DE102011051579B4

DE102011051579B4 - Gassensor

Info

Publication number: DE102011051579B4
Application number: DE102011051579.8A
Authority: DE
Inventors: Takahiro Akiyama; Takuya Saito; Makoto Kume; Satoshi Teramoto; Noboru Matsui; Hiroshi Inagaki; Takeshi Kawai; Shinichiro IWAMA; Yuichi Yamada
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2031-07-06
Also published as: DE102011051579A8; JP5179545B2; JP2012018016A; DE102011051579A1; US9201040B2; US20120006093A1

Abstract

Gassensor, umfassend:ein Erfassungselement (10), das sich in einer axialen Richtung erstreckt und zum Erfassen der Konzentration eines bestimmten Gases ausgelegt ist;ein metallischer Mantel (50), der das Erfassungselement (10) umfänglich umgibt und das Erfassungselement (10) hält;eine Hülle (30), die an einem hinteren Endabschnitt des metallischen Mantels (50) befestigt ist und einen hinteren Endabschnitt (12) des Erfassungselementes (10) umgibt; undeine Trennvorrichtung (60), die aus einer elektrisch isolierenden Keramik gebildet ist, welche innerhalb der Hülle (30) angeordnet ist und zumindest mehrere Leitungselemente zur elektrischen Verbindung mit dem Erfassungselement aufnimmt, wobei der Gassensor dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Beschichtung (64, 69), die wasserundurchlässig ist, zumindest auf einer Oberfläche der Trennvorrichtung (60) gebildet ist.

Description

[Gebiet der Erfindung]
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor, der ein Erfassungselement zum Erfassen der Konzentration eines bestimmten Gases umfasst.
[Stand der Technik]
Es ist ein Gassensor bekannt, der an einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors, wie zum Beispiel eines Kraftfahrzeugmotors, befestigt ist, und der ein Erfassungselement umfasst, dessen Ausgabe sich mit der Konzentration eines bestimmten Gases (zum Beispiel NO_x (Stickstoffoxide) oder Sauerstoff) im Abgas ändert. Das Erfassungselement umfasst mindestens eine Zelle, die aus einem Feststoffelektrolytelement und einem Paar von Elektroden umfasst, die darauf vorgesehen sind, und die Ausgabe des Erfassungselementes (Strom, der durch die Zelle fließt, oder eine elektromotorische Kraft, die von der Zelle erzeugt wird), ändert sich gemäß der Konzentration des bestimmten Gases. Dieses Erfassungselement hat an seinem vorderen Ende einen Erfassungsabschnitt, dessen Ausgabe sich gemäß der Konzentration des bestimmten Gases ändert. Der Umfang eines Stammteils des Erfassungselementes ist von einem metallischen Mantel umgeben, der dafür ausgelegt ist, den Gassensor an einem Abgasrohr zu befestigen, und das Erfassungselement wird durch einen Dichtungsfüllstoff gasdicht gehalten, wie zum Beispiel Talkum, Bornitrid oder Glas, der innerhalb des metallischen Mantels vorgesehen ist. Ein hinterer Endabschnitt des Erfassungselementes ragt nach hinten aus dem metallischen Mantel heraus und ist von einer Hülle umgeben, die an einem hinteren Endabschnitt des metallischen Mantels befestigt ist. Ein elastisches Element, das aus Gummi gebildet ist, ist in einen hinteren Endabschnitt der Hülle eingepasst, wodurch das Innere der Hülle abgedichtet ist.
Zur Ableitung der Ausgabe aus dem Erfassungsabschnitt, das sich am vorderen Ende befindet, sind mehrere Ausgabeableitungsabschnitte am hinteren Endabschnitt des Erfassungselementes vorgesehen (zum Beispiel sind Elektrodenanschlussflächen auf der Fläche des hinteren Endabschnitts des Erfassungselementes gebildet). Mehrere Leitungsdrähte zur elektrischen Verbindung des Erfassungselementes und einer externen Schaltung laufen durch das elastische Element, und Leitungselemente (metallische Anschlussklemmen), die an den Enden der Leitungsdrähte vorgesehen sind, sind mit den Ausgabeableitungsabschnitten (Elektrodenanschlussflächen) verbunden. Außerdem ist eine Trennvorrichtung, die aus einer elektrisch isolierenden Keramik gebildet ist, innerhalb der Hülle angeordnet. Die Leitungselemente werden in der Trennvorrichtung so aufgenommen, dass sie keinen Kontakt zueinander haben (siehe zum Beispiel Patentdokument 1). Diese Trennvorrichtung sichert auch die Isolation zwischen den Leitungselementen und der Hülle.
