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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor, der ein Schutzelement umfasst, das ein Detektierelement, welches einem zu detektierenden Gas ausgesetzt ist, vor Wasser schützt.
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Beschreibung des verwandten Standes der Technik:
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Ein Gassensor, wie etwa ein Sauerstoffsensor, ein NOX-Sensor oder ein HC-Sensor, der ein in einem Abgas eines Automobils oder dergleichen enthaltenes, spezifisches Gas detektiert, ist im Stand der Technik bekannt. Ein Sauerstoffsensor, der ein typischer Gassensor ist, umfasst ein Detektierelement, das einen mit einem Boden versehenen zylindrischen Festelektrolytkörper aufweist, der aus einer Keramik, wie etwa Zirconiumdioxid, hergestellt ist. Ein Paar Elektroden sind auf den Oberflächen des Festelektrolytkörpers ausgebildet, wobei der Festelektrolytkörper zwischen den Elektroden eingefügt ist. Wenn der Gassensor benutzt wird, wird die auf der Außenfläche des Festelektrolytkörpers ausgebildete Detektierelektrode dem Abgas ausgesetzt, und eine auf der Innenfläche des Festelektrolytkörpers ausgebildete Referenzelektrode wird einem Referenzgas (für gewöhnlich Luft) ausgesetzt. Das Detektierelement detektiert in dem Abgas enthaltenen Sauerstoff über eine elektromotorische Kraft, die zwischen den Elektroden in Abhängigkeit von einer Differenz des Partialdrucks des Sauerstoffs zwischen zwei voneinander durch den Festelektrolytkörper isolierten Atmosphären, das heißt, zwischen dem Abgas und dem Referenzgas, erzeugt wird.
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Da dieses Detektierelement nicht aktiviert wird, wenn die Temperatur niedrig ist, ist in der Nähe des Detektierelements eine Heizvorrichtung vorgesehen, die das Detektierelement erwärmt. Als eine solche Heizvorrichtung ist weithin ein Wärme erzeugender Widerstand verwendet worden, der aus einem Metal mit hohem Schmelzpunkt hergestellt wurde, wie etwa Wolfram oder Molybdän, das in einen isolierenden Keramikgrundkörper, wie etwa Aluminiumoxid, eingebettet wurde. Da die Heizvorrichtung bei Gebrauch in ein zylindrisches Loch des Detektierelements eingesetzt ist, ist die Heizvorrichtung in der Form einer runden Stange ausgebildet, und der Wärme erzeugende Widerstand ist in den Vorderendabschnitt der Heizvorrichtung eingebettet. Ferner sind Elektrodenkontaktstellen, die dazu verwendet werden, den Wärme erzeugenden Widerstand mit Strom zu versorgen, derart angeordnet, dass sie zur Außenfläche eines hinteren Endabschnittes der Heizvorrichtung freiliegen. Verbindungsanschlüsse, die zur Stromzufuhr verwendet werden, sind mit den Elektrodenkontaktstellen verbunden.
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Wenn des Weiteren in einem Abgas enthaltene Feuchtigkeit (Wassertröpfchen) am Detektierelement haftet (wo die Feuchtigkeit, nämlich die in einem Abgas enthaltenen Wassertröpfchen, das Detektierelement benetzt), wenn die Temperatur des Detektierelements hoch ist, besteht die Sorge, dass durch einen Wärmeschock Risse oder ein Bruch an dem Detektierelement auftreten. Aus diesem Grunde ist auf dem Gassensor ein Schutzelement angebracht, das das Detektierelement abdeckt, so dass das Detektierelement vor Wasser geschützt ist. Zum Beispiel hat bei dem in der
JP 2008 - 96 419 A offenbarte Gassensor ein Schutzelement eine Doppelstruktur, die ein inneres Schutzelement, das ein Detektierelement abdeckt, und ein äußeres Schutzelement, das das innere Schutzelement abdeckt, umfasst. Äußere Einleitungslöcher, durch die ein Abgas in das äußere Schutzelement eingeleitet wird, sind in dem äußeren Schutzelement ausgebildet, und innere Einleitungslöcher, wo das in das äußere Schutzelement eingeleitete Abgas in eine Gasdetektierkammer eingeleitet wird, zu der das Detektierelement freiliegt, sind in dem inneren Schutzelement ausgebildet.
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JP 2008 - 175 685 A ist ein Beispiel für den oben beschriebenen verwandten Stand der Technik.
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Durch die Erfindung zu lösende Probleme:
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Jedoch weist bei dem in der
JP 2008 - 96 419 A offenbarten Gassensor das Schutzelement eine Doppelstruktur auf, die das äußere Schutzelement und das innere Schutzelement umfasst. Aus diesem Grunde ist die Struktur des Schutzelements kompliziert, so dass viele Arbeitsstunden für den Zusammenbau erforderlich sind. Des Weiteren werden auch die Kosten des Schutzelements erhöht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung wurde dazu gemacht, die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Gassensor bereitzustellen, der durch ein Schutzelement mit einer einfachen Struktur eine einem Schutzelement mit einer Doppelstruktur ähnliche Wasserbeständigkeit sicherstellen kann.
