DE102007000045B4

DE102007000045B4 - Gassensor mit verbesserter Hitzebeständigkeit

Info

Publication number: DE102007000045B4
Application number: DE102007000045.8A
Authority: DE
Inventors: Kengo Toguchi; Kazuya Nakagawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2016-08-11
Anticipated expiration: 2027-01-30
Also published as: US20070175754A1; JP4631727B2; JP2007199005A; FR2896878A1; DE102007000045A1; US7722750B2; FR2896878B1; CN101013102A

Abstract

Gassensor (1) mit: einem Messfühler (2), der eine bestimmte Gaskonzentration innerhalb eines zu messenden Gases erfasst; einem Gehäuse (3), in das der Messfühler (2) eingesetzt ist und von dem er gehalten wird, wobei das Gehäuse (3) eine Axialrichtung vorgibt und ein Fußende und ein Kopfende hat, die sich beide längs der Axialrichtung befinden; einer annähernd zylinderförmig ausgebildeten atmosphärenseitigen Abdeckung (4), die i) einen ersten Abschnitt (41) mit einem ersten Durchmesser, der sich in der Axialrichtung auf einer Kopfendenseite befindet und der an dem Fußende des Gehäuses (3) befestigt ist, ii) einen zweiten Abschnitt (42) mit einem zweiten Durchmesser, der kleiner als der erste Durchmesser ist, wobei sich der zweite Abschnitt (42) in der Axialrichtung auf einer Fußendenseite befindet, iii) einen Stufenabschnitt (43), der zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt (41, 42) ausgebildet ist, und iv) drei bis acht vom zweiten Abschnitt (42) nach außen vorragende Rippen (44) hat, die zwischen dem Stufenabschnitt (43) und dem zweiten Abschnitt (42) ausgebildet sind und in der Axialrichtung einen Fußendenabschnitt haben, wobei die Rippen (44) von dem zweiten Abschnitt (42) gebildet werden, der in einer Umfangsrichtung senkrecht zur Axialrichtung einen Rippenausbildungsbereich und einen Rippennichtausbildungsbereich hat, und wobei eine Länge A in der Umfangsrichtung des Rippenausbildungsbereichs und eine Länge B in der Umfangsrichtung des Rippennichtausbildungsbereichs zwischen den Rippen (44) ein Verhältnis von 0,15 ≤ A/B ≤ 1 haben; einem am Außenumfang des zweiten Abschnitts (42) der atmosphärenseitigen Abdeckung (4) angebrachten Belüftungsfilter (5), der in der Axialrichtung einen Kopfendenabschnitt hat, der sich mit dem Fußendenabschnitt der Rippen (44) in Kontakt befindet; und einer Filterabdeckung (6), die den Belüftungsfilter (5) zwischen dem zweiten Abschnitt (42) der atmosphärenseitigen Abdeckung (4) und der Filterabdeckung (6) einzwängt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gassensor, der dazu verwendet werden kann, die Verbrennung in einem Verbrennungsmotor, etwa einem Motor für ein Fahrzeug, zu steuern.
Beschreibung des Stands der Technik
Es ist bereits ein Gassensor bekannt, der das Niveau von verschiedenen Arten an Gasbestandteilen innerhalb des Abgases erfasst.
Ein Beispiel solcher Gassensoren ist in der JP 2002-82085 A gezeigt. In dieser Publikation wird, wie in 12 gezeigt ist, ein Gassensor im Abgassystem eines Verbrennungsmotors, etwa eines Motors für ein Fahrzeug, eingebaut.
Und zwar enthält der Gassensor 9, wie in 12 gezeigt ist, einen Messfühler 92, ein Gehäuse 93 und eine atmosphärenseitige Abdeckung 94. Der Messfühler 92 erfasst eine bestimmte Gaskonzentration innerhalb des zu messenden Gases. Der Messfühler 92 ist in das Gehäuse 93 eingesetzt und wird darin gehalten. Die atmosphärenseitige Abdeckung 94 ist auf der Fußendenseite des Gehäuses 93 befestigt. Auf der Kopfendenseite des Gehäuses ist an dem Gehäuse 93 eine Abdeckung 97 festgemacht, die als eine messgasseitige Abdeckung dient. Diese Abdeckung 97 ist als eine doppelwandige Abdeckung ausgebildet, die aus einer Innenabdeckung 971 und einer Außenabdeckung 972 besteht. Durch die Innen- und Außenabdeckung 971 und 972 gehen jeweils Gaseinlassöffnungen 973. Folglich wird durch die Öffnungen 973 ein zu messendes Gas 974 in das Innere der Innenabdeckung 971 eingelassen.
