-
Querverweis auf verwandte
Anmeldung
-
Die
vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität aus der am
16. April 2008 eingereichten
japanischen
Patentanmeldung Nr. 2008-106921 und der am 28. Januar 2009
eingereichten
japanischen
Patentanmeldung Nr. 2009-016281 , deren Offenbarungen hierin
durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind.
-
Hintergrund der Erfindung
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Sensoren, wie zum Beispiel Gassensoren
(z. B. Sauerstoffsensoren, Kohlenwasserstoffsensoren, Stickoxidsensoren),
zum Detektieren oder Messen eines in einer Atmosphäre enthaltenen
Gasmessobjekts und Temperatursensoren zum Messen einer Temperatur
der Atmosphäre.
-
2. Beschreibung des Stands
der Technik
-
Solche
Sensoren weisen im Allgemeinen mehrere zylindrische Komponenten
auf, darunter zum Beispiel: ein Sensorelement mit einem Detektionsteil,
welcher an einem vorderen Ende desselben angeordnet ist, zum Detektieren
oder Messen des Messobjekts; ein Metallgehäuse mit einem Öffnungsteil
an einer hinteren Endseite desselben, einem vorderen Ende und einem
Gewindeteil, welcher an einem Außenumfang desselben ausgebildet
ist, wobei der Sensor sich von dem Öffnungsteil erstreckt
und der Detektionsteil des Sensorelements von dem vorderen Ende
ragt; ein Schutzelement, welches an dem Metallgehäuse so
befestigt ist, dass es den Detektionsteil des Sensorelements bedeckt;
ein äußeres Zylinderelement, das einen Umfang
aufweist und an dem Öffnungsteil des Metallgehäuses
zum Schützen des Sensorelements befestigt ist; ein äußeres
Zylinderschutzelement, welches den Umfang des äußeren
Zylinderelements bedeckt und mittels eines wasserabweisenden Filters
angeordnet ist; und dergleichen. Der an dem Außenumfang
des Metallgehäuses ausgebildete Gewindeteil dient zum Befestigen des
Sensors an einer Struktur, wie zum Beispiel einem Abgasrohr.
-
Zum
Beispiel ist ein Sauerstoffsensor im Allgemeinen an einem Abgasrohr
an einer stromabwärts befindlichen Seite einer Katalysatorvorrichtung angebracht.
Die Katalysatorvorrichtung dient zum Zersetzen einer organischen
Substanz in einem Abgas. Der Sensor misst eine Detektionsobjektkomponente,
die in dem Abgas enthalten ist, aus dem die organische Substanz
zersetzt oder beseitigt wird. Das Abgasrohr erstreckt sich entlang
einer Bodenseite eines Fahrzeugs. Deshalb kann Wasser, das während
der Fahrt des Kraftfahrzeugs hochspritzt, als Wassertröpfchen
an einer Außenfläche des Gassensors anhaften.
Um zu verhindern, dass Feuchtigkeit in das Innere des Gassensors
eindringt, ist es notwendig, durch zuverlässiges Verbinden
der mehreren zylindrischen Körper eine ausreichende Wasserdichtheit
des Gassensors sicherzustellen.
-
Als
Verfahren zum Verbinden der mehreren zylindrischen Körper
umfasst ein abdichtendes Befestigungsverfahren die folgenden Schritte:
das Schutzelement wird an dem vorderen Ende des Metallgehäuses
abdichtend befestigt; ein vorderes Ende des äußeren
Zylinderelements wird abdichtend an dem hinteren Endteil des Metallgehäuses
befestigt; und ein vorderes Ende des äußeren Zylinderschutzelements
wird abdichtend an dem äußeren Zylinderelement
befestigt (siehe: Patentveröffentlichung
JP-A-11-352095 ). Ferner
ist ein abdichtender Teil an der vorderen Endseite des äußeren
Zylinderschutzelements so vorgesehen, dass er in seinem Durchmesser
reduziert ist, um eng an einer Außenfläche des äußeren
Zylinderelements anzuliegen, um das Eindringen von Feuchtigkeit
und dergleichen zwischen dem äußeren Zylinderelement
und dem äußeren Zylinderschutzelement zu verhindern.
-
5 zeigt
eine typische Konfiguration eines vorderen Endes eines äußeren
Zylinderschutzelements 12, das an einem äußeren
Zylinderelement 11 an einer von dem vorderen Ende des äußeren
Zylinderschutzelements 12 beabstandeten Stelle abdichtend
befestigt ist. Diese Konfiguration erlaubt eine Positionsverschiebung
der Komponenten innerhalb eines Fehlerbereichs. Ein verbleibender
Teil des äußeren Zylinderschutzelements 12,
der vor einem abdichtenden Teil S4 liegt, ist jedoch nach außen
gebogen, und oft bildet sich ein sehr kleiner Spalt zwischen dem
vorderen Ende des äußeren Zylinderschutzelements 12 und
dem äußeren Zylinderelement 11. Wenn
sich ein solcher Spalt bildet, werden Wassertröpfchen,
die an einem Umfang der Außenfläche des Gassensors
anhaften, durch Kapillarwirkung zu dem Spalt gesaugt, und die zu
dem Spalt gesaugte Feuchtigkeit wird durch Oberflächenspannung
lange Zeit in dem Spalt zurückgehalten.
-
Insbesondere
wenn das „Wasser” ein „Salzwasser” ist
(eine wässrige Lösung, die ein Metallsalz enthält),
kommt es zu einer chemischen Reaktion zwischen einer Außenfläche
eines Abschnitts des äußeren Zylinderelements 11 neben
dem Spalt (nachstehend wird ein Abschnitt des äußeren
Zylinderelements 11 neben dem Spalt als beabstandeter Teil
R1 bezeichnet) und einer Innenfläche des äußeren
Zylinderschutzelements 12, was das Korrosionsrisiko sowohl
der Außenfläche des beabstandeten Teils R1 als
auch der Innenfläche des äußeren Zylinderschutzelements 12 erhöht.
