DE10253917A1

DE10253917A1 - Gassensor

Info

Publication number: DE10253917A1
Application number: DE10253917A
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Yamada; Takashi Kojima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: JP3861786B2; JP2003222606A; US6913678B2; US20030094368A1; DE10253917B4

Abstract

Ein Isolator (3), der über einen ringartigen metallischen Füllkörper (11) an einem zylindrischen Gehäuse (10) luftdicht gestützt ist, hat einen Abschnitt (31) mit kleinem Durchmesser sowie einen Abschnitt (32) mit großem Durchmesser. Eine abgeschrägte Fläche (33) erstreckt sich radial nach außen von einer zylindrischen Fläche (310) mit kleinem Durchmesser zu einer zylindrischen Fläche (320) mit großem Durchmesser. Eine Aufnahmefläche (103), die an einer Innenwand des Gehäuses (10) ausgebildet ist, stützt die abgeschrägte Fläche (33) über den metallischen Füllkörper (11). Die abgeschrägte Fläche (33) ist in einem Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper (11) an ihrem Außen- oder Innenumfangsabschnitt (331, 332).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gassensor, der in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine zum Messen der Konzentration eines spezifischen Gases angebracht ist.
Eine Fahrzeugkraftmaschine ist mit einem Gassensor ausgestattet, um eine Sauerstoffkonzentration oder eine Nox-Konzentration in einem Abgas zu messen, das aus dieser Kraftmaschine ausgestoßen wird. Die erfasste Gaskonzentration wird zum Steuern der Verbrennung der Kraftmaschine verwendet.
Zum Beispiel hat der Gassensor ein Gasfühlerelement, das sich in einer Längsrichtung erstreckt, einen zylindrischen Isolator mit einem Durchgangsloch, in das das Gasfühlerelement luftdicht eingefügt ist, und ein zylindrisches Gehäuse, das den Isolator über einen ringartigen metallischen Füllkörper luftdicht stützt.
Eine Messgasabdeckung ist an einer entfernten Endseite des Gehäuses angebracht und definiert einen Raum, in den das Messgas eingeführt wird. Ein entferntes Ende des Gasfühlerelementes ist einer Messgasatmosphäre ausgesetzt, die im Inneren dieser Abdeckung vorgesehen ist. Eine Abdeckung an der Luftseite ist an einer körpernahen Endseite des Gehäuses angebracht und definiert einen Raum, in den die Luft eingeführt wird, um eine Luftatmosphäre vorzusehen.
Der Zwischenraum zwischen dem Gasfühlerelement und dem Isolator ist luftdicht abgedichtet. In ähnlicher Weise ist der Zwischenraum zwischen dem Isolator und dem Gehäuse luftdicht abgedichtet.
Das Gasfühlerelement hat eine Elektrode an der Messgasseite und ist dem in der Messgasatmosphäre gespeicherten Gas ausgesetzt, sowie eine Referenzelektrode, die der Luft ausgesetzt ist. Ein Ionenstrom oder eine elektrische Spannungsdifferenz, die zwischen der Elektrode an der Messgasseite und der Referenzelektrode auftritt, gibt die Konzentration eines spezifischen Gases wieder, die in dem Abgas zu messen ist.
Gemäß dieser Anordnung ist es zum Gewährleisten einer genauen Erfassung des spezifischen Gases wichtig, eine zuverlässige Abdichtung zum vollständigen trennen der Messgasatmosphäre von der Luftatmosphäre vorzusehen.
Einer der in dem Gassensor sicher abzudichtenden wichtigen Abschnitte ist die Schnittstelle zwischen dem Isolator und dem Gehäuse.
Fig. 16 zeigt eine Dichtungsanordnung zwischen dem Isolator und dem Gehäuse eines herkömmlichen Gassensors. Gemäß dieser Anordnung ist ein ringartiger metallischer Füllkörper 1011 zwischen einer abgeschrägten Fläche 1033 eines Isolators 1003 und einer Aufnahmefläche 1103 des Gehäuses 1010 angeordnet und bestimmt die Abdichtungseigenschaft zwischen dem Isolator 1003 und dem Gehäuse 1010.
Der metallische Füllkörper 1011 ist in einem Flächenkontakt mit der Aufnahmefläche 1103 und mit der abgeschrägten Fläche 1033. Eine untere Fläche 1112 des metallischen Füllkörpers 1011 ist vollständig mit der Aufnahmefläche 1103 in Kontakt. Eine obere Fläche 1111 des metallischen Füllkörpers 1011 ist vollständig mit der abgeschrägten Fläche 1033 in Kontakt.
Jedoch hat die abgeschrägte Fläche 1033 des Isolators 1003 eine beträchtliche Welligkeit, die die Abdichtungseigenschaft zwischen der abgeschrägten Fläche 1033 und dem metallischen Füllkörper 1011 nachteilig beeinflusst.
Um diesen Nachteil auszugleichen, wurde üblicherweise ein zusätzliches Dichtelement wie zum Beispiel ein stark abdichtendes Material verwendet.
Angesichts der vorstehend beschriebenen Probleme ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gassensor vorzusehen, der eine zuverlässige Abdichtungseigenschaft eines zwischen einem Isolator und einem Gehäuse angeordneten metallischen Füllkörpers gewährleisten kann, ohne dass irgendein zusätzliches Dichtelement verwendet wird.
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegend Erfindung einen ersten Gassensor vor, der ein Gasfühlerelement, das sich in einer Längsrichtung des Gassensors erstreckt, einen zylindrischen Isolator mit einem Durchgangsloch, in das das Gasfühlerelement luftdicht eingefügt ist, und ein zylindrisches Gehäuse aufweist, das den zylindrischen Isolator über einen ringartigen metallischen Füllkörper luftdicht stützt. Gemäß dem ersten Gassensor der vorliegenden Erfindung ist eine ringartige Aufnahmefläche an einer Innenwand des Gehäuses vorgesehen, um den Isolator über den metallischen Füllkörper zu stützen. Die ringartige Aufnahmefläche erstreckt sich in einer radialen Richtung in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich einer Achse des Gasfühlerelements. Der Isolator hat einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt mit großem Durchmesser, die in einer axialen Richtung des Isolators kontinuierlich ausgerichtet sind. Ein Durchmesser des Abschnittes mit großem Durchmesser ist größer als ein Durchmesser des Abschnittes mit kleinem Durchmesser. Eine Außenzylinderfläche des Isolators hat eine zylindrische Fläche mit kleinem Durchmesser, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes erstreckt, eine abgeschrägte Fläche und eine zylindrische Fläche mit großem Durchmesser, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes erstreckt. Die abgeschrägte Fläche erstreckt sich radial nach außen in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich der Achse des Gasfühlerelementes von der zylindrischen Fläche mit kleinem Durchmesser zu der zylindrischen Fläche mit großem Durchmesser. Ein Außenumfangsabschnitt der abgeschrägten Fläche ist in einem Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper, wenn die Aufnahmefläche des Gehäuses die abgeschrägte Fläche über den metallischen Füllkörper stützt.