[Dokument zum Stand der Technik]
[Patentdokument]
[Patentdokument 1] Offengelegte Japanische Patentanmeldung (kokai) JP 2009 - 216 388 A
[Kurzdarstellung der Erfindung]
[Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen]
Jedoch entsteht das folgende Problem, wenn die Atmosphäre in der abgedichteten Hülle Feuchtigkeit enthält. Wenn Taubildung innerhalb der Hülle auf Grund einer Temperaturänderung oder von Feuchtigkeit in der umgebenden Atmosphäre auftritt, haftet ein Wassertröpfchen an der Oberfläche der Trennvorrichtung, und Feuchtigkeit kann in die Trennvorrichtung einsickern. Wenn der Isolationswiderstand der Trennvorrichtung selbst auf Grund der Durchtränkung mit Feuchtigkeit abfällt, wird es schwierig, die Isolation (einen hohen Isolationswiderstand) zwischen den Leitungselementen, die elektrisch mit dem Erfassungselement verbundenen sind, sicherzustellen, wodurch eine ordnungsgemäße Ausgabe vom Erfassungselement nicht zu erhalten ist. Beispiele für den Fall, in dem die Atmosphäre innerhalb der Hülle Feuchtigkeit enthält, umfassen einen Fall, bei dem Feuchtigkeit, die von einem Dichtungsfüllstoff innerhalb des metallischen Mantels absorbiert wird, freigesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Blick auf das obige Problem entwickelt, und es ist ein Ziel der Erfindung, einen Gassensor bereitzustellen, bei dem die Isolation zwischen Leitungselementen durch stabile Aufrechterhaltung der Isolationseigenschaft einer Trennvorrichtung, die innerhalb einer Hülle vorgesehen ist, stabil gesichert wird, wodurch eine normale Ausgabe von einem Erfassungselement erhalten werden kann.
[Mittel zum Lösen der Probleme]
Gemäß einem Modus der vorliegenden Erfindung wird ein Gassensor bereitgestellt, der ein Erfassungselement umfasst, welches sich in einer axialen Richtung erstreckt und zum Erfassen der Konzentration eines bestimmten Gases ausgelegt ist; ein metallischer Mantel, der das Erfassungselement umfänglich umgibt und hält; eine Hülle, die an einem hinteren Endabschnitt des metallischen Mantels befestigt ist und einen hinteren Endabschnitt des Erfassungselementes umgibt; und eine Trennvorrichtung, die aus einer elektrisch isolierenden Keramik gebildet ist, welche innerhalb der Hülle angeordnet ist, und die zumindest mehrere Leitungselemente zur elektrischen Verbindung mit dem Erfassungselement aufnimmt, wobei der Gassensor dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Beschichtung, die wasserundurchlässig ist, auf mindestens einer Fläche der Trennvorrichtung gebildet ist.
Da die Beschichtung, die auf der Oberfläche der Trennvorrichtung gebildet ist, welche aus einer isolierenden Keramik gebildet ist, wasserundurchlässig ist, auch wenn Taubildung in der Hülle auf Grund einer Temperaturänderung oder von Feuchtigkeit der Umgebung auftritt, kann das Eindringen von Wasser in die Trennvorrichtung verhindert werden. Es ist daher möglich zu verhindern, dass ein Wassertröpfchen, das an der Oberfläche der Trennvorrichtung haftet, den Isolationswiderstand der Trennvorrichtung verringert, um so eine Verschlechterung der Isolation zwischen den Leitungselementen zu verhindern, die im Innern der Trennvorrichtung untergebracht sind.
Im aktuellen Modus kann die Beschichtung eine wasserabweisende Wirkung haben. Wenn die Beschichtung eine wasserabweisende Wirkung hat, auch wenn ein Wassertröpfchen an der Oberfläche der Trennvorrichtung haftet, breitet sich das Tröpfchen nicht aus, was anderenfalls auf Grund von Oberflächenspannung auftreten würde, wodurch die Bildung eines Wasserfilms verhindert wird. Es besteht also keine Möglichkeit, dass ein Leckstrom (z.B. zwischen Leitungselementen und der Hülle) über einen Wasserfilm fließt, der sich auf der Oberfläche der Trennvorrichtung gebildet hat.
Im aktuellen Modus kann die Beschichtung aus Glas gebildet werden. Wenn eine Beschichtung aus Glas gebildet wird, werden Wasserdichtheit und Wärmebeständigkeit erreicht. Da der Gassensor durch die Wärme von heißem Gas beeinflusst werden kann, ist die Bildung einer Beschichtung, die wärmebeständig ist, im Hinblick auf die Aufrechterhaltung des Isolationsverhaltens der Trennvorrichtung über einen langen Zeitraum wünschenswert. Auch die Langlebigkeit der Beschichtung kann gesichert werden.
Im aktuellen Modus kann das Erfassungselement Elektrodenanschlussflächen umfassen, die an einem hinteren Endabschnitt des desselben zur elektrischen Verbindung mit den Leitungselementen gebildet sind. Die Trennvorrichtung kann den hinteren Endabschnitt des Erfassungselementes aufnehmen. Die elektrische Verbindung zwischen den Leitungselementen und den Elektrodenanschlussflächen kann innerhalb der Trennvorrichtung hergestellt werden. Wenn ein Wassertröpfchen an der Oberfläche der Trennvorrichtung haftet, fließt in vielen Fällen ein Leckstrom zwischen den Leitungselementen (dem Erfassungselement) und der Hülle. Da Bereiche (Kontaktpunkte), in denen die Leitungselemente und die Elektrodenanschlussflächen elektrisch verbunden sind, in der Trennvorrichtung liegen, können die Kontaktpunkte am Freiliegen gehindert werden, und es kann ein Leckstrom zwischen den Kontaktpunkten und der Hülle verhindert werden.