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Die vorliegende Erfindung schlägt einen Gassensor mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Bei dem Gassensor (1) mit dieser Struktur weist das Schutzelement eine einfache Struktur auf, die den Abschnitt mit großem Durchmesser und den von dem Abschnitt mit großem Durchmesser hervorragenden Abschnitt mit kleinem Durchmesser umfasst. Da die Struktur des Schutzelements einfacher ist als die Struktur eines Schutzelements, das wie im verwandten Stand der Technik eine Doppelstruktur aufweist, ist es dementsprechend möglich, nicht nur die Arbeitsstunden für den Zusammenbau, sondern auch die Kosten zu reduzieren. Ferner sind in dem Schutzelement Öffnungsabschnitte nicht in der ersten und der zweiten umlaufenden Wand ausgebildet. Vielmehr sind die ersten Öffnungsabschnitte und die zweiten Öffnungsabschnitte in den ersten Vertiefungsabschnitten der ersten Vorderendwand bzw. dem zweiten Vertiefungsabschnitt der zweiten Vorderendwand gebildet. Das heißt, Öffnungen des Schutzelements sind nicht in der Strömungsrichtung eines zu detektierenden Gases ausgebildet, das durch einen Montagezielbereich durchläuft, und sind in der Richtung ausgebildet, die die Strömungsrichtung des zu detektierenden Gases kreuzt. Da das zu detektierende Gas das Detektierelement nicht ohne eine Änderung der Strömungsrichtung erreicht, wo das zu detektierende Gas im Montagezielbereich fließt, ist es aus diesem Grunde möglich, die Anhaftung von Wassertröpfchen an dem Detektierelement zu unterdrücken. Des Weiteren sind die ersten Öffnungsabschnitte in den ersten Vertiefungsabschnitten so ausgebildet, dass sie nur zu der Innenfläche der ersten umlaufenden Wand hin geöffnet sind. Da Wassertröpfchen an der Innenfläche der ersten umlaufenden Wand anhaften, obwohl die Wassertröpfchen von den ersten Öffnungsabschnitten her in das Schutzelement eindringen, ist es dementsprechend möglich, die Anhaftung der Wassertröpfchen an dem Detektierelement zu unterdrücken. Andererseits sind die zweiten Öffnungsabschnitte in dem zweiten Vertiefungsabschnitt so ausgebildet, dass sie zu der Innenfläche der zweiten umlaufenden Wand hin geöffnet sind, so dass das Detektierelement nicht von außen betrachtet werden kann. Da Wassertröpfchen an der Innenfläche der zweiten umlaufenden Wand anhaften, obwohl die Wassertröpfchen von den zweiten Öffnungsabschnitten her in das Schutzelement eindringen, ist es dementsprechend möglich, die Anhaftung der Wassertröpfchen an dem Detektierelement zu unterdrücken.
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In einer bevorzugten Ausführung (2) des obigen Gassensors (1) weist die zweite umlaufende Wand eine zylindrischen Form auf, das Detektierelement weist eine Säulenform auf, und ein Innendurchmesser der zweiten umlaufenden Wand ist größer als ein Außendurchmesser des Detektierelements. Da die ersten Vertiefungsabschnitte und die ersten Öffnungsabschnitte, die in der ersten Vorderendwand ausgebildet sind, außerhalb des Detektierelements angeordnet sind, ist es in diesem Fall möglich, die Anhaftung der Wassertröpfchen, die von den ersten Öffnungsabschnitten her in das Schutzelement eingedrungen sind, an dem Detektierelement weiter zu unterdrücken.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (3) des Gassensors nach der obigen (1) oder (2) ist die Mehrzahl von ersten Öffnungsabschnitten an der ersten Vorderendwand in regelmäßigen Intervallen entlang der ersten umlaufenden Wand ausgebildet, und die zweiten Öffnungsabschnitte sind hin zu einem Abschnitt zwischen dem ersten Öffnungsabschnitt und einem weiteren ersten Öffnungsabschnitt, der dem ersten Öffnungsabschnitt benachbart ist, wenn man das Schutzelement entlang der Axiallinie sieht, geöffnet. In diesem Fall sind die ersten und zweiten Öffnungsabschnitte nicht in derselben Richtung geöffnet. Wenn der Gassensor auf dem Montagezielbereich angeordnet ist, können dementsprechend die ersten Öffnungsabschnitte und die zweiten Öffnungsabschnitte derart angeordnet sein, dass sie nicht auf der stromaufwärtigen Seite des zu detektierenden Gases auf einer Linie liegen. Dementsprechend dringen Wassertröpfchen nicht auf einfache Weise in das Schutzelement ein.
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In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (4) des Gassensors nach irgendeinem der obigen (1) bis (3) weisen die ersten Vertiefungsabschnitte eine Kuppelform auf, wo die erste Vorderendwand nach innen gedrückt ist und andere Abschnitte mit Ausnahme der ersten Öffnungsabschnitte mit der ersten Vorderendwand verbunden sind, und ein Abschnitt der ersten Vertiefungsabschnitte in der Nähe der zweiten umlaufenden Wand verläuft gleichmäßig fort zu der Außenfläche der zweiten umlaufenden Wand. Wenn das zu detektierende Gas, das auf die zweite umlaufende Wand trifft, die erste Vorderendwand erreicht, durchströmt das zu detektierende Gas in diesem Fall ohne Weiteres die ersten Vertiefungsabschnitte und neigt dazu, von den ersten Öffnungsabschnitten her in das Schutzelement zu strömen.