Wie in 12 gezeigt ist, umfasst die atmosphärenseitige Abdeckung 94 einen Abschnitt großen Durchmessers 941, einen Abschnitt kleinen Durchmessers 942 und einen Stufenabschnitt 943. Der Abschnitt großen Durchmessers 941 ist am Gehäuse 93 befestigt. Der Abschnitt kleinen Durchmessers 942 ist auf der Fußendenseite der atmosphärenseitigen Abdeckung 94 angebracht. Der Stufenabschnitt 943 ist so ausgebildet, dass er den Abschnitt großen Durchmessers 941 und den Abschnitt kleinen Durchmessers 942 verbindet.
Die Fußendenseite der atmosphärenseitigen Abdeckung 94 ist von einer Filterabdeckung 96 bedeckt. Abgesehen davon ist, wie in der Darstellung gezeigt ist, zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung 94 und der Filterabdeckung 96 ein wasserundurchlässiger Belüftungsfilter 95 eingezwängt. Der Belüftungsfilter ist durch Verstemmen an zwei Befestigungsabschnitten 960 befestigt, die an zwei Stellen in Axialrichtung vorgesehen sind. Wie in 12 gezeigt ist, ist der Belüftungsfilter 95 so positioniert, dass sich der Kopfendenabschnitt des Belüftungsfilters 95 mit dem Stufenabschnitt 942 in Kontakt befindet.
Durch die beiden Abdeckungen 94 und 96 gehen Lufteinlassöffnungen 944, so dass in das Innere der atmosphärenseitigen Abdeckung 94 durch die Öffnungen 944 Atmosphärenluft 945 eingelassen wird. Die Atmosphärenluft 945 dient als ein Bezugsgas.
Der Messfühler 92 hat bekanntlich die Fähigkeit, die Konzentration eines bestimmten (d. h. gewünschten) Bestandteils eines zu messenden Gases zu messen. Das Messsignal vom Messfühler 92 wird über Leitungsabschnitte 921, Verbindungsstücke 922 und Leitungsdrähte 923 einer externen Einheit zugeführt.
Wenn der Gassensor 9 im Gebrauch ist, erhöht sich die Temperatur der Kopfendenseite des Gassensors 9. Die Wärme wird zur Fußendenseite übertragen, wobei sich die Temperatur des Belüftungsfilters 95 ebenfalls erhöht. Durch den wiederholten Gebrauch des Gassensors 9 im Abgassystem des Verbrennungsmotors wird daher der Belüftungsfilter 95 durch die Hitze geschädigt. Es besteht das Risiko, dass die Wasserundurchlässigkeiteigenschaften des Belüftungsfilters 95 in Mitleidenschaft gezogen werden.
Deswegen ist es notwendig, den Belüftungsfilter 95 so nah wie möglich am Fußende des Gassensors 9 zu platzieren. So ist es vorstellbar, auf der Fußendenseite des Stufenabschnitts 943 einen neuen Stufenabschnitt vorzusehen und den Belüftungsfilter 95 nahe am Fußende des Gassensors 9 anzuordnen. Allerdings bildet sich leicht ein enger Spalt zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung 94 und der Filterabdeckung 96, wenn der Stufenabschnitt vergrößert wird. Wenn Feuchtigkeit oder dergleichen in den Spalt eindringt, ist es schwierig, die Feuchtigkeit oder dergleichen abzuleiten. Daher besteht das Risiko einer durch die Feuchtigkeit oder dergleichen verursachten Spaltkorrosion.
Ein Gassensor mit einem solchen neuen Stufenabschnitt, durch den der Belüftungsfilter näher am Fußende des Gassensors platziert wird, ist aus 1 der US 5 785 829 A , 10 und 12 der US 5 874 664 A sowie 1 der US 2004/0129566 A1 bekannt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung erfolgte angesichts der vorstehenden Probleme. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gassensor zur Verfügung zu stellen, der eine Belüftung zwischen einer atmosphärenseitigen Abdeckung und einer Filterabdeckung sicherstellt und eine verbesserte Hitzebeständigkeit hat.
Die vorliegende Erfindung sieht einen Gassensor mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor.
Bei der Erfindung wird die Seite, die im Auspuffrohr des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen eingebaut werden soll, als Kopfendenseite bezeichnet. Die zur Kopfendenseite entgegengesetzte Seite wird als Fußendenseite bezeichnet.
Die atmosphärenseitige Abdeckung umfasst einen Abschnitt großen Durchmessers (d. h. einen ersten Abschnitt gemäß der Erfindung) auf der Kopfendenseite und einen Abschnitt kleinen Durchmessers (d. h. einen zweiten Abschnitt gemäß der Erfindung) auf der Fußendenseite. Der Abschnitt großen Durchmessers ist am Gehäuse befestigt. Die Filterabdeckung befindet sich auf dem Außenumfang des Abschnitts kleinen Durchmessers. Zwischen dem Abschnitt großen Durchmessers und dem Abschnitt kleinen Durchmessers ist ein Stufenabschnitt (d. h. ein abgestufter Abschnitt) ausgebildet.