Figurenliste

[1] Schnittansicht eines NO_x-Sensors 1.
[2] Vergrößerte Ansicht eines Abschnitts von 1, der von einer Strich-Punkt-Punkt-Linie A umgeben ist.

[Form der Ausführung der Erfindung]
Als Nächstes wird ein Gassensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben. Zuerst wird der Aufbau eines NO_x-Sensors 1 als Beispiel mit Verweis auf 1 beschrieben. In 1 fällt die Richtung einer Achse O (die durch eine Strich-Punkt-Linie dargestellt wird) des NO_x-Sensors 1 mit der senkrechten Richtung zusammen. In der folgenden Beschreibung wird eine Seite hin zu einem vorderen Endabschnitt 11 eines Erfassungselementes 10, das im NO_x-Sensor 1 enthalten ist, als eine vordere Endseite des NO_x-Sensors 1 bezeichnet, und eine Seite hin zu einem hinteren Endabschnitt 12 desselben wird als eine hintere Endseite NO_x-Sensors 1 bezeichnet.
Der NO_x-Sensor 1, der in 1 gezeigt wird, ist an einem Abgasrohr (nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeugs befestigt. Ein Erfassungsabschnitt 18 des Erfassungselementes 10, das im NO_x-Sensor 1 gehalten wird, wird dem Abgas ausgesetzt, das durch das Abgasrohr strömt, um die Konzentration von NO_x (bestimmtes Gas) zu erfassen, das im Abgas enthalten ist.
Wie ebenfalls bekannt ist, nimmt das Erfassungselement 10 die Form einer Platte geringer Breite an, die sich in Richtung der Achse O erstreckt. Das Erfassungselement 10 ist ein im Wesentlichen rechteckiges säulenförmiges Laminat, in dem ein Gaserfassungskörper 14 zum Erfassen der Konzentration von NO_x und eine Heizvorrichtung 15 zum prompten Aktivieren des Gaserfassungskörpers 14 durch Anwendung von Wärme aufeinander geschichtet sind. In 1 ist bemerkenswert, dass die Richtung der Plattendicke der links-rechts-Richtung der Platte entspricht und die Richtung der Plattenbreite der vorn-hinten-Richtung der Platte (Richtung senkrecht zum Blatt) entspricht. Der Gaserfassungskörper 14 umfasst zum Beispiel eine erste Sauerstoffpumpenzelle und eine zweite Sauerstoffpumpenzelle, die jeweils aus einem Feststoffelektrolytelement, das hauptsächlich aus Zirkonoxid gebildet ist, und einem Paar von Elektroden bestehen, das darauf gebildet ist. Da der Aufbau des Gaserfassungskörpers 14 durch die offengelegte Japanische Patentanmeldung (kokai) JP 2010 - 122 187 A offenbart ist, wird eine detaillierte Beschreibung desselben weggelassen. Der Erfassungsabschnitt 18 einschließlich der oben beschriebenen zweiten Sauerstoffpumpenzelle usw. (mit anderen Worten, ein Abschnitt zum Erfassen der Konzentration von NO_x) befindet sich am vorderen Ende des Erfassungselementes 10 (der Gaserfassungskörper 14). Sechs Elektrodenanschlussflächen 16 (1 zeigt zwei davon) sind auch auf einem hinteren Endabschnitt 12 des Erfassungselementes 10 zur elektrischen Verbindung mit dem Gaserfassungskörper 14 und der Heizvorrichtung 15 gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist bemerkenswert, dass das Erfassungselement 10 als „Erfassungselement“ der vorliegenden Erfindung beschrieben wird. Genau genommen, ist jedoch die Heizvorrichtung 15 nicht notwendigerweise als ein Bestandteil des Erfassungselementes erforderlich, und der Gaserfassungskörper 14 entspricht dem „Erfassungselement“ der vorliegenden Erfindung.
Eine rohrförmige Metalltasse 20 mit geschlossenem Boden ist etwas vor der Mittelachse eines Rumpfabschnitts 13 des Erfassungselementes 10 angeordnet und hat eine Öffnung 25, die im Boden desselben gebildet ist. Das Erfassungselement 10 wird durch das Innere der Metalltasse 20 derart eingeführt, dass sein vorderer Endabschnitt 11, an dem der Erfassungsabschnitt 18 gebildet ist, von der Öffnung 25 aus nach vorn ragt. Die Metalltasse 20 ist ein Element zum Halten des Erfassungselementes 10 in einem Metallmantel 50. Ein vorderer Randbereich 23, der sich in einem Randbereich des Bodens der Metalltasse 20 befindet, ist zu einem Umfangswandbereich der Metalltasse 20 hin verjüngt. Ein Keramikring 21, der aus Aluminiumoxid hergestellt ist, und ein Talkumring 22, der durch Verdichten eines Talkumpulvers hergestellt ist, sind in der Metalltasse 20 derart angeordnet, dass sie in Richtung der Achse O laminiert sind und den Umfang des Erfassungselementes 10 umgeben. Der Talkumring 22 wird in der Metalltasse 20 zerdrückt, um so einen entsprechenden Raum dicht zu füllen, wodurch das Erfassungselement 10 in der Metalltasse 20 in Position gehalten wird.
