DE102017003906A1

DE102017003906A1 - Gassensor

Info

Publication number: DE102017003906A1
Application number: DE102017003906.2A
Authority: DE
Inventors: Kunihiko YONEZU; Takehiro Oba
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2016-04-21
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2017-10-26
Anticipated expiration: 2037-04-22
Also published as: JP2017194372A; JP6542707B2; US10393715B2; CN107305192A; US20170307574A1; DE102017003906B4; CN107305192B

Abstract

Ein Gassensor umfasst: ein Gassensorelement 10 mit einem Detektionsabschnitt 11; ein Metallgehäuse 50, das das Gassensorelement hält; und einen rohrförmigen Korpus 110 aus Metall, der in einem außen an einer Vorderseite oder einer Rückseite des Metallgehäuses angebrachten Zustand angeschweißt ist. Der rohrförmige Korpus ist fest an einen zulaufenden Abschnitt 59t angebracht, der an einer Außenfläche des Metallgehäuses vorgesehen ist und sich hin zum rohrförmigen Korpus radial verschmälert. Der rohrförmige Korpus ist an dem zulaufenden Abschnitt angeschweißt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER FINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor, welcher ein Gassensorelement zum Detektieren der Konzentration eines zu messenden Gases umfasst.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Bisher wird ein Gassensor an einem Einlasssystem (z. B. einem Ansaugrohr oder einem Ansaugkrümmer) eines Verbrennungsmotors, etwa eines Dieselmotors oder eines Benzinmotors, montiert, und durch den Gassensor wird die Konzentration eines bestimmten Gases überwacht, um den Verbrennungszustand oder dergleichen zu steuern. Bei diesem Gassensor ist ein Gasdetektionselement in einem Metallgehäuse gehalten, ein vorderer Endabschnitt des Gasdetektionselements, der relativ zum Metallgehäuse nach vorne ragt, ist von einer aus Metall bestehenden rohrförmigen Schutzvorrichtung bedeckt und ein hinterer Endabschnitt des Gasdetektionselements, der relativ zu dem Metallgehäuse nach hinten ragt, ist von einer aus Metall bestehenden Hülse bedeckt (Patentschrift 1).
Die Hülse ist zum Beispiel in einer 7A bis 7C gezeigten Weise mit dem Metallgehäuse verbunden.
Zunächst wird eine vordere Endseite einer Hülse 1100 mit einem hinteren Endabschnitt eines Metallgehäuses 500 pressverbunden (7A). Da zu diesem Zeitpunkt ein Innendurchmesser d0 der Hülse 1100 kleiner als ein Außendurchmesser dx des hinteren Endabschnitts des Metallgehäuses 500 ist, wird das Pressverbinden durchgeführt, während der Durchmesser der Hülse 1100 bei einer vorbestimmten Pressverbindungslast auf den Außendurchmesser dx vergrößert wird. Dann wird die Hülse 1100, deren Durchmesser auf den Außendurchmesser dx vergrößert wurde, weiter mit dem Metallgehäuse 500 pressverbunden (7B). Die Hülse 1100 wird während Gleiten entlang einer Außenfläche 500e des Metallgehäuses 500 pressverbunden.
Wenn ein vorderer Endabschnitt 1100f der Hülse 1100 mit einem Flanschabschnitt 570 des Metallgehäuses 500 in Kontakt kommt, wird die Hülse 1100 in der Tiefenrichtung des Pressverbindens positioniert. In diesem Zustand wird das Pressverbinden (das zeitweilige Befestigen) der Hülse 1100 mit dem Metallgehäuse 500 beendet. Schließlich wird ein geschweißter Abschnitt W durch eine Rundumschweißen, das von der Außenseite des pressverbundenen Abschnitts der Hülse 1100 durchgeführt wird, gebildet, um die Befestigung abzuschließen (7C).
SCHRIFT DES STANDS DER TECHNIK
Patentschrift 1 ist die offengelegte japanische Patentanmeldung (kokai) Nr. 2009-198422 (1, 3).
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn die vorstehend erwähnte Pressverbindungslast indessen die Knickfestigkeit der Hülse 1100 übersteigt, kann die Hülse 1100 zerbrechen. Wenn die Pressverbindungslast wahrscheinlich zunimmt, muss daher die Pressverbindungslast durch vorheriges Spannungsfreiglühen der Hülse 1100 reduziert werden. Alternativ muss ein Befestigen durch Crimpen, wobei die Hülse 1100 von der radial äußeren Seite hin zur radial inneren Seite gecrimpt wird, anstelle des Pressverbindens verwendet werden. Beide Verfahren führen zu einer Produktivitätsabnahme und/oder zu Kostensteigerung.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen Gassensor vorzusehen, welcher eine Pressverbindungslast reduzieren kann, wenn ein aus Metall bestehender rohrförmiger Korpus außen an einem Metallgehäuse, das ein Gassensorelement hält, angebracht wird.