Zwischen dem Stufenabschnitt und dem Abschnitt kleinen Durchmessers sind Rippen ausgebildet, die vom Abschnitt kleinen Durchmessers nach außen vorragen. Der Kopfendenabschnitt des Belüftungsfilters befindet sich mit dem Fußendenabschnitt der Rippen in Kontakt.
Die Rippen sind also zwischen dem Stufenabschnitt und dem Abschnitt kleinen Durchmessers ausgebildet und der Kopfendenabschnitt des Belüftungsfilters befindet sich mit dem Fußendenabschnitt der Rippen in Kontakt. Daher kann der Belüftungsfilter um die Länge der Rippen in der Axialrichtung näher am Fußende des Gassensors angeordnet werden. Der Belüftungsfilter kann vom Kopfendenabschnitt des Gassensors getrennt werden, der auf eine hohe Temperatur erhitzt worden ist. Dadurch können die Wärmeübertragung vom Kopfendenabschnitt des Gassensors zum Belüftungsfilter und eine Hitzeschädigung des Belüftungsfilters unterdrückt werden. Es kann ein Gassesensor mit ausgezeichneter Hitzebeständigkeit erzielt werden.
Bei Umsetzung des oben beschriebenen Aufbaus kann außerdem zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung und dem Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung ein Raum gebildet werden, der mit der Außenseite verbunden ist. Daher kann zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung und dem Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung eine Belüftung sichergestellt werden. Somit kann eine Korrosionsschädigung des Belüftungsfilters, der atmosphärenseitigen Abdeckung und dergleichen verhindert werden.
Dadurch, dass der Kopfendenabschnitt des Belüftungsfilters mit dem Fußendenabschnitt der Rippen in Kontakt ist, kann der Belüftungsfilter leicht positioniert und außerdem stabil an einer vorgegebenen Position angeordnet werden.
Erfindungsgemäß kann also ein Gassensor zur Verfügung gestellt werden, der die Belüftung zwischen einer atmosphärenseitigen Abdeckung und einer Filterabdeckung sicherstellt und eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit hat.
Die Länge der Rippen in der Axialrichtung beträgt vorzugsweise 3 bis 10 mm. In diesem Fall kann ein Gassensor erzielt werden, der die Steifigkeits- und Festigkeitsverminderung auf der Fußendenseite verhindert, während er eine ausreichend hohe Hitzebeständigkeit hat.
Wenn die Länge in Axialrichtung dagegen weniger als 3 mm betragen würde, wäre es schwierig, den Belüftungsfilter so anzuordnen, dass der Kopfendenabschnitt des Gassensors, der eine hohe Temperatur hat, und der Belüftungsfilter ausreichend getrennt wären. Es bestünde das Risiko, dass es schwierig wäre, die Hitzeschädigung des Belüftungsfilters zu verhindern.
Wenn die Länge in Axialrichtung mehr als 10 mm betragen würde, würde zudem die Abmessung der Fußendenseite des Gassensors lang werden. Es bestünde das Risiko einer Steifigkeits- und Festigkeitsverminderung des Gassensors auf der Fußendenseite.
Außerdem sind drei bis acht Rippen ausgebildet. Dadurch kann der Belüftungsfilter stabil angeordnet werden und lassen sich die Rippen leicht ausbilden.
Wenn die Anzahl der ausgebildeten Rippen dagegen weniger als drei betragen würde, bestünde das Risiko, dass es dem Belüftungsfilter schwer fallen würde, sich mit dem Fußendenabschnitt der Rippen stabil in Kontakt zu befinden.
Wenn die Anzahl der ausgebildeten Rippen mehr als acht betragen würde, bestünde zudem das Risiko, dass es schwierig wäre, die Rippen auszubilden.
Eine Länge A in der Umfangsrichtung des Ausbildungsbereichs der Rippen und eine Länge B in der Umfangsrichtung des Nichtausbildungsbereichs zwischen Rippen der atmosphärenseitigen Abdeckung haben ein Verhältnis von 0,15 ≤ A/B ≤ 1. Dadurch kann die Belüftung zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung und dem Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung ausreichend sichergestellt werden, während der Belüftungsfilter leicht und stabil positioniert werden kann.
Wenn A/B dagegen weniger als 0,15 betragen würde, bestünde das Risiko, dass es schwierig wäre, den Belüftungsfilter stabil zu positionieren.
Wenn A/B mehr als 1 betragen würde, wäre zudem der zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung und dem Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung ausgebildete Raum klein. Es bestünde das Risiko, dass es schwierig wäre, die Belüftung zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung und der Filterabdeckung ausreichend sicherzustellen.