Ein Aufbau aus der Metalltasse 20 und dem Erfassungselement 10 wird vom rohrförmigen Metallmantel 50 umgeben und gehalten. Der Metallmantel 50 ist zum festen Anbringen des NO_x-Sensors 1 am Abgasrohr (nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeugs ausgelegt. Der Metallmantel 50 hat einen Befestigungsabschnitt 51, der an eine äußere Umfangsfläche des Metallmantels 50 angepasst ist und sich auf einer Seite zum vorderen Ende des Metallmantels 50 hin befindet. Der Befestigungsabschnitt 51 hat ein Außengewinde, das darauf gebildet ist, zur Befestigung am Abgasrohr. Der Metallmantel 50 hat einen vorderen Eingriffsabschnitt 56, der sich vor dem Befestigungsabschnitt 51 befindet und in den eine Schutzvorrichtung 8, die später beschrieben werden soll, eingreifen soll. Der Metallmantel 50 hat auch einen Werkzeugeingriffsabschnitt 52, der an einem axialen Mittelabschnitt der äußeren Umfangsfläche des Metallmantels 50 gebildet ist und mit dem ein Befestigungswerkzeug wechselwirkt. Der Metallmantel 50 hat ferner einen hinteren Werkzeugeingriffsabschnitt 57, der sich hinter dem Werkzeugeingriffsabschnitt 52 befindet und mit dem eine Hülle 30, die später beschrieben werden soll, verbunden ist, und einen Crimpabschnitt 53, der sich hinter dem hinteren Schraubabschnitt 57 befindet und dazu ausgelegt ist, durch Bördeln das Erfassungselement 10 im Metallmantel 50 zu halten. Zur Verhinderung von Gasverlust, wenn der NO_x-Sensor 1 am Abgasrohr befestigt ist, ist eine ringförmige Dichtung 55 an einem Abschnitt des Metallmantels 50 zwischen dem Werkzeugeingriffsabschnitt 52 und dem Befestigungsabschnitt 51 eingepasst.
Der Metallmantel 50 hat einen gestuften Abschnitt auf seiner inneren Umfangsfläche an einer Position in der Nähe des Befestigungsabschnitts 51. Der vordere Randabschnitt 23 der Metalltasse 20, der das oben beschriebene Erfassungselement 10 hält, ist in den gestuften Abschnitt eingerastet. Ferner wird ein Talkumring 26 in den Metallmantel 50 entlang dem inneren Umfang des Metallmantels 50 in Richtung auf das hintere Ende der Metalltasse 20 derart eingebracht, dass das Erfassungselement 10 durch den Talkumring 26 eingeführt wird. Eine rohrförmige Hülse 27 wird so in den Metallmantel 50 eingepasst, dass die Hülse 27 den Talkumring 26 von der Seite des hinteren Endes des Talkumrings 26 presst und das Erfassungselement 10 sich durch die Hülse 27 erstreckt. Die Hülse 27 hat einen stufenartigen Schulterabschnitt 28, der auf der äußeren Umfangsfläche eines hinteren Endabschnitts der Hülse 27 gebildet ist. Eine ringförmige Dichtung 29 ist auf dem Schulterabschnitt 28 angeordnet. In diesem Zustand wird der Crimpabschnitt 53 des Metallmantels 50 radial nach innen derart gebördelt, dass der Schulterabschnitt 28 der Hülse 27 nach vorn über die Dichtung 29 gepresst wird. Im Ergebnis dieses Bördelns wird der Talkumring 26, der durch die Hülse 27 gepresst wird, im Metallmantel 50 zerdrückt, wodurch er einen zugehörigen Raum dicht füllt. Mittels Talkumring 26 und Talkumring 22, der vorher in die Metalltasse 20 gelegt wurde, werden Metalltasse 20 und Erfassungselement 10 im Metallmantel 50 in Position gehalten.
Der vordere Eingriffsabschnitt 56 des Metallmantels 50 ist in eine rohrförmige Form gebracht, und die Schutzvorrichtung 8 ist darauf befestigt. Die Schutzvorrichtung 8 umgibt die Peripherie des vorderen Endabschnitts 11 des Erfassungselementes 10, um so das Erfassungselement 10 vor Wasser, Bruch durch physische Einwirkung usw. zu schützen. Die Schutzvorrichtung 8 wird auf dem vorderen Eingriffsabschnitt 56 durch Widerstandsschweißen oder Laserschweißen befestigt. Die Schutzvorrichtung 8 hat einen doppelten Aufbau; d.h., sie besteht aus einer rohrförmigen inneren Schutzvorrichtung 90 mit Boden und einer rohrförmigen äußeren Schutzvorrichtung 80, die die innere Schutzvorrichtung 90 umfänglich umgibt, während sie einen Abstand zwischen der inneren Umfangsfläche der äußeren Schutzvorrichtung 80 und der äußeren Umfangsfläche der inneren Schutzvorrichtung 90 bildet.