Zum Lösen der vorstehenden Probleme umfasst ein erfindungsgemäßer Gassensor: ein Gassensorelement, das sich in einer Richtung einer Achse erstreckt und an einer Vorderseite desselben einen Detektionsabschnitt umfasst, der ausgelegt ist, um eine bestimmte Gaskomponente in einem zu messenden Zielgas zu detektieren; ein Metallgehäuse, das einen radialen Umfang des Gassensorelements umgibt und das Gassensorelement hält; und einen rohrförmigen Korpus aus Metall, der in einem außen an einer Vorderseite oder einer Rückseite des Metallgehäuses angebrachten Zustand angeschweißt ist. Der rohrförmige Korpus ist fest an einem zulaufenden Abschnitt angebracht, der an der Außenfläche des Metallgehäuses vorgesehen ist und sich hin zum rohrförmigen Korpus radial verschmälert. Der rohrförmige Korpus ist an dem zulaufenden Abschnitt angeschweißt.
Gemäß diesem Gassensor ist der zulaufende Abschnitt, der sich hin zu dem rohrförmigen Korpus radial verschmälert, an der Vorderseite oder der Rückseite des Metallgehäuses an der Außenfläche des Metallgehäuses ausgebildet. Wenn der rohrförmige Korpus außen angebracht (pressverbunden) ist, nimmt der Durchmesser des rohrförmigen Korpus entlang der Fläche des zulaufenden Abschnitts allmählich zu. Im Gegensatz zu dem Fall, bei dem ein Pressverbinden des rohrförmigen Korpus ohne den zulaufenden Abschnitt durchgeführt wird, kommt der rohrförmige Korpus daher gleichmäßig in Kontakt mit dem zulaufenden Abschnitt, was zu einer Abnahme einer Pressverbindungslast führt.
Bei Durchführen des Pressverbindens des rohrförmigen Korpus ohne den zulaufenden Abschnitt kann der rohrförmige Korpus außen an dem Metallgehäuse in einem Zustand angebracht werden, in dem abhängig von den Fertigungstoleranzen des rohrförmigen Korpus und des Metallgehäuses eine Differenz zwischen dem Innendurchmesser des rohrförmigen Korpus und dem Außendurchmesser des Metallgehäuses größer als ein Auslegungswert ist, was zu einer übermäßigen Pressverbindungslast führen kann. Durch Vorsehen des zulaufenden Abschnitts zum Verringern der Pressverbindungslast kann daher eine Zunahme der Pressverbindungslast aufgrund der Herstellungstoleranzen unterbunden werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Gassensor können ein Abschnitt vergrößerten Durchmessers und ein Abschnitt reduzierten Durchmessers an der Außenfläche des Metallgehäuses vorgesehen werden, die sich von dem zulaufenden Abschnitt hin zu einer Seite axial gegenüber dem rohrförmigen Korpus erstreckt. Der Abschnitt vergrößerten Durchmessers kann einen Durchmesser aufweisen, der größer als ein maximaler Außendurchmesser des zulaufenden Abschnitts ist. Der Abschnitt reduzierten Durchmessers kann zwischen dem zulaufenden Abschnitt und dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers ausgebildet (z. B. angeordnet) sein und kann einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als der maximale Außendurchmesser des zulaufenden Abschnitts ist. Ein Endabschnitt des rohrförmigen Korpus kann mit dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers in Kontakt stehen und kann mit dem Abschnitt reduzierten Durchmessers in Nichtkontakt stehen (d. h. davon beabstandet sein).
Zum Positionieren des rohrförmigen Korpus in der Tiefenrichtung des Pressverbindens mit dem Metallgehäuse kann der Abschnitt vergrößerten Durchmessers mit einem Durchmesser, der größer als der maximale Außendurchmesser des zulaufenden Abschnitts ist, an der Außenfläche des Metallgehäuses vorgesehen werden. In diesem Fall wird an dem Kontaktabschnitt zwischen dem zulaufenden Abschnitt und dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers aufgrund von Metallbearbeitung ein Hohlkehlenabschnitt gebildet, und der pressverbundene rohrförmige Korpus kommt mit dem Hohlkehlenabschnitt in Kontakt, bevor er den Abschnitt vergrößerten Durchmessers erreicht, was das Positionieren instabil macht.
Durch Vorsehen des Abschnitts reduzierten Durchmessers zwischen dem zulaufenden Abschnitt und dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers kommt der Endabschnitt des rohrförmigen Korpus ohne Beeinträchtigung durch den Hohlkehlenabschnitt zuverlässig mit dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers des Metallgehäuses in Kontakt, wodurch das Positionieren des rohrförmigen Korpus zuverlässig vorgenommen werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Gassensor kann ein Abschnitt des zulaufenden Abschnitts, der sich relativ zu dem fest an dem rohrförmigen Korpus angebrachten Abschnitt hin zu dem rohrförmigen Korpus erstreckt, von dem rohrförmigen Korpus getrennt werden.
Da nur ein Teil des zulaufenden Abschnitts in den rohrförmigen Korpus eingepresst ist, kann gemäß diesem Gassensor die Pressverbindungslast weiter reduziert werden.
Erfindungsgemäß ist es möglich, eine Pressverbindungslast zu reduzieren, wenn ein rohrförmiger Korpus aus Metall außen an einem Metallgehäuse angebracht wird, das ein Gassensorelement hält.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unter Bezug auf die folgenden Figuren werden veranschaulichende Aspekte der Erfindung näher beschrieben, wobei:
1 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Aufbau eines Gassensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 eine Querschnittansicht entlang einer Linie A-A von 1 ist.