Zum Beispiel wird ein Schneeschmelzmittel, das Calciumchlorid als
Hauptbestandteil enthält, im Allgemeinen in schneereichen kalten
Regionen verwendet, was zu Salzwasserpfützen auf dem Boden
führt. Wenn ein Fahrzeug durch die Pfützen fährt,
haftet hochgespritztes Salzwasser an dem Gassensor und wird in den
Spalt gesaugt, wodurch das Korrosionsrisiko erhöht wird.
Insbesondere wenn die Korrosion zu dem beabstandeten Teil R1 vorrückt,
kann sich in dem beabstandeten Teil R1 ein Riss C bilden, welcher
ermöglicht, dass das Salzwasser von dem Riss C in das Innere
des äußeren Zylinderelements 11 eindringt.
Das Eindringen von Salzwasser in das äußere Zylinderelement 11 kann eine
Verringerung (d. h. eine Erhöhung des Risikos einer Verringerung)
der Detektions- oder Messgenauigkeit des Sensors bewirken.
-
Kurzdarlegung der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung löst die vorstehend beschriebenen
Nachteile, und eine ihrer Aufgaben besteht darin, einen Sensor mit
einer Struktur vorzusehen, bei der mehrere zylindrische Körper
miteinander verbunden sind, wobei eine Korrosion eines äußeren
Zylinderelements, die sonst durch Anhaften von Feuchtigkeit, wie
zum Beispiel Salzwasser, bewirkt würde, unterdrückt
wird und eine Verringerung der Detektions- oder Messgenauigkeit
des Sensors, die sonst durch Eindringen des Salzwassers oder dergleichen
in das Innere des äußeren Zylinderelements bewirkt
würde, verhindert wird.
-
Gemäß einer
ersten Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Sensor: ein sich
in eine axiale Richtung erstreckendes Sensorelement, das einen Umfang
aufweist und ein vorderes Endteil umfasst, das einem Gasmessobjekt
ausgesetzt ist; ein Metallgehäuse, das den Umfang des Sensorelements
bedeckt und eine hintere Endseite umfasst; ein äußeres Zylinderelement,
das an der hinteren Endseite des Metallgehäuses befestigt
ist, wobei das äußere Zylinderelement aus einem
ersten Metallmaterial besteht, eine Außenfläche
aufweist und eine vordere Endseite umfasst; und ein äußeres
Zylinderschutzelement, das die Außenfläche des äußeren
Zylinderelements bedeckt, wobei der äußere Schutzzylinder
aus einem zweiten Metallmaterial besteht und einen Umfang aufweist.
Das äußere Zylinderelement umfasst weiterhin einen
Dichtungsteil, der in Kontakt mit dem Umfang des äußeren
Zylinderschutzelements steht, und einen beabstandeten Teil, der
näher zu der vorderen Endseite als der Dichtungsteil positioniert
ist, gegenüber dem äußeren Zylinderschutzelement
und der von dem äußeren Zylinderschutzelement
beabstandet ist. Das erste Metallmaterial rostet weniger als das
zweite Metallmaterial.
-
Da
das erste Metallmaterial weniger rostet als das zweite Metallmaterial,
korrodiert das äußere Zylinderschutzelement vorteilhafterweise
vor dem äußeren Zylinderelement, auch wenn Salzwasser oder
dergleichen in dem Spalt zwischen einer Innenumfangsfläche
des äußeren Zylinderschutzelements und einer Außenumfangsfläche
des beabstandeten Teils zurückgehalten wird, wodurch ein Unterdrücken einer
Korrosion des äußeren Zylinderelements ermöglicht
wird. Dadurch wird ein Riss C in dem beabstandeten Teil unterdrückt
und es wird ein Eindringen von Salzwasser in das Innere des äußeren
Zylinderelements unterdrückt. Somit wird auch eine Verringerung
der Detektionsgenauigkeit des Sensors unterdrückt.
-
Gemäß einer
Implementierung sind das erste Metallmaterial und das zweite Metallmaterial
Edelstähle, und das erste Metallmaterial hat einen höheren
Cr-Gehalt (Gew.-%) als das zweite Metallmaterial. Ferner kann das
erste Metallmaterial einen höheren Ni-Gehalt (Gew.-%) aufweisen
als das zweite Metallmaterial. Des Weiteren kann das erste Metallmaterial
SUS310S sein und das zweite Metallmaterial kann SUS304L sein.
-
Gemäß einer
weiteren Implementierung steht der Dichtungsteil mit dem äußeren
Zylinderschutzelement direkt in Kontakt. Alternativ kann der Dichtungsteil
mit dem äußeren Zylinderschutzelement indirekt
mittels eines anderen Elements in Kontakt stehen.
-
Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachstehenden
eingehenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen der
Erfindung aufgeführt oder gehen aus dieser hervor.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Veranschaulichende
Ausgestaltungen der Erfindung werden ausführlich unter
Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben.
-
1 ist
eine Schnittansicht eines Gassensors gemäß einer
ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
-
2 ist
eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des
Gassensors von 1
-
3 ist
eine Schnittansicht eines Gassensors gemäß einer
zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
-
4 ist
eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des
Gassensors von 3.
-
5 ist
eine Teilschnittansicht eines beispielhaften Gassensors, welche
in einem verwandten Beispiel einen Riss C zeigt, der in einem äußeren Zylinderelement
ausgebildet ist, das mit einem äußeren Zylinderschutzelement
kombiniert ist.
-
Eingehende Beschreibung beispielhafter
Ausführungsformen der Erfindung
-
Nachstehend
werden ein erster beispielhafter Gassensor 100 und ein
zweiter beispielhafter Gassensor 200 gemäß der
Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
-
1. Gassensor gemäß einer
ersten beispielhaften Ausführungsform
-
1 ist
eine Schnittansicht, die schematisch den Gassensor 100 gemäß einer
ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Bei Einsatz ist der Gassensor 100 an einem Abgasrohr eines
Kraftfahrzeugs angebracht. Ein Beispiel des Gassensors 100 ist
ein Sauerstoffsensor zum Detektieren einer Konzentration von in
einem Abgas, das in einem Abgasrohr strömt, enthaltenem
Sauerstoff. Der Sauerstoffsensor wird nachstehend eingehend beschrieben.