Die innere Schutzvorrichtung 90 hat mehrere innere Einführungslöcher 95, die in einem hinteren Endabschnitt einer umlaufenden Wand 92 desselben gebildet sind; mehrere Ableitungslöcher 96 sind in einem vorderen Endabschnitt der umlaufenden Wand 92 gebildet, und eine Entleerungsöffnung 97 ist in einem Boden 93 derselben gebildet. Ein unterer Endabschnitt 91 der inneren Schutzvorrichtung 90, der sich auf der Seite zum offenen Ende derselben hin (der Seite des hinteren Endes) befindet, ist mit dem äußeren Umfang des vorderen Eingriffsabschnitts 56 im Eingriff. Die äußere Schutzvorrichtung 80 umfasst mehrere äußere Einführungslöcher 85, die in einem vorderen Endabschnitt einer umlaufenden Wand 82 derselben gebildet sind. Ein unterer Endabschnitt 81 der äußeren Schutzvorrichtung 80, der sich auf der Seite zum offenen Ende derselben befindet, ist mit dem äußeren Umfang des unteren Endabschnitts 91 der inneren Schutzvorrichtung 90 im Eingriff. In diesem Zustand wird Laserschweißen am äußeren Umfang des unteren Endabschnitts 81 ausgeführt, wodurch der untere Endabschnitt 81 mit dem vorderen Eingriffsabschnitt 56 des Metallmantels 50 verbunden wird, zusammen mit dem unteren Endabschnitt 91 der inneren Schutzvorrichtung 90. So werden die äußere Schutzvorrichtung 80 und die innere Schutzvorrichtung 90 am Metallmantel 50 befestigt. Außerdem wird ein vorderer Endabschnitt 83 der äußeren Schutzvorrichtung 80 nach innen zur umlaufenden Wand 92 der inneren Schutzvorrichtung 90 hin gebogen, um so den Spalt zwischen der äußeren Schutzvorrichtung 80 und der inneren Schutzvorrichtung 90 zu schließen.
In der Zwischenzeit ragt der hintere Endabschnitt 12 des Erfassungselementes 10, der vom Metallmantel 50 gehalten wird, nach hinten über das hintere Ende (Bördelabschnitt 53) des Metallmantels 50 hinaus. Der hintere Endabschnitt 12 ist mit einer rohrförmigen Trennvorrichtung 60 abgedeckt, die aus einer elektrisch isolierenden Keramik (in der vorliegenden Ausführungsform Aluminiumoxid) gebildet ist. Die Trennvorrichtung 60 besteht aus einer vorderen Trennvorrichtung 61 und einer hinteren Trennvorrichtung 66. Die hintere Trennvorrichtung 66 ist mit einem Flanschabschnitt 62 der vorderen Trennvorrichtung 61 in Eingriff; dieser Abschnitt ragt aus der vorderen Trennvorrichtung 61 radial nach außen vor. Die vordere Trennvorrichtung 61 nimmt Verbindungsabschnitte (Verbindungspunkte) zwischen den sechs Elektrodenanschlussflächen 16, die auf dem hinteren Endabschnitt 12 des Erfassungselementes 10 gebildet sind, und den sechs Anschlussklemmen (Metallanschlussklemmen) 44 auf (1 zeigt vier von ihnen), die elektrisch mit den entsprechenden Elektrodenanschlussflächen 16 verbunden sind. Mit anderen Worten, die elektrische Verbindung zwischen den Anschlussklemmen 44 und den Elektrodenanschlussflächen 16 wird innerhalb der vorderen Trennvorrichtung 61 hergestellt. Die hintere Trennvorrichtung 66 nimmt die Verbindungsabschnitte zwischen den Anschlussklemmen 44 und sechs Leitungsdrähten 41 auf, die sich zur Außenseite des NO_x-Sensors 1 hin erstrecken.
Die rohrförmige Metallhülle 30 ist derart angeordnet, dass sie den hinteren Endabschnitt 12 des Erfassungselementes 10 umgibt, an dem die Trennvorrichtung 60 befestigt ist. Ein vorderes offenes Ende 31 der Hülle 30 ist mit dem äußeren Umfang des hinteren Eingriffsabschnitts 57 des Metallmantels 50 im Eingriff. Das offene Ende 31 ist radial nach innen gebördelt, und am offenen Ende 31 wird Laserschweißen entlang des ganzen äußeren Umfangs des offenen Endes 31 ausgeführt, wodurch das offene Ende 31 mit dem hinteren Eingriffsabschnitt 57 verbunden wird. Die Hülle 30 und der Metallmantel 50 sind so fest miteinander verbunden.
Ein rohrförmiger Metallhalter 42 ist in dem Spalt zwischen der Hülle 30 und der vorderen Trennvorrichtung 61 angeordnet. Der Metallhalter 42 hat einen Stützabschnitt 43, der durch Einwärtsbiegen eines hinteren Endes des Metallhalters 42 gebildet wird. Die vordere Trennvorrichtung 61 wird durch den Metallhalter 42 derart eingeführt, dass der Flanschabschnitt 62 der vorderen Trennvorrichtung 61 im Eingriff mit dem Stützabschnitt 43 ist, wodurch die vordere Trennvorrichtung 61 durch den Metallhalter 42 abgestützt wird. In diesem Zustand wird ein Abschnitt der Hülle 30, an dem der Metallhalter 42 angeordnet ist, radial nach innen gebördelt, wodurch der Metallhalter 42, der die vordere Trennvorrichtung 61 stützt, an der Hülle 30 befestigt ist.
