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau aufweisen. Das Metallgehäuse 105 weist einen Gewindeteil 166 für die Befestigung des Gassensors 100 an einem Abgasrohr und einen hexagonalen Teil 193 auf, der bei der Befestigung des Gassensors 100 an dem Abgasrohr durch ein Werkzeug gegriffen wird. Mit einem Schulterteil 154 des Metallgehäuses 105 ist ein Halteglied 151 aus Aluminiumoxid verbunden. Das Sensorelement 102 ist über eine Glasdichtung 152 an dem Halteglied 151 fixiert.
Weiterhin sind an dem vorderen Ende des Metallgehäuses 105 zwei Metallschutzglieder 181 und 182 fixiert, die den vorderen Endteil des Sensorelements bedecken, der von dem Metallgehäuse 105 vorsteht, und eine Vielzahl von Gaseinlasslöchern (kein Bezugszeichen) aufweisen.
Im Folgenden wird das innere Rohrglied 114 beschrieben. Das innere Rohrglied 114 wird an der vorderen Seite in die hintere Seite des Metallgehäuses 105 eingesteckt. Weiterhin ist das innere Rohrglied 114 an einem axialen Zwischenteil mit einem Schulterteil 183 versehen, wobei an einer vorderen Seite des Schulterteils 183 ein Teil mit kleinerem Durchmesser bzw. ein vorderer Teil 161 und an einer hinteren Seite des Schulterteils 183 ein Teil mit größerem Durchmesser bzw. ein hinterer Teil 162 vorgesehen sind. Der Schulterteil 183 verbindet den vorderen Teil 161 mit dem hinteren Teil 162. Weiterhin ist der hintere Teil 162 mit einer Vielzahl von Lufteinlasslöchern 167 versehen, die mit vorbestimmten Intervallen entlang des Umfangs angeordnet sind.
Weiterhin ist im Inneren des vorderen Teils 161 des inneren Rohrglieds 114 ein hohles, beinahe zylindrisches Trennglied 107 vorgesehen. In das Trennglied 107 sind Verbindungsanschlüsse 143 (nur zwei davon sind in 8 gezeigt) eingesteckt, die mit Sensorelement-Anschlussdrähten 120, 121 und Heizer-Anschlussdrähten 119, 122 verbunden sind. Weiterhin ist im Inneren des hinteren Teils 162 des inneren Rohrglieds 114 ein elastisches Dichtungsglied 111 aus Fluorkautschuk angeordnet, das eine gute Wärmebeständigkeit und ähnliche Eigenschaften aufweist. Das elastische Dichtungsglied 111 ist mit vier Anschlussdraht-Einstecklöchern 117 versehen, die sich axial durch dasselbe erstrecken.
Das äußere Rohrglied 116 wird radial nach innen gegen das innere Rohrglied 114 gequetscht. Insbesondere umfasst das äußere Rohrglied 116 wie in 9 gezeigt an der Rückseite des Filters 168 einen Quetschabschnitt 156, der direkt gegen das innere Rohrglied 156 gequetscht wird, an der Rückseite der Lufteinlasslöcher 184 einen Quetschabschnitt 157, der über das Filter 168 gegen das innere Rohrglied 114 gequetscht wird, und an der Vorderseite der Lufteinlasslöcher 184 einen Quetschabschnitt 175, der über das Filter 168 gegen das innere Rohrglied 114 gequetscht wird.
Die Distanz zwischen der Position P des vorderen Endes des Quetschabschnitts 175, und dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds 116 ist gleich 1,5 mm oder weniger. Indem das vordere Ende des Quetschabschnitts 175 derart angeordnet wird, dass es axial von dem vordere Ende des äußeren Rohrglieds 116 mit 1,5 mm oder weniger beabstandet ist, wird kein Zwischenraum zwischen dem Quetschabschnitt 175 und der Außenfläche des hinteren Teils 162 des inneren Rohrglieds 114 gebildet, sodass kein Salzwasser gelagert wird und das innere Rohrglied 114 und das äußere Rohrglied 116 nicht korrodieren können. Weiterhin kann verhindert werden, dass die Passung der Verbindung zwischen dem Quetschabschnitt 175 und dem hinteren Teil 162 des inneren Rohrglieds 114 herabgesetzt wird.