Außerdem kann sich der Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung mit dem Fußendenabschnitt der Rippen in Kontakt befinden. In diesem Fall kann zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung und dem Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung ein Raum ausgebildet werden, der zur Außenseite hin ventilieren kann. Daher kann die Belüftung zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung und dem Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung ausreichend sichergestellt werden.
Außerdem kann die Filterabdeckung so konfiguriert sein, dass sie so angeordnet ist, dass sich der Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung mit der Außenfläche der Rippen in Kontakt befindet. In diesem Fall kann der Belüftungsfilter leicht im Fußendenabschnitt der Rippen positioniert werden, wenn der Gassensor zusammengebaut wird.
Außerdem kann die Filterabdeckung so angeordnet sein, dass der Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung die atmosphärenseitige Abdeckung nicht berührt. In diesem Fall kann zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung und dem Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung ein Raum ausgebildet werden, der zur Außenseite ventilieren kann. Daher kann die Belüftung zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung und dem Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung ausreichend sichergestellt werden.
Bei der Erfindung kann als der oben beschriebene Gassensor zum Beispiel ein O₂-Sensor, ein Luft-Kraftstoff-Sensor (A/F-Sensor) ein NOx-Sensor (Stickoxidsensor) oder ein CO-Sensor (Kohlenmonoxidsensor) verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den beigefügten Zeichnungen zweigen:
1 eine Schnittdarstellung eines Gassensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie X-X in 1;
3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie Y-Y in 2;
4 eine Schnittdarstellung des Fußendenabschnitts eines Gassensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine Schnittdarstellung entlang der Linie Z-Z in 4;
6 eine Schnittdarstellung des Fußendenabschnitts eines Gassensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 eine Schnittdarstellung der atmosphärenseitigen Abdeckung in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung, wenn die Querschnittsform der Rippen in einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung geändert wird;
8 eine Schnittdarstellung der atmosphärenseitigen Abdeckung in der Richtung senkrecht zur Axialrichtung, wenn die Querschnittsform der Rippen im vierten Ausführungsbeispiel geändert wird;
9 eine Schnittdarstellung der atmosphärenseitigen Abdeckung in der Richtung senkrecht zur Axialrichtung, wenn die Querschnittsform der Rippen im vierten Ausführungsbeispiel geändert wird;
10 eine Schnittdarstellung des Fußendenabschnitts eines Gassensors gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
11 ein Liniendiagramm mit den Messergebnissen gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel; und
12 eine Schnittdarstellung eines Gassensors gemäß einem herkömmlichen Beispiel.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nun verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 1 bis 3 wird der Gassensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält der Gassensor 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Messfühler 2, ein Gehäuse 3, eine atmosphärenseitige Abdeckung 4, einen Belüftungsfilter 5 und eine Filterabdeckung 6.
Der Messfühler ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein rohrförmiges Element ausgebildet, dessen Länge eine Axialrichtung des Gassensors 1 vorgibt. In 1 wird die untere Seite als Kopfendenseite bezeichnet, die im Auspuffrohr des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen eingebaut werden soll, während die obere Seite als Fußendenseite bezeichnet wird.
Der Messfühler 2 erfasst die Konzentration eines bestimmten Gases innerhalb eines zu messenden Gases. Der Messfühler 2 ist im Innern des Gehäuses 3 eingesetzt und wird darin gehalten. Die atmosphärenseitige Abdeckung 4 ist auf der Fußendenseite des Gehäuses 3 befestigt. Der Belüftungsfilter 5 ist am Außenumfang des Fußendenabschnitts der atmosphärenseitigen Abdeckung 4 angebracht. Die Filterabdeckung 6 fixiert den Belüftungsfilter 5 zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung 4 und der Filterabdeckung 6.
Auf der Kopfendenseite des Gehäuses 3 ist am Gehäuse 3 eine Abdeckung 70 festgemacht, die als eine messgasseitige Abdeckung dient. Diese Abdeckung 70 ist als eine doppelwandige Abdeckung ausgebildet, die aus einer Innenabdeckung 71 und einer Außenabdeckung 72 besteht. Durch die Innen- und Außenabdeckung 71 und 72 gehen jeweils Gaseinlassöffnungen 73. Folglich wird durch die Öffnungen 73 ein zu messendes Gas 74 in das Innere der Innenabdeckung 71 eingelassen.
Wie in 1 und 3 gezeigt ist, umfasst die atmosphärenseitige Abdeckung 4 einen Abschnitt großen Durchmessers 41 auf der Kopfendenseite und einen Abschnitt kleinen Durchmessers 42 auf der Fußendenseite. Der Abschnitt großen Durchmessers 41 und der Abschnitt kleinen Durchmessers 42 entsprechen bei der Erfindung jeweils einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt. Der Abschnitt großen Durchmessers 41 ist am Gehäuse 3 befestigt. Die Filterabdeckung 6 befindet sich auf dem Außenumfang des Abschnitts kleinen Durchmessers 42. Zwischen dem Abschnitt großen Durchmessers 41 und dem Abschnitt kleinen Durchmessers 42 ist ein Stufenabschnitt 43 ausgebildet.