-
Der
Gassensor 100 erstreckt sich in eine axiale Richtung und
ist mit einem Sensorelement 2 in Form eines mit einem Boden
versehenen Zylinders mit einem geschlossenen vorderen Endteil versehen. Ein
Metallgehäuse 4 bedeckt einen Umfang des Sensorelements 2 und
hält das Sensorelement 2 an seiner Innenfläche
fest. Ein äußeres Zylinderelement 11 ist
an einer hinteren Endseite des Metallgehäuses 4 befestigt
und weist die Form eines Zylinders auf. Ein äußeres
Zylinderschutzelement 12 bedeckt einen Außenumfang
des äußeren Zylinderelements 11 und weist
die Form eines Zylinders auf.
-
In
der axialen Richtung des Sensors 100 von 1 wird
in dieser Ausführungsform ein Teil in einer Richtung eines
vorderen Endteils, der einem Gasmessobjekt (Abgas) des Sensorelements 2 (nahe
einem Bodenteil eines Festelektrolytkörpers 21 in
der Form eines mit einem Boden versehenen Zylinders, d. h. einem
unteren Teil von 1) ausgesetzt ist, als eine „vordere
Endseite” bezeichnet und ein Teil in einer Gegenrichtung
(oberer Teil von 1) wird als „hintere
Endseite” bezeichnet.
-
Das
Sensorelement 2 wird durch Formen unter Verwendung einer
Keramik, die als Hauptkomponente teilweise stabilisiertes Zirkon
oder dergleichen enthält, das durch Auflösen von
Yttrium oder dergleichen als ein Stabilisator erhalten wird und
Sauerstoffionenleitfähigkeit aufweist, erhalten. Das Sensorelement 2 weist
den Festelektrolytkörper 21 in der Form eines
mit einem Boden versehenen Zylinders mit einem geschlossenen vorderen
Endteil, eine poröse innere Elektrodenschicht 22,
die im Wesentlichen auf einer gesamten Innenfläche des
Festelektrolytkörpers 21 ausgebildet ist und aus
Pt oder einer Pt-Legierung besteht, und eine poröse äußere
Elektrodenschicht 23, die auf die gleiche Weise wie die
innere Elektrodenschicht 22 auf einer Außenfläche
des Festelektrolytkörpers 21 ausgebildet ist,
auf. Die äußere Elektrodenschicht 23 ist
auch mit einer (nicht gezeigten) porösen Elektrodenschutzschicht
bedeckt, die aus einer hitzebeständigen Keramik besteht,
wie zum Beispiel Aluminium-Magnesium-Spinell oder dergleichen. Ferner
ist ein Eingriffsflanschteil 24, der in eine radial nach
außen gerichtete Richtung ragt, an der im Wesentlichen
mittleren Position in der axialen Richtung des Sensorelements 2 vorgesehen.
-
Ein
Keramikheizelement 3, das einen Heizteil 31 aufweist
und die Form eines Stabes hat, ist in den Festelektrolytkörper 21 so
eingeführt, dass das Heizelement 31 an einer Unterteilseite
des Festelektrolytkörpers 21 positioniert ist.
In dem Keramikheizelement 3 erzeugt der Heizteil 31 Wärme,
wenn ihm mittels später in dieser Beschreibung beschriebenen Heizelementanschlussdrähten 32 und 33 Energie
zugeführt wird, und der Sensor 2 wird beheizt,
um aktiviert zu werden.
-
Das
Metallgehäuse 4 weist einen Gewindeteil 41 zum
Befestigen des Gassensors 100 an einem Befestigungsteil
des Abgasrohrs und einen Sechskantteil 42 auf, an dem ein
Montagewerkzeug zum Befestigen an dem Abgasrohr angesetzt wird.
Ein Metalleinbaustufenteil 43, der in die radial nach innen gerichtete
Richtung ragt, ist an einem Innenumfang an einer vorderen Endseite
des Metallgehäuses 4 vorgesehen, und ein aus Aluminiumoxid
bestehendes Lagerelement 52 ist mittels einer Dichtung 51 an dem
Metalleinbaustufenteil 43 eingerastet. Das Sensorelement 2 wird
durch das Metallgehäuse 4 gelagert, wenn ein Eingriffsflanschteil 24 durch
das Lagerelement 52 gelagert wird. Ferner ist ein Füllstoffteil 53,
in den ein anorganischer Füllstoff, wie zum Beispiel ein
Talkumpulver, gefüllt ist, zwischen einer Innenfläche
des Metallgehäuses 4 und einer Außenfläche
des Sensorelements 2 an einer hinteren Endseite des Lagerelements 52 gebildet,
und ein aus Aluminiumoxid bestehender Mantel 54 und ein
ringförmiger Ring 55 werden nacheinander und koaxial
in eine hintere Endseite des Füllstoffelements 53 eingeführt.
-
Aus
einem Metall bestehende doppelte Schutzelemente 61 und 62 werden
durch Schweißen an einem Außenumfang an der vorderen
Endseite des Metallgehäuses 4 so befestigt, dass
sie den vorderen Endteil des Sensorelements 2, der von
einem vorderen Ende des Metallgehäuses 4 ragt,
umschließen. Mehrere Gaseinlasslöcher sind an
jedem der Schutzelemente 61 und 62 ausgebildet,
und ein Abgas strömt von den Gaseinlasslöchern
ein, so dass die Konzentration von in dem Abgas enthaltenem Sauerstoff
detektiert wird.