Die vorliegende Erfindung sieht einen zweiten Gassensor vor, der ein Gasfühlerelement, das sich in einer Längsrichtung des Gassensors erstreckt, einen zylindrischen Isolator mit einem Durchgangsloch, in das das Gasfühlerelement luftdicht eingefügt ist, und ein zylindrisches Gehäuse aufweist, das den zylindrischen Isolator über einen ringartigen metallischen Füllkörper luftdicht stützt. Gemäß dem zweiten Gassensor ist eine ringartige Aufnahmefläche an einer Innenwand des Gehäuses vorgesehen, um den Isolator über den metallischen Füllkörper zu stützen. Die ringartige Aufnahmefläche erstreckt sich in einer radialen Richtung in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich einer Achse des Gasfühlerelementes. Der Isolator hat einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt mit großem Durchmesser, die in einer axialen Richtung des Isolators kontinuierlich aufgerichtet sind. Ein Durchmesser des Abschnittes mit großem Durchmesser ist größer als ein Durchmesser des Abschnittes mit kleinem Durchmesser. Eine Außenzylinderfläche des Isolators hat eine zylindrische Fläche mit kleinem Durchmesser, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes erstreckt, eine abgeschrägte Fläche und eine zylindrische Fläche mit großem Durchmesser, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes erstreckt. Die abgeschrägte Fläche erstreckt sich radial nach außen in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich der Achse des Gasfühlerelementes von der zylindrischen Fläche mit kleinem Durchmesser zu der zylindrischen Fläche mit großem Durchmesser. Ein Innenumfangsabschnitt der abgeschrägten Fläche ist in einen Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper, wenn die Aufnahmefläche des Gehäuses die abgeschrägte Fläche über den metallischen Füllkörper stützt.
Die vorliegende Erfindung sieht einen dritten Gassensor vor, der ein Gasfühlerelement, dass sich in einer Längsrichtung des Gassensors erstreckt, einen zylindrischen Isolator mit einem Durchgangsloch, in das das Gasfühlerelement luftdicht eingefügt ist, und ein zylindrisches Gehäuse aufweist, das den zylindrischen Isolator über einen ringartigen metallischen Füllkörper luftdicht stützt. Gemäß dem dritten Gassensor ist eine ringartige Aufnahmefläche an eine Innenwand des Gehäuses vorgesehen, um den Isolator über den metallischen Füllkörper zu stützen. Die ringartige Aufnahmefläche erstreckt sich in einer radialen Richtung in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich einer Achse des Gasfühlerelements. Der Isolator hat einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser und einem Abschnitt mit großem Durchmesser, die in einer axialen Richtung des Isolators kontinuierlich ausgerichtet sind. Ein Durchmesser des Abschnittes mit großem Durchmesser ist größer als ein Durchmesser des Abschnittes mit kleinem Durchmesser. Eine Außenzylinderfläche des Isolators hat eine zylindrischen Fläche mit kleinem Durchmesser, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes erstreckt, eine abgeschrägte Fläche und eine zylindrische Fläche mit großem Durchmesser, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes erstreckt. Die abgeschrägte Fläche erstreckt sich radial nach außen in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich der Achse des Gasfühlerelementes von der zylindrischen Fläche mit kleinem Durchmesser zu der zylindrischen Fläche mit großem Durchmesser. Ein Außenumfangsabschnitt der abgeschrägten Fläche ist in einen Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper, wenn die Aufnahmefläche des Gehäuses die abgeschrägte Fläche über den metallischen Füllkörper stützt. Eine Beziehung zwischen der abgeschrägten Fläche und der Aufnahmefläche wir ausgedrückt durch α > β und 0° < α-β ≤ 40°, wobei α einen Öffnungswinkel der abgeschrägten Fläche darstellt und β einen Öffnungswinkel der Aufnahmefläche darstellt.
Der Außenumfangsabschnitt oder der Innenumfangsabschnitt der abgeschrägten Fläche hat, verglichen mit einem anderen Bereich der abgeschrägten Fläche, eine bessere Rundheit. Dem entsprechend ist der Außenumfangsabschnitt oder der Innenumfangsabschnitt der abgeschrägten Fläche in einem Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper wodurch eine ausgezeichnete und stabile Abdichtung zwischen ihnen erreicht wird.
Die vorstehend genannten Aufgabe sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, wobei:
Fig. 1 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht einer Gesamtanordnung eines Gassensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2A zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Isolators, der neben einem Gasfühlerelement des Gassensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angeordnet ist;
Fig. 2B zeigt eine vergrößerte Unteransicht des in der Fig. 2A gezeigten Isolators;
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Beziehung zwischen einem Winkel β der abgeschrägten Fläche und einem Winkel α der Aufnahmefläche gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abdichtungsaufbaus gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der durch einen zwischen der abgeschrägten Fläche und der Aufnahmefläche angeordneten metallischen Füllkörper gebildet wird;
Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung der Rundheit der abgeschrägten Fläche des Isolators, der sich neben dem Gasfühlerelement an einem Außenumfangsabschnitt und an einem mittleren Umfangsabschnitt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung befindet;
Fig. 6 zeigt eine Ansicht eines Testgerätes zum Messen der Luftdichtheit des Gassensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 zeigt eine graphische Darstellung der gemessenen Luftdichtheit des Gassensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht einer Gesamtanordnung eines abgewandelten Gassensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Beziehung zwischen dem Winkel β der abgeschrägten Fläche und dem Winkel α der Aufnahmefläche gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abdichtungsaufbaus gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der durch einen zwischen der abgeschrägten Fläche und der Aufnahmefläche angeordneten metallischen Füllkörper gebildet wird;
Fig. 11 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Beziehung zwischen dem Winkel β der abgeschrägten Fläche und dem Winkel α der Aufnahmefläche gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abdichtungsaufbaus gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der durch einen zwischen der abgeschrägten Fläche und der Aufnahmefläche angeordneten metallischen Füllkörper gebildet wird;
Fig. 13 zeigt eine graphische Darstellung der Rundheit der abgeschrägten Fläche des Isolators neben dem Gasfühlerelement an einem Außenumfangsabschnitt und an einem mittleren Umfangsabschnitt gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Beziehung zwischen dem Winkel β der abgeschrägten Fläche und dem Winkel α der Aufnahmefläche gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abdichtungsaufbaus gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der durch einen zwischen der abgeschrägten Fläche und der Aufnahmefläche angeordneten metallischen Füllkörper gebildet wird; und
Fig. 16 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abdichtungsaufbaus eines herkömmlichen Gassensors, der durch einen zwischen einer abgeschrägten Fläche und einer Aufnahmefläche angeordneten metallischen Füllkörper gebildet wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Bezeichnungen beschrieben. Identische Bauteile sind durch die gleichen Bezugszeichen in allen Zeichnungen bezeichnet.

Erstes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 1 bis 8 zeigen einen Gassensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Gassensor 1 des ersten Ausführungsbeispieles gemäß den Fig. 1 bis 4 hat ein Gasfühlerelement 15 mit einem plattenartigen Körper. Das Gasfühlerelement 15 erstreckt sich in einer Längsrichtung des Gassensors 1. Ein zylindrischer steckerartiger Isolator 3 neben dem Gasfühlerelement 15 hat ein axiales Durchgangsloch, in das das Gasfühlerelement 15 luftdicht gekoppelt ist. Ein zylindrisches Gehäuse 10 nimmt den zylindrischen steckerartigen Isolator 3 über einen ringartigen oder ringförmigen metallischen Füllkörper 11 auf.
Das zylindrische Gehäuse 10 hat eine ringartige Aufnahmefläche 103, die sich in einer radialen Richtung in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich des Achse des Gasfühlerelementes 15 erstreckt. Der ringartige metallische Füllkörper 11 ist an der ringartigen Aufnahmefläche 103 des zylindrischen Gehäuses 10 angeordnet. Der zylindrische steckerartige Isolator 3 ist somit von der ringartigen Aufnahmefläche 103 des zylindrischen Gehäuses 10 über den ringartigen metallischen Füllkörper 11 auf genommen.