Wie in 1 und 3 gezeigt ist, sind zwischen dem Stufenabschnitt 43 und dem Abschnitt kleinen Durchmessers 42 Rippen 44 ausgebildet, die vom Abschnitt kleinen Durchmessers 42 nach außen vorragen.
Der Kopfendenabschnitt des Belüftungsfilters 5 befindet sich mit dem Fußendenabschnitt der Rippen 44 in Kontakt.
Außerdem ist die Filterabdeckung 6 so angeordnet, dass sich der Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung 6 mit der Außenfläche der Rippen 44 in Kontakt befindet.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, sind die oben beschriebenen Rippen 44 so ausgebildet, dass sie vom Abschnitt kleinen Durchmessers 42 nach außen vorragen, und zwar zwischen dem Stufenabschnitt 43 und dem Abschnitt kleinen Durchmessers 42. Die Länge h der Rippen 44 in der Axialrichtung beträgt 3 bis 10 mm. Wie in 2 gezeigt ist, sind in diesem Ausführungsbeispiel auf dem Abschnitt kleinen Durchmessers 42 in gleichen Abständen zueinander vier gleich große, bogenförmige Rippen 44 ausgebildet.
Wenn eine Länge in der Umfangsrichtung des Ausbildungsbereichs einer Rippe 44 „a” ist, ist A (= 4a) die Summe der Längen in der Umfangsrichtung der vier Ausbildungsbereiche. Wenn eine Länge in der Umfangsrichtung eines Nichtausbildungsbereichs zwischen den Rippen 44 „b” ist, ist B (= 4b) die Summe der Längen in der Umfangsrichtung der vier Nichtausbildungsbereiche. Die Abmessungen A und B haben ein Verhältnis von 0,15 ≤ A/B ≤ 1. Mit anderen Worten sind die Rippen 44 in diesem Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass sie die gleiche Größe und den gleichen Abstand zueinander haben. Daher haben die Länge a in der Umfangsrichtung des Ausbildungsbereichs der Rippen und die Länge b in der Umfangsrichtung des Nichtausbildungsbereichs zwischen den Rippen ein Verhältnis von 0,15 ≤ a/b ≤ 1.
Nachdem die atmosphärenseitige Abdeckung 4 ausgebildet wurde, können die Rippen 44 zum Beispiel dadurch ausgebildet werden, dass die atmosphärenseitige Abdeckung 4 in eine Form geworfen und gepresst und ausgedehnt wird.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist der Belüftungsfilter 5 zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung 4 und der Filterabdeckung 6 eingezwängt. Der Belüftungsfilter 5 ist durch zwei Befestigungsabschnitte 60 befestigt und fixiert, die in der Axialrichtung an zwei Stellen vorgesehen sind. Der Belüftungsabschnitt, der wasserundurchlässig ist und (Atmosphären-)Luft 45 einlässt, wird von einer Lufteinlassöffnung 600, dem Belüftungsfilter 5 und einer Atmosphärenverbindungsöffnung 400 gebildet. Die Atmosphärenluft 45 dient als ein Bezugsgas. Die Lufteinlassöffnung 600 ist auf der Filterabdeckung 6 vorgesehen. Die Atmosphärenverbindungsöffnung 400 ist auf der atmosphärenseitigen Abdeckung 4 vorgesehen. Als Belüftungsfilter 5 kann ein Filter verwendet werden, der zum Beispiel aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gebildet wurde.
Der Messfühler 2 ist aus der US-Patentschrift Nr. 5,573,650 bekannt, und hat die Fähigkeit, die Konzentration eines bestimmten (d. h. gewünschten) Bestandteils eines zu messenden Gases zu messen. Der Messfühler 2 entspricht zum Beispiel einer mehrschichtigen Bauart aus einem rohrförmigen Element mit eingebauter Heizung und mit zwei Elektroden, jeweils in dem zu messenden Gas 74 und der Atmosphärenluft 45 freiliegen. Ein Ionenstrom und eine Potenzialdifferenz, zu denen es zwischen den beiden Elektroden kommt, sorgen für ein Messsignal zur Messung der Konzentration eines bestimmten Gasbestandteils des zu messenden Gases. Das Messsignal vom Messfühler 2 wird über Leitungsabschnitte 21, Verbindungsstücke 22 und Leitungsdrähte 23 zum Beispiel einer elektronischen Steuerungseinheit zugeführt, die in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist.