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In noch einer weiteren Ausführungsform (5) des Gassensors nach irgendeinem der obigen (1) bis (4) weist der zweite Vertiefungsabschnitt zwei parallele Einschnitte auf, die in der zweiten Vorderendwand ausgebildet sind, und einen Abschnitt zwischen den beiden parallelen Einschnitten, der nach innen gedrückt ist, und Abschnitte, die den beiden parallelen Einschnitten entsprechen, bilden die jeweiligen zweiten Öffnungsabschnitte aus. Da Wassertröpfchen an der Innenfläche der zweiten umlaufenden Wand anhaften, obwohl Wassertröpfchen von den zweiten Öffnungsabschnitten her in das Schutzelement eindringen, ist es nach dieser Struktur möglich, die Anhaftung der Wassertröpfchen an dem Detektierelement zu unterdrücken.
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In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (6) des Gassensors nach irgendeinem der obigen (1) bis (5) ist ein hohler Abschnitt in dem Detektierelement ausgebildet, eine Heizvorrichtung, die das Detektierelement aufheizt, ist in den hohlen Abschnitt eingesetzt und kommt an einer Position mit dem Detektierelement in Kontakt, und eine Richtung, die der Kontaktposition zwischen der Heizvorrichtung und dem Detektierelement von der Achse her zugewandt ist, ist dieselbe, wie eine Richtung, die einem Abschnitt zwischen dem ersten Öffnungsabschnitt und einem anderen ersten Öffnungsabschnitt, der dem ersten Öffnungsabschnitt benachbart ist, von der Achse her zugewandt ist, wenn man das Schutzelement entlang der Achse sieht. In diesem Fall ist die Kontaktposition des Detektierelements mit der Heizvorrichtung, an welcher Kontaktposition die Temperatur ansteigt, nicht den ersten Öffnungsabschnitten zugewandt. Dementsprechend ist es möglich, das Auftreten von Rissen oder eines Bruchs an dem Detektierelement zu unterdrücken, obwohl einige der Wassertröpfchen, die in das Schutzelement von den ersten Öffnungsabschnitten her eingedrungen sind, das Detektierelement erreichen.
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In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (7) des obigen Gassensors (6) weicht die Richtung, die der Kontaktposition zwischen der Heizvorrichtung und dem Detektierelement von der Achse her zugewandt ist, von einer Richtung ab, die dem zweiten Öffnungsabschnitt von der Achse her zugewandt ist. In diesem Fall ist die Kontaktposition des Detektierelements mit der Heizvorrichtung, an welcher Kontaktposition die Temperatur ansteigt, nicht den zweiten Öffnungsabschnitten zugewandt. Dementsprechend ist es möglich, das Auftreten von Rissen oder eines Bruchs an dem Detektierelement zu unterdrücken, obwohl einige der Wassertröpfchen, die in das Schutzelement von den zweiten Öffnungsabschnitten her eingedrungen sind, das Detektierelement erreichen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Gassensors.
- 2 ist eine Längsquerschnittsansicht des Gassensors.
- 3 ist eine Ansicht eines Schutzelements des Gassensors von unten.
- 4 ist eine Längsquerschnittsansicht des Schutzelements, gesehen in derselben Richtung wie in 2.
- 5 ist eine Ansicht des Schutzelements von unten, die eine Strömungsrichtung eines Abgases und einen Drehwinkel des montierten Gassensors zeigt.
- 6 ist eine Ansicht des Schutzelements von unten, die eine Strömungsrichtung eines Abgases und einen Drehwinkel des montierten Gassensors zeigt.
- 7 ist eine Ansicht des Schutzelements von unten, die eine Strömungsrichtung eines Abgases und einen Drehwinkel des montierten Gassensors zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine Ausführungsform eines Gassensors der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Jedoch sollte die Erfindung nicht darauf als darauf beschränkt interpretiert werden.
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Zunächst wird die Struktur eines Gassensors 1, der ein Detektierelement 6 umfasst, unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. Im Gebrauch ist der in 1 gezeigte Gassensor 1 an einem Auspuffrohr (nicht gezeigt) für ein Abgas montiert, das aus einem Verbrennungsmotor eines Automobils oder dergleichen ausgestoßen wird. In der folgenden Beschreibung wird eine Seite (die eine geschlossene Seite und eine untere Seite in den Zeichnungen ist), die dem Vorderende des Detektierelements 6, das in das Auspuffrohr eingesetzt ist, in der Richtung einer Axiallinie O des Gassensors 1 zugewandt ist, als eine Vorderendseite oder untere Seite definiert, und eine gegenüberliegende Seite (die eine obere Seite in den Zeichnungen ist), wird als Hinterendseite oder eine obere Seite definiert.
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Der in 2 gezeigte Gassensor 1 ist ein Sensor, der zum Detektieren einer Sauerstoffkonzentration in einem Abgas eingesetzt wird, das in dem Auspuffrohr strömt. Der Gassensor 1 weist ein zylindrisches Detektierelement 6 auf, das länglich ist und ein geschlossenes Ende aufweist, und das von einer metallische Hauptfassung 5 umgeben ist und gehalten wird.
