DE102007000010A1

DE102007000010A1 - Gassensor

Info

Publication number: DE102007000010A1
Application number: DE102007000010A
Authority: DE
Inventors: Kazuya Kariya Nakagawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2007-10-11
Also published as: US20070157939A1; US7565826B2

Abstract

Es ist ein Gassensor (1) offenbart, der einen Gasmessfühler (19) hat, der von einem zylinderförmigen Gehäuse (10) gehalten wird, das von einer atmosphärenseitigen Abdeckung (2) bedeckt ist, die fest an dem zylinderförmigen Gehäuse (10) angebracht ist. Die atmosphärenseitige Abdeckung (2) hält ein Dichtungselement (17) fest, das eine Belüftungsbohrung (17a) und eine Vielzahl von um die Belüftungsbohrung (17a) herum ausgebildeten Leitungsdrahteinführlöchern (17b) hat. Mit dem Dichtungselement (17) ist in einem Schmelzverbindungsbereich bei Temperaturen von mehr als 300°C ein Filterelement (3) schmelzverbunden worden. Der Schmelzverbindungsbereich ist an einem Bereich außerhalb des Außenrands der Belüftungsbohrung (17a) im gesamten Umfang gasdicht ausgebildet und weist keinen Zwischenraum auf, wobei unter der Annahme, dass die Belüftungsbohrung (17a) an der Endfläche des Dichtungselements (17) eine offene Oberfläche A hat und ein von dem Schmelzverbindungsbereich umgebenes Gebiet eine Oberfläche B hat, der Zusammenhang A < B <= 9A gilt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung basiert auf den japanischen Patentanmeldungen Nr. 2006-5124 vom 12. Januar 2006 und 2006-275341 vom 6. Oktober 2006, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gassensor, der an einem Auspuffrohr eines Fahrzeugmotors angebracht wird, um die Konzentration eines bestimmten Gases in Messgasen zu erfassen, die durch das Auspuffrohr gehen.
2. Stand der Technik
Es sind bislang schon verschiedene Versuche unternommen worden, Gassensoren zur Verfügung zu stellen, die zum Messen der Konzentration eines bestimmten Gases wie Sauerstoff, das in den Abgasen enthalten ist, in Abgassystemen von Verbrennungsmotoren, etwa in Motoren von Motorfahrzeugen, eingebaut werden können, um das erfasste Ausgangssignal zum Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verwenden zu können. Solche Gassensoren schließen einen Gassensor mit Atmosphärenlufteinleitung ein, wie er in der JP 2002-131270 A offenbart ist.
Falls der Gassensor dieser Bauart am Auspuffrohr des Fahrzeugmotors angebracht wird, ist ein fernes Ende des Gassensors Messgasen ausgesetzt, während ein Fußende des Gassensors der Atmosphärenumgebung ausgesetzt ist. Abgesehen davon enthält der Gassensor ein zylinderförmiges Gehäuse, das fest an einem Fußendabschnitt des Gassensors angebracht ist, so dass es ein Fußende eines Gasmessfühlers zum Erfassen einer Gaskonzentration bedeckt, ein Dichtungselement, das ein offenes Ende des Gehäuses verschließt, und einen Belüftungsfilter, der eine Belüftungsbohrung abdeckt, durch die Atmosphärenluft eingeleitet wird. Um den Zusammenbau des Dichtungselements und des Belüftungsfilters zu erleichtern, werden der Belüftungsfilter und das Dichtungselement durch Gesenkformen zu einer Einheit zusammengebaut.
Bei dem Gassensor mit diesem bekannten Aufbau werden das Dichtungselement und der Belüftungsfilter jedoch miteinander durch eine mechanische Verbindung wie mechanische Anklemm- oder Verstemmtechniken verbunden. Dies führt zu einer geringeren Verbindungsfestigkeit des Belüftungsfilters, weswegen der Belüftungsfilter mit einer größeren Verbindungsfläche verbunden werden muss. Das führt dazu, dass ein Kantenabschnitt des Belüftungsfilters Leitungsdrahteinführbohrungen bedeckt, die im Dichtungselement ausgebildet sind, was wiederum das Problem aufwirft, dass das Einführen der Leitungsdrähte in das Dichtungselement behindert wird. Dies erschwert es, das Dichtungselement insgesamt zu verkleinern.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung erfolgte in Anbetracht der obigen Umstände und ihr liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Gassensor zur Verfügung zu stellen, der einen kleineren Aufbau hat, ohne dass es zu einem Konflikt zwischen einem Belüftungsfilter und Leitungsdrahteinführbohrungen, die in einem Dichtungselement ausgebildet sind, kommt.
Um die obige Aufgabe zu lösen, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung einen Gassensor vor, mit einem Gasmessfühler zum Erfassen der Konzentration eines bestimmten Gases in Messgasen, einem zylinderförmigen Gehäuse, durch das der Gasmessfühler läuft und festgehalten wird, und einer atmosphärenseitigen Abdeckung, die fest an einem Fußende des zylinderförmigen Gehäuses angebracht ist, so dass sie einen Fußendabschnitt des Gasmessfühlers bedeckt. Ein Dichtungselement wird von einem Fußende der atmosphärenseitigen Abdeckung festgehalten und hat eine Belüftungsbohrung, durch die Atmosphärenluft in das zylinderförmige Gehäuse eingeleitet wird, und eine Vielzahl von um die Belüftungsbohrung herum ausgebildeten Leitungsdrahteinführbohrungen. Ein Filterelement, das aus einem porösen Material besteht und die Belüftungsbohrung so bedeckt, dass Atmosphärenluft eindringen kann, hat einen Schmelzverbindungsbereich, in dem das Filterelement bei Temperaturen von mehr als 200°C mit einer Endfläche des Dichtungselements schmelzverbunden wurde. Der Schmelzverbindungsbereich ist an einem Bereich außerhalb des Außenrands der mit dem Filterelement bedeckten Belüftungsbohrung im gesamten Umfang gasdicht ausgebildet und weist keinen Zwischenraum auf. Unter der Annahme, dass die Belüftungsbohrung an der Endfläche des Dichtungselements eine offene Oberfläche A hat und ein von dem schmelzverbundenen Bereich umgebenes Gebiet eine Oberfläche B hat, dann gilt der folgende Zusammenhang: A < B ≤ 9A.
Wenn die Belüftungsbohrung an der Endfläche des Dichtungselements die offene Oberfläche A hat und das von dem schmelzverbundenen Bereich umgebene Gebiet die Oberfläche B hat, gilt also der Zusammenhang A < B ≤ 9A. Dies hindert den Belüftungsfilter daran, über den im Dichtungselement ausgebildeten Leitungsdrahteinführbohrungen aufzusitzen. Darüber hinaus kann der Abstand zwischen der Belüftungsbohrung und den Leitungsdrahteinführbohrungen verringert werden, was es erlaubt, den Aufbau des Dichtungselements zu verkleinern. Darüber hinaus können das Dichtungselement und das Filterelement fest durch Schmelzverbinden verbunden werden. Da das Dichtungselement und das Filterelement bei Temperaturen von mehr als 200°C miteinander verbunden wurden, können das Dichtungselement und das Filterelement ihren Verbindungszustand auch unter Umständen bewahren, in denen der Gassensor in Hochtemperaturumgebungen von mehr als 200°C verwendet wird. Da zwischen dem Dichtungselement und dem Filterelement zudem kein Zwischenraum erzeugt wird, wird es keinem Fremdstoff ermöglicht, in das Innere des Gassensors einzudringen.
Bei dem Gassensor dieses Ausführungsbeispiels kann die Belüftungsbohrung in dem Dichtungselement so ausgebildet sein, dass sie in Axialrichtung verläuft, wobei das Filterelement an der Endfläche des Dichtungselements ein Ende der Belüftungsbohrung bedeckt.
Eine solche Anordnung ermöglicht es, das Filterelement an einer Stelle anzuordnen, die von einem fernen Ende des Gassensors, das den auf hohen Temperaturen befindlichen Messgasen ausgesetzt ist, entfernt ist. Dies hindert die Poren des Filterelements, das aus einem porösen Material besteht, aufgrund der hohen Hitze zu schmelzen und sich zu verformen, während es unter einer damit einhergehenden Verschlechterung der Luftdurchlässigkeit verstopft.