Als Nächstes wird ein elastisches Element 45, das aus fluorhaltigem Gummi gebildet ist, in eine hintere Endöffnung der Hülle 30 eingepasst, wodurch das Innere der Hülle 30 abgedichtet ist. Das elastische Element 45 hat sechs Einführungslöcher 46 (1 zeigt zwei davon). Die oben erwähnten sechs Leitungsdrähte 41, die sich von der Trennvorrichtung 60 aus erstrecken, erstrecken sich durch die entsprechenden Einführungslöcher 46. Während in diesem Zustand das elastische Element 45 die hintere Trennvorrichtung 66 gegen die vordere Trennvorrichtung 61 presst, wird die Hülle 30 radial nach innen gebördelt, wodurch das elastische Element 45 am hinteren Ende der Hülle 30 befestigt wird.
Im Fall des NO_x-Sensors 1 der vorliegenden Ausführungsform wird eine Beschichtung auf die Oberfläche der Trennvorrichtung 60 aufgetragen. Wie speziell in 2 gezeigt, wird eine Beschichtung 64 auf der ganzen Oberfläche der vorderen Trennvorrichtung 61 gebildet, die teilweise die Trennvorrichtung 60 darstellt, und eine Beschichtung 69 wird auf der ganzen Oberfläche der hinteren Trennvorrichtung 66 gebildet, die teilweise die Trennvorrichtung 60 darstellt. Zum Beispiel werden die Beschichtungen 64 und 69 der vorliegenden Ausführungsform aus Fluor oder einer Fluorverbindung (z.B. Teflon (eingetragene Marke)) gebildet und sind wasserundurchlässig (wasserdicht) und wasserabweisend.
Wie oben beschrieben, sind die vordere Trennvorrichtung 61 und die hintere Trennvorrichtung 66 innerhalb der Hülle 30 angeordnet. In dem Fall, in dem die Atmosphäre in der Hülle 30 Feuchtigkeit enthält, tritt Taubildung auf den Oberflächen der vorderen Trennvorrichtung 61 und der hinteren Trennvorrichtung 66 auf, und ein Wassertröpfchen kann an den Oberflächen haften. Da selbst in einem solchen Fall die Beschichtungen 64 und 69, die auf der Oberfläche der Trennvorrichtung 60 gebildet sind, wasserundurchlässig sind, dringt Wasser nicht in die vordere Trennvorrichtung 61 und die hintere Trennvorrichtung 66 ein. Dementsprechend gibt es keine Möglichkeit, dass Feuchtigkeit, die in die Trennvorrichtung 60 eingedrungen ist, den Isolationswiderstand der Trennvorrichtung 60 verringert, wodurch die Isolation zwischen den Anschlussklemmen 44 nicht gesichert werden könnte. Da ferner die Beschichtungen 64 und 69 wasserabweisend sind, breitet sich ein Wassertröpfchen, das an der Oberfläche der Trennvorrichtung 60 haftet, nicht aus; wobei dieses Ausbreiten anderenfalls wegen der Oberflächenspannung derselben mit sich ergebender Bildung eines Wasserfilms auftreten würde. Dementsprechend gibt es keine Möglichkeit, dass ein Leckstrom zwischen den Anschlussklemmen 44 und der Hülle 30 über den Metallhalter 42 fließen kann; wobei dieser Fluss eines Leckstroms anderenfalls über einen Wasserfilm auftreten würde, der auf der Oberfläche der Trennvorrichtung 60 gebildet ist. Da, wie oben beschrieben, in der vorliegenden Ausführungsform die Beschichtungen 64 und 69 auf der Oberfläche der Trennvorrichtung 60 bereitgestellt werden, kann die Isoliereigenschaft der Trennvorrichtung 60 für eine lange Zeit aufrechterhalten werden, wodurch ein NO_x-Sensor 1, der eine hohe Zuverlässigkeit besitzt, bereitgestellt werden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform werden auch durch Einsatz eines Aufbaus, bei dem die Trennvorrichtung 60 den hinteren Endabschnitt 12 des Erfassungselementes 10 abdeckt, die Verbindungsabschnitte (Kontaktpunkte) zwischen den Anschlussklemmen 44 und den Elektrodenanschlussflächen 16 in der Trennvorrichtung 60 aufgenommen. Daher können die Kontaktpunkte vor Einwirkungen geschützt werden. Selbst wenn also ein Wasserfilm auf der Oberfläche der Trennvorrichtung 60 gebildet ist, kann ein Leckstrom zwischen den Kontaktpunkten und der Hülle 30 verhindert werden.
Es ist bemerkenswert, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist und verschiedene Modifizierungen möglich sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Beschichtungen 64 und 69 auf der Oberfläche der Trennvorrichtung 60 aus Fluor oder einer Fluorverbindung gebildet. Das Material dieser Beschichtungen ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Beschichtungen 64 und 69 können aus Glas gebildet werden. Wenn die Beschichtungen 64 und 69 aus Glas geformt sind, kann Wasserundurchlässigkeit und Wärmebeständigkeit erreicht werden. Da der NO_x-Sensor 1 zur Nutzung an einem Abgasrohr befestigt wird und durch die Wärme des heißen Abgases beeinflusst werden kann, ist die Bildung von Beschichtungen, die hitzebeständig sind, wünschenswert. Da ferner die Haltbarkeit der Beschichtungen 64 und 69 aus Glas gesichert werden kann, kann die Isoliereigenschaft der Trennvorrichtung 60 über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden.