3 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem der Gassensor an einem Montageziel montiert ist.
4A bis 4D Ansichten sind, die Prozessschritte zum Verbinden einer Hülse mit einem Metallgehäuse zeigen.
5 eine Ansicht ist, die eine Positionsbeziehung zwischen einem zulaufenden Abschnitt und der Hülse in dem Fall zeigt, da ein Abschnitt reduzierten Durchmessers nicht an der Außenfläche des Metallgehäuses vorgesehen ist.
6 eine Querschnittansicht ist, die einen zulaufenden Abschnitt als gebogene Verjüngung zeigt.
7A bis 7C Ansichten sind, die Prozessschritte zum Verbinden einer Hülse mit einem Metallgehäuse bei einem herkömmlichen Gassensor zeigen.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Gassensors 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Querschnittansicht entlang einer Linie A-A von 1. 3 zeigt einen Zustand, in dem der Gassensor 200 an einem Montageziel 300 montiert ist. Die perspektivische Ansicht von 1 ist von unterhalb des Gassensors 200 (d. h. mit Blick nach oben hin zu diesem).
In der folgenden Beschreibung wird die Richtung einer Achse O (durch eine Linie mit abwechselnd langen und kurzen Strichen gezeigt) eines Gassensorelements 10 als Richtung nach oben-unten gezeigt, eine Seite hin zu einem hinteren Endabschnitt 12 des Gassensorelements 10 wird als Rückseite des Gassensorelements 10 (und des Gassensors) bezeichnet, und eine Seite hin zu einem Detektionsabschnitt 11 des Gassensorelements 10, die der Rückseite gegenüberliegt (siehe 2), wird als Vorderseite des Gassensorelements 10 (und des Gassensors) bezeichnet. Ferner wird die Richtung senkrecht zur Richtung der Achse O ggf. als ”radiale Richtung” bezeichnet.
In 2 sind der Einfachheit halber nur drei Anschlussklemmen 30, 31 gezeigt, und es ist nur eine Anschlussklemme 60 gezeigt. Tatsächlich aber sind in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mehrere (fünf) Klemmen 30, 31 und mehrere (fünf) Anschlussklemmen 60 vorgesehen.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst der Gassensor 200: ein Gassensorelement 10 (nicht gezeigt); eine äußere Schutzvorrichtung 100, die den Detektionsabschnitt 11 des Gassensorelements 10 bedeckt; ein Metallgehäuse 50, das das Gassensorelement 10 hält; einen Grundabschnitt 120, der an der Rückseite des Metallgehäuses 50 angeordnet ist und aus einem Polymermaterial besteht; und eine Hülse 110 aus Metall, die das Metallgehäuse 50 mit dem Grundabschnitt 120 verbindet.
Die Hülse 110 entspricht einem in den Ansprüchen beschriebenen ”rohrförmigen Korpus”.
Der Grundabschnitt 120 umfasst: einen zylindrischen Hauptkorpusabschnitt 123, dessen hinteres Ende verschlossen ist; einen halbkreisförmigen Flanschabschnitt 121, der sich von einer Seitenfläche des Hauptkorpusabschnitts 123 radial nach außen erstreckt; und einen im Wesentlichen rechteckigen Konnektorabschnitt 125, der sich von einer anderen Seitenfläche des Hauptkorpusabschnitts 123 radial nach außen erstreckt. Der Flanschabschnitt 121 und der Konnektorabschnitt 125 sind an Positionen angeordnet, die sich in der Umfangsrichtung des Hauptkorpusabschnitts 123 um etwa 90 Grad voneinander unterscheiden. Der Hauptkorpusabschnitt 123, der Flanschabschnitt 121 und der Konnektorabschnitt 125 sind integral aus einem isolierenden Polymermaterial (Harz) mit ausgezeichneter Formbarkeit, etwa PPS (Polyphylensulfid), gebildet. Der Konnektorabschnitt 125 ist ein Stecker mit einer Öffnung 125h, die radial nach außen weist und ein radiales Einführen eines Gegenkonnektors (in diesem Beispiel einer Buchse) einer externen Vorrichtung in die Öffnung 125h und aus dieser heraus ermöglicht.
Durch den Flanschabschnitt 121 ist ein Montageloch 121h geöffnet, und ein zylindrischer Kragen 80 aus Metall ist in Kontakt mit der Innenfläche des Montagelochs 121h umspritzt, so dass er integral befestigt ist. Wie in 3 gezeigt ist, ist eine Schraube 310 durch den Kragen 80 eingeführt, und die Schraube 310 ist in ein Schraubloch, das in einem Montageziel 300 (z. B. einem Einlasssystem eines Verbrennungsmotors) vorgesehen ist, eingeschraubt, wodurch der Gassensor 200 an dem Montageziel 300 montiert werden kann.