Der zylindrische steckerartige Isolator 3 hat einen Abschnitt 31 mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt 32 mit großem Durchmesser, die koaxial zueinander angeordnet sind und in der axialen Richtung des steckerartigen Isolators 3 kontinuierlich ausgerichtet sind. Der Abschnitt 32 mit großem Durchmesser hat einen Durchmesser, der größer ist als jener des Abschnittes 31 mit kleinem Durchmesser. Eine Außenzylinderfläche des steckerartigen Isolators 3 besteht aus einer zylindrischen Fläche 310 mit kleinem Durchmesser, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes 15 erstreckt, einer abgeschrägten Fläche 33 und einer zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes 15 erstreckt. Die abgeschrägte Fläche 33 erstreckt sich radial nach außen von dem oberen Ende der zylindrischen Fläche 310 mit kleinem Durchmesser zu dem unteren Ende der zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser.
Die Achse des Gasfühlerelementes 15 ist identisch mit einer Längsmittelachse eines zylindrischen Gassensors 1. In jeder der Fig. 1 bis 4 wird eine untere Endseite des Gassensors 1 als eine entfernte Endseite bezeichnet, und eine obere Endseite des Gassensors 1 wird als eine körpernahe Endseite bezeichnet. Eine Abdeckung 13 an der Messgasseite ist an der entfernten Endseite des Gassensors 1 angebracht. Leitungsdrähte erstrecken sich von der körpernahen Endseite des Gassensors 1 weg.
Die Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10 stützt die abgeschrägte Fläche 33 des steckerartigen Isolators 3 über den metallischen Füllkörper 11. Die abgeschrägte Fläche 33 ist mit dem metallischen Füllkörper 11 an einem Außenumfangsabschnitt 331 in Kontakt, um so einen ringartigen Linienkontakt zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und dem metallischen Füllkörper 11 vorzusehen.
Nachfolgend wird der Gassensor 1 des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Der Gassensor 1 ist in einem Abgaskanal einer Fahrzeugkraftmaschine angebracht, um ein Luft/Kraftstoff- Verhältnis auf der Grundlage einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas zu erfassen. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines in einer Brennkammer der Fahrzeugkraftmaschine eingeführten Gasgemisches wird auf der Grundlage des Erfassungswertes des Gassensors 1 gesteuert.
Wie dies in der Fig. 1 gezeigt ist, ist an der entfernten Endseite des Gehäuses 10 die Abdeckung 13 an der Messgasseite angebracht, die aus einer äußeren Abdeckung 131 und einer inneren Abdeckung 132 besteht, welche zusammen einen doppellagigen Aufbau bilden. Jede der Abdeckungen 131 und 132hat Gaslöcher 130 zum Einführen des zu messenden Abgases von dem Abgaskanal der Fahrzeugkraftmaschine. Wenn das Abgas durch die Gaslöcher 130 in die innere Abdeckung 132 eingeführt wird, dann bildet es eine Messgasatmosphäre 141, der das entfernte Ende des Gasfühlerelementes 15 ausgesetzt ist.
Darüber hinaus ist an der körpernahen Endseite des Gehäuses 10 eine Abdeckung 12 an der Luftseite angebracht. Die Abdeckung 12 an der Luftseite hat einen körpernahen Endabschnitt, um den eine äußere Abdeckung 121 über einen Wasserabstoßfilter 122 vorgesehen ist. Sowohl die Abdeckung 12 an der Luftseite als auch die äußere Abdeckung 121 haben Luftlöcher 120 zum Einführen der Luft von der Außenseite. Die Luftlöcher 120 sind an jenem Abschnitt positioniert, an denen der Wasserabstoßfilter 122 vorgesehen ist.
Die Abdeckung 12 an der Luftseite hat eine abgestufte Konfiguration, die hauptsächlich einen Abschnitt mit großem Durchmesser nahe dem Gehäuse 10 und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser entfernt von dem Gehäuse 10 bildet, die durch eine Stufe 129 kontinuierlich ausgebildet sind. Wenn die Luft durch die Luftlöcher 120 in die Abdeckung 12 an der Luftseite eingeführt wird, dann bildet sie eine Luftatmosphäre 142.
Das zylindrische Gehäuse 10 hat zwei Innenzylinderabschnitte 101 und 102, die radial nach innen vorstehen. Die Aufnahmefläche 103, die als eine ringartige Fläche an einem oberen Ende des Innenzylinderabschnittes 101 ausgebildet ist, stützt die abgeschrägte Fläche 33 des steckerartigen Isolators 3 über den metallischen Füllkörper 11. Der metallische Füllkörper 11 besteht aus einem Nickelmaterial mit einer Reinheit von 99%.
Der Abdichtungsaufbau in dem Gassensor 1, der durch den zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und der Aufnahmefläche 103 angeordneten metallischen Füllkörper 11 gebildet wird, trennt die Luftatmosphäre 142 luftdicht von der Messgasatmosphäre 141.
Ein buchsenartiger Isolator 22 ist neben der körpernahen Endseite des Gassensors 1 angeordnet und neben dem steckerartigen Isolator 3 in der axialen Richtung des Gasfühlerelementes 15 ausgerichtet. Eine Scheibenfeder 220 ist zwischen einer ringartigen Fläche an einem oberen Ende des buchsenartigen Isolators 22 und der Stufe 129 der Abdeckung 12 an der Luftseite angeordnet. Insgesamt vier Leitungsanschlüsse 16 sind im Inneren des buchsenartigen Isolators 22 angeordnet, um eine elektrische Verbindung zwischen dem plattenartigen Gasfühlerelement 15 und den Leitungsdrähten 18 vorzusehen.
Das plattenartige Gasfühlerelement 15 hat einen mehrlagigen Aufbau und ist mit einem Heißelement ausgestattet, das in seinem geschichteten Körper eingebettet ist. Auch wenn dies nicht in der Zeichnung gezeigt ist, hat das Gasfühlerelement 15 ein paar Sensorelektroden zum Abgeben eines Sensorsignals und ein paar Leistungselektroden für eine Stromzufuhr zu der eingebauten Heizvorrichtung. Diese Elektroden, das heißt insgesamt vier Elektroden, sind über die Leitungsanschlüsse 16 mit insgesamt vier Leitungsdrähten 18 verbunden, die sich von dem Gassensor 1 weg erstrecken.
Genauer gesagt hat jeder Leitungsanschluss 16 ein körpernahes Ende, das sich über den buchsenartigen Isolator 22 nach oben erstreckt. Das körpernahe Ende, von jedem Leitungsanschluss 16 ist unter Verwendung eines Steckers 17 mit einem entsprechenden Leitungsdraht 18 verbunden. Ein elastisches Isolationselement 23 schließt eine körpernahe Endöffnung der Abdeckung 12 an der Luftseite. Jeder Leitungsdraht 18 erstreckt sich in der axialen Richtung quer zu dem elastischen Isolationselement 23 und steht von dem Gassensor 1 vor.
Wie dies in der Fig. 2A gezeigt ist, hat der steckerartige Isolator 3 einen zylindrischen Keramikkörper bestehend aus dem Abschnitt 31 mit kleinem Durchmesser, der an der entfernten Endseite angeordnet ist, und dem Abschnitt 32 mit großem Durchmesser, der an der körpernahen Endseite angeordnet ist. Der Abschnitt 32 mit großem Durchmesser hat einen Durchmesser, welcher größer ist als jener des Abschnittes 31 mit kleinem Durchmesser. Die abgeschrägte Fläche 33 erstreckt sich radial nach außen von dem Abschnitt 31 mit kleinem Durchmesser zu dem Abschnitt 32 mit großem Durchmesser. Die abgeschrägte Fläche 33 ist kontinuierlich mit einem Eckenabschnitt 34 ausgebildet, welcher an dem obersten Ende der zylindrischen Fläche 310 mit kleinem Durchmesser des Abschnittes 31 mit kleinem Durchmesser vorgesehen ist. Der Eckenabschnitt 34 hat eine gekrümmte oder runde Fläche. Die abgeschrägte Fläche 33 ist kontinuierlich mit einem Eckenabschnitt 35 ausgebildet, der an einem untersten Ende der zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser des Abschnittes 32 mit großem Durchmesser vorgesehen ist. Der Eckenabschnitt 35 ist eine als Phase ausgebildete schräge Fläche. Wie dies in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, ist die abgeschrägte Fläche 33 des steckerartigen Isolators 3 nicht- parallel zu der Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10 ausgebildet.