-
Das äußere
Zylinderelement 11 besteht aus (oder wird durch Verwenden
desselben gebildet) SUS310S (d. h. einem ersten Metallmaterial)
mit einer Dicke von 0,8 mm, und die vordere Endseite des äußeren
Zylinders 11 wird in das Innere an der hinteren Endseite
des Metallgehäuses 4 eingeführt, um befestigt
zu werden. Das äußere Zylinderelement 11 wird
an dem Metallgehäuse 4 durch Abdichten eines hinteren
Metalleinbauendteils 44 des Metallgehäuses 4 in
einem Zustand befestigt, in dem ein vorderer Endöffnungsendteil 11a,
der ein Öffnungsendteil mit einem vergrößerten
Durchmesser an der vorderen Endseite ist, an dem ringförmigen
Ring 55 anliegt.
-
Der
Gassensor 100 hat eine Struktur, in der der Füllstoffteil 53 gebildet
ist, wenn der anorganische Füllstoff, wie zum Beispiel
Talkumpulver, komprimiert und mittels des Mantels 54 gefüllt
wird, wenn der hintere Metalleinbauendteil 44 des Metallgehäuses 4 abgedichtet
wird. Mit einer solchen Struktur wird das Sensorelement 2 in
dem zylindrischen Metallgehäuse 4 in einem wasserdichten
Zustand gehalten.
-
Ferner
wird ein Stufenteil 11b auf dem äußeren
Zylinderelement 11 bei im Wesentlichen der mittleren Position
in der axialen Richtung ausgebildet, wobei die vordere Endseite
von dem Stufenteil 11b als vorderer Endseitenteil 11c ausgebildet
ist, und eine hintere Endseite von dem Stufenteil 11b als
hinterer Endseitenteil 11d ausgebildet ist. Der hintere Endseitenteil 11d hat
einen Innendurchmesser und einen Außendurchmesser, die
etwas kleiner sind als die des vorderen Endseitenteils 11c,
und der Innendurchmesser ist etwas größer als
ein Außendurchmesser eines Trennelementhauptkörperteils 61 eines Trennelements 6,
das später in dieser Beschreibung beschrieben wird. Es
werden auch mehrere Lufteinlasslöcher 11e an dem
hinteren Endseitenteil 11d entlang eines Umfangs und mit
einem vorbestimmten Abstand ausgebildet.
-
Das äußere
Zylinderschutzelement 12 besteht aus einem zweiten Metallmaterial
und ist durch Tiefziehen eines Plattenmaterials aus SUS304L mit einer
Dicke von 0,4 mm zu der Form eines Zylinders geformt. Das äußere
Zylinderschutzelement 12 weist einen hinteren Endseitenteil 12a,
der einen von der Außenseite mit der Innenseite in Verbindung
stehenden Öffnungsteil aufweist und an der hinteren Endseite
ausgebildet ist, einen vorderen Endseitenteil 12b, der
koaxial von der hinteren Endseite in das äußere
Zylinderelement 11 eingesetzt ist und auf der vorderen
Endseite ausgebildet ist, und einen Teil modifizierten Durchmessers 12c,
der zwischen dem hinteren Endseitenteil 12a und dem vorderen
Endseitenteil 12b ausgebildet ist, auf. Des Weiteren sind mehrere
Lufteinlasslöcher 12d an dem vorderen Endseitenteil 12b des äußeren
Zylinderschutzelements 12 entlang eines Umfangs und mit
einem vorbestimmten Abstand ausgebildet.
-
Ein
Abdichtteil S1 ist an dem hinteren Endseitenteil 12a zum
Befestigen eines elastischen Dichtungselements 7, welches
später in dieser Beschreibung beschrieben wird, in einem
wasserdichten Zustand ausgebildet.
-
Ein
Filter 8 ist an einer Stelle angeordnet, die den Lufteinlasslöchern 12d und 11e zwischen
dem äußeren Zylinderschutzelement 12 und
dem äußeren Zylinderelement 11 entspricht.
Es ist möglich, durch den Filter 8 zu verhindern,
dass Feuchtigkeit von den Lufteinlasslöchern 11e eindringt.
Der Filter 8 ist aus einem porösen Körper
gebildet, der aus einem Fasermaterial aus einem Kunstharz und dergleichen
besteht, und kann besonders bevorzugt ein Filter sein, der aus einem
porösen Körper gebildet ist, der aus einer Faser
mit hervorragender wasserabweisender Eigenschaft besteht. Beispiele
solcher Filter 8 umfassen einen porösen Körper
aus einer Polytetrafluorethylenfaser (hergestellt von Japan Gore-Tex,
Verkaufsname: Gore-Tex) und dergleichen, und der Filter 8 ist
in der Lage, Permeation von Wasser oder einer Flüssigkeit,
die eine große Menge Wasser enthält, zu unterdrücken
sowie die Permeation eines Gases, wie zum Beispiel der Luft, problemlos
zuzulassen.
-
Wie
in 2 gezeigt ist, sind das äußere
Zylinderschutzelement 12 und das äußere
Zylinderelement 11 durch einen zweiten Abdichtteil S2,
der durch Abdichten von mindestens einem Teil an der hinteren Endseite
von dem Lufteinlassloch 12d in die radial nach innen gerichtete
Richtung mittels des Filters 8 ausgebildet ist, und einen
dritten Abdichtteil S3, der durch Abdichten von mindestens einem
Teil an der vorderen Endseite von dem Lufteinlassloch 12d in
die radial nach innen gerichtete Richtung mittels des Filters 8 ausgebildet
ist, befestigt. In diesem Fall wird der Filter 8 in einem
zwischen dem äußeren Zylinderelement 11 und
dem äußeren Zylinderschutzelement 12 komprimierten
Zustand gehalten. Der vordere Endseitenteil 12b des äußeren
Zylinderschutzelements 12 ist so angeordnet, dass er von
außen in das vordere Endseitenschaftteil 11c des äußeren
Zylinders eingebaut ist. Ferner ist ein Abdichtteil S4, dessen Durchmesser
in der radial nach innen gerichtete Richtung verringert ist, durch
Abdichten des vorderen Endteils des vorderen Endteils 12b des äußeren
Zylinderschutzes und des vorderen Endseitenschaftteils 11c des äußeren
Zylinders ausgebildet, z. B. durch Abdichten des vorderen Endteils
des vorderen Endseitenteils 12b des äußeren
Zylinderschutzes in der radial nach innen gerichteten Richtung.