Weiterhin wird die Axialdistanz t1 zwischen dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds 116 und dem vorderen Ende des Filters 168 auf 0,2 mm gesetzt. Indem die Axialdistanz t1 zwischen dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds 116 und dem vorderen Ende des Filters 168 auf 0,3 mm oder weniger gesetzt wird, kann die Axiallänge zwischen dem vorderen Ende des Filters 168 und dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds 116 auf einen wünschenswert kleinen Wert reduziert werden. Dementsprechend kann der Zwischenraum, der an der vorderen Seite des Filters 168 und zwischen dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds 116 und dem vorderen Ende des inneren Rohrglieds 114 gebildet wird, kleiner vorgesehen werden, sodass verhindert werden kann, dass das innere Rohrglied 114 und das äußere Rohrglied 116 durch zwischen denselben gelagertes Salzwasser korrodiert und die Erfassungsgenauigkeit des Gassensors 100 herabgesetzt wird.
Weiterhin wird die Axialdistanz t2 zwischen dem Schulterteil 183 des inneren Rohrglieds 114 und dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds 116 auf 0,6 mm gesetzt. Dadurch wird die Axialdistanz t2 zwischen dem inneren Schulterteil 183 und dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds 116 auf 0,5 mm oder mehr gesetzt, wobei die Axiallänge zwischen dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds 116 und dem Schulterteil 183 auf einen beliebig großen Wert gesetzt werden kann. Dementsprechend kann verhindert werden, dass Salzwasser aufgrund der Oberflächenspannung für eine längere Zeitdauer zwischen dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds 116 und dem Schulterteil 183 gehalten wird. Es kann also verhindert werden, dass das innere Rohrglied 114 und das äußere Rohrglied 116 durch das gelagerte Salzwasser korrodieren und die Erfassungsgenauigkeit des Sensors herabgesetzt wird.
Weiterhin ist ein Sensor gemäß einer Variation der zweiten Ausführungsform in 10 gezeigt. Diese Variation unterscheidet sich von der Ausführungsform von 8 und 9 nur durch die Position des Filters, sodass in 10 lediglich ein anderer Teil gezeigt ist.
Außerhalb des hinteren Teils 162 des inneren Rohrglieds 114 ist ein rohrförmiges Filter 168 angeordnet, das das Eindringen von Wasser durch die Lufteinlasslöcher 167 verhindert. Weiterhin ist das äußere Rohrglied 116 derart angeordnet, dass es die Peripherien des Filters 168 und des hinteren Teils 162 des inneren Rohrglieds 114 bedeckt. Das äußere Rohrglied 116 ist weiterhin an der dem Filter 168 entsprechenden Position mit einer Vielzahl von Lufteinlasslöchern 184 versehen, die mit vorbestimmten Intervallen entlang des Umfangs angeordnet sind.
Das vordere Ende des Filters 168 ist weiter vorne als das vordere Ende des äußeren Rohrglieds 116 angeordnet. Weil das vordere Ende des Filters 168 von dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds 116 vorsteht, kann ein Zwischenraum zwischen dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds 116 und dem vorderen Ende des inneren Rohrglieds 114 beseitigt werden, wodurch verhindert werden kann, dass das innere Rohrglied 114 und das äußere Rohrglied 116 durch gelagertes Salzwasser korrodiert werden und die Erfassungsgenauigkeit des Gassensors 100 verschlechtert wird.
Aus den vorstehenden Erläuterungen geht hervor, dass gemäß der vorliegenden Erfindung das vordere Ende des Quetschabschnitts mit einem Abstand von 1,5 mm oder weniger von dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds beabstandet ist, sodass die Axialdistanz zwischen dem vorderen Ende des Quetschabschnitts und dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds auf einen wünschenswert kleinen Wert reduziert werden kann. Dementsprechend kann der Zwischenraum zwischen der vorderen Seite des äußeren Rohrglieds und der vorderen Seite des inneren Rohrglieds beseitigt oder verkleinert werden, wodurch verhindert wird, dass das innere Rohrglied und das äußere Rohrglied durch Salzwasser korrodiert werden und die Erfassungsgenauigkeit des Sensors herabgesetzt wird. Weiterhin kann das Rückfedern des Quetschabstands des äußeren Rohrglieds reduziert werden. Dadurch kann eine Verminderung des durch den Quetschabschnitt gegen das innere Rohrglied ausgeübten Oberflächendrucks verhindert werden, wodurch die Passung der Verbindung zwischen dem vorderen Ende des Quetschabschnitts und der Außenfläche des inneren Rohrglieds verbessert werden kann. Wenn dabei die Axialdistanz des vorderen Endes des Quetschabschnitts zu dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds größer als 1,5 mm ist, kann der vorstehende Effekt nicht erzielt werden.