Wie dies in der Fig. 3 gezeigt ist, kann die nicht-parallele Beziehung zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und der Aufnahmefläche 103 insbesondere durch einen Öffnungswinkel α der abgeschrägten Fläche 33 und einen Öffnungswinkel β der Aufnahmefläche 103 ausgedrückt werden. Der Öffnungswinkel α der abgeschrägten Fläche 33 gegenüber der körpernahen Endseite (d. h. in der nach oben gerichteten Richtung) des Isolators 3 stellt einen Kreuzungswinkel zwischen zwei schrägen Linien A und B (rechts und links) der abgeschrägten Fläche 33 in der Querschnittsansicht entlang der Achse des steckerartigen Isolators 3 dar (d. h. entlang der Achse des Gasfühlerelementes 15). In ähnlicher Weise stellt der Öffnungswinkel β der Aufnahmefläche 103 gegenüber der körpernahen Endseite (d. h. in der nach oben gerichteten Richtung) des Gehäuses 10 einen Kreuzungswinkel zwischen zwei geneigten Linien C und D (rechts und links) der Aufnahmefläche 103 in der Querschnittsansicht entlang der Achse des Gehäuses 10 dar (d. h. entlang der Achse des Gasfühlerelementes 15). Gemäß der vorstehend beschriebenen Definition wird die nicht-parallele Beziehung zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und der Aufnahmefläche 103 durch α > β und α-β = 8° ausgedrückt. Der Winkel zwischen der zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser und der abgeschrägten Fläche 33 ist größer als 90° (d. h. α < 180°). Anders gesagt steht die abgeschrägte Fläche 33 nach außen vor (d. h. zu der entfernten Endseite des steckerartigen Isolators 3) hinsichtlich dem Abschnitt 32 mit großem Durchmesser. Diesbezüglich wird die abgeschrägte Fläche 33 als eine axial nach außen geneigte Fläche bezeichnet.
Wie dies in der Fig. 4 gezeigt ist, hat der metallische Füllkörper 11 eine obere Fläche 111, die in einen Linienkontakt mit dem Außenumfangsabschnitt 331 der abgeschrägten Fläche 33 des steckerartigen Isolators 3 ist.
Darüber hinaus hat der Außenumfangsabschnitt 331 im Wesentlichen eine vollständige Rundheit, wie es in der Fig. 2B gezeigt ist. Die Rundheit wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben.
Der steckerartige Isolator 3 hat ein sich axial erstreckendes Durchgangsloch, in dem das plattenartige Gasfühlerelement 15 eingefügt ist. Das sich axial erstreckende Durchgangsloch ist an dem Abschnitt 32 mit großem Durchmesser radial vergrößert (d. h. an der körpernahen Endseite) des steckerartigen Isolators 3, so dass ein ausreichender Raum zwischen der Innenwand des steckerartigen Isolators 3 und der Außenfläche des plattenartigen Gasfühlerelementes 15 vorgesehen ist. Der Raum zwischen dem steckerartigen Isolator 3 und dem Gasfühlerelement 15 ist mit einem Dichtelement 219 gefüllt, dass aus einem Glasmaterial besteht. Das Dichtelement 219 trennt die Luftatmosphäre 142 luftdicht von der Messgasatmosphäre 141.
Die Anbringung des Gassensors 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird nachfolgend beschrieben.
Zunächst wird das plattenartige Gasfühlerelement 15 in das sich axial erstreckende Loch des steckerartigen Isolators 3 eingefügt. Das Dichtelement 219 wird in den Raum zwischen der Innenwand des Isolators 3 und der Außenfläche des Gasfühlerelementes 15 gestopft. Durch das Dichtelement 219 sind der Isolator 3 und das Gasfühlerelement 15 fest aneinander befestigt. Als nächstes wird der metallische Füllkörper 11 an der Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10 angeordnet. Der steckerartige Isolator 3 wird in das Gehäuse 10 so eingefügt, dass die abgeschrägte Fläche 33 des steckerartigen Isolators 3 über den metallischen Füllkörper 11 an der Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10 gestützt wird.
Der buchsenartige Isolator 22, der die Leitungsanschlüsse 16 aufnimmt, und die Scheibenfeder 220 sind im Inneren der Abdeckung 12 an der Luftseite angeordnet. In diesem Fall werden die jeweiligen Leitungsanschlüsse 16 mit den entsprechenden Leitungsdrähten 18 verbunden, um so einen elektrischen Strom vorzusehen, der sich zu den Elektrodenanschlüssen des plattenartigen Gasfühlerelementes 15 erstreckt.
Dann wird das entfernte Ende (d. h. das untere Ende) des buchsenartigen Isolators 22 in einen Kontakt mit dem entfernten Ende (d. h. das obere Ende) des steckerartigen Isolators 3 gebracht, während eine Druckkraft auf die Stufe 129 der Abdeckung 12 an der Luftseite aufgebracht wird. Die auf die Stufe 129 aufgebrachte Druckkraft wird zu dem steckerartigen Isolator 3 übertragen und dient somit als eine Kraft zum Sicherstellen der Abdichtung des metallischen Füllkörpers 11, der zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und der Aufnahmefläche 103 angeordnet ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wirkt eine Druckkraft von 5,89 kN auf den metallischen Füllkörper 11, der zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und der Aufnahmefläche 103 angeordnet ist.
Dann wird die Öffnung an dem entfernten Ende der Abdeckung 12 an der Luftseite um das körpernahe Ende des Gehäuses 10 gekoppelt. Der sich überlappende Abschnitt wird verschweißt.
Dann wird die Abdeckung 13 an der Messgasseite angebracht und mit dem entfernten Ende des Gehäuses 10 verschweißt.
Während der Anbringung des Gassensors 1 wird der metallische Füllkörper 11 zwangsläufig gegen die abgeschrägte Fläche 33 des steckerartigen Isolators 3 gedrückt. Durch diesen Druckvorgang verformt sich der metallische Füllkörper 11 derart, dass der zu der Welligkeit der Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10 passt. Daher gelangt der metallische Füllkörper 11 in einen Flächenkontakt mit der Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10.
Andererseits gelangt die abgeschrägte Fläche 33 des steckerartigen Isolators 3 in einen Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper 11 entlang dem Außenumfangsabschnitt 331.
Die Rundheit des Außenumfangsabschnittes 331 des steckerartigen Isolators 3 wurde in der folgenden Art und Weise experimentell gemessen.
Zunächst wurden insgesamt 22 Testmuster des vorstehend beschriebenen steckerartigen Isolators 3 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel vorbereitet. Für jedes Testmuster wurde eine Messung durchgeführt, um einen maximalen Durchmesser und einen minimalen Durchmesser des Außenumfangsabschnittes 331 zu messen (siehe Fig. 2B).
Die Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung der Rundheit (d. h. das berechnete Ergebnis hinsichtlich der gemessenen Größen) des Außenumfangsabschnittes 331 auf der Grundlage der getesteten Muster. Die Fig. 5 zeigt außerdem die Rundheit eines mittleren Umfangsabschnittes (d. h. ein runder Referenzabschnitt, der durch die radiale Mitte hindurchtritt) der abgeschrägten Fläche 33.