-
Das äußere
Zylinderelement 11 und das äußere Zylinderschutzelement 12 sind
wie vorstehend beschrieben durch abdichtendes Befestigen des äußeren
Zylinderschutzelements 12 an dem äußeren Zylinderelement 11 fest
miteinander verbunden. Die Luft, die als Bezugsgas dient, wird durch
das Lufteinlassloch 12d, den Filter 8 und die
Lufteinlasslöcher 11e in das Innere des äußeren
Zylinderelements 11 eingelassen, um zu dem Bodenteil 21a des
Festelektrolytkörpers 21 eingelassen zu werden.
Durch den Filter 8 wird das Strömen der Feuchtigkeit
unterdrückt, um zu verhindern, dass sie in das Innere des äußeren
Zylinderelements 11 eindringt.
-
Es
ist auch möglich, das äußere Zylinderelement 11 und
das äußere Zylinderschutzelement 12 nicht
nur durch Abdichten, sondern auch durch ein Verfahren wie zum Beispiel
Schweißen, wie zum Beispiel Widerstandsschweißen,
Laserstrahlschweißen und Elektronenstrahlschweißen,
und Presspassen zu kombinieren und zu befestigen.
-
Das äußere
Zylinderelement 11 und das äußere Zylinderschutzelement 12 werden
an dem Abdichtteil S4 abgedichtet, um miteinander verbunden und
aneinander befestigt zu sein. Beim Verbinden und Befestigen weist
das äußere Zylinderelement 11 einen Dichtungsteil
A (einen Teil, der dem Abdichtteil S4 entspricht), der an dem äußeren
Zylinderschutzelement 12 entlang eines Umfangs anliegt,
und einen beabstandeten Teil R1 auf, der von dem äußeren
Zylinderschutzelement 12 beabstandet ist und diesem gegenüber
liegt. Des Weiteren werden der Dichtungsteil A und der beabstandete
Teil R1 analog im Fall von Schweißen und Presspassen ausgebildet.
-
Auch
wenn Feuchtigkeit in den Spalt zwischen der Innenumfangsfläche
des vorderen Endteils des äußeren Zylinderschutzelements 12 und
der Außenumfangsfläche des beabstandeten Teils
R1 des äußeren Zylinderelements 11 eindringt
und zurückgehalten wird, korrodiert das äußere
Zylinderschutzelement 12 vor dem äußeren
Zylinderelement 11, wenn das äußere Zylinderelement 11 aus SUS310S
besteht und das äußere Zylinderschutzelement 12 aus
SUS304L besteht. Dies liegt daran, dass das äußere
Zylinderelement 11 unter Verwendung eines Materials gebildet
wird, das weniger rostet als das Material, das für das äußere
Zylinderschutzelement 12 verwendet wird. Deshalb ist es möglich,
die Korrosion des äußeren Zylinderelements 11 zu
unterdrücken, wodurch ermöglicht wird, eine Verringerung
der Detektionsgenauigkeit des Sensors zu unterdrücken.
-
Wie
in 1 gezeigt ist, ist ein im Wesentlichen zylindrisches
Trennelement 6 in dem hinteren Endseitenteil 11d des äußeren
Zylinderelements 11 angeordnet. Ein Anschlussdrahteinführloch 62,
in das Elementanschlussdrähte 25 und 26 und
die Heizelementanschlussdrähte 32 und 33 eingeführt
werden, ist auf dem Trennelement 6 so ausgebildet, dass es
von der vorderen Endseite durch zu der hinteren Endseite dringt.
Des Weiteren ist ein mit einem Boden versehenes Halteloch 63,
das an einer vorderen Endfläche des Trennelements 6 geöffnet
ist, auf dem Trennelement 6 in die axiale Richtung ausgebildet. Ein
hinterer Endteil des Keramikheizelements 3 wird in das
Innere des Haltelochs 63 eingeführt und das Positionieren
des Keramikheizelements 3 in die axiale Richtung wird vorgenommen,
wenn eine hintere Endfläche des Keramikheizelements 3 an
einer Bodenfläche des Haltelochs 63 anliegt.
-
Ferner
ist das Trennelement 6 mit einem Trennelementhauptkörperteil 61,
der in dem Inneren an der hinteren Endseite des äußeren
Zylinderelements 11 eingebaut ist, und mit einem Trennelementflanschteil 64,
der sich in eine radial nach außen gerichtete Richtung
von einem hinteren Endteil des Trennelementhauptkörperteils 61 erstreckt,
versehen. Das heißt, das Trennelement 6 ist in
dem äußeren Zylinderschutzelement 12 in
einem Zustand angeordnet, in dem der Trennelementhauptkörperteil 61 in
das äußere Zylinderelement 11 eingebaut
ist, und der Trennelementflanschteil 64 wird durch eine hintere
Endfläche des äußeren Zylinderelements 11 mittels
eines ringförmigen Dichtungselements 9, welches
aus einem Fluorkautschuk oder dergleichen besteht, gelagert.
-
Ein
elastisches Dichtungselement 7 mit hervorragender Hitzebeständigkeit,
das aus einem Fluorkautschuk oder dergleichen besteht, ist an der
hinteren Endseite des Trennelements 6 angeordnet. Das elastische
Dichtungselement 7 weist einen Hauptkörperteil 71 und
einen Dichtungselementschutzteil 72 auf, der sich in die
radial nach außen gerichtete Richtung an der vorderen Endseite
des Hauptkörperteils 71 erstreckt. Ferner sind
vier Anschlussdrahteinführlöcher 73 so
ausgebildet, dass sie in die axiale Richtung durch den Hauptkörperteil 71 dringen.
Wie vorstehend beschrieben wird das elastische Dichtungselement 7 an
der hinteren Endseite des äußeren Zylinderschutzelements 12 in
das Innere eingeführt, und das äußere
Zylinderschutzelement 12 wird abgedichtet, um den Abdichtteil
S1 zu bilden, wodurch das elastische Dichtungselement 7 an
dem äußeren Zylinderschutzelement 12 befestigt wird.