Bei dem Gassensor dieses Ausführungsbeispiels kann die atmosphärenseitige Abdeckung einen zylinderförmigen Hauptabdeckungskörper, von dem ein Ende mit dem zylinder förmigen Gehäuse verbunden ist und von dessen anderem Ende eine ringförmige Schulter radial nach innen läuft, und einen zylinderförmigen Nebenabdeckungskörper umfasst, der axial von der ringförmigen Schulter des zylinderförmigen Hauptabdeckungskörpers ausgeht und das Fußende aufweist, durch das das Dichtungsbauteil festgehalten wird, und kann der Gassensor außerdem einen fühlerseitigen Isolator, der in dem zylinderförmigen Gehäuse untergebracht ist und den Gasmessfühler festhält, und einen atmosphärenseitigen Isolator umfassen, der zwischen dem fühlerseitigen Isolator und der ringförmigen Schulter des zylinderförmigen Hauptabdeckungskörpers angeordnet ist.
Da die atmosphärenseitige Abdeckung bei diesem Aufbau des Gassensors den zylinderförmigen Hauptabdeckungskörper und den zylinderförmigen Nebenabdeckungskörper umfasst, der über dessen ringförmige Schulter vom zylinderförmigen Hauptabdeckungskörper ausgeht, kann die atmosphärenseitige Abdeckung einfach mit hoher Genauigkeit auf Massenfertigungsbasis hergestellt werden. Darüber hinaus ist der fühlerseitige Isolator in dem zylinderförmigen Gehäuse untergebracht und hält den Gasmessfühler fest, so dass der Gasmessfühler zuverlässig gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert gehalten werden kann. Dies gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb des Gasmessfühlers. Darüber hinaus wird der atmosphärenseitige Isolator von der ringförmigen Schulter der atmosphärenseitigen Abdeckung fixiert, so dass der fühlerseitige Isolator an einer festen Stelle gehalten wird. Dadurch wird der Gasmessfühler mit Hilfe eines einfachen Aufbaus auf zuverlässige Weise in dem Gehäuse fixiert, was eine Verringerung der Herstellungskosten ermöglicht, während ein zuverlässiger Betrieb des Gasmessfühlers erreicht wird.
Der Gassensor kann bei diesem Ausführungsbeispiel außerdem ein Packungselement, das zwischen dem fühlerseitigen Isolator und dem zylinderförmigen Gehäuse angeordnet ist, um zwischen diesen für eine gasdichte Abdichtung zu sorgen, und ein Federelement umfassen, das zwischen dem atmosphärenseitigen Isolator und der ringförmigen Schulter des zylinderförmigen Hauptabdeckungskörpers angeordnet ist, um den fühlerseitigen Isolator und den atmosphärenseitigen Isolator gegen das Packungselement zu pressen.
Durch das Packungselement zwischen dem fühlerseitigen Isolator und dem zylinderförmigen Gehäuse wird zwischen diesen für eine zuverlässige gasdichte Abdichtung gesorgt. Dies hindert Messgase daran, in einen Raum einzudringen, in dem elektrische Bauteile vorhanden sind. Somit werden keine elektrischen Teile schädlichen Messgasen ausgesetzt, was eine lange Lebensdauer des Gassensors gewährleistet. Da sich das Federelement zwischen dem atmosphärenseitigen Isolator und der ringförmigen Schulter des zylinderförmigen Hauptabdeckungskörpers befindet, kann der fühlerseitige Isolator außerdem im Presskontakt mit dem Packungselement gehalten werden. Dadurch kann der fühlerseitige Isolator von dem Gehäuse mit einer zuverlässiger gasdichter Abdichtung gehalten werden, was es dem Gassensor ermöglicht, fortgesetzt über eine lange Lebensdauer betrieben zu werden.
Bei dem Gassensor dieses Ausführungsbeispiels kann die atmosphärenseitige Abdeckung einen zylinderförmigen Hauptabdeckungskörper, von dem ein Ende mit dem zylinderförmigen Gehäuse verbunden ist und von dessen anderem Ende eine ringförmige Schulter radial nach innen läuft, und einen zylinderförmigen Nebenabdeckungskörper umfassen, der axial von der ringförmigen Schulter des zylinderförmigen Hauptabdeckungskörpers ausgeht und das Fußende aufweist, durch das das Dichtungsbauteil festgehalten wird, wobei das zylinderförmige Gehäuse einen Fußendabschnitt, der mit einer Innenbohrung ausgebildet ist und ein fernes Ende hat, das mit einem radial nach innen laufenden Ringflansch ausgebildet ist, und kann der Gassensor außerdem einen zylinderförmigen Isolator, der in der Innenbohrung des zylinderförmigen Gehäuses ausgebildet ist, und ein ringförmiges Federelement umfassen, das zwischen dem Ringflansch des zylinderförmigen Gehäuses und einem Ende des zylinderförmigen Isolators ausgebildet ist.
Da die atmosphärenseitige Abdeckung bei diesem Aufbau des Gassensors den zylinderförmigen Hauptabdeckungskörper und den zylinderförmigen Nebenabdeckungskörper umfasst, der über dessen ringförmige Schulter vom zylinderförmigen Hauptabdeckungskörper ausgeht, kann die atmosphärenseitige Abdeckung einfach mit hoher Genauigkeit auf Massenfertigungsbasis hergestellt werden. Darüber hinaus ist der zylinderförmige Isolator in dem zylinderförmigen Gehäuse untergebracht und hält den Gasmessfühler fest, so dass der Gasmessfühler zuverlässig gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert gehalten werden kann. Dies gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb des Gasmessfühlers. Darüber hinaus wird der zylinderförmige Isolator von der ringförmigen Schulter des zylinderförmigen Gehäuses fixiert, so dass der zylinderförmige Isolator an einer festen Stelle gehalten wird. Dadurch wird der Gasmessfühler mit Hilfe eines einfachen Aufbaus auf zuverlässige Weise in dem Gehäuse fixiert, was eine Verringerung der Herstellungskosten ermöglicht, während ein zuverlässiger Betrieb des Gasmessfühlers erreicht wird.
Der Gassensor kann bei diesem Ausführungsbeispiel außerdem ein Heizelement, das innerhalb des Gasmessfühlers angeordnet ist, und eine von der atmosphärenseitigen Abdeckung festgehaltene Isolatorführung zum Aufnehmen von Verbindungselementen umfassen, durch die jeweils Elektrodenanschlüsse des Gasmessfühlers und Elektrodenanschlüsse des Heizelements mit Leitungsdrähten verbunden werden.
Da der Gasmessfühler bei diesem Aufbau des Gassensors in sich das Heizelement aufweist und die Verbindungselemente, durch die die Elektrodenanschlüsse des Gasmessfühlers und die Elektrodenanschlüsse des Heizelements mit Leitungsdrähten verbunden werden, von der Isolatorführung geführt werden, werden die elektrischen Bauteile zuverlässig elektrisch isoliert gehalten. Dies gewährleistet auch dann einen zuverlässigen Betrieb des Gassensors, wenn er in einem Fahrzeug verwendet wird, das auf holprigen Straßen fährt.
Die atmosphärenseitige Abdeckung kann bei dem Gassensor dieses Ausführungsbeispiels einen zylinderförmigen Hauptabdeckungskörper, von dem ein Ende mit dem zylinderförmigen Gehäuse verbunden ist und von dessen anderem Ende eine ringförmige Schulter radial nach innen läuft, und einen zylinderförmigen Nebenabdeckungskörper umfassen, der von dem anderen Ende des zylinderförmigen Hauptabdeckungskörpers ausgeht und einen ersten Abschnitt, durch den das Dichtungselement festgehalten wird, und an einer Stelle nahe am zylinderförmigen Hauptabdeckungskörper einen von dem ersten Abschnitt axial beabstandeten zweiten Abschnitt hat, wobei das zylinderförmige Gehäuse einen Fußendabschnitt hat, der mit einer Innenbohrung ausgebildet ist und ein fernes Ende hat, das mit einem radial nach innen laufenden Ringflansch ausgebildet ist, und kann der Gassensor außerdem einen zylinderförmigen Isolator, der in der Innenbohrung des zylinderförmigen Gehäuses untergebracht ist, und ein ringförmiges Federelement umfassen, das zwischen dem Ringflansch des zylinderförmigen Gehäuses und einem Ende des zylinderförmigen Isolators angeordnet ist.