Wie dies aus dem in der Fig. 5 gezeigten Ergebnis ersichtlich ist, hat die Rundheit des Außenumfangsabschnittes 331 eine kleine Streuung. Andererseits hat die Rundheit des mittleren Umfangsabschnittes, der durch die radiale Mitte der abgeschrägten Fläche 33 hindurchtritt, eine große Streuung.
Als nächstes wurde die Dichtungseigenschaft des Gassensors 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel in der folgenden Art und Weise gemessen.
Jeder getestete Gassensor 1 wurde in einem Messgerät gemäß der Fig. 6 eingebaut, um das Austreten von Luft oder einem Gas zwischen der Luftatmosphäre 142 und der Messgasatmosphäre 141 zu messen.
Das in der Fig. 6 gezeigte Messgerät besteht hauptsächlich aus einer Austrittsmengenmessvorrichtung 72, die mit einem Ventil 71 ausgestattet ist, welches die dem Testgassensor 1 zugeführte Luftmenge steuert, einer Gassensorhaltevorrichtung 74 zum Halten des Testgassensors 1 in einer aufrechten Position mit einem Innenraum zum hermetischen Aufnehmen der körpernahen Endseite des Testgassensors 1, und einem Ventil 73, das in einem Rohr vorgesehen ist, welches die Austrittsmengenmessvorrichtung 72 mit einem Innenraum der Gassensorhaltevorrichtung 74 verbindet.
Im Folgenden wird das Messverfahren im Einzelnen beschrieben.
Der Testgassensor 1 wird an der Gassensorhaltevorrichtung 74 so angebracht, dass er die Luftatmosphäre 142 von der Messgasatmosphäre 141 luftdicht trennt. In diesem Zustand sind sowohl das Ventil 71 als auch das Ventil 73 geöffnet, um die Luft in den Innenraum (d. h. einen Luftbehälter 740) der Gashaltevorrichtung 74 zuzuführen. Ein Gummifüllkörper 741 ist entlang einem oberen Öffnungsumfang des Luftbehälters 740 vorgesehen und dichtet den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 10 des Testgassensors 1 und der Gashaltevorrichtung 74 luftdicht ab.
Wenn die Abdichtung zwischen dem steckerartigen Isolator 3 und dem metallischen Füllkörper 11 unzureichend ist, dann tritt die in den Luftbehälter 740 eingeführte Luft entlang dem in der Fig. 6 gezeigten Pfeil aus, während der Druck in dem Luftbehälter 740 im Laufe der Zeit abfällt.
Dieses Messgerät wurde zum Erfassen einer Druckreduzierung verwendet, die in dem Luftbehälter 740 während einer Zeit von 10 Sekunden auftritt, nachdem eine vorbestimmte Luftmenge (4 atms) in den Luftbehälter 740 zugeführt wurde.
Die Austrittsmenge (die durch eine Einheit cm³/Minute definiert ist) wurde auf der Grundlage der erfassten Druckreduzierung in dem Luftbehälter 740 erhalten. Vor dieser Messung wurde sichergestellt, dass kein Luft- oder Gasaustritt in den anderen Abschnitten auftritt.
Die Testmuster des Gassensors 1, die bei der vorstehend beschriebenen Austrittsmessung verwendet wurden, werden in sechs Typen von 145°, 149°, 152°, 155°, 159° und 164° hinsichtlich des Öffnungswinkels β der Aufnahmefläche 103 klassifiziert, obwohl der Öffnungswinkel α der abgeschrägten Fläche 33 auf 160° fixiert war.
Insgesamt wurden 20 Testmuster für jeden Typ hinsichtlich des Öffnungswinkels β der Aufnahmefläche 103 vorbereitet. Die Fig. 7 zeigt das Ergebnis der Austrittsmessung.
Wie dies in der Fig. 7 gezeigt ist, kann die Austrittsmenge auf ein Niveau unter 10 cm³/Minute unterdrückt werden, wenn die Differenz zwischen dem Öffnungswinkel α der abgeschrägten Fläche 33 und dem Öffnungswinkel β der Aufnahmefläche 103, 5° überschreitet. Dies wird im Voraus geprüft, so dass keine nachteilige Beeinflussung auf die Gasfühlerfunktion ausgeübt wird, wenn die Austrittsmenge kleiner als 10 cm³/Minute ist.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat die folgenden Funktionen und Wirkungen.
Der Gassensor 1 hat die abgeschrägte Fläche 33 mit dem Außenumfangsabschnitt 331. Der Außenumfangsabschnitt 331 hat eine bessere Rundheit verglichen mit dem anderen Bereich der abgeschrägten Fläche 33 (siehe Fig. 5). Der Außenumfangsabschnitt 331 ist in einem Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper 11, wodurch eine ausgezeichnete und stabile Abdichtung dazwischen vorgesehen wird.
Der Öffnungswinkel α der abgeschrägten Fläche 33 beträgt 160°. Der Öffnungswinkel β der Aufnahmefläche 103 beträgt 152°. Eine Winkeldifferenz (α-β) zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und der Aufnahmefläche 103 beträgt 8°. Der Winkel zwischen der zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser und der abgeschrägten Fläche 33 ist größer als 90° (d. h. α < 180°), so dass die abgeschrägte Fläche 33 hinsichtlich des Abschnittes 32 mit großem Durchmesser nach außen vorsteht (d. h. zu der entfernten Endseite des steckerartigen Isolators 3). Die abgeschrägte Fläche 33 ist somit axial nach außen hinsichtlich des Abschnittes 32 mit großem Durchmesser geneigt. Die abgeschrägte Fläche 33 des Isolators 3 ist mit der Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10 in einer nicht-parallelen Beziehung.
Somit gewährleistet die vorliegende Erfindung eine ausgezeichnete Abdichtungseigenschaft durch einen stabilen Linienkontakt zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und dem metallischen Füllkörper 11.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, sieht die vorliegenden Erfindung einen Gassensor vor, der eine ausgezeichnete Abdichtungseigenschaft zwischen dem steckerartigen Isolator und dem Gehäuse gewährleisten kann, indem ausschließlich der metallische Füllkörper verwendet wird.
Die Fig. 8 zeigt einen anderen Gassensor 19 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der in der Fig. 8 gezeigte Gassensor 19 unterscheidet sich von dem in der Fig. 1 gezeigten Gassensor 1 darin, dass der steckerartige Isolator 3 und der buchsenartige Isolator 22 zu einem einzigen buchsenartigen Isolator 3a abgewandelt sind. Zwei Ringe 151 und 152 sind fortlaufend und in Reihe in der axialen Richtung des Gasfühlerelementes 15 angeordnet und um das Gasfühlerelement 15 gekoppelt, um eine luftdichte Abdichtung zwischen der Innenwand des buchsenartigen Isolators 3a und dem Gasfühlerelement 15 vorzusehen.
Der in der Fig. 8 gezeigte Gassensor 19 ist identisch mit dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, wobei die abgeschrägte Fläche des buchsenartigen Isolators 3a über den metallischen Füllkörper 11 an der Aufnahmefläche des Gehäuses 10 gestützt ist.
Der übrige Aufbau des Gassensors 19 ist ähnlich wie der in der Fig. 1 gezeigte Aufbau des Gassensors 1. Somit gewährleistet der in der Fig. 8 gezeigte Gassensor 19 eine ausgezeichnete Dichtungseigenschaft zwischen dem buchsenartigen Isolator 3a und dem Gehäuse 10, die durch einen stabilen Linienkontakt zwischen dem metallischen Füllkörper 11 und dem Außenumfangsabschnitt der abgeschrägten Fläche des buchsenartigen Isolators 3a erreicht wird.

Zweites Ausführungsbeispiel

Der Gassensor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel hat einen ähnlichen Aufbau wie der Gassensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, aber sie unterscheiden sich darin, dass die abgeschrägte Fläche axial nach innen hinsichtlich des Abschnittes 32 mit großem Durchmesser geneigt ist.