Wie gezeigt, zum Beispiel in 2, kann ferner eine Beschichtung 35 auch auf der inneren Umfangsfläche der Hülle 30 gebildet werden. Die Beschichtung 35 wird vorzugsweise aus Fluor, einer Fluorverbindung oder Glas gebildet. In dem Fall, in dem die Beschichtung 35 auf der inneren Umfangsfläche der Hülle 30 gebildet wird, kann selbst dann, wenn ein Wassertröpfchen, das an der Oberfläche der Trennvorrichtung 60 haftet, sich wegen der Oberflächenspannung derselben ausbreitet, mit sich ergebender Bildung eines Wasserfilms, das Fließen von Leckstrom zwischen den Anschlussklemmen 44 und der Hülle 30 verhindert werden. Die Bildung der Beschichtung 35 auf der inneren Umfangsfläche der Hülle 30 ist aus der Sicht der Wärmebeständigkeit, wie oben beschrieben, besonders effektiv, wenn die Beschichtungen 64 und 69 aus Glas gebildet werden.
Außerdem können Beschichtungen auf allen Komponenten innerhalb der Hülle 30 gebildet werden (nicht nur auf der inneren Umfangsfläche der Hülle 30, sondern auch auf Komponenten, die in der Hülle 30 liegen, wie zum Beispiel die Anschlussklemmen 44, die Trennvorrichtung 60, der Metallhalter 42 und das Erfassungselement 10). Zum Beispiel wird der NO_x-Sensor 1 in einem Zustand hergestellt, bei dem eine winzige Menge einer Fluorverbindung in die Hülle 30 gebracht wird, und eine Wärmebehandlung oder dergleichen wird so ausgeführt, dass die Fluorverbindung verdampft, wodurch alle Komponenten innerhalb der Hülle 30 mit der Fluorverbindung beschichtet werden. Wenn in einem solchen Fall die Beschichtung in einem Zustand ausgeführt wird, bei dem die Anschlussklemmen 44 in Kontakt mit den Elektrodenanschlussflächen 16 des Erfassungselementes 10 sind, werden die Kontaktpunkte zwischen den Anschlussklemmen 44 und die Elektrodenanschlussflächen 16 nicht beschichtet und die elektrische Verbindung zwischen ihnen wird nicht behindert. Alternativ wird in dem Fall, dass die Anschlussklemmen 44 und das Erfassungselement 10 vorher beschichtet werden, die Beschichtung in einem Zustand ausgeführt, bei dem Abschnitte, die als Kontaktpunkte dienen, maskiert werden, und die Maskierung wird nach der Bildung der Beschichtungen entfernt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Trennvorrichtung 60 eine zweiteilige Trennvorrichtung, die aus der vorderen Trennvorrichtung 61 und der hinteren Trennvorrichtung 66 besteht. Die Konfiguration der Trennvorrichtung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Trennvorrichtung 60 kann eine Konfiguration haben, bei der die vordere Trennvorrichtung und die hintere Trennvorrichtung in einem Stück geformt sind. Alternativ kann die Trennvorrichtung 60 eine Konfiguration haben, bei der die Trennvorrichtung in zwei Teile entlang der Achsenrichtung des Erfassungselementes geteilt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der NO_x-Sensor 1, der die Konzentration von NO_x erfassen kann, als Beispiel für den Gassensor der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Gassensor ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Gassensoren angewendet werden, wie zum Beispiel einen Sauerstoffsensor, der die Konzentration von Sauerstoff erfasst und der ein Zwei-Werte-Signal ausgibt (welches sich bei einem bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis stark ändert), einen Sensor für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis über den vollen Messbereich, dessen Ausgabe sich linear gemäß der Konzentration von Sauerstoff ändert (linearer Sauerstoffsensor) und einen HC-Sensor. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung für einen Gassensor effektiv, der derart aufgebaut ist, dass ein Strom, der kleiner oder gleich 1 mA ist, durch eine Zelle (ein Feststoffelektrolytelement und ein Paar von Erfassungselektroden) fließt, die einen Erfassungsabschnitt des Erfassungselementes darstellt, und die Konzentration eines bestimmten Gases wird auf der Basis des Stroms erfasst. Die Form des Erfassungselementes ist nicht auf eine plattenartige Form beschränkt, und das Erfassungselement kann eine rohrartige Form annehmen.