In dem Metallgehäuse 50 ist entlang der Umfangsrichtung eine ausgesparte Nut 50b (siehe 2) ausgebildet, und an der ausgesparten Nut 50b ist ein Dichtungselement (O-Ring) 90 außen angebracht. Wenn der Gassensor 200 von der vorderen Endseite desselben in eine Öffnung 300h des Montageziels 300 eingeführt und an dem Montageziel 300 montiert wird, wird das Dichtungselement 90 daher an die Wandfläche der Öffnung 300h des Montageziels 300 gedrängt und dichtet einen Spalt zwischen dem Montageziel 300 und dem Gassensor 200 (Metallgehäuse 50) ab.
Der Grundabschnitt 120 ist indessen an der Rückseite der Hülse 110 umspritzt, so dass er mit der Hülse 110 integriert ist.
Ferner sind an der Seitenfläche der äußeren Schutzvorrichtung 100 mehrere Gaseinleitlöcher 115 vorgesehen, und ein Gasablassloch 116 ist in der Mitte des vorderen Endes der äußeren Schutzvorrichtung 100 vorgesehen.
Als Nächstes werden die jeweiligen Komponenten des Gassensors 200 unter Verweis auf 2 näher beschrieben.
Das Gassensorelement 10 ist, wie allgemein bekannt ist, ein Laminat mit einer im Wesentlichen prismatischen Form, die sich in der Richtung der Achse O erstreckt, wobei ein Detektionselement zum Detektieren der Konzentration von Sauerstoff und ein Heizerkorpus zum Beheizen des Detektionselements zum Fördern von Aktivierung des Detektionselements miteinander verbunden sind. Das Detektionselement weist eine Konfiguration auf, bei der ein Festelektrolyt, der Zirkoniumoxid als Hauptbestandteil enthält, und ein Paar von Elektroden, die jeweils Platin als Hauptbestandteil enthalten, mittels einer isolierenden Schicht in einem Teil, aus dem eine hohle Messkammer gebildet ist, laminiert sind. Genauer gesagt umfasst das Detektionselement: eine Sauerstoffpumpzelle, in der eine Elektrode des Paars von Elektroden, die an beiden Flächen des Festelektrolyten ausgebildet sind, nach außen freiliegt und die andere Elektrode des Paars von Elektroden in der Messkammer angeordnet ist; und eine Sauerstoffkonzentrationsmesszelle, in der eine Elektrode des Paars von Elektroden, die an beiden Flächen des Festelektrolyten ausgebildet sind, in der Messkammer angeordnet ist und die andere Elektrode des Paars von Elektroden in einer Referenzgaskammer angeordnet ist. Das Detektionselement ist so ausgelegt, dass Sauerstoff in der Messkammer herausgepumpt wird oder Sauerstoff von außen in die Messkammer gepumpt wird, indem ein über das Paar von Elektroden der Sauerstoffpumpzelle fließender elektrischer Strom so gesteuert wird, dass eine Ausgangsspannung der Sauerstoffkonzentrationsmesszelle einen vorbestimmten Wert aufweist.
In der Sauerstoffpumpzelle bilden das Paar von Elektroden und ein Abschnitt des Festelektrolyten, der zwischen diesen Elektroden sandwichartig eingesetzt ist, einen Detektionsabschnitt 11, in dem ein Strom gemäß der Sauerstoffkonzentration fließt. An dem hinteren Endabschnitt 12 des Gassensorelements 10 sind fünf Elektrodenpads 12a zum Aufnehmen eines Ausgangs von dem Detektionselement oder Liefern von Strom zu einem Heizer ausgebildet. In 2 sind zwei der fünf Pads 12a an einer zweiten Fläche 10b des Gassensorelements 10 angeordnet, während die verbleibenden drei an einer ersten Fläche 10a des Gassensorelements 10 angeordnet sind. Diese Elektrodenpads 12a sind mit den Anschlussklemmen 30, 31 verbunden.
Ein Keramikhalter 21 ist relativ zur Mitte des Gassensorelements 10 in der Achsenrichtung geringfügig zur Vorderseite hin angeordnet. Der Keramikhalter 21 besteht aus einer isolierenden Keramik (z. B. Aluminiumoxid) und weist eine im Wesentlichen kurze zylindrische Form auf. Der Keramikhalter 21 ist in einem solchen Zustand angeordnet, dass das Gassensorelement 10 durch den Keramikhalter 21 eingeführt ist und der Detektionsabschnitt 11 relativ zu dem Keramikhalter 21 hin zur Vorderseite ragt.
Das Gassensorelement 10 wird von dem rohrförmigen Metallgehäuse 50 umgeben und gehalten. Das Metallgehäuse 50 besteht aus Edelstahl, etwa SUS430. Im Einzelnen ist an dem Innenumfang des Metallgehäuses 50 ein Stufenabschnitt 54 ausgebildet, und mit dem Stufenabschnitt 54 steht ein vorderseitiger peripherer Abschnitt des Keramikhalters 21, durch den das Gassensorelement 10 eingeführt wird, in Eingriff. Ein Dichtungsmaterial 22 wird ferner entlang des Innenumfangs des Metallgehäuses 50 von der Rückseite des Keramikhalters 21 in einem solchen Zustand in das. Metallgehäuse 50 eingefüllt, dass das Gassensorelement 10 durch das Dichtungsmaterial 22 eingeführt wird. In das Metallgehäuse 50 ist eine rohrförmige Hülse 23 eingesetzt, um das Dichtungsmaterial 22 von der Rückseite des Dichtungsmaterials 22 zu halten. An dem rückseitigen Außenumfang der Hülse 23 ist eine kranzförmige Crimppackung 29 angeordnet.