Wie dies in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist, erstreckt sich die abgeschrägte Fläche 33 des steckerartigen Isolators 3 von der zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser zu der zylindrischen Fläche 310 mit kleinem Durchmesser. Der Winkel zwischen der zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser und der abgeschrägten Fläche 33 ist kleiner als 90° (d. h. α > 180°). Anders gesagt weicht die abgeschrägte Fläche 33 nach innen zurück (d. h. zu der körpernahen Endseite des Isolators 3) hinsichtlich des Abschnittes 32 mit großem Durchmesser. Diesbezüglich wird die abgeschrägte Fläche 33 als eine axial nach innen geneigte Fläche bezeichnet.
Wie dies in der Fig. 9 gezeigt ist, ist die abgeschrägte Fläche 33 des steckerartigen Isolators 3 insbesondere in einer nichtparallelen Beziehung mit der Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10. Der Öffnungswinkel α der abgeschrägten Fläche 33 gegenüber der körpernahen Endseite (d. h. in nach oben gerichteter Richtung) des Isolators 3 stellt einen Kreuzungswinkel zwischen zwei geneigten Linien A und B (rechts und links) der abgeschrägten Fläche 33 in der Querschnittsansicht entlang der Achse des steckerartigen Isolators 3 dar (d. h. entlang der Achse des Gasfühlerelementes 15). In ähnlicher Weise stellt der Öffnungswinkel β der Aufnahmefläche 103 gegenüber der körpernahen Endseite (d. h. in der nach oben gerichteten Richtung) des Gehäuses 10 einen Kreuzungswinkel zwischen zwei geneigten Linien C und D (rechts und links) der Aufnahmefläche 103 in der Querschnittsansicht entlang der Achse des Gehäuses 10 dar (d. h. entlang der Achse des Gasfühlerelementes 15). Der Öffnungswinkel α der abgeschrägten Fläche 33 beträgt gemäß dem in der Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel 200°. Der Öffnungswinkel β der Aufnahmefläche 103 beträgt 170°. Die nicht-parallele Beziehung zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und der Aufnahmefläche 103 wird durch α > β und α-β = 30° ausgedrückt.
Wie dies in der Fig. 10 gezeigt ist, hat der metallische Füllkörper 11 eine untere Fläche 112, die in einen Flächenkontakt mit der Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10 ist. Der metallische Füllkörper 11 hat eine obere Fläche 111, die in einen Linienkontakt mit einem Außenumfangsabschnitt 331 der abgeschrägten Fläche 33 des steckerartigen Isolators 3 ist.
Ähnlich wie bei dem in der Fig. 2B gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Außenumfangsabschnitt 331 eine im Wesentlichen vollständige Rundheit.
Der übrige Teil des Gassensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen gleich wie der Gassensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Somit hat das zweite Ausführungsbeispiel die selben Funktionen und Wirkungen wie das erste Ausführungsbeispiel.

Drittes Ausführungsbeispiel

Der Gassensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel hat einen ähnlichen Aufbau wie der Gassensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, aber sie unterscheiden sich darin, dass ein Innenumfangsabschnitt der abgeschrägten Fläche 33 in einem Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper 11 ist.
Wie dies in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist, erstreckt sich die abgeschrägte Fläche 33 des steckerartigen Isolators 3 von der zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser zu der zylindrischen Fläche 310 mit kleinem Durchmesser. Der Winkel zwischen der zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser und der abgeschrägten Fläche 33 ist größer als 90° (d. h. α < 180°).
Anders gesagt steht die abgeschrägte Fläche 33 hinsichtlich des Abschnittes 32 mit großem Durchmesser nach außen vor (d. h. zu der entfernten Endseite des Isolators 3). Diesbezüglich wird die abgeschrägte Fläche 33 als eine axial nach außen geneigte Fläche bezeichnet.
Die abgeschrägte Fläche 33 des steckerartigen Isolators 3 ist in einer nicht-parallelen Beziehung mit der Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10.
Wie dies in der Fig. 11 gezeigt ist, stellt der Öffnungswinkel α der abgeschrägten Fläche 33 gegenüber der körpernahen Endseite (d. h. in der nach oben gerichteten Richtung) des Isolators 3 insbesondere einen Kreuzungswinkel zwischen zwei geneigten Linien A und B (rechts und links) der abgeschrägten Fläche 33 in der Querschnittsansicht entlang der Achse des steckerartigen Isolators 3 dar (d. h. entlang der Achse des Gasfühlerelementes 15). In ähnlicher Weise stellt der Öffnungswinkel β der Aufnahmefläche 103 gegenüber der körpernahen Endseite (d. h. in der nach oben gerichteten Richtung) des Gehäuses 10 einen Kreuzungswinkel zwischen zwei geneigten Linien C und D (rechts und links) der Aufnahmefläche 103 in der Querschnittsansicht entlang der Achse des Gehäuses 10 dar (d. h. entlang der Achse des Gasfühlerelementes 15). Der Öffnungswinkel α der abgeschrägten Fläche 33 beträgt gemäß dem in der Fig. 11 gezeigten Ausführungsbeispiel 130°. Der Öffnungswinkel β der Aufnahmefläche 103 beträgt 160°. Die nicht-parallele Beziehung zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und der Aufnahmefläche 103 wird durch α < β und β-α = 30° ausgedrückt.
Wie dies in der Fig. 12 gezeigt ist, hat der metallische Füllkörper 11 eine untere Fläche 112, die in einem Flächenkontakt mit der Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10 ist. Der metallische Füllkörper 11 hat eine obere Fläche 111, die in einem Linienkontakt mit einem Innenumfangsabschnitt 332 der abgeschrägten Fläche 33 des steckerartigen Isolators 3 ist.
Insgesamt wurden 22 Testmuster des vorstehend beschriebenen steckerartigen Isolators 3 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel vorbereitet. Für jedes Testmuster wurden Messungen durchgeführt, um einen maximalen Durchmesser und einen minimalen Durchmesser des Innenumfangsabschnittes 332 zu messen.
Die Fig. 13 zeigt eine graphische Darstellung der Rundheit (d. h. ein berechnetes Ergebnis hinsichtlich der gemessenen Größen) des Innenumfangsabschnittes 332 auf der Grundlage der getesteten Muster. Die Fig. 13 zeigt außerdem die Rundheit eines mittleren Umfangsabschnittes (d. h. eines runden Referenzabschnittes, der durch die radiale Mitte hindurchtritt) der abgeschrägten Fläche 33.
Wie dies aus dem in der Fig. 13 gezeigten Ergebnis ersichtlich ist, hat die Rundheit des Innenumfangsabschnittes 332 eine kleine Streuung. Andererseits hat die Rundheit des mittleren Umfangsabschnittes, der durch die radiale Mitte der abgeschrägten Fläche 33 hindurchtritt, eine große Streuung.
Dem entsprechend hat der Innenumfangsabschnitt 332 eine bessere Rundheit, verglichen mit einem anderen Bereich der abgeschrägten Fläche 33. Der Innenumfangsabschnitt 332 ist in einem Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper 11, wodurch zwischen ihnen eine ausgezeichnete und stabile Abdichtung vorgesehen wird.
Der übrige Teil des Gassensors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist im Wesentliche gleich wie bei dem Gassensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Somit hat das dritte Ausführungsbeispiel die selben Funktionen und Wirkungen wie das erste Ausführungsbeispiel.

Viertes Ausführungsbeispiel

Der Gassensor gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel hat einen ähnlichen Aufbau wie der Gassensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, aber sie unterscheiden sich darin, dass eine geneigte obere Fläche eines metallischen Füllkörpers 11a als eine Aufnahmefläche zum Stützen des steckerartigen Isolators 3 dient.