Da die atmosphärenseitige Abdeckung bei diesem Aufbau des Gassensors den zylinderförmigen Hauptabdeckungskörper und den zylinderförmigen Nebenabdeckungskörper umfasst, der vom zylinderförmigen Hauptabdeckungskörper ausgeht, kann die atmosphärenseitige Abdeckung einfach mit hoher Genauigkeit auf Massenfertigungsbasis hergestellt werden. Darüber hinaus ist der zylinderförmige Isolator in dem zylinderförmigen Gehäuse untergebracht und hält den Gasmessfühler fest, so dass der Gasmessfühler zuverlässig gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert gehalten werden kann. Dies gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb des Gasmessfühlers. Darüber hinaus wird der zylinderförmige Isolator von der ringförmigen Schulter des zylinderförmigen Gehäuses fixiert, so dass der zylinderförmige Isolator an einer festen Stelle gehalten wird. Dadurch wird der Gasmessfühler mit Hilfe eines einfachen Aufbaus auf zuverlässige Weise in dem Gehäuse fixiert, was eine Verringerung der Herstellungskosten ermöglicht, während ein zuverlässiger Betrieb des Gasmessfühlers erreicht wird.
Der Gassensor kann bei diesem Ausführungsbeispiel außerdem ein Heizelement, das innerhalb des Gasmessfühlers angeordnet ist, und eine vom zweiten Abschnitt des zylinderförmigen Nebenabdeckungskörpers festgehaltene Isolatorführung zum Aufnehmen von Verbindungselementen umfassen, durch die jeweils Elektrodenanschlüsse des Gasmessfühlers und Elektrodenanschlüsse des Heizelements mit Leitungsdrähten verbunden werden.
Da der Gasmessfühler bei diesem Aufbau des Gassensors in sich das Heizelement aufweist und die Verbindungselemente, durch die die Elektrodenanschlüsse des Gasmessfühlers und die Elektrodenanschlüsse des Heizelements mit Leitungsdrähten verbunden werden, von der Isolatorführung geführt werden, die vom zweiten Abschnitt der atmosphärenseitige Abdeckung gehalten wird, werden die elektrischen Bauteile zuverlässig elektrisch isoliert gehalten. Dies gewährleistet auch dann einen zuverlässigen Betrieb des Gassensors, wenn er in einem Fahrzeug verwendet wird, das auf holprigen Straßen fährt.
Das Filterelement kann bei dem Gassensor dieses Ausführungsbeispiels einen Außenumfangsrand haben, der sich innerhalb der Vielzahl von Leitungsdrahteinführbohrungen befindet, die in dem Dichtungselement ausgebildet sind.
Eine solche Anordnung ermöglicht es, dass der Filter daran gehindert wird, über den im Dichtungselement ausgebildeten Leitungsdrahteinführungsbohrungen aufzusitzen, was den Zusammenbau des Belüftungsfilters mit dem Dichtungselement erleichtert. Dies ermöglicht eine Verringerung an Mannstunden, um die Leitungsdrähte in die zugehörigen Leitungsdrahteinführbohrungen einzuführen, was eine Verringerung der Herstellungskosten erreicht.
Das Filterelement kann bei dem Gassensor dieses Ausführungsbeispiels einen Außenumfangsrand haben, der in einem Bereich außerhalb der Vielzahl von Leitungsdrahteinführbohrungen des Dichtungselements verläuft, und eine Vielzahl von Bohrungen haben, die an den gleichen Stellen ausgebildet sind, an denen in dem Dichtungselement die Vielzahl von Leitungsdrahteinführbohrungen ausgebildet sind.
Da das Filterelement bei diesem Aufbau eine Vielzahl von Bohrungen hat, die an den gleichen Stellen wie die Leitungsdrahteinführbohrungen ausgebildet sind, können die Leitungsdrähte leicht in die Leitungsdrahteinführbohrungen des Dichtungselements eingeführt werden, was zu einer Verringerung der Herstellungskosten führt.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Längsschnitt eines Gassensors gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
2A ist eine Schnittansicht, die den Zusammenhang zwischen einem Dichtungselement und einem Belüftungsfilter zeigt.
2B ist eine Schnittansicht entlang der Linie A1-A1 von 2A.
2C ist eine bruchstückhafte Schnittansicht des Dichtungselements und des Belüftungsfilters im vergrößerten Maßstab.
3 ist ein Längsschnitt eines Gassensors gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
4 ist ein Längsschnitt eines Gassensors gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
5A zeigt vergrößert ein Dichtungselement und einen Belüftungsfilter, die Teile eines Gassensors gemäß einer abgewandelten Form bilden.
5B ist eine Schnittansicht entlang der Linie B1-B1 von 5A.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden nun ausführlich Gassensoren verschiedener erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele beschrieben. Allerdings ist die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und kann das technische Konzept der Erfindung auch bei anderen bekannten Technologien oder anderen Technologien mit äquivalenten Funktionen wie diese bekannten Technologien umgesetzt werden.
In der folgenden Beschreibung bezeichnen in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen gleiche oder sich entsprechende Teile. Außerdem wird in der folgenden Beschreibung davon ausgegangen, dass der Abschnitt eines Gassensors, der sich in ein Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors eines Motorfahrzeugs einführen lässt, ein "fernes Ende" darstellt, das in der durch den Pfeil DE in 1 angegebenen Richtung orientiert ist, und dass die der Atmosphäre ausgesetzte Gegenseite des Gassensors ein "Fußende" oder einen "Fußendabschnitt" darstellt, der in der durch den Pfeil BE in 1 angegebenen Richtung orientiert ist.
Außerdem versteht sich, dass die Gassensoren der verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele einen großen Anwendungsbereich als Sauerstoffsensor, als A/F-Sensor, als NOx-Sensor usw. haben.
Erstes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 1 und die 2A bis 2C wird nun ein Gassensor gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel beschrieben.
1 ist ein Längsschnitt, der den Gesamtaufbau des Gassensors dieses Ausführungsbeispiels zeigt. 2A ist eine vergrößerte Ansicht, die ein Dichtungselement 17 und einen Belüftungsfilter 3 zeigt, die in 1 gezeigt sind. 2B ist eine Schnittansicht entlang der Linie A1-A1 von 2A und 2C eine Vergrößerung, die den durch die Kreislinie X in 2B umgebenen Segmentbereich zeigt.
Wie in 1 und den 2A bis 2C gezeigt ist, umfasst der Gassensor 1 dieses Ausführungsbeispiels einen Gasmessfühler 19, der die Funktion hat, eine bestimmte Gaskonzentration von Messgasen zu erfassen, ein zylinderförmiges Gehäuse 10, durch das der Gasmessfühler 19 verläuft und festgehalten wird, eine zylinderförmige messgasseitige Abdeckung 11, die fest an einem fernen Ende des Gehäuses 10 angebracht ist, so dass sie ein fernes Ende des Gasmessfühlers 19 bedeckt, und eine zylinderförmige atmosphärenseitige Abdeckung 2, die fest an dem Gehäuse 10 an einem Fußende von ihm angebracht ist, um so ein Fußende des Gasmessfühlers 19 zu bedecken.
Des Weiteren hat die atmosphärenseitige Abdeckung 2 ein Fußende, in dem an einer festen Stelle ein Dichtungselement 17 untergebracht ist. Das Dichtungselement 17 hat einen zentralen Bereich, der mit einer axial verlaufenden Belüftungsbohrung 17a ausgebildet ist, um Atmosphärenluft in das Innere der atmosphärenseitigen Abdeckung 2 einzuleiten. Das Dichtungselement 17 hat außerdem eine Vielzahl von axial verlaufenden Leitungsdrahteinführbohrungen 17b, die in einem Bereich um die Belüftungsbohrung 17a herum an in Umfangsrichtung beabstandeten Stellen ausgebildet sind.
Bei dem Gassensor 1 dieses Ausführungsbeispiels wurde mit einem Fußendabschnitt 17c des Dichtungsbauteils 17 ein Belüftungsfilter 3 in einem Schmelzverbindungsbereich 3b bei Temperaturen von mehr als 300°C (d.h. bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkts des Filters) schmelzverbunden. Der Schmelzverbindungsbereich 3b kann gebildet werden, indem ein ringförmiges Heizelement mit einem kleineren Durchmesser als der Belüftungsfilter 3 auf eine Temperatur von mehr als 300°C erhitzt wird und das ringförmige Heizelement über den Belüftungsfilter 3 gegen das Dichtungselement 17 gepresst wird.