Ein im Durchmesser reduzierter hinterer Endabschnitt 59 ist indessen an dem rückseitigen Außenumfang des Metallgehäuses 50 ausgebildet, und ein Abschnitt vergrößerten Durchmessers 57, dessen Durchmesser schrittweise radial nach außen zunimmt, ist relativ zu dem hinteren Endabschnitt 59 an der Vorderseite ausgebildet. Die ausgesparte Nut 50b ist in dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers 57 entlang der Umfangsrichtung ausgebildet, und das Dichtungselement (O-Ring) 90 ist außen in die ausgesparte Nut 50b gesetzt. Ferner ist ein Vorderende-Eingriffabschnitt 56 relativ zu dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers 57 an der Vorderseite ausgebildet. Der Vorderende-Eingriffabschnitt 56 weist einen Durchmesser auf, der kleiner als der des Abschnitts vergrößerten Durchmessers 57 ist, und eine äußere Schutzvorrichtung 100 und eine innere Schutzvorrichtung 102, die später beschrieben werden, stehen mit dem Vorderende-Eingriffabschnitt 56 in Eingriff. Ein Crimpabschnitt 53 zum Halten des Gassensorelements 10 in dem Metallgehäuse 50 durch Crimpen ist an der Rückseite des hinteren Endabschnitts 59 ausgebildet.
Der Crimpabschnitt 53 des Metallgehäuses 50 ist so gecrimpt, dass die Hülse 23 mittels der Crimppackung 29 nach vorne gepresst wird. Durch Pressen durch den Crimpabschnitt 53 mittels der Hülse 23 wird das Dichtungsmaterial 22 in dem Metallgehäuse 50 zusammengepresst und füllt das Metallgehäuse 50 dicht. Mittels des Dichtungsmaterials 22 werden der Keramikhalter 21 und das Gassensorelement 10 in dem Metallgehäuse 50 positioniert und hermetisch gehalten.
Die Außenumfangsfläche des Detektionsabschnitts 11 des Gassensorelements 10 ist indessen von einer porösen Schutzschicht 15 bedeckt, um eine Elektrode des Detektionsabschnitts 11, die nach außen freiliegt, vor Verunreinigung oder Benetzung durch Lufteinlass oder dergleichen zu schützen. Die äußere Schutzvorrichtung 100 und die innere Schutzvorrichtung 102 sind an dem Vorderende-Eingriffabschnitt 56 des Metallgehäuses 50 angebracht und durch Laserschweißen daran befestigt, um dadurch den darin aufgenommenen Detektionsabschnitt 11 zu schützen. Die äußere Schutzvorrichtung 100 weist die Gaseinleitlöcher 115 auf, und die innere Schutzvorrichtung 102 weist Gaseinleitlöcher 117 auf. Ferner ist in der Mitte des vorderen Endes der äußeren Schutzvorrichtung 100 ein Gasablassloch 116 vorgesehen.
Die Hülse 110 ist zum Beispiel aus Edelstahl und weist eine zylindrische Form auf, deren Durchmesser an der Rückseite mittels eines Stufenabschnitts vergrößert ist. Der Grundabschnitt 120 ist in die Rückseite der Hülse 110, die den Stufenabschnitt umfasst, umspritzt, und der Stufenabschnitt verhindert ein Entfernen des Grundabschnitts 120 von der Hülse 110.
Der vorderseitige Abschnitt der Hülse 110, der von dem Grundabschnitt 120 freiliegt, ist außen an einem zulaufenden Abschnitt 59t angebracht, der an dem hinteren Endabschnitt 59 des Metallgehäuses 50 ausgebildet ist, und ein geschweißter Abschnitt W ist an dem zulaufenden Abschnitt 59t durch die umlaufende Laserschweißung oder dergleichen, die von außerhalb der Hülse 110 durchgeführt wird, ausgebildet. Somit ist der Grundabschnitt 120 mit dem Metallgehäuse 50 verbunden (darin befestigt). Der zulaufende Abschnitt 59t wird später beschrieben.
Der Grundabschnitt 120 dient als Abdeckung, die den hinteren Endabschnitt 12 des Gassensorelements 10 umgibt, der zur Rückseite des Metallgehäuses 50 ragt. Ferner ist die Anschlussklemme 60, die mit der externen Vorrichtung elektrisch verbunden ist, in dem Konnektorabschnitt 125 gehalten. Der Konnektorabschnitt 125, der die Anschlussklemme 60 umfasst, ist durch Umspritzen ausgebildet.