[Beispiel 1]
Der folgende Bewertungstest wurde ausgeführt, um den Effekt der Erfindung, der durch Bilden einer Beschichtung zumindest auf der Oberfläche der Trennvorrichtung erreicht wurde, zu prüfen. 10 NO_x-Sensoren (Proben 1) wurden unter Verwendung von Trennvorrichtungen hergestellt, die mit einer Fluorverbindung beschichtet waren, und 10 NO_x-Sensoren (Proben 2) wurden unter Verwendung von Trennvorrichtungen ohne Beschichtung hergestellt. Im Verlauf der Herstellung von Proben 1 und Proben 2 wurden die Hülle und der Metallmantel miteinander verbunden, nachdem ein Wassertröpfchen in die Hülle getropft wurde, und das Innere der Hülle wurde abgedichtet. Die Proben 1 und Proben 2 wurden in ein Bad (Wasserbad) derart getaucht, dass jede Probe vollkommen in Wasser versank, und das Bad wurde durch eine Heizplatte erwärmt. Um zu bewirken, dass das Wassertröpfchen Tau bildet, wurde ein Zyklus aus Erwärmen jeder Probe für 30 Minuten (Energiezufuhr EIN) und dann Abkühlen für 90 Minuten (Energiezufuhr AUS) zehnmal wiederholt, und die Wassertemperatur wurde regelmäßig zwischen 40°C und 100°C geändert. Nach diesem Test wurden Wassertröpfchen, die an der äußeren Oberfläche jeder Probe hafteten, abgewischt, und bei Raumtemperatur wurde der Isolationswiderstand jeder Probe gemessen. Der Isolationswiderstand bei Raumtemperatur bezieht sich auf den Isolationswiderstand, wie er bei Raumtemperatur gemessen wird, zwischen einem Leitungsdraht, der eine Anschlussklemme hat, die mit einer Elektrodenanschlussfläche verbunden ist, welche einer Heizvorrichtungselektrode des Erfassungselementes entspricht, und einem Leitungsdraht, der eine Anschlussklemme hat, welche mit einer anderen Elektrodenanschlussfläche verbunden ist, das der NO_x-Erfassungselektrode (Elektrode einer Zelle, deren Ausgabe sich gemäß der NO_x-Konzentration ändert) des Gaserfassungskörpers entspricht. Die Zahl der Proben, deren Isolationswiderstand 20 MΩ oder weniger betrug und die die Isoliereigenschaft der Trennvorrichtung nicht sicherten, wenn eine Spannung von 100 V angelegt wurde, wurde gezählt. Keine der Proben 1 versagte bei der Sicherung der Isoliereigenschaft der Trennvorrichtung, und acht der Proben 2 versagten bei der Sicherung der Isoliereigenschaft der Trennvorrichtung, Ferner wurde eine Spannung von 100 V zwischen der Hülle (Sensorkörper auf Masse) und dem oben erwähnten Leitungsdraht angelegt, der eine Anschlussklemme hat, welche mit der Elektrodenanschlussfläche verbunden ist, das der NO_x-Erfassungselektrode des Gaserfassungskörpers entspricht, und die Größe des Leckstroms, der zwischen dem Leitungsdraht und der Hülle floss, wurde gemessen. Zu dieser Zeit wurde die Zahl der Proben ermittelt, die einen Leckstrom von 2 µA oder mehr haben. Keine der Proben 1 hatte einen solchen Leckstrom, acht der Proben 2 hatte einen solchen Leckstrom. Die Ergebnisse dieses Tests zeigen klar, dass durch Auftragen der Fluorbeschichtung auf die Trennvorrichtung die Isoliereigenschaft der Trennvorrichtung gesichert werden kann und dass der Leckstrom innerhalb der Hülle verhindert werden kann.
Bezugszeichenliste

1:: NO_x-Sensor
10:: Erfassungselement
12:: hinterer Endabschnitt
16:: Elektrodenanschlussfläche
30:: Hülle
44:: Anschlussklemme
50:: Metallmantel
60:: Trennvorrichtung
61:: vordere Trennvorrichtung
66:: hintere Trennvorrichtung
64, 69:: Beschichtung

Claims

Gassensor, umfassend: ein Erfassungselement (10), das sich in einer axialen Richtung erstreckt und zum Erfassen der Konzentration eines bestimmten Gases ausgelegt ist; ein metallischer Mantel (50), der das Erfassungselement (10) umfänglich umgibt und das Erfassungselement (10) hält; eine Hülle (30), die an einem hinteren Endabschnitt des metallischen Mantels (50) befestigt ist und einen hinteren Endabschnitt (12) des Erfassungselementes (10) umgibt; und eine Trennvorrichtung (60), die aus einer elektrisch isolierenden Keramik gebildet ist, welche innerhalb der Hülle (30) angeordnet ist und zumindest mehrere Leitungselemente zur elektrischen Verbindung mit dem Erfassungselement aufnimmt, wobei der Gassensor dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Beschichtung (64, 69), die wasserundurchlässig ist, zumindest auf einer Oberfläche der Trennvorrichtung (60) gebildet ist.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung (64, 69) wasserabweisend ist.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung (64, 69) aus Glas gebildet ist.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung (64, 69) aus Fluor oder einer Fluorverbindung gebildet ist.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Erfassungselement (10) Elektrodenanschlussflächen (16) umfasst, die auf einem hinteren Endabschnitt (12) desselben zur elektrischen Verbindung mit den Leitungselementen gebildet sind; die Trennvorrichtung (60) ferner den hinteren Endabschnitt (12) des Erfassungselementes (10) aufnimmt; und die elektrische Verbindung zwischen den Leitungselementen und den Elektrodenanschlussflächen (16) innerhalb der Trennvorrichtung (60) hergestellt wird.