Des Weiteren ermöglicht die Anordnung des Belüftungsfilters 3 an dem Fußendabschnitt 17c des Dichtungselements 17, dass der Belüftungsfilter 3 fern von einem fernen Ende des Gassensors 1 positioniert ist. Diese Platzierung sorgt dafür, dass die Poren des aus porösem Material bestehenden Belüftungsfilters 3 nicht aufgrund von Hitze unter Verformung mit der sich daraus ergebenen Verschlechterung der Luftdurchlässigkeit schmelzen und verstopfen.
Darüber hinaus ist der Schmelzverbindungsbereich 3b, der aus dem miteinander schmelzverbundenen Dichtungselement 17 und Belüftungsfilter 3 besteht, im gesamten Umfang ausgebildet, ohne dass an dem Schmelzverbindungsabschnitt ein Zwischenraum ausgebildet wäre. Bei dieser Anordnung ist zwischen dem Dichtungselement 17 und dem Belüftungsfilter 3 kein Zwischenraum ausgebildet, wodurch Fremdstoffe daran gehindert werden, von außen in den Gassensors 1 einzudringen.
Wenn außerdem angenommen wird, dass die Oberfläche der Ventilbohrung 17a des Fußendabschnitts 17c des Dichtungselements 17 in Radialrichtung "A" beträgt und die Oberfläche des von dem Schmelzverbindungsbereich 3b umgebenen Gebiets "B" beträgt, dann gilt der folgende Zusammenhang: A < B ≤ 9A.
Deswegen legt sich kein ringförmiger Kantenabschnitt 3a des Belüftungsfilters 3 über die im Dichtungselement 17 ausgebildeten Leitungsdrahteinführbohrungen 17b. Darüber hinaus ermöglicht dieser Aufbau es, den Abstand zwischen der Belüftungsbohrung 17a und den Leitungsdrahteinführbohrungen 17b zu verringern, wodurch das Dichtungselement 17 insgesamt verkleinert werden kann.
Um bei den aus dem Stand der Technik bekannten mechanischen Verbindungsverfahren wie dem Sandwich-Verfahren eine zuverlässige Verbindung zu erreichen, müssen das Dichtungsbauteil 17 und der Belüftungsfilter 3 indessen mit einer größeren Presskraft gegeneinander gepresst werden, als für das Schmelzverbinden erforderlich ist. In diesem Fall muss der Verbindungsabschnitt eine größere Oberfläche haben, um eine Verformung der Form der Belüftungsbohrung 17a des Dichtungselements 17 auszuschließen und den Belüftungsfilter 3 daran zu hindern, bei der Aufnahme dieser Presskraft in die Belüftungsbohrung 17a zu fallen. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verbindungsverfahren ist daher die Oberfläche B des Verbindungsabschnitts größer als die Oberfläche A der Belüftungsbohrung gewesen. Abhängig von der Gestaltung hat es zwar Unterschiede bezüglich der bei den bekannten Verbindungsverfahren benötigten Oberfläche des Verbindungsabschnitts gegeben, doch galt für die Oberfläche "B" des Verbindungsabschnitts bezüglich der Oberfläche "A" der Belüftungsbohrung der folgende Zusammenhang: B > 9A.
Wie oben dargelegt ist, legt sich bei dem Gassensor 1 dieses Ausführungsbeispiels, der den oben dargelegten Aufbau hat, kein ringförmiger Kantenabschnitt 3a des Belüftungsfilters 3 über die Leitungsdrahteinführbohrungen 17b des Dichtungselements 17.
In der tatsächlichen Praxis wird der Gassensor 1 dieses Ausführungsbeispiels an einer Wandfläche eines von einem Fahrzeugmotor ausgehenden Auspuffrohrs angebracht und misst ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Fahrzeugmotors, um für ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Signal zu sorgen, das bei der Steuerung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verwendet wird. Der Gassensor 1 wird so an der Wandfläche des Auspuffrohrs angebracht, dass eine Endfläche 102 eines metallischen Gehäusekörpers 101, die radial von einer Seitenwand des Gehäuses 10 vorragt, einer Außenwandfläche des Auspuffrohrs zugewandt ist. Darüber hinaus wird auf der Endfläche 102 des metallischen Gehäusekörpers 101 ein Dichtungsring 103 platziert, damit der metallische Gehäusekörper 101 fest und gasdicht auf dem Auspuffrohr des Fahrzeugmotors angebracht werden kann.
Ist der Gassensor 1 auf dem Auspuffrohr des Fahrzeugmotors angebracht, stellen das Gebiet, das die zylinderförmige Verlängerung 10a unterhalb der Linie L einschließt (siehe 1), und die messgasseitige Abdeckung 11 einen Bereich dar, der Hochtemperatur abgasen, die während des Betriebs durch das Auspuffrohr strömen, ausgesetzt ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu messen, während der Fußendabschnitt oberhalb der Linie L der Atmosphäre ausgesetzt ist. Bei diesem Aufbau nimmt die Temperatur des Gassensors 1 allmählich von der Linie L aus entlang des Fußendes des Gassensors 1 zur fernen Seite hin ab. Der obere Bereich des Gassensors 1 wird in 1 auch als Fußendseite BE und der untere Bereich als fernes Ende DE bezeichnet.
Das ferne Ende des Gehäuses 10 trägt auf sich die messgasseitige Abdeckung 11, die in Form eines Aufbaus mit einer Außenabdeckung 11a und einer Innenabdeckung 11b vorliegt. Die Außenabdeckung 11a und die Innenabdeckung 11b sind jeweils mit Gasströmungswegen 11a1, 11b1 ausgebildet, die an voneinander in Radialrichtung des Gassensors 1 versetzten Stellen platziert sind. Darüber hinaus nimmt die Innenabdeckung 11b in sich das ferne Ende des Gasmessfühlers 10 auf.
Der Gasmessfühler 19 wird mittels eines fühlerseitigen Isolators 12 durch das Gehäuse 10 festgehalten. Der fühlerseitige Isolator 12 ist in das Innere des Gehäuses 10 eingepasst und hat eine ringförmige Schulter 12a, die auf einer abfallenden ringförmigen Schulter 105 des Gehäuses 10 ruht. Zwischen der ringförmigen Schulter 12a des fühlerseitigen Isolators 12 und der ringförmigen Schulter 105 des Gehäuses 10 ist eine metallische Packung 200 eingezwängt, um zum Unterdrücken des Gasstroms für eine gasdichte Abdichtung zu sorgen.
Der fühlerseitige Isolator 12 trägt auf sich einen atmosphärenseitigen Isolator 13, der einen Fußabschnitt hat, der mit einer ringförmigen Schulter 13a ausgebildet ist. Darüber hinaus hat die atmosphärenseitige Abdeckung 2 einen Endabschnitt, der fest an ein Fußende des Gehäuses 10 gepasst ist, und einen Fußendabschnitt, der mit einem Ringflansch 2a ausgebildet ist. Zwischen der ringförmigen Schulter 13a des atmosphärenseitigen Isolators 13 und der ringförmigen Schulter 2a der atmosphärenseitigen Abdeckung 2 befindet sich eine Tellerfeder 122, um entlang der Axialrichtung des Gassensors 1 (d.h. in der Richtung parallel zur Mittelachse des im Großen und Ganzen zylinderförmig ausgebildeten Gassensors 1) auf eine Endfläche des Fußendes des fühlerseitigen Isolators 12 eine Rückstellkraft aufzubringen. Diese Rückstellkraft der Tellerfeder 122 drängt die ringförmige Schulter 12a des fühlerseitigen Isolators 12 gegen die abfallende ringförmige Schulter 105 des Gehäuses 10.
Der atmosphärenseitige Isolator 13 ist innen mit einem Hohlraumabschnitt 130 ausgebildet, der in sich ein Fußende des Gasmessfühlers 19 aufnimmt. Der atmosphärenseitige Isolator 13 hat ein Fußende, das mit einer Durchgangsbohrung 131 ausgebildet ist, die für eine Verbindung zwischen dem Hohlraumabschnitt 130 des atmosphärenseitigen Isolators 13 und einem der Endfläche des atmosphärenseitigen Isolators 13 zugewandten Raum sorgt.