In dem Hauptkorpusabschnitt 123 ist ferner ein Separatorabschnitt 127 im Wesentlichen mit einer Kastenform, der sich hin zur Vorderseite erstreckt, integral mit dem Hauptkorpusabschnitt 123 ausgebildet. Der Separatorabschnitt 127 hält die Anschlussklemmen 30, 31. Federstücke 30f, 31f sind jeweils an einem Ende der Anschlussklemmen 30, 31 vorgesehen und sind mit Endabschnitten 60a der entsprechenden Anschlussklemmen 60 elektrisch verbunden. Somit ist das in dem Gassensor 200 angeordnete Gassensorelement 10 elektrisch mit der externen Vorrichtung verbunden.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Verbinden der Hülse 110 mit dem Metallgehäuse 50 anhand von 4A bis 4D beschrieben. 4A bis 4D zeigen Prozessschritte zum Verbinden der Hülse 110 mit dem Metallgehäuse 50, wie aus einem Querschnitt entlang der Richtung der Achse O ersichtlich ist.
Zunächst wird, wie in 4A gezeigt ist, der zulaufende Abschnitt 59t, der in der radialen Richtung hin zur Rückseite (hin zur Hülse 110) verschmälert ist, an der Außenfläche des hinteren Endabschnitts 59 des Metallgehäuses 50 ausgebildet. In dem in 4A gezeigten Beispiel ist der zulaufende Abschnitt 59t ein linear zulaufender Abschnitt. Ein abgeschrägter Abschnitt 50d, der in der radialen Richtung des Metallgehäuses 50 weiter verschmälert ist, ist relativ zu einem hintersten Ende t1 des zulaufenden Abschnitts 59t an der Rückseite ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform sind ferner bezüglich eines Innendurchmessers d0 der Hülse 110 vor Pressverbinden ein Mindestaußendurchmesser d1 des hintersten Endes t1 des zulaufenden Abschnitts 59t und ein maximaler Außendurchmesser d2 eines vordersten Endes t2 des zulaufenden Abschnitts 59t so festgelegt, dass eine Bedingung d1 < d0 < d2 erfüllt ist.
Der Abschnitt vergrößerten Durchmessers 57 und ein Abschnitt reduzierten Durchmessers 50s sind an der Außenfläche des Metallgehäuses 50 ausgebildet, die sich von dem vordersten Ende t2 des zulaufenden Abschnitts 59t hin zu der Vorderseite (der Seite axial gegenüber der Hülse 110) erstreckt. Der Abschnitt vergrößerten Durchmessers 57 weist einen Durchmesser auf, der größer als der maximale Außendurchmesser d2 des zulaufenden Abschnitts 59t ist. Der Abschnitt reduzierten Durchmessers 50s ist zwischen dem zulaufenden Abschnitt 59t und dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers 57 ausgebildet und weist einen Durchmesser auf, der kleiner als der maximale Außendurchmesser d2 des zulaufenden Abschnitts 59t ist. Der Abschnitt reduzierten Durchmessers 50s weist eine Querschnittform auf, die in einer Halbkreisform ausgespart ist.
Wenn die Hülse 110 von der Vorderseite derselben mit dem zulaufenden Abschnitt 59t des Metallgehäuses 50 pressverbunden wird, steht, da d1 < d0, die Hülse 110 mit dem zulaufenden Abschnitt 59t in der Anfangsphase des Pressverbindens nicht in Kontakt (4A). Wenn der Außendurchmesser d3 des zulaufenden Abschnitts 59t gleich d0 wird, kommt die Hülse 110 mit dem zulaufenden Abschnitt 59t in Kontakt, und danach wird die Hülse 110 entlang der Fläche des zulaufenden Abschnitts 59t hin zur Vorderseite angepresst, wobei deren Durchmesser allmählich vergrößert wird (4B).
Wenn der vordere Endabschnitt 110f der Hülse 110 mit dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers 57, der sich relativ zu dem zulaufenden Abschnitt 59t des Metallgehäuses 50 an der Vorderseite befindet, in Kontakt kommt, wird die Hülse 110 in der Tiefenrichtung des Pressverbindens positioniert, und in diesem Zustand wird das Pressverbinden (zeitweiliges Befestigen) der Hülse 110 mit dem Metallgehäuse 50 beendet (4C). Zu diesem Zeitpunkt ist der Innendurchmesser der Hülse 100 auf einen Durchmesser vergrößert, der einem Durchmesser, der größer als d3 ist, zu einem Durchmesser, der gleich d2 ist, reicht. Ein Abschnitt P der Hülse 110, der relativ zu dem vorderen Endabschnitt 110f der Hülse 110 an der Rückseite ist, ist somit in Kontakt mit einem Abschnitt des zulaufenden Abschnitts 59t des Metallgehäuses 50, der einen von d3 bis d2 reichenden Außendurchmesser aufweist.
Als Nächstes wird der pressverbundene Abschnitt der Hülse 110 relativ zu dem Abschnitt P an einer Position an der Rückseite außen einem Rundumschweißen unterzogen, um den geschweißten Abschnitt W zu bilden, wodurch der Befestigungsprozess abgeschlossen ist (4D).