Wie dies in den Fig. 14 und 15 gezeigt ist, erstreckt sich die abgeschrägte Fläche 33 des steckerartigen Isolators 3 von der zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser zu der zylindrischen Fläche 310 mit kleinem Durchmesser. Der Winkel zwischen der zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser und der abgeschrägten Fläche 33 ist größer als 90° (d. h. α < 180°). Anders gesagt steht die abgeschrägte Fläche 33 hinsichtlich des Abschnittes 32 mit großem Durchmesser vor (d. h. zu der entfernten Endseite des Isolators 3). Diesbezüglich wird die abgeschrägte Fläche 33 als eine axial nach außen geneigte Fläche bezeichnet.
Wie dies in der Fig. 14 gezeigt ist, ist die abgeschrägte Fläche 33 des steckerartigen Isolators 3 insbesondere in eine nicht- parallelen Beziehung mit der oberen Fläche 111 des metallischen Füllkörpers 11a. Der Öffnungswinkel α der abgeschrägten Fläche 33 gegenüber der körpernahen Endseite (d. h. in der nach oben gerichteten Richtung) des Isolators 3 stellt einen Kreuzungswinkel zwischen zwei geneigten Linien A und B (rechts und links) der abgeschrägten Fläche 33 in der Querschnittsansicht entlang der Achse des steckerartigen Isolators 3 dar (d. h. entlang der Achse des Gasfühlerelementes 15). In ähnlicher Weise stellt der Öffnungswinkel β der geneigten oberen Fläche 111 des metallischen Füllkörpers 11a gegenüber der körpernahen Endseite (d. h. in der nach oben gerichteten Richtung) des Gehäuses 10 einen Kreuzungswinkel zwischen zwei geneigten Linien C und D (rechts und links) der geneigten oberen Fläche 111 des metallischen Füllkörpers 11a in der Querschnittsansicht entlang der Achse des Gehäuses 10 dar (d. h. entlang der Achse des Gasfühlerelementes 15). Der Öffnungswinkel α der abgeschrägten Fläche 33 gemäß dem in der Fig. 14 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt 160°. Der Öffnungswinkel β der geneigten oberen Fläche 111 des metallischen Füllkörpers 11a beträgt 150°. Die nicht-parallele Beziehung zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und der Aufnahmefläche (d. h. der geneigten oberen Fläche 111 des metallischen Füllkörpers 11a) wird durch α > β und α-β = 10° ausgedrückt.
Wie dies in der Fig. 15 gezeigt ist, hat der metallische Füllkörper 11a eine untere Fläche 112, die in einem Flächenkontakt mit der Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10 ist. Die geneigte obere Fläche 111 des metallischen Füllkörpers 11a ist in einem Linienkontakt mit einem Außenumfangsabschnitt 331 der abgeschrägten Fläche 33 des steckerartigen Isolators 3.
Ähnlich wie bei dem in der Fig. 2B gezeigten ersten Ausführungsbeispiel hat der Außenumfangsabschnitt 331 eine im Wesentlichen vollständige Rundheit.
Der übrige Teil des Gassensors gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen gleich wie bei dem Gassensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Somit hat das vierte Ausführungsbeispiel die selben Funktionen und Wirkungen wie das erste Ausführungsbeispiel.

Funktionen und Wirkungen durch bestimmte Merkmale

Wie dies vorstehend beschrieben ist, sieht die vorliegende Erfindung einen ersten Gassensor 1 einschließlich eines Gasfühlerelementes 15, das sich in eine Längsrichtung des Gassensors 1 erstreckt, eines zylindrischen Isolators mit einem Durchgangsloch, in das das Gasfühlerelement 15 luftdicht eingefügt ist, und eines zylindrischen Gehäuses 10 vor, das den zylindrischen Isolator 3 über einen ringartigen metallischen Füllkörper 11 luftdicht stützt. Gemäß dem ersten Gassensor 1 ist eine ringartige Aufnahmefläche 103 an einer Innenwand des Gehäuses 10 vorgesehen, um den Isolator 3 über den metallischen Füllkörper 11 zu stützen. Die ringartige Aufnahmefläche 103 erstreckt sich in einer radialen Richtung in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich einer Achse des Gasfühlerelementes 15. Der Isolator 3 hat einen Abschnitt 31 mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt 32 mit großem Durchmesser, die in einer axialen Richtung des Isolators kontinuierlich ausgerichtet sind. Ein Durchmesser des Abschnittes 32 mit großem Durchmesser ist größer als ein Durchmesser des Abschnittes 31 mit kleinem Durchmesser. Eine Außenzylinderfläche des Isolators 3 hat eine zylindrische Fläche 310 mit kleinem Durchmesser, die sich parallel zu der A Achse des Gasfühlerelementes 15 erstreckt, eine abgeschrägte Fläche 33 und eine zylindrische Fläche 320 mit großem Durchmesser, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes 15 erstreckt. Die abgeschrägte Fläche 33 erstreckt sich radial nach außen in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich der Achse des Gasfühlerelementes 15 von der zylindrischen Fläche 310 mit kleinem Durchmesser zu der zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser. Außerdem ist ein Außenumfangsabschnitt 331 der abgeschrägten Fläche 33 in einem Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper 11, wenn die Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10 die abgeschrägte Fläche 33 über den metallischen Füllkörper 11 stützt.
Die vorliegende Erfindung beschreibt einen zweiten Gassensor einschließlich eines Gasfühlerelementes 15, das sich in einer Längsrichtung des Gassensors 1 erstreckt, eines zylindrischen Isolators 3 mit einem Durchgangsloch, in das das Gasfühlerelement 15 luftdicht eingefügt ist, und eines zylindrischen Gehäuses 10, das den zylindrischen Isolator 3 über einen ringartigen metallischen Füllkörper 11 luftdicht stützt. Gemäß dem zweiten Gassensor ist eine ringartige Aufnahmefläche 103 an einer Innenwand des Gehäuses 10 vorgesehen, um den Isolator 3 über den metallischen Füllkörper 11 zu stützen. Die ringartige Aufnahmefläche 103 erstreckt sich in einer radialen Richtung in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich einer Achse des Gasfühlerelementes 15. Der Isolator 3 hat einen Abschnitt 31 mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt 32 mit großem Durchmesser, die in einer axialen Richtung des Isolators kontinuierlich ausgerichtet sind. Ein Durchmesser des Abschnitts 32 mit großem Durchmesser ist größer als ein Durchmesser des Abschnitts 31 mit kleinem Durchmesser. Eine Außenzylinderfläche des Isolators 3 hat eine zylindrische Fläche 310 mit kleinem Durchmesser, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes 15 erstreckt, eine abgeschrägte Fläche 33 und eine zylindrische Fläche 320 mit großem Durchmesser, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes 15 erstreckt. Die abgeschrägte Fläche 33 erstreckt sich radial nach außen in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich der Achse des Gasfühlerelementes 15 von der zylindrischen Fläche 310 mit kleinem Durchmesser zu der zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser. Außerdem ist ein Innenumfangsabschnitt 323 der abgeschrägten Fläche 33 in einem Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper 11, wenn die Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10 die abgeschrägte Fläche 33 über den metallischen Füllkörper 11 stützt.