In dem Hohlraumabschnitt 130 des atmosphärenseitigen Isolators 13 sind Elektrodenanschlüsse 191 untergebracht und werden im elektrischen Kontakt mit dem Fußende des Gasmessfühlers 19 gehalten, um, während ihm elektrischer Strom zugeführt wird, ein erfasstes Ausgangssignal des Gasmessfühlers 19 nach außen abzuführen. Die Elektrodenanschlüsse 191 verlaufen durch die Durchgangsbohrung 131 in einen zylinderförmigen Raum, der innerhalb der atmosphärenseitigen Abdeckung 2 in einem Bereich außer halb des atmosphärenseitigen Isolators 13 definiert ist. Die Elektrodenanschlüsse 191 sind in dem zylinderförmigen Raum über Verbindungselemente 192 elektrisch mit den Leitungsdrähten 16 verbunden. Die Leitungsdrähte 16 sind zur Verbindung mit einer außerhalb des Gassensors 1 gelegenen Messvorrichtung und einer Stromversorgung zur Außenseite des Gassensors 1 herausgeführt.
Die atmosphärenseitige Abdeckung 2 umfasst eine Innenabdeckung 2b und eine Außenabdeckung 2c. Die Innenabdeckung 2b besteht aus Edelstahl (SUS304), ist im Wesentlichen zylinderförmig und wurde durch Schweißen direkt am Fußende des Gehäuses 10 befestigt. Die Außenabdeckung 2c besteht aus Edelstahl (SUS304), ist im Wesentlichen zylinderförmig und bedeckt den Umfang eines Fußendes der Innenabdeckung 2b, wobei die Innenabdeckung 2b und die Außenabdeckung 2c von einem äußeren Bereich aus verstemmt sind.
Das Dichtungselement 17 besteht aus einem Fluorkohlenstoffgummi, ist säulenförmig und hat im Zentralbereich die Belüftungsbohrung 17a und um diese herum die Vielzahl von Leitungsdrahteinführbohrungen 17b ausgebildet.
Der Belüftungsfilter 3 besteht aus einem Material mit einem porösen Aufbau und einer hohen Luftdurchlässigkeit, was Polytetrafluorethylen (PTFE) einschließt.
Gleichzeitig ist bei dem Gassensor 1 dieses Ausführungsbeispiels der Belüftungsfilter 3 im Schmelzverbindungsbereich 3b bei Temperaturen von mehr als 300°C mit dem Fußendabschnitt 17c des Dichtungselements 17 schweißverbunden worden. Der Schweißverbindungsbereich 3b kann gebildet werden, indem des ringförmige Heizelement mit dem kleineren Durchmesser als der Belüftungsfilter 3 auf die Temperatur von mehr als 300°C erhitzt wird und das ringförmige Heizelement über den Belüftungsfilter 3 gegen das Dichtungselement 17 gepresst wird.
Des Weiteren ist der Schmelzverbindungsbereich 3b, der sich durch das Schmelzverbinden ergibt, durch das das Dichtungselement 17 und der Belüftungsfilter 3 fixiert werden, im gesamten Umfang ausgebildet, ohne dass in dem Verbindungsbereich ein Zwischenraum vorhanden wäre. Bei einer solchen Anordnung ist zwischen dem Dichtungselement 17 und dem Belüftungsfilter 3 kein Zwischenraum ausgebildet und dringen von außen keine Fremdstoffe in den Gassensor 1 ein.
Darüber hinaus ermöglicht das Fixieren des Belüftungsfilters 3 am Fußendabschnitt 17c des Dichtungselements 17 es, den Belüftungsfilter 3 fern von dem fernen Ende des Gassensors 1 zu positionieren, das den bei hohen Temperaturen befindlichen Messgasen ausgesetzt ist. Eine solche Platzierung sorgt dafür, dass die Poren des aus porösem Material bestehenden Belüftungsfilters 3 nicht aufgrund von Hitze unter Verformung mit der sich daraus ergebenen Verschlechterung der Luftdurchlässigkeit schmelzen und verstopfen.
Darüber hinaus liegt die Oberfläche A der Belüftungsbohrung 17a im radialen Querschnitt des Fußendabschnitts 17c des Dichtungselements 17 bei einem Wert von 1 mm² und liegt die Oberfläche B des von dem Schmelzverbindungsbereich 3b umgebenen Gebiets bei einem Wert von 9 mm², weswegen folgender Zusammenhang gilt: A < B ≤ 9A.
Deswegen legt sich kein ringförmiger Kantenabschnitt 3a des Belüftungsfilters 3 über die in dem Dichtungselement 17 ausgebildeten Leitungsdrahteinführbohrungen 17b. Außerdem ermöglicht dieser Aufbau, den Abstand zwischen der Belüftungsbohrung 17a und den Leitungsdrahteinführbohrungen 17b zu verringern, wodurch das Dichtungselement 17 insgesamt verkleinert werden kann.
Wie oben dargelegt wurde, kann der Gassensor 1 bei diesem Aufbau verkleinert werden, ohne dass sich der ringförmige Kantenabschnitt 3a des Belüftungsfilters 3 über die in dem Dichtungselement 17 ausgebildeten Leitungsdrahteinführbohrungen 17b legt.
Zweites Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 3 wird nun ein Gassensor gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel beschrieben.
3 ist ein Längsschnitt, der den Gesamtaufbau des Gassensors dieses Ausführungsbeispiels zeigt.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst der Gassensor 1A einen rohrförmigen Gasmessfühler 302, dessen fernes Ende geschlossen ist, und ein säulenförmiges Heizelement 303, das aus einer Keramikheizung besteht.
Der Gasmessfühler 302 besteht aus einem Festelektrolytkörper mit Sauerstoffionenleitfähigkeit.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst der Gassensor 1A außerdem einen metallischen Gehäusekörper 309, der einen Endabschnitt, der zum Anbringen des Gassensors mit einem Schraubabschnitt 309b ausgebildet ist, um in einen Gewindeabschnitt eines Auspuffrohrs eines Fahrzeugmotors eingeschraubt werden zu können, und einen Fußabschnitt hat, der mit einem Ringflansch 309a ausgebildet ist, der von einem fernen Ende des Fußendes des Gehäusekörpers 309 radial nach innen läuft.
Der Fußabschnitt des Gehäusekörpers 309 ist innen mit einem ersten Zentralloch 309c ausgebildet und der Endabschnitt des Gehäusekörpers 309 ist innen mit einem zweiten Zentralloch 309d ausgebildet, wobei innerhalb des Gehäusekörpers 309 zwischen dem ersten und zweiten Loch 309c und 309d ein drittes Zwischenloch 309e ausgebildet ist. Das erste Zentralloch 309c hat einen größeren Durchmesser als das Zwischenloch 309e, das wiederum einen größeren Durchmesser als das zweite Zentralloch 309d hat.
Der Gasmessfühler 302 hat einen Fußabschnitt 302a, der axial durch das im Fußabschnitt des Gehäusekörpers 309 ausgebildete erste Loch 309c läuft und von dem Ringflansch 309a des Gehäusekörpers 309 aus in einen Innenraum vorragt, der innerhalb der atmosphärenseitigen Abdeckung 314 definiert ist, einen zylinderförmigen Zwischenabschnitt 302b mit einem Endabschnitt, der in das Zwischenloch 309e des Gehäusekörpers 309 eingepasst ist und von diesem gehalten wird, und einen Endabschnitt 302c, der durch das zweite Zentralloch 309d des Gehäusekörpers 309 läuft und dessen Hauptabschnitt innerhalb der messgasseitigen Abdeckung 311 untergebracht ist.
Durch das erste Zentralloch 309c hindurch ist ein zylinderförmiger Isolator 309 eingeführt, der eine Innenwand 306a hat, durch die ein Endabschnitt des Fußabschnitts 302a des Gasmessfühlers 302 gegenüber dem Gehäusekörpers 309 elektrisch isoliert festgehalten wird.
In einem ringförmigen Raum zwischen der ersten Zentralbohrung 309c des Gehäusekörpers 309 und einem Außenumfang des Fußabschnitts 302a befindet sich Keramikpulver 308.
Des Weiteren ist zwischen einer Endfläche des zylinderförmigen Isolators 306 und dem vom Ende des Fußabschnitts des Gehäuses 309 nach innen gefalteten Ringflansch 309a ein Ring 315 eingezwängt, der den zylinderförmigen Isolator 306 und das Keramikpulver 308 an festen Stellen hält.
Die atmosphärenseitige Abdeckung 304 umfasst einen zylinderförmigen Hauptabdeckungskörper 314a mit einem Endabschnitt, der an das Fußende des Gehäusekörpers 309 gepasst und daran fest angebracht ist, und einen zylinderförmigen Nebenabdeckungskörper 314c, der von einer ringförmigen Schulter 314d aus, die von einem Fußende des zylinderförmigen Hauptabdeckungskörpers 314a radial nach innen läuft, axial nach oben verläuft. Der zylinderförmige Nebenabdeckungskörper 314c hat einen Fußabschnitt, der mit einem verstemmten Abschnitt 314e ausgebildet ist, durch den ein Dichtungselement 317, das aus einem nachgiebigen Material wie Gummi besteht, gasdicht abdichtend festgehalten wird.