Um eine Korrosion des inneren Rohrglieds und des äußeren Rohrglieds zu verhindern, wird die Distanz zwischen dem vorderen Ende der Quetschabschnitts und dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds vorzugsweise mit 0 (null) mm vorgesehen. Es kann jedoch auch der Fall auftreten, dass während des Quetschens zum Ausbilden des Quetschabschnitts ein Quetschwerkzeug derart bewegt wird, dass es axial von dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds vorsteht, sodass die axiale Breite des resultierenden Quetschabschnitts kleiner als gewünscht wird. Um also den Quetschabschnitt zuverlässig mit einer gewünschten Breite auszubilden, wird vorzugsweise das vordere Ende des Quetschabschnitts axial von dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds mit einem Abstand von 0,3 mm oder mehr beabstandet angeordnet.
Es ist weiterhin zu beachten, dass dadurch, dass das vordere Ende des Quetschabschnitts mit einem axialen Abstand von 1,3 mm oder weniger zu dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds angeordnet wird, eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit des Sensors verhindert werden kann, wobei weiterhin die Passung bei der Verbindung zwischen dem vorderen Ende des Quetschabschnitts und der Außenfläche des inneren Rohrglieds verbessert werden kann. Indem das vordere Ende des Quetschabschnitts mit einem axialen Abstand von 1,0 oder weniger zu dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds angeordnet wird, kann die Erfassungsgenauigkeit des Sensors effektiver verbessert werden und kann die Passung bei der Verbindung zwischen dem vorderen Ende des Quetschabschnitts mit der Außenfläche des inneren Rohrglieds effektiver verbessert werden.
Es ist weiterhin zu beachten, dass die oben beschriebenen Effekte der vorliegenden Erfindung auch durch einen Sensor erzielt werden können, der ausgebildet ist, um eine Gaskomponente eines zu messenden Gases mithilfe eines an einer vorderen Seite angeordneten Erfassungsabschnitts zu erfassen.
Es ist weiterhin zu beachten, dass gemäß der vorliegenden Erfindung das äußere Rohrglied dünner als das innere Rohrglied ist, sodass das Rückfedern an dem Quetschabschnitt des äußeren Rohrglieds weiter reduziert werden kann. Dadurch kann eine weitere Verminderung des durch den Quetschabschnitt gegen die Außenfläche des inneren Rohrglieds ausgeübten Oberflächendrucks verhindert und damit die Passung bei der Verbindung zwischen dem vorderen Ende des Quetschabschnitts und der Außenfläche des inneren Rohrglieds verbessert werden. Wenn das äußere Rohrglied dicker als das innere Rohrglied ist, kann der oben beschriebene Effekt nicht erzielt werden.
Es ist weiterhin zu beachten, dass bei einer Dicke des äußeren Rohrglieds im Bereich zwischen 0,3 und 0,8 mm effektiv verhindert werden kann, dass der durch den Quetschabschnitt auf das innere Rohrglied ausgeübte Oberflächendruck vermindert wird. Wenn die Dicke jedoch kleiner als 0,3 mm ist, kann die Stärke des äußeren Rohrglieds kleiner als gewünscht werden. Wenn die Dicke dagegen größer als 0,8 mm ist, kann der oben beschriebene Effekt nicht erzielt werden.
Es ist weiterhin zu beachten, dass die Vickers-Härte des äußeren Rohrglieds an dem Quetschabschnitt niedriger ist als diejenige des inneren Rohrglieds an dem Quetschabschnitt, sodass das Rückfedern an dem Quetschabschnitt des äußeren Rohrglieds weiter reduziert werden kann. Dadurch kann eine Verminderung des durch den Quetschabschnitt gegen das innere Rohrglied ausgeübten Oberflächendrucks verhindert werden und kann die Passung bei der Verbindung zwischen dem vorderen Ende des Quetschabschnitts und der Außenfläche des inneren Rohrglieds verbessert werden.