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Das Detektierelement 6 enthält als eine Hauptkomponente Zirconiumdioxid und umfasst einen Festelektrolytkörper 61, der sich in der Richtung der Axiallinie O erstreckt und in einer mit einem Boden versehenen zylindrischen Form ausgebildet ist. Ein flanschartiger Flanschabschnitt 65, der nach außen in einer radialen Richtung hervorragt, ist an einer im Wesentlichen mittigen Position des Festelektrolytkörpers 61 in der Richtung der Axiallinie O vorgesehen. Der Durchmesser eines Vorderendabschnitts 64, der näher als der Flanschabschnitt 65 an der Vorderendseite liegt, wird zum Vorderende hin allmählich verringert, und der Vorderendabschnitt des Detektierelements 6 ist ein einer kugelförmigen Form geschlossen. Dementsprechend ist ein zylindrisches Loch 69 als ein hohler Abschnitt in dem Detektierelement 6 ausgebildet. Eine poröse Detektierelektrode 62, die aus Pt oder einer Pt-Legierung gemacht ist, ist auf der Außenfläche des Vorderendabschnitts 64 ausgebildet. Des Weiteren ist gleichermaßen eine poröse Referenzelektrode 63, die aus Pt oder einer Pt-Legierung gemacht ist, ebenfalls auf der Innenfläche des zylindrischen Lochs 69 des Festelektrolytkörpers 61 ausgebildet. Das heißt, die Detektierelektrode 62 und die Referenzelektrode 63 sind einander an dem Vorderendabschnitt 64 zugewandt, wobei der Festelektrolytkörper 61 dazwischen eingefügt ist. Dieser Abschnitt fungiert als ein eine Sauerstoffkonzentration detektierender Detektierabschnitt des Detektierelements 6. Wenn der Gassensor 1 an einem Auspuffrohr (nicht gezeigt) eines Automobils montiert ist, ist der Vorderendabschnitt 64 einem Abgas ausgesetzt, das in dem Auspuffrohr strömt. Des Weiteren ist die Detektierelektrode 62 mit einer Schutzschicht (nicht gezeigt) bedeckt, die aus porösem Spinel gemacht ist, und ist vor der durch das Abgas bewirkten Vergiftung geschützt.
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Wie in 2 gezeigt, ist die Detektierelektrode 62 des Detektierelements 6 mit einem Leitungsdraht 18 verbunden, der elektrisch mit einem externen Schaltkreis (nicht gezeigt) (zum Beispiel einer elektronischen Steuereinheit (electronic control unit (ECU)) des Automobils) über einen Verbindungsanschluss 75 verbunden ist, der um einen Hinterendabschnitt 66 des Detektierelements 6 eingepasst ist. Ebenso ist die Referenzelektrode 63 des Detektierelements 6 mit einem weiteren Leitungsdraht 18 über einen Verbindungsanschluss 70 verbunden, der in das zylindrische Loch 69 des Detektierelements 6 eingesetzt ist. Ferner ist eine stabförmige Heizvorrichtung 7, die durch das Erhitzen des Festelektrolytkörpers 61 den Festelektrolytkörper 61 aktiviert, in das zylindrische Loch 69 des Detektierelements 6 eingesetzt. Die Heizvorrichtung 7 ist mit einem Paar Leitungsdrähten 19 (nur ein Leitungsdraht 19 ist in 2 gezeigt), die elektrisch mit dem externen Schaltkreis verbunden sind, über ein Paar Elektrodenanschlüsse 74 verbunden, die mit Elektroden verbunden sind, die an dem hinteren Ende davon freiliegen, um einen Wärme erzeugenden, in der Heizvorrichtung 7 vorgesehenen Widerstand (nicht gezeigt) mit Strom zu versorgen. In der Zwischenzeit berührt die Heizvorrichtung 7 die Innenfläche des Detektierelements 6 an einer Kontaktposition 68.
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Das Detektierelement 6 wird von der zylindrischen, metallischen Hauptfassung 5 gehalten, die eine Metallfassung ist, die zur Montage des Gassensors 1 an dem Auspuffrohr (nicht gezeigt) verwendet wird. Genau trägt die metallische Hauptfassung 5 mittels Dichtungen 37, 38 und 39 ein aus Aluminiumoxid gefertigtes Stützelement 13, ein aus Talkumpuder gefertigtes Füllelement 15 und eine aus Aluminiumoxid gefertigte Hülse 16 zwischen einem gestuften Abschnitt 59, der an einem Vorderendabschnitt eines zylindrischen Lochs 55 ausgebildet ist, und einem gecrimpten Abschnitt 57, der an einem hinteren Ende des zylindrischen Lochs 55 ausgebildet ist. Da der Flanschabschnitt 65 des Detektierelement 6 zwischen dem Stützelement 13 und dem Füllelement 15 eingesetzt ist, wird des Weiteren das Detektierelement 6 in dem zylindrischen Loch 55 gehalten, und die Luftdichtigkeit in dem zylindrischen Loch 55 wird durch das Füllelement 15 gewährleistet.