Da wie vorstehend beschrieben der zulaufende Abschnitt 59t an der Außenfläche des hinteren Endabschnitts 59 des Metallgehäuses 50 ausgebildet ist, wenn die Hülse 110 außen an dem Metallgehäuse 50 angebracht (angepresst) wird, wird der Durchmesser der Hülse 110 entlang der Fläche des zulaufenden Abschnitts 59t allmählich vergrößert. Im Gegensatz zu dem Fall, bei dem ein Pressverbinden der Hülse 110 ohne den zulaufenden Abschnitt (durch Schieben der Hülse 110 an der Außenfläche, die sich parallel zu der Richtung der Achse O erstreckt) vorgenommen wird, kommt die Hülse 110 daher gleichmäßig mit dem zulaufenden Abschnitt 59t in Kontakt, was zu einer Abnahme der Pressverbindungslast führt.
Bei Durchführen des Pressverbindens der Hülse 110 ohne den zulaufenden Abschnitt kann die Hülse 110 ferner außen an dem Metallgehäuse 50 in dem Zustand angebracht werden, in dem abhängig von den Fertigungstoleranzen der Hülse 110 und des Metallgehäuses 50 eine Differenz zwischen dem Innendurchmesser der Hülse 110 und dem Außendurchmesser des Metallgehäuses 50 größer als ein Auslegungswert ist, was zu einer übermäßigen Pressverbindungslast führen kann. Durch Vorsehen des zulaufenden Abschnitts 59t zum Verringern der Pressverbindungslast kann daher eine Zunahme der Pressverbindungslast aufgrund der Herstellungstoleranzen unterbunden werden.
Der geschweißte Abschnitt W muss an der Position des zulaufenden Abschnitts 59t ausgebildet werden. Der Grund ist wie folgt. Da der Abstand zwischen der Außenfläche des Metallgehäuses 50 und der Innenfläche der Hülse 110 in einem anderen Abschnitt als dem zulaufenden Abschnitt 59t groß ist, wenn Schweißen an dem anderen Abschnitt als dem zulaufenden Abschnitt 59t durchgeführt wird, kann es zu fehlerhaftem Schweißen kommen.
Wenn die Bedingung d1 < d2 erfüllt ist, steht die Hülse 110 mit dem zulaufenden Abschnitt 59t in der Anfangsphase des Pressverbindens nicht in Kontakt, wodurch die Pressverbindungslast weiter reduziert werden kann. Wenn ferner die Bedingung d1 < d0 < d2 erfüllt wird, kann, selbst wenn aufgrund der Fertigungstoleranzen d0 kleiner als der Auslegungswert wird, aufgrund des Vorliegens des Abschnitts, der d1 < d0 erfüllt, in dem zulaufenden Abschnitt 59t die Hülse 110 entlang der Fläche des zulaufenden Abschnitts 59t angepresst werden, wodurch ein Anstieg der Pressverbindungslast aufgrund der Fertigungstoleranzen unterbunden wird.
Die Bedingung d1 < d0 < d2 ist aber nicht wesentlich. Selbst wenn d1 > d0, wird der Durchmesser der Hülse 110 entlang der Fläche des zulaufenden Abschnitts 59t allmählich vergrößert, nachdem die Hülse 110 mit dem zulaufenden Abschnitt 59t in Kontakt gekommen ist. Auch in diesem Fall kann daher eine Verringerung der Pressverbindungslast erreicht werden.
Zum Positionieren der Hülse 110 in der Tiefenrichtung des Pressverbindens mit dem Metallgehäuse 50 wird in der vorliegenden Ausführungsform der Abschnitt vergrößerten Durchmessers 57 mit einem Durchmesser, der größer als der maximale Außendurchmesser d2 des zulaufenden Abschnitts 59t ist, an der Außenfläche des Metallgehäuses 50 vorgesehen. In diesem Fall wird, wie in 5 gezeigt, an dem Kontaktabschnitt zwischen dem zulaufenden Abschnitt 59t und dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers 57 aufgrund von Metallbearbeitung ein Hohlkehlenabschnitt P1 gebildet, und die pressverbundene Hülse 110 kommt mit dem Hohlkehlenabschnitt P1 in Kontakt, bevor sie den Abschnitt vergrößerten Durchmessers 57 erreicht, was das Positionieren instabil macht.
Durch Vorsehen des Abschnitts reduzierten Durchmessers 50s zwischen dem zulaufenden Abschnitt 59t und dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers 57 kommt der Endabschnitt der Hülse 110 ohne Beeinträchtigung durch den Hohlkehlenabschnitt zuverlässig mit dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers 57 des Metallgehäuses 50 in Kontakt, wodurch das Positionieren der Hülse 110 zuverlässig vorgenommen werden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ferner, wie in 4D gezeigt ist, ein Abschnitt des zulaufenden Abschnitts 59t, der sich relativ zu dem eng an die Hülse 110 angebrachten Abschnitt (ein Abschnitt der in der Richtung der Achse O dem Metallgehäuse 50 gegenüberliegt) hin zur Seite der Hülse 110 erstreckt, von der Hülse 110 getrennt.
Daher wird nur ein Teil des zulaufenden Abschnitts 59t in die Hülse 110 eingepresst, wodurch die Pressverbindungslast weiter reduziert werden kann.
Der zulaufende Abschnitt 59t ist ein Liniensegment zwischen Punkten t1 und t2 an einer Geraden, das den Abschnitt P umfasst, welcher der Kontaktpunkt zwischen dem Metallgehäuse 50 (zulaufender Abschnitt 59t) und der Hülse 110 ist (4A).