Außerdem enthält der Gassensor 1, wie in 1 gezeigt ist, innen ein fühlerseitiges Elektroporzellan 12, ein atmosphärenseitiges Elektroporzellan 13 und eine Bellevillefeder 14. Der Messfühler 2 ist in das fühlerseitige Elektroporzellan 12 eingesetzt und wird darin gehalten. Das atmosphärenseitige Elektroporzellan 13 befindet sich auf der Fußendenseite des fühlerseitigen Elektroporzellans 12. Die Bellevillefeder 14 befindet sich auf der Fußendenfläche des atmosphärenseitigen Elektroporzellans 13. Die Bellevillefeder 14 ist in einem solchen Zustand zwischen dem atmosphärenseitigen Elektroporzellan 13 und dem Stufenabschnitt 43 angeordnet, dass das atmosphärenseitige Elektroporzellan 13 unter Vorspannung in die Richtung des fühlerseitigen Elektroporzellans 12 gepresst wird. Die Wärme des Kopfendenabschnitts des Gassensors 1, der durch das zu messende Hochtemperaturgas erhitzt worden ist, wird über das fühlerseitige Elektroporzellan 12 und das atmosphärenseitige Elektroporzellan 13 zur Bellevillefeder 14 übertragen. Anschließend wird die Wärme von der Bellevillefeder 14 über den Stufenabschnitt 43 zur atmosphärenseitigen Abdeckung 4 übertragen, die den Belüftungsfilter 5 einzwängt.
Als nächstes wird die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels beschrieben.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, sind zwischen dem Stufenabschnitt 43 und dem Abschnitt kleinen Durchmessers 42 die Rippen 44 ausgebildet. Der Kopfendenabschnitt des Belüftungsfilters 5 befindet sich mit dem Fußendenabschnitt der Rippen 44 in Kontakt. Daher kann der Belüftungsfilter 5 um die Länge h der Rippen 44 in der Axialrichtung näher am Fußende des Gassensors 1 angeordnet werden. Der Belüftungsfilter 5 kann vom Kopfendenabschnitt des Gassensors 1 getrennt werden, der auf eine hohe Temperatur erhitzt worden ist. Dadurch können die Wärmeübertragung vom Kopfendenabschnitt des Gassensors 1 zum Belüftungsfilter 5 und die Hitzeschädigung des Belüftungsfilters 5 unterdrückt werden. Es kann ein Gassesensor 1 mit ausgezeichneter Hitzebeständigkeit erzielt werden.
Nachdem die Wärme des Kopfendenabschnitts des Gassensors 1 wie oben beschrieben zur Bellevillefeder 14 übertragen wurde, wird die Wärme außerdem über den Stufenabschnitt 43 weiter zur atmosphärenseitigen Abdeckung 4 übertragen. Bei Umsetzung des oben beschriebenen Aufbaus befindet sich dabei der Bereich im Stufenabschnitt 43, in dem die Rippen 44 ausgebildet sind, nicht mit der Bellevillefeder 14 in Kontakt. Daher kann der Bereich des gesamten Stufenabschnitts 43, der sich mit der Bellevillefeder 14 in Kontakt befindet, verringert werden. Dadurch kann die Wärmeübertragung vom Kopfende des Gassensors 1 zum Belüftungsfilter 5 unterdrückt werden und kann die Hitzeschädigung des Belüftungsfilters 5 weiter unterdrückt werden.
Bei Umsetzung des oben beschriebenen Aufbaus kann außerdem, wie in 2 und 3 gezeigt ist, zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung 4 und dem Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung 6 ein Raum 7 gebildet werden, der mit der Außenseite verbunden ist. Daher kann zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung 4 und dem Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung 6 eine Belüftung sichergestellt werden. Somit kann eine Korrosionsschädigung des Belüftungsfilters 5, der atmosphärenseitigen Abdeckung 4 und dergleichen verhindert werden.
Dadurch, dass sich der Kopfendenabschnitt des Belüftungsfilters 5 mit dem Fußendenabschnitt der Rippen 44 in Kontakt befindet, kann der Belüftungsfilter 5 leicht positioniert und außerdem stabil an einer vorgegebenen Position angeordnet werden.
Wie in 1 gezeigt ist, beträgt die Länge h der Rippen 44 in der Axialrichtung 3 bis 10 mm. Daher kann ein Gassensor 1 erzielt werden, der eine Steifigkeits- und Festigkeitsverminderung auf der Fußendenseite verhindert, während er eine ausreichend hohe Hitzebeständigkeit hat.
Außerdem sind, wie in 2 gezeigt ist, vier Rippen 44 ausgebildet. Daher kann der Belüftungsfilter 5 stabil angeordnet werden und lassen sich die Rippen 44 leicht ausbilden.