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Die metallische Hauptfassung 5 umfasst einen Außengewindeschraubabschnitt 52, der an der äußeren Umrandung davon ausgebildet ist und Gewinde umfasst, die zur Montage des Gassensors 1 an dem Auspuffrohr verwendet werden. Ein Vorderend-Montageabschnitt 56, an dem ein unten beschriebenes Schutzelement 4 montiert wird, ist an dem Vorderendabschnitt des Au-ßengewindeschraubabschnittes 52 ausgebildet. Ein Werkzeugeingriffsabschnitt 53, mit dem ein zur Montage des Gassensors an dem Auspuffrohr verwendetes Werkzeug zum Eingriff gebracht wird, ist an dem Hinterendabschnitt des Außengewindeschraubabschnitts 52 ausgebildet. Eine ringförmige Dichtung 11, die verhindert, dass ein Gas aus dem Montageabschnitt des Auspuffrohrs ausströmt, ist zwischen dem Werkzeugeingriffsabschnitt 53 und dem Außengewindeschraubabschnitt 52 eingepasst. Ein Hinterend-Montageabschnitt 58, an dem ein unten beschriebener äußerer Zylinder 3 montiert wird, ist an dem Hinterendabschnitt des Werkzeugeingriffsabschnitts 53 ausgebildet. Der gecrimpte Abschnitt 57 ist an dem Hinterendabschnitt des Hinterend-Montageabschnitts 58 ausgebildet.
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Der Hinterendabschnitt 66 des Detektierelements 6 ragt von dem hinteren Ende (gecrimpter Abschnitt 57) der metallischen Hauptfassung 5 hervor, und ist mit dem äußeren Zylinder 3 abgedeckt, der an dem Hinterend-Montageabschnitt 58 angeschweißt ist. Der äußere Zylinder 3 ist aus Edelstahl gefertigt, wie etwa aus SUS304, und ist in der Form eines sich in der Richtung der Axiallinie O erstreckenden Zylinders geformt. Der äußere Zylinder 3 ist so geformt, dass der Durchmesser eines Abschnittes des äußeren Zylinders 3 in der Nähe des Vorderendabschnitts (unterer Abschnitt in 2) von dem im Wesentlichen mittigen Abschnitt größer ist, als der Durchmesser des Hinterendabschnitts des äußeren Zylinders 3. Der Hinterendabschnitt 66 des Detektierelements 6, ein Trennelement 8, eine Durchführungshülse 9 und dergleichen sind in dem äußeren Zylinder 3 angeordnet.
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Das aus isolierender Keramik hergestellte zylindrische Trennelement 8 ist an der Hinterendseite des Hinterendabschnitts 66 des Detektierelements 6 in der Richtung der Axiallinie O angeordnet. Die Verbindungsanschlüsse 70 und 75 des Detektierelements 6 und der Elektrodenanschluss 74 der Heizvorrichtung 7 sind unabhängig voneinander in dem Trennelement 8 untergebracht, um somit nicht miteinander in Kontakt zu kommen. Des Weiteren kann Luft zwischen den Vorder- und Hinterendabschnitten des Trennelements 8 durch Lücken zwischen den Verbindungsanschlüssen 70 und 75 oder dem Elektrodenanschluss 74 und der umlaufenden Innenfläche des Trennelementes 8 fließen. Der äußere Randbereich eines Abschnitts des äußeren Zylinders 3, wo das Trennelement 8 angeordnet ist, ist gecrimpt, so dass das Trennelement 8 im äußeren Zylinder 3 mit einer dazwischen eingefügten metallischen Haltefassung 85 gehalten wird.
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Die Durchführungshülse 9 aus Fluorkautschuk ist auf der Hinterendseite des Trennelements 8 angeordnet. Die Durchführungshülse 9 ist an einer Öffnung angebracht, die an dem Hinterendabschnitt des äußeren Zylinders 3 ausgebildet ist, und der äußeren Randbereich des äußeren Zylinders 3 in der Nähe der Öffnung ist gecrimpt, so dass die Durchführungshülse 9 durch den äußeren Zylinder 3 gehalten wird. Ein Verbindungsloch 91, durch das Luft in den äußeren Zylinder 3 eingeleitet wird, ist in der Durchführungshülse 9 ausgebildet. Ein dünnes, filmartiges Filterelement 87, das aus einem Fluorharz, wie etwa PTFE (Polytetrafluorethylen) hergestellt ist, und ein Befestigungsmittel 88 davon sind in das Verbindungsloch 91 eingesetzt, so dass das Eindringen von Wassertröpfchen oder dergleichen verhindert wird. Ferner werden die Leitungsdrähte 18, die mit den Verbindungsanschlüssen 70 und 75 in dem Trennelement 8 verbunden sind, und die Leitungsdrähte 19, die mit dem Elektrodenanschluss 74 verbunden sind, durch die Durchführungshülse 9 nach außen geführt.
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Ein Detektierabschnitt des Vorderendabschnitts 64 des Detektierelements 6 ragt von dem Vorderend-Montageabschnitt 56 der metallischen Hauptfassung 5 hervor, und ist mit dem Schutzelement 4 abgedeckt, das an dem Vorderend-Montageabschnitt 56 angeschweißt ist. Das Schutzelement 4 schützt den Detektierabschnitt des Detektierelements 6, der in das Abgasrohr vorragt, vor dem Auftreffen von Wassertröpfchen oder Fremdmaterial, die in einem Abgas enthalten sind. Das Schutzelement 4 weist eine einfache Struktur auf, die einen Öffnungsabschnitt umfasst.