-
Ferner
werden die Elementanschlussdrähte 25 und 26 und
die Heizelementanschlussdrähte 32 und 33 in
das Trennelementanschlussdrahteinführloch 62 des
Trennelements 6 und das Anschlussdrahteinführloch 73 des
elastischen Dichtungselements 7 eingeführt, um
von dem Inneren des äußeren Zylinderelements 11 und
des äußeren Zylinderschutzelements 12 nach
außen gezogen zu werden.
-
Die
vier Anschlussdrähte 32, 33, 25 und 26 sind
mit einem (nicht gezeigten) Verbindungselement an der Außenseite
verbunden, und die Eingabe und Ausgabe elektrischer Signale zwischen
externen Geräten, wie z. B. einem Motorsteuergerät
und den Anschlussdrähten 32, 33, 25 und 26,
erfolgen mittels des Verbindungselements.
-
Die
Anschlussdrähte 32, 33, 25 und 26 weisen
eine Struktur auf, bei der ein Leiter mit einer Isolierschicht aus
einem Harz überzogen ist und ein hinteres Endteil des Leiters
mit einer (nicht näher gezeigten) in dem Verbindungselement
vorgesehenen Verbindungselementanschlussklemme verbunden ist. Ein
vorderer Endteil des Leiters des Elementanschlussdrahts 25 ist
an dem hinteren Endteil des Anschlussklemmen-Metallanschlussstücks
K1, das außen an einer Außenfläche des
Festelektrolytkörpers 21 befestigt ist, abgedichtet,
und ein vorderer Endteil des Leiters des Elementanschlussdrahts 26 ist
an einem hinteren Endteil eines Anschlussklemmen-Metallanschlussstücks
K2 abgedichtet, das in das Innere des Festelektrolytkörpers 21 für
die Verbindung eingepresst ist. Bei einem solchen Aufbau ist der
Elementanschlussdraht 25 elektrisch mit der äußeren Elektrodenschicht 23 des
Sensorelements 2 verbunden, und der Elementanschlussdraht 26 ist
elektrisch mit der inneren Elektrodenschicht 22 verbunden.
Vordere Endteile der Leiter der Heizelementanschlussdrähte 32 und 33 sind
mit einem Paar von Anschlussklemmen-Metallanschlussstücken
des Heizelements verbunden, die mit einem Heizelementwiderstand des
Keramikheizelements 3 verbunden sind.
-
2. Gassensor gemäß einer
zweiten beispielhaften Ausführungsform
-
Ohne
Beschränkung auf den Gassensor 100 gemäß der
vorstehend beschriebenen ersten beispielhaften Ausführungsform
wird die gleiche Wirkung durch den Gassensor 200 gemäß der
in 2 gezeigten zweiten beispielhaften Ausführungsform erzielt.
-
Der
Gassensor 200 ist mit einem plattenartigen Sensorelement 101,
das sich in eine axiale Richtung erstreckt, einem Metallgehäuse 102,
das das Sensorelement 101 mittels eines anderen Elements in
seinem Inneren aufnimmt, einem äußeren Zylinderelement 111,
das an einer hinteren Endseite des Metallgehäuses 102 befestigt
ist, und einem äußeren Zylinderschutzelement 112,
das an einem Außenumfang der anderen Endseite des äußeren
Zylinderelements 111 angebracht und an diesem befestigt
ist, versehen.
-
In
dem Sensorelement 101 sind ein Detektionsteil 101a zum
Detektieren oder Messen einer in einer Atmosphäre enthaltenen
Messobjektkomponente und ein Keramikheizelement 103 in
einer integrierten Weise ausgebildet und weisen die gleiche Struktur
auf wie im Stand der Technik. Das Metallgehäuse 102 weist
einen Gewindeteil 102a zum Befestigen des Gassensors 200 an
einem Befestigungsteil des Abgasrohrs und einen Sechskantteil 102b auf, an
dem ein Befestigungswerkzeug zum Befestigen an dem Abgasrohr befestigt
ist. Ein aus Aluminiumoxid bestehendes Lagerelement 104 ist
an einem Metalleinbaustufenteil 102c des Metallgehäuses 102 eingerastet.
Das Sensorelement 101 ist an dem Lagerelement 104 durch
ein aus Glas bestehendes Dichtungselement 104a befestigt.
Aus einem Metall bestehende doppelte Schutzelemente 105a und 105b sind
durch Schweißen an einer vorderen Endseite des Metallgehäuses 102 so
befestigt, dass sie einen vorderen Endteil des Sensorelements 101,
das von einem vorderen Ende des Metallgehäuses 102 ragt,
umschließen. Mehrere Gaseinlasslöcher sind an
jedem der Schutzelemente 105a und 105b ausgebildet,
und ein Abgas strömt von den Gaseinlasslöchern
ein, so dass die Konzentration von in dem Abgas enthaltenem Sauerstoff
detektiert wird.
-
Eine
vordere Endseite des äußeren Zylinderelements 111 ist
an einer hinteren Endseite des Metallgehäuses 102 angebracht
und an dieser befestigt. Das äußere Zylinderelement 111 weist
einen Stufenteil 111a auf, der im Wesentlichen an der mittleren Position
in der axialen Richtung ausgebildet ist, wobei ein Teil nahe der
vorderen Endseite von dem äußeren Zylinderstufenteil 111a als
vorderer Endseitenteil 111b ausgebildet ist und ein Teil
nahe der hinteren Endseite von dem äußeren Zylinderstufenteil 111a als
hinterer Endseitenteil 111c ausgebildet ist. Ferner sind
mehrere Lufteinlasslöcher 111d an dem hinteren Endseitenteil 111c entlang
eines Umfangs und mit einem vorbestimmten Abstand ausgebildet. Eine
vordere Endseite des äußeren Zylinderschutzelements 112 ist
koaxial in den hinteren Endseitenteil 111c des äußeren
Zylinderelements 111 eingebaut und mit diesem verbunden.