Darüber hinaus wird von dem zylinderförmigen Hauptabdeckungskörper 314 der atmosphärenseitigen Abdeckung 314 eine Isolatorführung 318 mittels einer Schrägfeder 316 festgehalten, die zwischen einem Isolatorkörper 318a der Isolatorführung 318 und dem zylinderförmigen Hauptabdeckungskörper 314 der atmosphärenseitigen Abdeckung 314 angeordnet ist.
Die Isolatorführung 318 hat einen zentralen Abschnitt 318b mit einem fernen Ende, das mechanisch über einen Tragestift 355 mit einem Fußende des Heizelements 303 verbunden ist. Das Heizelement 303 hat einen Fußabschnitt, der mit Anschlusselektroden 303a ausgebildet ist, die über Verbindungselemente 357 elektrisch mit ausgewählten Leitungsdrähten 321 verbunden sind. Entsprechend ist der Fußabschnitt des Gasmessfühlers 302 mit (nicht gezeigten) Anschlusselektroden ausgebildet, die über Verbindungselemente 359 mit den übrigen Leitungsdrähten 321 verbunden sind. Die Verbindungselemente 357 und 359 laufen durch eine ringförmige Bohrung 318c, die innerhalb der Isolatorführung 318 ausgebildet ist.
Darüber hinaus hat das Dichtungselement 317 einen zentralen Bereich, der mit einer axial verlaufenden Belüftungsbohrung 317a ausgebildet ist, um die herum eine Vielzahl von Leitungsdrahteinführbohrungen 317b zum Einführen von Leitungsdrähten 321 ausgebildet sind.
Bei dem Gassensor 1A dieses Ausführungsbeispiels ist mit einer Endfläche 317c des Dichtungselements 317 in einem Schmelzverbindungsbereich bei Temperaturen von mehr als 300°C ein Belüftungsfilter 350 schmelzverbunden worden. Der Schmelzverbindungsbereich ist im gesamten Umfang ausgebildet, ohne dass in dem Verbindungsbereich ein Zwischenraum vorhanden wäre. Des Weiteren befindet sich der Belüftungsfilter 350 auf der Endfläche des Dichtungselements 317. Darüber hinaus liegt die Oberfläche A der Belüftungsbohrung 317 im radialen Querschnitt des Endflächenabschnitts des Dichtungselements 317 bei einem Wert von 1 mm² und die Oberfläche B eines von dem Schmelzverbindungsbereich umgebenen Gebiets bei einem Wert von 9 mm², wobei der folgende Zusammenhang gilt: A < B ≤ 9A.
Deswegen legt sich kein ringförmiger Kantenabschnitt des Belüftungsfilters 350 über die in dem Dichtungselement 317 ausgebildeten Leitungsdrahteinführbohrungen 317b. Außerdem ermöglicht dieser Aufbau es, den Abstand zwischen der Belüftungsbohrung 317a und den Leitungsdrahteinführbohrungen 317b zu verringern, wodurch das Dichtungselement 317 insgesamt verkleinert werden kann.
Wie zuvor dargelegt wurde, kann der Gassensor 1a, der diesen Aufbau einsetzt, im Aufbau verkleinert werden, ohne den ringförmigen Kantenabschnitt des Belüftungsfilters 350 dazu zu bringen, sich über die in dem Dichtungselement 317 gebildeten Leitungsdrahteinführbohrungen 317b zu legen.
Drittes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 4 wird nun ein Gassensor gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel beschrieben.
4 zeigt einen Längsschnitt des Gesamtaufbaus des Gassensors dieses Ausführungsbeispiels.
Wie in 4 gezeigt ist, umfasst der Gassensor 1B einen rohrförmigen Gasmessfühler 402, dessen fernes Ende verschlossen ist, ein säulenförmiges Heizelement 403, das aus einer Keramikheizung besteht, einen metallischen Gehäusekörper 409, eine atmosphärenseitige Abdeckung 410 und eine messgasseitige Abdeckung 420.
Der Gehäusekörper 409 hat einen Endabschnitt, der mit einem Schraubabschnitt 409b ausgebildet ist, der sich in einen Gewindeabschnitt eines Auspuffrohrs eines Fahrzeugmotors einschrauben lässt, um den Gassensor daran anzubringen, und einen Fußabschnitt, der mit einem Ringflansch 409a ausgebildet ist, der von einem fernen Ende des Fußendes des Gehäusekörpers 409 aus radial nach innen läuft.
Der Fußabschnitt des Gehäusekörpers 409 ist innen mit einem ersten Zentralloch 409c ausgebildet und der Endabschnitt des Gehäusekörpers 409 ist innen mit einem zweiten Zentralloch 409d ausgebildet, wobei innerhalb des Gehäusekörpers 409 zwischen dem ersten und zweiten Loch 409c und 409d ein drittes Zwischenloch 409e ausgebildet ist. Das erste Zentralloch 409c hat einen größeren Durchmesser als das Zwischenloch 409e, das wiederum einen größeren Durchmesser als das zweite Zentralloch 409d hat.
Der Gasmessfühler 402 hat einen Fußabschnitt 402a, der axial durch das in dem Fußabschnitt des Gehäusekörpers 409 ausgebildete erste Loch 409c läuft und von dem Ringflansch 409a des Gehäusekörpers 409 aus in einen Innenraum vorragt, der innerhalb der atmosphärenseitigen Abdeckung 410 definiert ist, einen zylinderförmigen Zwischenabschnitt 402b mit einem Endabschnitt, der in das Zwischenloch 409e des Gehäusekörper 409 eingepasst ist und von diesem gehalten wird, und einen Endabschnitt 402c, der durch das zweite Zentralloch 409d des Gehäusekörpers 409 verläuft und dessen Hauptabschnitt innerhalb der messgasseitigen Abdeckung 420 untergebracht ist.
Der Gehäusekörper 409 weist in sich axial beabstandet einen ersten und zweiten rohrförmigen Isolator 406 und 407 auf. Insbesondere hat der erste rohrförmige Isolator 406 einen Kopfabschnitt 406a, der im ersten Loch 409c des Gehäusekörpers 409 angeordnet ist, und einen zylinderförmigen Abschnitt 406b, der im Zwischenloch 409e des Gehäusekörpers 409 angeordnet ist. Der zweite rohrförmige Isolator 407, der eine ringförmige Innenschulter 407a hat, ist im Zwischenloch 409e angeordnet und ruht über eine Packung 422 auf einer abfallenden ringförmigen Schulter 409f des Gehäusekörpers 409.
In einem ringförmigen Raum zwischen der Zwischenbohrung 409e des Gehäusekörpers 409 und einem Außenumfang des Fußabschnitts 402a des Gasmessfühlers 402 befindet sich in einem Bereich zwischen dem ersten und zweiten rohrförmigen Isolator 406 und 407 Keramikpulver 408. Der Gasmessfühler 402 wird bei diesem Aufbau so an einem Auspuffrohr eines Fahrzeugmotors angebracht, dass das geschlossene Ende des Gasmessfühlers 402 in das Auspuffrohr vorragt.
Ist der Gassensor 1B an dem Auspuffrohr des Fahrzeugmotors angebracht, ist die messgasseitige Abdeckung 420 außerdem fest an einem Endabschnitt des Gehäusekörpers 409 angebracht und ist Hochtemperaturgasen ausgesetzt, die durch das Auspuffrohr gehen.
Darüber hinaus ist zwischen einer Endfläche des ersten rohrförmigen Isolators 406 und dem von dem Ende des Fußabschnitts des Gehäusekörpers 409 nach innen gefalteten Ringflansch 409a ein Ring 405 eingezwängt, durch den die Keramikisolatoren 406, 407 und das Keramikpulver 408 an festen Stellen gehalten werden.
Die atmosphärenseitige Abdeckung 410 umfasst einen zylinderförmigen Hauptabdeckungskörper 410a mit einem Endabschnitt 410b, der an das Fußende des Gehäusekörpers 409 gepasst und daran fest angebracht ist, und einen zylinderförmigen Nebenabdeckungskörper 410c, der von dem anderen Ende des zylinderförmigen Hauptabdeckungskörpers 410a aus axial nach oben läuft. Der zylinderförmige Nebenabdeckungskörper 410c hat einen ersten und zweiten verstemmten Abschnitt 410d, 410e.