Es ist weiterhin zu beachten, dass das äußere Rohrglied vorzugsweise aus einem Austenitedelstahl ausgebildet ist. Indem ein Austenitedelstahl für das äußere Rohrglied verwendet wird, kann eine Verminderung des durch den Quetschabschnitt gegen das innere Rohrglied ausgeübten Oberflächendrucks effektiver verhindert werden.
Es ist weiter zu beachten, dass die vorliegende Erfindung vorzugsweise auf einen Gassensor angewendet wird, bei dem ein inneres Rohrglied und ein äußeres Rohrglied mit einem oder mehreren Lufteinlasslöchern zum Einführen von Luft in das innere Rohrglied versehen sind, wobei ein Filter an der den Lufteinlasslöchern entsprechenden Position des inneren Rohrglieds und des äußeren Rohrglieds angeordnet ist und wobei der Quetschabschnitt weiter vorne als das Filter ausgebildet ist.
Es ist weiterhin zu beachten, dass die vorliegende Erfindung vorzugsweise auf einen Gassensor angewendet wird, bei dem ein inneres Rohrglied mit einem oder mehreren Lufteinlasslöchern zum Einführen von Luft ausgebildet ist, ein Filter derart angeordnet ist, dass es die Lufteinlasslöcher bedeckt, und der Quetschabschnitt derart ausgebildet ist, dass das Filter zwischen dem inneren Rohrglied und dem Quetschabschnitt angeordnet ist.
Es ist weiterhin zu beachten, dass durch das Anordnen des vorderen Endes des inneren Rohrglieds und des vorderen Endes des Filters mit einer Axialdistanz von 0,3 mm oder weniger gemäß der vorliegende Erfindung die Axiallänge zwischen dem vorderen Ende des Filters und dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds auf einen wünschenswert kleinen Wert reduziert werde kann. Dementsprechend kann der Zwischenraum an der vorderen Seite des Filters und zwischen dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds und dem vorderen Ende des inneren Rohrglieds verkleinert oder beseitigt werden, wodurch eine Korrosion des inneren Rohrglieds und des äußeren Rohrglieds aufgrund von dazwischen gelagertem Salzwasser verhindert und damit eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit des Sensors verhindert werden kann. Wenn die Axialdistanz zwischen dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds und dem vorderen Ende des Filters größer als 0,3 mm ist, kann der oben beschriebene Effekt nicht erzielt werden.
Es ist weiterhin zu beachten, dass dadurch, dass das vordere Ende des Filters weiter vorne als das vordere Ende des äußeren Rohrglieds angeordnet wird, verhindert werden kann, dass ein Zwischenraum zwischen dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds und der Außenfläche des inneren Rohrglieds gebildet wird, wodurch eine Korrosion des inneren Rohrglieds und des äußeren Rohrglieds aufgrund eines dazwischen gelagerten Salzwassers und damit eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit des Sensors verhindert werden können.
Es ist weiterhin zu beachten, dass wenn das innere Rohrglied den Schulterteil zwischen dem Teil mit kleinerem Durchmesser und dem Teil mit größerem Durchmesser aufweist und wenn die Axialdistanz zwischen dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds und dem Schulterteil mit 0,5 mm oder mehr gesetzt wird, die Axiallänge zwischen dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds und dem Schulterteil wünschenswert groß vorgesehen werden kann. Es kann also verhindert werden, dass Salzwasser aufgrund der Oberflächenspannung des Salzwassers für eine längere Zeitdauer zwischen dem vorderen Ende des äußeren Rohrglieds und der Schulter gehalten wird. Dadurch können eine Korrosion des inneren Rohrglieds und des äußeren Rohrglieds aufgrund eines dazwischen gelagerten Salzwassers und damit eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit des Sensors verhindert werden.
Es ist weiterhin zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf einen Gassensor wie etwa einen Sauerstoffsensor beschränkt ist, sondern auf verschiedene Arten von Sensoren angewendet werden kann.
Die Erfindung wurde vorstehend mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Der Fachmann kann Modifikationen und Variationen an den oben beschriebenen Ausführungsformen vornehmen, ohne dass der durch folgenden Ansprüche definierte Erfindungsumfang verlassen wird.