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Die Details der Struktur des Schutzelements 4 werden unten unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben. Das Schutzelement 4 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 40 mit großem Durchmesser und einen zylindrischen Abschnitt 45 mit kleinem Durchmesser, dessen Außendurchmesser kleiner ist, als der Außendurchmesser des Abschnitts 40 mit großem Durchmesser. Dementsprechend weist das Schutzelement 4 eine zweistufige Struktur auf, die einen Abschnitt 40 mit großem Durchmesser und einen Abschnitt 45 mit kleinem Durchmesser umfasst. Der Abschnitt 40 mit großem Durchmesser umfasst eine zylindrische erste umlaufende Wand 41 und eine erste Vorderendwand 42, die mit dem Vorderendabschnitt der ersten umlaufenden Wand 41 verbunden ist. Der Abschnitt 45 mit kleinem Durchmesser ist mit der ersten Vorderendwand verbunden 42 und ragt von dem Abschnitt 40 mit großem Durchmesser in der Richtung der Axiallinie O nach vorne hervor. Der Abschnitt 45 mit kleinem Durchmesser umfasst eine zylindrische zweite umlaufende Wand 43, die mit der ersten Vorderendwand 42 verbunden ist, und eine zweite Vorderendwand 44, die mit dem Vorderendabschnitt der zweiten umlaufenden Wand 43 verbunden ist. Indes ist der Innendurchmesser der zweiten umlaufenden Wand 43 größer als der Außendurchmesser des Vorderendabschnitts 64 des Detektierelements 6. Des Weiteren sind die erste und die zweite umlaufende Wand 41 und 43 geschlossen ohne Öffnungsabschnitt.
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Erste Vertiefungsabschnitte 46, die nach hinten in der Richtung der Axiallinie O vertieft sind, und erste Öffnungsabschnitte 47, die an den ersten Vertiefungsabschnitten 46 ausgebildet und nur zu der Innenfläche der ersten umlaufenden Wand 41 hin geöffnet sind, sind an der ersten Vorderendwand 42 ausgebildet. Ein Abgas wird von den ersten Öffnungsabschnitten 47 her in das Schutzelement 4 eingeleitet. Die ersten Vertiefungsabschnitte 46 und die ersten Öffnungsabschnitte 47 sind an der ersten Vorderendwand 42 in regelmäßigen Intervallen entlang der ersten umlaufenden Wand 41 gebildet. Bei dieser Ausführungsform sind sechs erste Vertiefungsabschnitte 46 und sechs erste Öffnungsabschnitte 47 beispielhaft in regelmäßigen Intervallen gebildet.
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Die ersten Vertiefungsabschnitte 46 weisen eine Kuppelform auf, wo die erste Vorderendwand 42 nach innen gedrückt ist (auf den Vorderendabschnitt 64 des Detektierelements 6 zu) und andere Abschnitte mit Ausnahme der ersten Öffnungsabschnitte 47 sind mit der ersten Vorderendwand 42 verbunden. Wie in 4 gezeigt, ist ein Abschnitt der ersten Vertiefungsabschnitte 46 in der Nähe der zweiten umlaufenden Wand 43 so ausgebildet, dass er gleichmäßig zu der Außenfläche der zweiten umlaufenden Wand 43 fortläuft. Wenn ein auf die zweite umlaufende Wand 43 auftreffendes Abgas die erste Vorderendwand 42 erreicht, neigt dementsprechend das Abgas dazu, gleichmäßig in das Schutzelement 4 zu strömen, wie die durch einen Pfeil A in 4 gezeigt ist.
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Des Weiteren ist die zweite Vorderendwand 44 mit einem zweiten Vertiefungsabschnitt 48 ausgestattet, der nach hinten in der Richtung der Axiallinie O vertieft ist. Ferner sind zweite Öffnungsabschnitte 49, die in dem zweiten Vertiefungsabschnitt 48 ausgebildet sind, zu der Innenfläche der zweiten umlaufenden Wand 43 hin geöffnet, so dass das Detektierelement 6 (siehe 2) nicht von außen gesehen werden kann. Die zweiten Öffnungsabschnitte 49 sind Auslässe, durch die Wassertröpfchen oder ein Abgas, die in das Schutzelement eindringen, nach außen abgegeben werden. Wie in 3 gezeigt, ist der zweite Vertiefungsabschnitt 48 in einer Form ausgebildet, bei der zwei parallele Einschnitte in der zweiten Vorderendwand 44 ausgebildet sind und ein Abschnitt zwischen den beiden parallelen Einschnitten nach innen gedrückt ist, und Abschnitte, die den beiden parallelen Einschnitten entsprechen, bilden die jeweiligen zweiten Öffnungsabschnitte 49 und 49 aus. Wenn man das Schutzelement 4 entlang der Axiallinie O betrachtet (siehe 2), ist der zweite Öffnungsabschnitt 49 hin zu einem Abschnitt zwischen dem ersten Öffnungsabschnitt 47 und einem anderen ersten Öffnungsabschnitt 47, der dem ersten Öffnungsabschnitt 47 benachbart ist, geöffnet, wie in 3 gezeigt.