In der atmosphärenseitigen Abdeckung 4 gemäß diesem Ausführungsbeispiel haben die Länge A in der Umfangsrichtung des Ausbildungsbereichs der Rippen 44 und die Länge B in der Umfangsrichtung des Nichtausbildungsbereichs zwischen den Rippen 44 außerdem ein Verhältnis von 0,15 ≤ A/B ≤ 1. Daher kann die Belüftung zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung 4 und dem Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung 6 ausreichend sichergestellt werden, während der Belüftungsfilter 5 leicht und stabil positioniert werden kann.
Außerdem ist die Filterabdeckung 6, wie in 1 und 3 gezeigt ist, so angeordnet, dass sich der Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung 6 mit der Außenfläche der Rippen 44 in Kontakt befindet. Dadurch kann der Belüftungsfilter 5 leicht am Fußendenabschnitt der Rippen 44 positioniert werden, wenn der Gassensor 1 zusammengebaut wird.
Wie oben beschrieben wurde, kann erfindungsgemäß ein Gassensor zur Verfügung gestellt werden, der eine Belüftung zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung und der Filterabdeckung sicherstellt und eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit hat.
Der Aufbau der Erfindung kann nicht nur wie im ersten Ausführungsbeispiel bei dem Gassensor 1 mit dem stapelartigen Messfühler 2 Anwendung finden, sondern auch bei einem Gassensor mit einem becherförmigen Messfühler, der als ein Zylinder mit Boden ausgebildet ist.
Zweites Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In dem zweiten und den folgenden Ausführungsbeispielen werden zur Vereinfachung der Erklärung ähnliche oder identische Bauteile wie im ersten Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugszahlen versehen.
Wie in 4 und 5 gezeigt ist, ist gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ein Gassensor 1 vorgesehen, in dem sich der Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung 6 mit dem Fußendenabschnitt der Rippen 44 in Kontakt befindet.
Die Rippen 44 sind so ausgebildet, dass sie weiter als die Rippen im ersten Ausführungsbeispiel (siehe Bezugszahl 44 in 1 und 2) in Richtung zur Fußendenseite der Axialrichtung und von der Umfangsrichtung nach außen vorragen. In diesem Ausführungsbeispiel ragen die Außenfläche der Rippen 44 in der Umfangsrichtung und die Außenumfangsfläche des Abschnitts großen Durchmessers 41 in der Umfangsrichtung um den gleichen Betrag vor.
Dieses Ausführungsbeispiel entspricht ansonsten dem ersten Ausführungsbeispiel.
In diesem Ausführungsbeispiel kann zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung 4 und dem Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung 6 der Raum 7 ausgebildet werden, der die Ventilation mit der Außenseite erlaubt. Daher kann zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung 4 und dem Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung 6 eine ausreichende Belüftung sichergestellt werden.
Die Wirkungen dieses Ausführungsbeispiels sind ansonsten die gleichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Drittes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 6 wird nun ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Wie in 6 gezeigt ist, ist ein Gassensor 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel vorgesehen, in dem die Filterabdeckung 6 so angeordnet ist, dass der Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung 6 die atmosphärenseitige Abdeckung 4 nicht berührt.
Dieses Ausführungsbeispiel entspricht ansonsten dem ersten Ausführungsbeispiel.
In diesem Ausführungsbeispiel kann zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung 4 und dem Kopfendenabschnitt der Filterabdeckung 6 der Raum 7 ausgebildet werden, der die Ventilation mit der Außenseite erlaubt. Daher kann zwischen der atmosphärenseitigen Abdeckung 4 und der Filterabdeckung 6 eine ausreichende Belüftung sichergestellt werden.
Die Wirkungen dieses Ausführungsbeispiels sind ansonsten die gleichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Viertes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 wird nun ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Wie in den 7 bis 9 gezeigt ist, betrifft der Gassensor 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel eine atmosphärenseitige Abdeckung 4 mit Rippen 44, deren Querschnitt in der Richtung senkrecht zur Axialrichtung unterschiedlich geändert wurde. Mit anderen Worten kann der Querschnitt der Rippen 44 wie in 7 gezeigt elliptisch, wie in 8 gezeigt rechteckig oder wie in 9 gezeigt dreieckig sein.
Der Aufbau und die Wirkungen dieses Ausführungsbeispiel sind ansonsten die gleichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf die 10 und 11 wird nun ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Wie in 10 und 11 gezeigt ist, wurde die Länge h der Rippen 44 in der Axialrichtung unterschiedlich geändert und wurde die Temperaturabnahmehöhe des Belüftungsfilters 5 untersucht.
Die Temperaturabnahmehöhe ist die Differenz zwischen der Temperatur des Belüftungsfilters im herkömmlichen Gassensor (siehe Bezugszahl 9 in 12), bei dem die Länge h in der Axialrichtung 0 beträgt, und der Temperatur des Belüftungsfilters 5 in dem Gassensor 1, wenn die Länge h in der Axialrichtung wie in 10 gezeigt unterschiedlich geändert wird. Die Temperaturabnahmehöhe wird über tatsächlichen Einsatzbedingungen des Gassensors gemessen.