Wie in 6 gezeigt ist, wird ferner in dem Fall, da ein zulaufender Abschnitt 79t, der an dem hinteren Endabschnitt 79 des Metallgehäuses 70 ausgebildet ist, ein gebogener zulaufender Abschnitt ist, ein Wendepunkt an der Vorderseite (der Seite axial gegenüber der Hülse 110) relativ zu einem Abschnitt P an einer gebogenen Linie, die den Kontaktpunkt (Abschnitt) P zur Hülse 110 umfasst, als t3 betrachtet, und ein Kontaktpunkt zwischen der gebogenen Linie und einem horizontalen Abschnitt 79L senkrecht zur Achse O an der Rückseite (der Seite der Hülse 110) relativ zu dem Abschnitt P wird als t4 betrachtet. Dann wird eine gebogene Linie zwischen den Punkten t3 und t4 als zulaufender Abschnitt 79t gesehen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt und die Erfindung schließt innerhalb des Wesens und Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verschiedene Abwandlungen und Äquivalente ein.
Zusätzlich zur Hülse 110 kann zum Beispiel eine Schutzvorrichtung (die äußere Schutzvorrichtung 100 und die innere Schutzvorrichtung 102) als rohrförmiger Korpus verwendet werden. Da in diesem Fall die Schutzvorrichtung außen an der Vorderseite des Metallgehäuses 50 angebracht wird, wird der Vorderende-Eingriffabschnitt 56 so ausgebildet, dass er ein zulaufender Abschnitt ist, der hin zur Vorderseite radial verschmälert ist.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der aus einem Polymermaterial bestehende Grundabschnitt (Abdeckung) 120 mit dem hinteren Ende der Hülse 110 verbunden, und ein Abschnitt des Gassensorelements 10, der relativ zu dem Metallgehäuse 50 zur Rückseite ragt, ist von der Hülse (dem rohrförmigen Korpus) 110 bedeckt. Wie der Gassensor der Patentschrift 1 kann aber die Hülse 110 zum Beispiel das gesamte hintere Ende des Gassensorelements 10 bedecken.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird das streifenförmige Sensorelement mit einem viereckigen (rechteckigen) Querschnitt verwendet. Das bei dem erfindungsgemäßen Gassensor verwendete Sensorelement kann aber einen quadratischen Querschnitt aufweisen oder kann ein rohrförmiges Sensorelement sein. Auch wenn der erfindungsgemäße Gassensor als Universal-Lambdasonde implementiert ist, kann der Gassensor ferner auch als andere Gassensoren implementiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Gassensorelement
11: Detektionsabschnitt
50, 70: Metallgehäuse
57: Abschnitt vergrößerten Durchmessers
59t, 79t: zulaufender Abschnitt
50s: Abschnitt reduzierten Durchmessers
110: rohrförmiger Korpus (Hülse)
110f: Endabschnitt des rohrförmigen Korpus
200: Gassensor
O: Achse
W: geschweißter Abschnitt
d2: maximaler Außendurchmesser des zulaufenden Abschnitts

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-198422 [0006]

Claims

Gassensor, umfassend: ein Gassensorelement, das sich in einer Richtung einer Achse erstreckt und an einer Vorderseite desselben einen Detektionsabschnitt umfasst, der ausgelegt ist, um eine bestimmte Gaskomponente in einem zu messenden Zielgas zu detektieren; ein Metallgehäuse, das einen radialen Umfang des Gassensorelements umgibt und das Gassensorelement hält; und einen rohrförmigen Korpus aus Metall, wobei der rohförmige Korpus in einem außen an einer Vorderseite oder einer Rückseite des Metallgehäuses angebrachten Zustand angeschweißt ist, wobei der rohrförmige Korpus an einem zulaufenden Abschnitt, der an einer Außenfläche des Metallgehäuses vorgesehen ist und hin zu dem rohrförmigen Korpus radial verschmälert ist, fest angebracht ist und der rohrförmige Korpus an dem zulaufenden Abschnitt angeschweißt ist.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei ein Abschnitt vergrößerten Durchmessers und ein Abschnitt reduzierten Durchmessers an der Außenfläche des Metallgehäuses, die sich von dem zulaufenden Abschnitt hin zu einer Seite axial gegenüber dem rohrförmigen Korpus erstreckt, vorgesehen sind, wobei der Abschnitt vergrößerten Durchmessers einen Durchmesser aufweist, der größer als ein maximaler Außendurchmesser des zulaufenden Abschnitt ist, wobei der Abschnitt reduzierten Durchmessers zwischen dem zulaufenden Abschnitt und dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers positioniert ist und einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der maximale Außendurchmesser des zulaufenden Abschnitts ist, und ein Endabschnitt des rohrförmigen Korpus mit dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers in Kontakt steht und von dem Abschnitt reduzierten Durchmessers beabstandet ist.
Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Abschnitt des zulaufenden Abschnitts, der sich relativ zu dem fest an dem rohrförmigen Korpus angebrachten Abschnitt hin zu dem rohrförmigen Korpus erstreckt, von dem rohrförmigen Korpus getrennt ist.