Der erste verstemmte Abschnitt 410d hält an einem offenen Ende des zylinderförmigen Nebenabdeckungskörpers 410c gasdicht abdichtend ein säulenförmiges Dichtungselement 411 fest, das aus einem nachgiebigen Material wie Gummi besteht. Außerdem wird durch den zweiten verstemmten Abschnitt 410e eine Isolatorführung 415 festgehalten, die sich mit einer Bodenwand des Dichtungselements 411 im Kontakt befindet und als ein Element dient, das ein Verbindungselement 422, durch das der Gasmessfühler 402 elektrisch mit Leitungsdrähten 416a verbunden wird, und ein Verbindungselement 424, durch das die Keramikheizung 403 elektrisch mit Leitungsdrähten 416b verbunden wird, führt.
Des Weiteren hat das Dichtungselement 411 einen zentralen Bereich, der mit einer axial verlaufenden Belüftungsbohrung 411a ausgebildet ist, um die herum eine Vielzahl von Leitungsdrahteinführbohrungen 411b zum Einführen der Leitungsdrähte 416a, 416b ausgebildet sind.
Bei dem Gassensor 1B dieses Ausführungsbeispiels ist an einer Endfläche 411c des Dichtungselements 411 in einem Schmelzverbindungsbereich bei Temperaturen von mehr als 300°C ein Belüftungsfilter 412 schmelzverbunden worden. Der Schmelzverbindungsbereich ist am gesamten Umfang ausgebildet, ohne dass in dem Verbindungsbereich ein Zwischenraum vorhanden wäre. Des Weiteren befindet sich der Belüftungsfilter 412 auf der Endfläche 411c des Dichtungselements 411.
Darüber hinaus liegt die Oberfläche A der Belüftungsbohrung 411a in einem radialen Querschnitt des End flächenabschnitts 411c des Dichtungselements 411 bei einem Wert von 1 mm² und liegt die Oberfläche B eines von dem Schmelzverbindungsbereich umgebenen Gebiets bei einem Wert von 9 mm², wobei der folgende Zusammenhang gilt: A < B ≤ 9A.
Deswegen legt sich kein ringförmiger Kantenabschnitt des Belüftungsfilter 412 über die in dem Dichtungselement 411 ausgebildeten Leitungsdrahteinführbohrungen 411b. Außerdem ermöglicht dieser Aufbau es, den Abstand zwischen der Belüftungsbohrung 411a und den Leitungsdrahteinführbohrungen 411b zu verringern, wodurch das Dichtungselement 411 insgesamt verkleinert werden kann.
Wie zuvor dargelegt wurde, kann der Gassensor 1B mit diesem Aufbau verkleinert werden, ohne den ringförmigen Kantenabschnitt des Belüftungsfilters 412 dazu zu bringen, sich über die in den Dichtungselement 411 ausgebildeten Leitungsdrahteinführbohrungen 411b zu legen.
Abgewandelte Form
Im Folgendem wird unter Bezugnahme auf die 5A und 5B ein Gassensor 1C mit einer abgewandelten Form des Gassensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die 5A und 5B zeigen als Vergrößerung ein Dichtungselement und einen Belüftungsfilter, die Teile des Gassensors dieser Abwandlung bilden. 5A zeigt das Dichtungselement und den Belüftungsfilter von einem Fußende (von einem oberen Bereich) des Gassensors aus. 5B ist eine Schnittansicht entlang der Linie B1-B1 von 5A.
Der in den 5A und 5B gezeigte Belüftungsfilter 30 kann in dem Aufbau des Gassensors 1 gemäß dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel angewandt werden. Und zwar umfasst der Gassensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wie in 1 gezeigt ist, den Gasmessfühler 19, der die Funktion hat, eine bestimmte Gaskonzentration von Messgasen zu erfassen, das zylinderförmige Gehäuse 10, durch das der Gasmessfühler 19 läuft und festgehalten wird, die zylinderförmige messgasseitige Abdeckung 11, die fest an dem fernen Ende des Gehäuses 10 angebracht ist, so dass sie das ferne Ende des Gasmessfühlers 19 bedeckt, und die zylinderförmige atmosphärenseitige Abdeckung 2, die fest an dem Gehäuse 10 an dessen Fußende angebracht ist, so dass sie das Fußende des Gasmessfühlers bedeckt.
Darüber hinaus weist die atmosphärenseitige Abdeckung 2 das Fußende auf, in dem das Dichtungsabteil 17 an einer festen Stelle untergebracht ist. Das Dichtungselement 17 hat den Zentralbereich, der mit der axial verlaufenden Belüftungsbohrung 17a ausgebildet ist, um Atmosphärenluft in das Innere der atmosphärenseitigen Abdeckung 2 zu leiten. Das Dichtungselement 17 hat außerdem eine Vielzahl von axial verlaufenden Leitungsdrahteinführbohrungen 17b, die in Umfangsrichtung beabstandet im Bereich um die Belüftungsbohrung 17a herum ausgebildet sind.
Bei dem Gassensor dieser Abwandlung ist der Belüftungsfilter 30 mit dem Fußendabschnitt 17c des Dichtungsbauteils 17 in einem Schmelzverbindungsbereich 30b bei Temperaturen von mehr als 300°C (d.h. bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkts des Filters) schmelzverbunden worden. Der Schmelzverbindungsbereich 30b kann gebildet werden, indem ein ringförmiges Heizelement mit einem kleineren Durchmesser als der Belüftungsfilter 30 auf eine Temperatur von mehr als 300°C erhitzt wird und das ringförmige Heizelement über den Belüftungsfilter 30 gegen das Dichtungselement 17 gepresst wird.
Des Weiteren ist der Schmelzverbindungsbereich 30b, der aus dem miteinander schmelzverbundenen Dichtungselement 17 und Belüftungsfilter 30 besteht, im gesamten Umfang ausgebildet, ohne dass am Schmelzverbindungsabschnitt ein Zwischenraum ausgebildet wäre. Bei dieser Anordnung ist zwischen dem Dichtungselement 17 und dem Belüftungsfilter 30 kein Zwischenraum ausgebildet, wodurch Fremdstoffe gehindert werden, von außen in den Gassensor 1 einzudringen.
Des Weiteren ermöglicht das Fixieren des Belüftungsfilters 30 am Fußendabschnitt 17c des Dichtungselements 17s, den Belüftungsfilter 30 fern von einem fernen Ende des Gassensors 1 zu positionieren. Diese Platzierung sorgt dafür, dass die Poren des aus porösen Material bestehenden Belüftungsfilters 30 nicht aufgrund von Hitze unter Verformung mit der sich daraus ergebenen Verschlechterung der Luftdurchlässigkeit schmelzen und verstopfen.
Darüber hinaus hat der Belüftungsfilter 30 Bereiche, die den Leitungsdrahteinführbohrungen 17b des Dichtungselements 17 entsprechen und die mit offenen Abschnitten 30c ausgebildet sind, wobei der Belüftungsfilter 30 nicht über den Leitungsdrahteinführbohrungen 17b des Dichtungselements 17 aufsitzt.
Wenn außerdem davon ausgegangen wird, dass die Oberfläche "A" der Belüftungsbohrung 17a des Fußendabschnitts 17c des Dichtungselements 17 in Radialrichtung 3 mm² beträgt und die Oberfläche "D" des Fußendabschnitts 17c des Dichtungselements 17 314 mm² beträgt und die Oberfläche "C" des Belüftungsfilters 30 264 mm² beträgt, gilt der folgende Zusammenhang: A < C ≤ D.
Der Belüftungsfilter 30 kann demnach mit dem Dichtungselement 17 unter einem größeren Schmelzverbindungsbereich schmelzverbunden werden, was für eine höhere Verbindungszuverlässigkeit zwischen dem Dichtungselement 17 und dem Belüftungsfilter 30 sorgt.
Es wurden zwar ausführlich bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, doch wird der Fachmann erkennen, dass im Lichte der Gesamtlehre dieser Offenbarung verschiedene Abwandlungen und Alternativen zu diesen Einzelheiten entwickelt werden könnten. So umfasst das Material des Dichtungselements zum Beispiel nicht nur Fluorkohlenstoffgummi, sondern auch andere wärmebeständige Materialien wie Silikongummi oder dergleichen. Darüber hinaus umfasst das Messgas nicht nur Sauerstoffgas, sondern auch andere Gasbestandteile wie NOx, CO, HC oder dergleichen. Der Gasmessfühler kann einen beliebigen Aufbau haben, einschließlich einer Stapelbauart und einer Becherbauart.