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Wenn man das Schutzelement 4 entlang der Axiallinie O betrachtet (siehe 2), ist des Weiteren eine Richtung (ein Pfeil B von 5), die der Kontaktposition 68 zwischen der Heizvorrichtung 7 (siehe 2) und dem Detektierelement 6 von der Axiallinie O her zugewandt ist, dieselbe, wie eine Richtung (der Pfeil B von 5), die einem Abschnitt zwischen dem ersten Öffnungsabschnitt 47 und einem anderen ersten Öffnungsabschnitt 47, der dem ersten Öffnungsabschnitt 47 benachbart ist, von der Axiallinie O her zugewandt ist, wie in 5 gezeigt ist. Ferner weicht die Richtung (der Pfeil B aus 5), die der Kontaktposition 68 zwischen der Heizvorrichtung 7 (siehe 2) und dem Detektierelement 6 von der Axiallinie O her zugewandt ist, von einer Richtung (ein Pfeil C aus 5) ab, die dem zweiten Öffnungsabschnitt 49 von der Axiallinie O her zugewandt ist.
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Wie oben beschrieben, weist bei dem Gassensor 1 dieser Ausführungsform das Schutzelement 4 eine einfache Struktur auf, die den Abschnitt 40 mit großem Durchmesser und den Abschnitt 45 mit kleinem Durchmesser umfasst. Da die Struktur des Schutzelements einfacher ist als die Struktur eines Schutzelements, das wie im verwandten Stand der Technik eine Doppelstruktur aufweist, ist es dementsprechend möglich, nicht nur die Arbeitsstunden für den Zusammenbau, sondern auch die Kosten zu reduzieren. Ferner sind in dem Schutzelement 4 Öffnungsabschnitte nicht in der ersten und der zweiten umlaufenden Wand 41 und 43 ausgebildet. Des Weiteren sind die ersten Öffnungsabschnitte 47 und die zweiten Öffnungsabschnitte 49 in den ersten Vertiefungsabschnitten 46 der ersten Vorderendwand 42 bzw. dem zweiten Vertiefungsabschnitt 48 der zweiten Vorderendwand 44 gebildet. Das heißt, die Öffnungen des Schutzelements 4 sind nicht in der Strömungsrichtung eines Abgases ausgebildet (eine radiale Richtung, die zu der Richtung der Axiallinie O rechtwinklig ist), und sind in der Richtung (der Richtung der Axiallinie O) ausgebildet, die die Strömungsrichtung des Abgases kreuzt. Da Abgas das Detektierelement 6 nicht ohne eine Änderung seiner Strömungsrichtung erreicht, ist es aus diesem Grunde möglich, die Anhaftung von Wassertröpfchen an dem Detektierelement 6 zu unterdrücken. Des Weiteren sind die ersten Öffnungsabschnitte 47 in den ersten Vertiefungsabschnitten 46 so ausgebildet, dass sie nur zu der Innenfläche der ersten umlaufenden Wand 41 hin geöffnet sind. Da Wassertröpfchen an der Innenfläche der ersten umlaufenden Wand anhaften 41, obwohl sie von den ersten Öffnungsabschnitten 47 her in das Schutzelement eindringen, ist es dementsprechend möglich, die Anhaftung der Wassertröpfchen an dem Vorderendabschnitt 64 des Detektierelements 6 zu unterdrücken. Andererseits sind die zweiten Öffnungsabschnitte 49 in dem zweiten Vertiefungsabschnitt 48 so ausgebildet, dass sie sich zu der Innenfläche der zweiten umlaufenden Wand 43 hin öffnen, so dass das Detektierelement 6 nicht von außen gesehen werden kann. Da Wassertröpfchen an der Innenfläche der zweiten umlaufenden Wand 43 anhaften, obwohl die Wassertröpfchen von den zweiten Öffnungsabschnitten 49 her in das Schutzelement eindringen, ist es dementsprechend möglich, die Anhaftung der Wassertröpfchen an dem Detektierelement zu unterdrücken.
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Des Weiteren ist die zweite umlaufende Wand 43 in einer zylindrischen Form ausgebildet, das Detektierelement 6 ist in einer Säulenform ausgebildet, und der Innendurchmesser der zweiten umlaufenden Wand 43 ist größer als der Außendurchmesser des Detektierelements 6. Da die ersten Vertiefungsabschnitte 46 und die ersten Öffnungsabschnitte 47, die in der ersten Vorderendwand 42 ausgebildet sind, außerhalb des Detektierelements 6 in der radialen Richtung angeordnet sind, ist es in diesem Fall möglich, die Anhaftung der Wassertröpfchen, die von den ersten Öffnungsabschnitten 47 her in das Schutzelement eingedrungen sind, an dem Detektierelement 6 weiter zu unterdrücken.