Claims

Sensor, der umfasst: ein Sensorelement (2; 102), ein Metallgehäuse (5; 105), in dem das Sensorelement gehalten wird, ein inneres Rohrglied (14; 114), das an einem axial hinteren Ende des Metallgehäuses (5; 105) fixiert ist, ein äußeres Rohrglied (16; 116), das radial das innere Rohrglied (14; 114) umgibt und einen radial nach innen gerichteten Quetschabschnitt (75; 175) für einen Kontakt mit einer Außenfläche des inneren Rohrglieds (14; 114) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass: ein axial vorderes Ende (P) des Quetschabschnitts (75; 175) axial zu einem axial vorderen Ende (64a) des äußeren Rohrglieds (16; 116) mit einem Abstand von 1,5 mm oder weniger beabstandet ist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende (P) des Quetschabschnitts (75; 175) axial zu dem vorderen Ende (64a) des äußeren Rohrglieds (16; 116) mit einem Abstand von 1,3 mm oder weniger beabstandet ist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende (P) des Quetschabschnitts (75; 175) axial zu dem vorderen Ende (64a) des äußeren Rohrglieds (16; 116) mit einem Abstand von 1,0 mm oder weniger beabstandet ist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende (P) des Quetschabschnitts (75; 175) axial zu dem vorderen Ende (64a) des äußeren Rohrglieds (16; 116) mit einem Abstand zwischen 0,3 mm und 1,5 mm beabstandet ist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Sensorelement (2; 102) in einer Längsrichtung erstreckt und an einer axial vorderen Seite einen Erfassungsteil aufweist, an dem das Sensorelement (2; 102) eine Gaskomponente in einem zu messenden Gas erfasst, wobei das Metallgehäuse (5; 105) das Sensorelement (2; 102) derart umgibt, dass der Erfassungsteil axial nach vorne vorstehen kann, und wobei das innere Rohrglied (14; 114) eine axial hintere Seite des Sensorelements (2; 102) umgibt.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Rohrglied (16; 116) dicker als das innere Rohrglied (14; 114) ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des äußeren Rohrglieds (16; 118) im Bereich zwischen 0,3 und 0,8 mm liegt.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Quetschabschnitt (75; 175) des äußeren Rohrglieds (16; 116) eine geringere Vickers-Härte aufweist als das innere Rohrglied (14; 114).
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Rohrglied (16; 116) aus Austenitedelstahl ausgebildet ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem inneren Rohrglied (14) und in dem äußeren Rohrglied (16) jeweils ein oder mehrere Lufteinlasslöcher (67, 84) zum Einführen von Luft in das innere Rohrglied (14) ausgebildet sind, wobei ein Filter (68) an einer den Lufteinlasslöchern (67, 84) entsprechenden Position des inneren Rohrglieds (14) und des äußeren Rohrglieds (16) angeordnet ist und wobei der Quetschabschnitt (75) axial weiter vorne als das Filter (68) angeordnet ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohrglied (114) ein oder mehrere Lufteinlasslöcher (167) zum Einführen von Luft aufweist, wobei ein Filter (168) angeordnet ist, um die Lufteinlasslöcher (167) zu bedecken, wobei das Filter (68) zwischen dem inneren Rohrglied (114) und dem Quetschabschnitt (175) angeordnet ist.
Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende des äußeren Rohrglieds (116) und ein axial vorderes Ende des Filters (168) axial mit einem Abstand von 0,3 mm oder weniger beabstandet sind.
Sensor nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende des Filters (168) axial weiter vorne als ein axial vorderes Ende des äußeren Rohrglieds (116) angeordnet ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohrglied (114) einen Teil (162) mit kleinerem Durchmesser, in dem der eine oder die mehreren Lufteinlasslöcher (167) ausgebildet sind, einen Teil (161) mit größerem Durchmesser, der eine axial hintere Seite des Sensorelements (102) radial umgibt, und einen Schulterteil (183), der den Teil (162) mit kleinerem Durchmesser und den Teil (161) mit größerem Durchmesser verbindet, umfasst, wobei das vordere Ende des äußeren Rohrglieds (116) und der Schulterteil (183) axial mit einem Abstand von 0,5 mm oder mehr beabstandet sind.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1; 100) ein Mittel (66, 166) zur Befestigung an einem Einlass- oder Abgasrohr eines Verbrennungsmotors aufweist.