Mehrere Lufteinlasslöcher 112a sind an dem äußeren
Zylinderschutzteil 112 entlang eines Umfangs und mit einem
vorbestimmten Abstand ausgebildet.
-
Das äußere
Zylinderelement 111 besteht aus (oder ist gebildet aus)
SUS310S (d. h. einem ersten Metallmaterial). Das äußere
Zylinderschutzelement 112 besteht aus (oder ist gebildet
aus) SUS304L (d. h. einem zweiten Metallmaterial).
-
Ein
Filter 106 ist mindestens an einer Stelle angeordnet, die
den Lufteinlasslöchern 112d und 111d zwischen
dem äußeren Zylinderschutzelement 112 und
dem äußeren Zylinderelement 111 entspricht.
-
Das äußere
Zylinderschutzelement 112 ist in eine radial nach innen
gerichtete Richtung abgedichtet, um an dem äußeren
Zylinderelement 111 befestigt und mit diesem verbunden
zu sein. Genauer gesagt weist das äußere Zylinderschutzelement 112 einen
ersten Abdichtteil S11, durch den das äußere Zylinderschutzelement 112 und
das äußere Zylinderelement 111 an der
hinteren Endseite der Stelle, an der der Filter 106 angeordnet
ist, direkt abgedichtet sind, ein zweites Abdichtteil S12, das an
der hinteren Endseite der Lufteinlasslöcher 112a und 111d mittels
des Filters 106 abgedichtet ist, und ein drittes Abdichtteil S13,
das an der vorderen Endseite der Lufteinlasslöcher 112a und 111d abgedichtet
ist (siehe 4), auf.
-
Das äußere
Zylinderelement 111 und das äußer Zylinderschutzelement 112 sind
an dem Verbindungs- und Abdichtteil S13 abgedichtet, um miteinander
verbunden und aneinander befestigt zu sein. Beim Verbinden und Befestigen
weist das äußere Zylinderelement 111 einen
Dichtungsteil A2 (einen Teil, der dem Verbindungs- und Abdichtteil
S13 entspricht) auf, der an dem äußeren Zylinderschutzelement 112 an
einem Umfang desselben anliegt, und einen beabstandeten Teil R11,
der von dem äußeren Zylinderschutzelement 112 beabstandet
ist und diesem gegenüber liegt. Des Weiteren werden der
Dichtungsteil A2 und er beabstandete Teil R11 analog auch im Fall
von Schweißen und Presspassen ausgebildet.
-
Auch
wenn Feuchtigkeit in einen Spalt zwischen der Innenumfangsfläche
des vorderen Endteils des äußeren Zylinderschutzelements 112 und dem
beabstandeten Teil R1 der Außenumfangsfläche des äußeren
Zylinderelements 111 eindringt und zurückgehalten
wird, korrodiert das äußere Zylinderschutzelement 112 vor
dem äußeren Zylinderelement 111, wenn
das äußere Zylinderelement 111 aus SUS310S
besteht und das äußere Zylinderschutzelement 112 aus
SUS304L besteht. Dies liegt daran, dass das äußere
Zylinderelement 111 unter Verwendung eines Materials gebildet
wird, das weniger rostet als das Material, das für das äußere
Zylinderschutzelement 112 verwendet wird. Deshalb ist es möglich,
die Korrosion des äußeren Zylinderelements 111 zu
unterdrücken, wodurch ermöglicht wird, eine Verringerung
der Detektionsgenauigkeit des Sensors zu unterdrücken.
-
Ein
im Wesentlichen zylindrisches Trennelement 107 ist in dem
Schaftteil 111b der hinteren Außenzylinder-Endseite
des äußeren Zylinderelements 111 angeordnet.
Anschlussklemmen 108 (in 9 sind
nur zwei Anschlussklemmen gezeigt), die mit Elementanschlussdrähten 101a und 101b und
Heizelementanschlussdrähten 103a und 103b zu
verbinden sind, werden in das Trennelement 107 eingeführt.
Ein elastisches Dichtungselement 109, welches eine hervorragende
Wärmebeständigkeit aufweist und aus einem Fluorkautschuk
oder dergleichen besteht, ist in dem Schaftteil 111c der
hinteren Außenzylinder-Endseite des äußeren
Zylinderelements 111 angeordnet, und vier Anschlussdrahteinführlöcher 109a sind
an dem elastischen Dichtungselement 109 so gebildet, dass
sie dieses in eine axiale Richtung durchsetzen.
-
Die
vorliegende Erfindung ist für verschiedene Sensoren, wie
zum Beispiel Gassensoren (z. B. Sauerstoffsensoren, Kohlenwasserstoffsensoren und
Stickoxidsensoren), zum Detektieren oder Messen eines in einer Atmosphäre
enthaltenen Gasmessobjekts und Temperatursensoren zum Messen einer
Temperatur der Atmosphäre brauchbar.
-
Gemäß dem
Vorstehenden umfasst ein Sensor einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung: ein Sensorelement, das sich in eine axiale Richtung erstreckt,
das einen Umfang aufweist und einen vorderen Endabschnitt umfasst,
der einem Gasmessobjekt ausgesetzt ist; ein Metallgehäuse, das
den Umfang des Sensorelements bedeckt und eine hintere Endseite
umfasst; ein äußeres Zylinderelement, das an der
hinteren Endseite des Metallgehäuses befestigt ist, wobei
das äußere Zylinderelement aus einem ersten Metallmaterial
besteht, das eine Außenfläche aufweist und eine
vordere Endseite umfasst; und ein äußeres Zylinderschutzelement, welches
die Außenfläche des äußeren
Zylinderelements bedeckt, wobei der äußere Zylinderschutz
aus einem zweiten Metallmaterial besteht und einen Umfang aufweist.
Das äußere Zylinderelement umfasst ferner einen
Dichtungsteil in Kontakt mit dem Umfang des äußeren
Zylinderschutzelements und einen beabstandeten Teil, der näher
an der vorderen Endseite positioniert ist als der Dichtungsteil,
gegenüber dem äußeren Zylinderschutzelement,
und der von dem äußeren Zylinderschutzelement
beabstandet ist. Das erste Metallmaterial rostet weniger als das
zweite Metallmaterial.