Es ist ein Gassensor offenbart, der einen Gasmessfühler hat, der von einem zylinderförmigen Gehäuse gehalten wird, das von einer atmosphärenseitigen Abdeckung bedeckt ist, die fest an dem zylinderförmigen Gehäuse angebracht ist. Die atmosphärenseitige Abdeckung hält ein Dichtungselement fest, das eine Belüftungsbohrung und eine Vielzahl von um die Belüftungsbohrung herum ausgebildeten Leitungsdrahteinführlöchern hat. Mit dem Dichtungselement ist in einem Schmelzverbindungsbereich bei Temperaturen von mehr als 300°C ein Filterelement schmelzverbunden worden. Der Schmelzverbindungsbereich ist an einem Bereich außerhalb des Außenrands der Belüftungsbohrung im gesamten Umfang gasdicht ausgebildet und weist keinen Zwischenraum auf, wobei unter der Annahme, dass die Belüftungsbohrung an der Endfläche des Dichtungselements eine offene Oberfläche A hat und ein von dem Schmelzverbindungsbereich umgebenes Gebiet eine Oberfläche B hat, der Zusammenhang A < B ≤ 9A gilt.

Claims

Gassensor mit: einem Gasmessfühler zum Erfassen der Konzentration eines bestimmten Gases in Messgasen; einem zylinderförmigen Gehäuse, durch das der Gasmessfühler läuft und festgehalten wird; einer atmosphärenseitigen Abdeckung, die fest an einem Fußende des zylinderförmigen Gehäuses angebracht ist, so dass sie einen Fußendabschnitt des Gasmessfühlers bedeckt; einem Dichtungselement, das von einem Fußende der atmosphärenseitigen Abdeckung festgehalten wird und eine Belüftungsbohrung, durch die Atmosphärenluft in das zylinderförmige Gehäuse eingeleitet wird, und eine Vielzahl von um die Belüftungsbohrung herum ausgebildeten Leitungsdrahteinführbohrungen hat; einem Filterelement, das aus einem porösen Material besteht und die Belüftungsbohrung so bedeckt, dass Atmosphärenluft eindringen kann, und das einen Schmelzverbindungsbereich hat, in dem das Filterelement bei Temperaturen von mehr als 200°C mit einer Endfläche des Dichtungselements schmelzverbunden wurde, wobei der Schmelzverbindungsbereich an einem Bereich außerhalb des Außenrands der mit dem Filterelement bedeckten Belüftungsbohrung im gesamten Umfang gasdicht ausgebildet ist und keinen Zwischenraum aufweist; und unter der Annahme, dass die Belüftungsbohrung an der Endfläche des Dichtungselements eine offene Oberfläche A hat und ein von dem schmelzverbundenen Bereich umgebenes Gebiet eine Oberfläche B hat, der folgende Zusammenhang gilt: A < B ≤ 9A.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei die Belüftungsbohrung in dem Dichtungselement so ausgebildet ist, dass sie in Axialrichtung verläuft; und das Filterelement an der Endfläche des Dichtungselements ein Ende der Belüftungsbohrung bedeckt.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei die atmosphärenseitige Abdeckung einen zylinderförmigen Hauptabdeckungskörper, von dem ein Ende mit dem zylinderförmigen Gehäuse verbunden ist und von dessen anderem Ende eine ringförmige Schulter radial nach innen läuft, und einen zylinderförmigen Nebenabdeckungskörper umfasst, der axial von der ringförmigen Schulter des zylinderförmigen Hauptabdeckungskörpers ausgeht und das Fußende aufweist, durch das das Dichtungsbauteil festgehalten wird, der Gassensor außerdem Folgendes umfasst: einen fühlerseitigen Isolator, der in dem zylinderförmigen Gehäuse untergebracht ist und den Gasmessfühler festhält; und einen atmosphärenseitigen Isolator, der zwischen dem fühlerseitigen Isolator und der ringförmigen Schulter des zylinderförmigen Hauptabdeckungskörpers angeordnet ist.
Gassensor nach Anspruch 3, mit: einem Packungselement, das zwischen dem fühlerseitigen Isolator und dem zylinderförmigen Gehäuse angeordnet ist, um zwischen diesen für eine gasdichte Abdichtung zu sorgen; und einem Federelement, das zwischen dem atmosphärenseitigen Isolator und der ringförmigen Schulter des zylinderförmigen Hauptabdeckungskörpers angeordnet ist, um den fühlerseitigen Isolator und den atmosphärenseitigen Isolator gegen das Packungselement zu pressen.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei die atmosphärenseitige Abdeckung einen zylinderförmigen Hauptabdeckungskörper, von dem ein Ende mit dem zylinderförmigen Gehäuse verbunden ist und von dessen anderem Ende eine ringförmige Schulter radial nach innen läuft, und einen zylinderförmigen Nebenabdeckungskörper umfasst, der axial von der ringförmigen Schulter des zylinderförmigen Hauptabdeckungskörpers ausgeht und das Fußende aufweist, durch das das Dichtungsbauteil festgehalten wird; das zylinderförmige Gehäuse einen Fußendabschnitt hat, der mit einer Innenbohrung ausgebildet ist und ein fernes Ende hat, das mit einem radial nach innen laufenden Ringflansch ausgebildet ist; und der Gassensor außerdem Folgendes umfasst: einen zylinderförmigen Isolator, der in der Innenbohrung des zylinderförmigen Gehäuses ausgebildet ist; und ein ringförmiges Federelement, das zwischen dem Ringflansch des zylinderförmigen Gehäuses und einem Ende des zylinderförmigen Isolators ausgebildet ist.
Gassensor nach Anspruch 5, mit: einem Heizelement, das innerhalb des Gasmessfühlers angeordnet ist; und einer von der atmosphärenseitigen Abdeckung festgehaltenen Isolatorführung zum Aufnehmen von Verbindungselementen, durch die jeweils Elektrodenanschlüsse des Gasmessfühlers und Elektrodenanschlüsse des Heizelements mit Leitungsdrähten verbunden werden.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei die atmosphärenseitige Abdeckung einen zylinderförmigen Hauptabdeckungskörper, von dem ein Ende mit dem zylinderförmigen Gehäuse verbunden ist und von dessen anderem Ende eine ringförmige Schulter radial nach innen läuft, und einen zylinderförmigen Nebenabdeckungskörper umfasst, der von dem anderen Ende des zylinderförmigen Hauptabdeckungskörpers ausgeht und einen ersten Abschnitt, durch den das Dichtungselement festgehalten wird, und an einer Stelle nahe am zylinderförmigen Hauptabdeckungskörper einen von dem ersten Abschnitt axial beabstandeten zweiten Abschnitt hat; das zylinderförmige Gehäuse einen Fußendabschnitt hat, der mit einer Innenbohrung ausgebildet ist und ein fernes Ende hat, das mit einem radial nach innen laufenden Ringflansch ausgebildet ist; und der Gassensor außerdem Folgendes umfasst: einen zylinderförmigen Isolator, der in der Innenbohrung des zylinderförmigen Gehäuses untergebracht ist; und ein ringförmiges Federelement, das zwischen dem Ringflansch des zylinderförmigen Gehäuses und einem Ende des zylinderförmigen Isolators angeordnet ist.
Gassensor nach Anspruch 7, mit: einem Heizelement, das innerhalb des Gasmessfühlers angeordnet ist; und einer vom zweiten Abschnitt des zylinderförmigen Nebenabdeckungskörpers festgehaltenen Isolatorführung zum Aufnehmen von Verbindungselementen, durch die jeweils Elektrodenanschlüsse des Gasmessfühlers und Elektrodenanschlüsse des Heizelements mit Leitungsdrähten verbunden werden.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei das Filterelement einen Außenumfangsrand hat, der sich innerhalb der Vielzahl von Leitungsdrahteinführbohrungen befindet, die in dem Dichtungselement ausgebildet sind.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei das Filterelement einen Außenumfangsrand hat, der in einem Bereich außerhalb der Vielzahl von Leitungsdrahteinführbohrungen des Dichtungselements verläuft, und eine Vielzahl von Bohrungen hat, die an den gleichen Stellen ausgebildet sind, an denen in dem Dichtungselement die Vielzahl von Leitungsdrahteinführbohrungen ausgebildet sind.