Die Messergebnisse der Temperaturabnahmehöhe sind in 11 angegeben. Wie der Abbildung zu entnehmen ist, nimmt die Temperaturabnahmehöhe des Belüftungsfilters 5 klar zu, wenn die Länge der Rippen 44 in der Axialrichtung erhöht wird. Mit anderen Worten kann, indem die Position des Kopfendenabschnitts des Belüftungsfilters 5 zur Fußendenseite bewegt wird, die Wärmeübertragung vom Kopfendenabschnitt des Gassensors 1 zum Belüftungsfilter 5 klar unterdrückt werden. Wenn die Länge h in der Axialrichtung 3 mm oder mehr beträgt, beträgt die Temperaturabnahmehöhe zudem 28°C oder mehr. Die Wirkungen der Erfindung stellen sich ausreichend ein.
Die Erfindung kann in verschiedenen anderen Formen ausgeführt werden. Die bislang beschriebenen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen sollen nur veranschaulichend und nicht einschränkend sein, da der Schutzumfang der Erfindung eher durch die folgenden Ansprüche als durch die vorstehende Beschreibung definiert wird. Daher wird davon ausgegangen, dass sämtliche Änderungen, die in die Grenzen der Ansprüche fallen, oder Äquivalente dieser Grenzen von den Ansprüchen umfasst werden.

Claims

Gassensor (1) mit: einem Messfühler (2), der eine bestimmte Gaskonzentration innerhalb eines zu messenden Gases erfasst; einem Gehäuse (3), in das der Messfühler (2) eingesetzt ist und von dem er gehalten wird, wobei das Gehäuse (3) eine Axialrichtung vorgibt und ein Fußende und ein Kopfende hat, die sich beide längs der Axialrichtung befinden; einer annähernd zylinderförmig ausgebildeten atmosphärenseitigen Abdeckung (4), die i) einen ersten Abschnitt (41) mit einem ersten Durchmesser, der sich in der Axialrichtung auf einer Kopfendenseite befindet und der an dem Fußende des Gehäuses (3) befestigt ist, ii) einen zweiten Abschnitt (42) mit einem zweiten Durchmesser, der kleiner als der erste Durchmesser ist, wobei sich der zweite Abschnitt (42) in der Axialrichtung auf einer Fußendenseite befindet, iii) einen Stufenabschnitt (43), der zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt (41, 42) ausgebildet ist, und iv) drei bis acht vom zweiten Abschnitt (42) nach außen vorragende Rippen (44) hat, die zwischen dem Stufenabschnitt (43) und dem zweiten Abschnitt (42) ausgebildet sind und in der Axialrichtung einen Fußendenabschnitt haben, wobei die Rippen (44) von dem zweiten Abschnitt (42) gebildet werden, der in einer Umfangsrichtung senkrecht zur Axialrichtung einen Rippenausbildungsbereich und einen Rippennichtausbildungsbereich hat, und wobei eine Länge A in der Umfangsrichtung des Rippenausbildungsbereichs und eine Länge B in der Umfangsrichtung des Rippennichtausbildungsbereichs zwischen den Rippen (44) ein Verhältnis von 0,15 ≤ A/B ≤ 1 haben; einem am Außenumfang des zweiten Abschnitts (42) der atmosphärenseitigen Abdeckung (4) angebrachten Belüftungsfilter (5), der in der Axialrichtung einen Kopfendenabschnitt hat, der sich mit dem Fußendenabschnitt der Rippen (44) in Kontakt befindet; und einer Filterabdeckung (6), die den Belüftungsfilter (5) zwischen dem zweiten Abschnitt (42) der atmosphärenseitigen Abdeckung (4) und der Filterabdeckung (6) einzwängt.
Gassensor (1) nach Anspruch 1, bei dem eine Länge der Rippen (44) in der Axialrichtung 3 bis 10 mm beträgt.
Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Filterabdeckung (6) in der Axialrichtung einen Kopfendenabschnitt hat und so angeordnet ist, dass sich der Kopfendenabschnitt von ihr mit dem Fußendenabschnitt der Rippen (44) in Kontakt befindet.
Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Filterabdeckung (6) in der Axialrichtung einen Kopfendenabschnitt hat und so angeordnet ist, dass sich der Kopfendenabschnitt von ihr mit einer Außenfläche der Rippen (44) in Kontakt befindet.
Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Filterabdeckung (3) in der Axialrichtung einen Kopfendenabschnitt hat und so angeordnet ist, dass der Kopfendenabschnitt von ihr von der atmosphärenseitigen Abdeckung (4) beabstandet ist.