-
Des
Weiteren sind das erste Metallmaterial und das zweite Metallmaterial
gemäß einer Implementierung der vorliegenden Erfindung
Edelstähle, und das erste Metallmaterial weist einen höheren Cr-Gehalt
(Gew.-%) als das zweite Metallmaterial auf.
-
Des
Weiteren weist das erste Metallmaterial gemäß einer
weiteren Implementierung der vorliegenden Erfindung einen höhere
Ni-Gehalt (Gew.-%) als das zweite Metallmaterial auf.
-
Ferner
ist das erste Metallmaterial gemäß einer noch
weiteren Implementierung der vorliegenden Erfindung SUS310S und
das zweite Metallmaterial ist SUS304L.
-
Gemäß weiteren
Implementierung der vorliegenden Erfindung steht der Dichtungsteil
entweder direkt oder indirekt mittels eines anderen Elements in Kontakt
mit dem äußeren Zylinderschutzelement.
-
Gemäß dem
Sensor dieser Erfindung wird, da das erste Material (d. h. das Material,
das weniger rostet als das Material für das äußere
Zylinderschutzelement) für das äußere
Zylinderschutzelement verwendet wird, das Material des äußeren
Zylinderschutzelements (d. h. das zweite Material) vor dem äußeren
Zylinderelement korrodiert, auch wenn Salzwasser oder dergleichen
in dem Spalt zwischen der Innenumfangsfläche des äußeren
Zylinderschutzelements und der Außenumfangsfläche
des äußeren Zylinderelements (beabstandeter Teil)
zurückgehalten wird, wodurch ein Unterdrücken
der Korrosion des äußeren Zylinderelements ermöglicht
wird. Dadurch wird der Riss C in dem beabstandeten Teil unterdrückt
und es wird ein Eindringen von Salzwasser in das Innere des äußeren
Zylinderelements unterdrückt, wodurch eine Verringerung
der Detektionsgenauigkeit des Sensors unterdrückt wird.
-
Es
ist möglich, den Ausdruck „Das erste Metallmaterial
rostet weniger als das zweite Metallmaterial” durch folgendes
Verfahren in die Praxis umzusetzen. Ein erstes Teststück
aus einem vorbestimmten Material und ein zweites Teststück
aus einem Material, das sich von dem des ersten Teststücks
unterscheidet, werden erzeugt, und das erste Teststück und
das zweite Teststück werden durch ein Salzwassersprühverfahren
nach JIS 22371 (Version 2007) getestet. Nach dem
Test werden die Gewichte des ersten Teststücks und des
zweiten Teststücks gemessen, und wenn das Gewicht des ersten
Teststücks geringer ist als das des zweiten Teststücks, wird
ermittelt, dass das erste Teststück mehr rostet als das
zweite Teststück. Es ist möglich, „das
erste Metallmaterial rostet weniger als das zweite Metallmaterial” umzusetzen,
indem man das für das erste Teststück verwendete
Material für das äußere Zylinderschutzelement
verwendet und indem man das für das zweite Teststück
verwendete Material für das äußere Zylinderelement
verwendet.
-
Edelstähle
können vorzugsweise für das äußere
Zylinderelement und das äußere Zylinderschutzelement
verwendet werden, um den Sensor vor einer Beschädigung
durch einen unvorhergesehenen Stein oder dergleichen zu schützen.
In diesem Fall kann durch Verwenden eines Edelstahls mit einem höheren
Cr-Gehalt (Gew.-%) als einem Cr-Gehalt (Gew.-%) des äußeren
Zylinderschutzelements für das äußere
Zylinderelement das Material für den äußeren
Zylinder verwendet werden, das weniger rostet als das Material des äußeren
Zylinderschutzes.
-
Bei
Verwenden des Edelstahls für das äußere
Zylinderelement und das äußere Zylinderschutzelement
ist es ferner bevorzugt, einen Gehalt (Gew.-%) von Ni, der in dem
Edelstahl des äußeren Zylinderelements (dem ersten
Metallmaterial) enthalten ist, größer zu halten
als einen Gehalt von Ni (Gew.-%), der in dem Edelstahl des äußeren
Zylinderschutzelements (dem zweiten Metallmaterial) enthalten ist,
zusätzlich dazu, den Gehalt (Gew.-%) von Cr, das in dem
Edelstahl des äußeren Zylinderelements (dem ersten
Metallmaterial) enthalten ist, größer zu halten
als den Gehalt (Gew.-%) von Cr, der in dem Edelstahl des äußeren
Zylinderschutzelements (dem zweiten Metallmaterial) enthalten ist.
-
Es
ist bevorzugt, als spezifisches Material SUS310S als erstes Metallmaterial
(für das äußere Zylinderelement) zu verwenden
und SUS304L als zweites Metallmaterial (für das äußere
Zylinderschutzelement) zu verwenden. SUS310S ist aus 0,08% oder
weniger C, 1,50% oder weniger Si, 2,00% oder weniger Mn, 0,045%
oder weniger P, 0,03% oder weniger S, 19,00% bis 22% Ni, 24,00%
bis 26,00% Cr und Rest Fe gebildet. Ferner ist SUS304L aus 0,03% oder
weniger C, 1,00% oder weniger Si, 2,00% oder weniger Mn, 0,045%
oder weniger P, 0,03% oder weniger S, 9,00% bis 13,00% Ni, 18,00%
bis 20,00% Cr und Rest Fe gebildet.
-
Obwohl
die Erfindung vorstehend unter Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen
derselben beschrieben wurde, wird der Fachmann verstehen, dass Veränderungen
und Abwandlungen in diesen beispielhaften Ausführungsformen
vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang und dem Wesen
der Erfindung abzuweichen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2008-106921 [0001]
- - JP 2009-016281 [0001]
- - JP 11-352095 A [0005]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - JIS 22371
(Version 2007) [0062]