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Wenn man des Weiteren das Schutzelement 4 entlang der Axiallinie O sieht (siehe 2), sind die zweiten Öffnungsabschnitte 49 hin zu einem Abschnitt zwischen dem ersten Öffnungsabschnitt 47 und einem anderen ersten Öffnungsabschnitt 47, der dem ersten Öffnungsabschnitt 47 benachbart ist, geöffnet. Wenn der Gassensor auf dem Auspuffrohr so angeordnet ist, dass die Öffnungsrichtung des ersten Öffnungsabschnitts 47 nicht dieselbe ist, wie die Öffnungsrichtung des zweiten Öffnungsabschnitts 49, sind in diesem Fall die ersten Öffnungsabschnitte 47 und die zweiten Öffnungsabschnitte 49 derart angeordnet, dass sie nicht auf der stromaufwärtigen Seite eines Abgases auf einer Linie liegen. Dementsprechend dringen Wassertröpfchen nicht auf einfache Weise in das Schutzelement 4 ein.
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Wenn zum Beispiel der Gassensor 1 an dem Auspuffrohr unter einem in 5 gezeigten Drehwinkel fixiert ist, so dass ein Abgas in der Richtung eines Pfeils D strömt, sind die ersten Öffnungsabschnitte 47 in der Richtung des Pfeils D positioniert, aber die zweiten Öffnungsabschnitte 49 sind der Richtung des Pfeils C zugewandt. Dementsprechend sind die ersten Öffnungsabschnitte 47 und die zweiten Öffnungsabschnitte 49 derart angeordnet, dass sie nicht in der Richtung des Pfeils D auf einer Linie liegen. Somit dringen Wassertröpfchen nicht auf einfache Weise in das Schutzelement 4 ein. Des Weiteren sind, sogar wenn der Gassensor 1 an dem Auspuff unter einem Drehwinkel fixiert ist, der in 6 oder 7 gezeigt ist, so dass ein Abgas in die Richtung eines in 6 gezeigten Pfeils E oder in die Richtung eines in 7 gezeigten Pfeils F strömt, die ersten Öffnungsabschnitte 47 und die zweiten Öffnungsabschnitte 49 derart angeordnet, dass sie nicht in den Richtungen der Pfeile E und F auf einer Linie liegen, wie in 5. In 6 sind sowohl die ersten Öffnungsabschnitte 47 als auch die zweiten Öffnungsabschnitte 49 nicht in der Richtung des Pfeils E angeordnet. Des Weiteren sind in 7 die zweiten Öffnungsabschnitte 49 in der Richtung des Pfeils F angeordnet, jedoch sind die ersten Öffnungsabschnitte 47 nicht in der Richtung des Pfeils F angeordnet. Dementsprechend dringen Wassertröpfchen nicht auf einfache Weise in das Schutzelement 4 ein.
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Wenn man das Schutzelement 4 entlang der Axiallinie O betrachtet (siehe 2), ist des Weiteren die Richtung (der Pfeil B von 5), die der Kontaktposition 68 zwischen der Heizvorrichtung 7 (siehe 2) und dem Detektierelement 6 von der Axiallinie O her zugewandt ist, einem Abschnitt zwischen dem ersten Öffnungsabschnitt 47 und einem anderen ersten Öffnungsabschnitt 47, der dem ersten Öffnungsabschnitt 47 benachbart ist, zugewandt. Dementsprechend ist die Kontaktposition 68 des Detektierelements 6, wo die Temperatur ansteigt, nicht den ersten Öffnungsabschnitten 47 zugewandt. Dementsprechend ist es möglich, das Auftreten von Rissen oder eines Bruchs an dem Detektierelement 6 zu unterdrücken, obwohl einige der Wassertröpfchen, die in das Schutzelement von den ersten Öffnungsabschnitten 47 her eingedrungen sind, das Detektierelement 6 erreichen. Wenn man das Schutzelement 4 entlang der Axiallinie O betrachtet (siehe 2), ist des Weiteren die Richtung (der Pfeil B von 5), die der Kontaktposition 68 zwischen der Heizvorrichtung 7 (siehe 2) und dem Detektierelement 6 von der Axiallinie O her zugewandt ist, nicht dieselbe, wie die Richtung (der Pfeil C von 5), die dem zweiten Öffnungsabschnitt 49 von der Axiallinie O her zugewandt ist, und weicht von der Richtung (der Pfeil C von 5) ab, die dem zweiten Öffnungsabschnitt 49 von der Axiallinie O her zugewandt ist. Dementsprechend ist es möglich, das Auftreten von Rissen oder eines Bruchs des Detektierelements 6 zu unterdrücken, obwohl einige der Wassertröpfchen, die in das Schutzelement von den zweiten Öffnungsabschnitten 49 her eingedrungen sind, das Detektierelement 6 erreichen.
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Die Erfindung wurde detailliert unter Bezugnahme auf die obigen Ausführungsformen beschrieben. Jedoch sollte die Erfindung nicht darauf als darauf beschränkt interpretiert werden. Zum Beispiel ist sowohl die Anzahl der ersten Vertiefungsabschnitte 46 als auch die Anzahl der ersten Öffnungsabschnitte 47 nicht auf sechs beschränkt, und kann beliebig sein, wie etwa fünf oder acht. Es sollte ferner Fachleuten klar sein, dass verschiedene Änderungen an der Form und den Details des Erfindung, wie sie oben gezeigt und beschrieben wurde, gemacht werden können. Solche Änderungen sollen im Geist und Umfang der hieran angefügten Ansprüche eingeschlossen sein.