Die vorliegende Erfindung beschreibt einen dritten Gassensor einschließlich eines Gasfühlerelementes 15, das sich in einer Längsrichtung des Gassensors 1 erstreckt, eine zylindrischen Isolators 3 mit einem Durchgangsloch, in das das Gasfühlerelement 15 luftdicht eingefügt ist, und eines zylindrischen Gehäuses 10, das den zylindrischen Isolator 3 über einen ringartigen metallischen Füllkörper 11 luftdicht stützt. Gemäß dem dritten Gassensor ist eine ringartige Aufnahmefläche 103 an einer Innenwand des Gehäuses 10 vorgesehen, um den Isolator 3 über den metallischen Füllkörper 11 zu stützen. Die ringartige Aufnahmefläche 103 erstreckt sich in einer radialen Richtung in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich einer Achse des Gasfühlerelementes 15. Der Isolator 3 hat einen Abschnitt 31 mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt 32 mit großem Durchmesser, die in einer axialen Richtung des Isolators kontinuierlich ausgerichtet sind. Ein Durchmesser des Abschnittes 32 mit großem Durchmesser ist größer als ein Durchmesser des Abschnittes 31 mit kleinem Durchmesser. Eine Außenzylinderfläche des Isolators 3 hat eine zylindrische Fläche 310 mit kleinem Durchmesser, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes 15 erstreckt, eine abgeschrägte Fläche 33 und eine zylindrische Fläche 320 mit kleinem Durchmesser, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes 15 erstreckt. Die abgeschrägte Fläche 33 erstreckt sich radial nach außen in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich der Achse des Gasfühlerelementes 15 von der zylindrischen Fläche 310 mit kleinem Durchmesser zu der zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser. Ein Außenumfangsabschnitt 331 der abgeschrägten Fläche 33 ist einem Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper 11, wenn die Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10 die abgeschrägte Fläche 33 über den metallischen Füllkörper 11 stützt. Außerdem ist eine Beziehung zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und der Aufnahmefläche 103 durch α > β und 0° < α-β ≤ 40° ausgedrückt, wobei α einen Öffnungswinkel der abgeschrägten Fläche 33 darstellt, und wobei β einen Öffnungswinkel der Aufnahmefläche 103 darstellt.
Gemäß dem ersten bis dritten Gassensor der vorliegenden Erfindung hat der Außenumfangsabschnitt oder der Innenumfangsabschnitt der abgeschrägten Fläche eine bessere Rundheit verglichen mit einem anderen Bereich der abgeschrägten Fläche. Dementsprechend ist es möglich, den Außenumfangsabschnitt oder den Innenumfangsabschnitt der abgeschrägten Fläche in einem Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper zu bringen. Eine ausgezeichnete und stabile Abdichtung ist zwischen ihnen vorgesehen.
Gemäß dem ersten bis dritten Gassensor hat der zylindrische Isolator 3 den Abschnitt 31 mit kleinem Durchmesser und den Abschnitt 32 mit großem Durchmesser, die einstückig aus einem Keramik- oder vergleichbaren Material beschaffen sind. Die abgeschrägte Fläche 33 ist an einem abgestuften Abschnitt ausgebildet, der zwischen dem Abschnitt 31 mit kleinem Durchmesser und dem Abschnitt 32 mit großem Durchmesser ausgebildet ist, wie dies in den Fig. 1 bis 4 gezeigt ist.
Es ist wünschenswert, eine abgerundete oder gekrümmte Ecke 34 an einem Übergangspunkt von dem Abschnitt 31 mit kleinem Durchmesser zu der abgeschrägten Fläche 33 vorzusehen. Es ist außerdem vorzuziehen, eine schräge Fläche 35 an einem Übergangspunkt von der abgeschrägten Fläche 33 zu dem Abschnitt 32 mit großem Durchmesser vorzusehen, wie dies in der Fig. 4 gezeigt ist.
Die abgeschrägte Fläche 33 kann als eine ringartige Ebene gebildet sein, die sich senkrecht zu der Achse des Gassensors erstreckt. Die abgeschrägte Fläche 33 kann außerdem als eine ringartige Ebene gebildet sein, die hinsichtlich der Achse des Gassensors geneigt ist. Der Öffnungswinkel α der abgeschrägten Fläche 33 beträgt im erstgenannten Fall 180°.
Der Außenumfangsabschnitt 331 ist in dem Eckenabschnitt (d. h. an einem Übergangsbereich), der die abgeschrägte Fläche 33 mit der zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser verbindet. Wenn der Eckenabschnitt mit einer Phase versehen ist, um so eine schräge Fläche vorzusehen, dann befindet sich der Außenumfangsabschnitt 331 radial im Inneren der zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser, wie dies in der Fig. 4 gezeigt ist.
Der Innenumfangsabschnitt 332 ist in dem Eckenabschnitt (d. h. einem Übergangsbereich), der die zylindrische Fläche 310 mit kleinem Durchmesser mit der abgeschrägten Fläche 33 verbindet. Wenn der Eckenabschnitt gekrümmt ist, dann ist der Innenumfangsabschnitt 332 ein Abschlussende des Eckenabschnittes, der sich radial außerhalb der zylindrischen Fläche 310 mit kleinem Durchmesser befindet, wie dies in der Fig. 12 gezeigt ist.
Der metallische Füllkörper 11 ist ein ringartiges Element mit einem Durchgangsloch, in das der Abschnitt 31 mit kleinem Durchmesser des Isolators 3 eingefügt ist. Der Querschnitt des metallischen Füllkörpers 11 besteht aus zwei rechteckigen Bereichen, die hinsichtlich ihrer Achsen symmetrisch sind. Die obere Fläche 111 des metallischen Füllkörpers 11 ist in einem Kontakt mit der abgeschrägten Fläche 33 des Isolators 3. Die untere Fläche 112 des metallischen Füllkörpers 11 ist in einen Kontakt mit der Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10. Es ist vorzuziehen, dass die obere Fläche 111 parallel zu der unteren Fläche 112 ist. Jedoch ist es außerdem möglich, die obere Fläche 111 und die untere Fläche 112 in einer nicht-parallelen Beziehung auszubilden.
Das Gehäuse 10 ist ein metallisches, zylindrisches Gehäuse. Die Aufnahmefläche 103 ist an der Innenwand des Gehäuses 10 vorgesehen. Die Aufnahmefläche 103 ist als ein abgestufter Abschnitt konfiguriert, der radial nach innen zum Stützen des Isolators 3 bevorsteht.
Das Gasfühlerelement 15 hat eine Elektrode an der Messgasseite, die einem Messgas ausgesetzt ist, und eine Referenzelektrode, die der Luft ausgesetzt ist, welche als ein Referenzgas dient. Das Gasfühlerelement 15 erzeugt ein elektrisches Signal, das die Konzentration eines bestimmten Gases darstellt, welches in dem Messgas enthalten ist, auf der Grundlage eines Ionenstromes oder einer elektrischen Potentialdifferenz, die zwischen der Elektrode an der Messgasseite und der Referenzelektrode auftritt. Das Gasfühlerelement 15 besteht aus einer Vielzahl fester elektrischer Substrate und Isoliersubstrate, die so geschichtet sind, dass sie einen mehrlagigen Aufbau bilden. Es ist vorzuziehen, dass das Gasfühlerelement 15 eine Heizvorrichtung einstückig integriert.
Das Gasfühlerelement 15 misst zum Beispiel eine Sauerstoffkonzentration, eine Nox-Konzentration, eine CO- Konzentration, eine HC-Konzentration oder dergleichen. Es ist außerdem möglich, dass das Gasfühlerelement 15 gleichzeitig eine Vielzahl von verschiedenen Gaskonzentrationen misst.
Der erste bis dritte Gassensor ist in dem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs eingebaut, um die Verbrennung der Kraftmaschine zu steuern.
Gemäß dem dritten Gassensor werden der Öffnungswinkel α der abgeschrägten Fläche 33 und der Öffnungswinkel β der Aufnahmefläche 103 durch α > β beziehungsweise 0° < α-β ≤ 40° ausgedrückt. Durch die Festlegung dieser Beziehung ist es wirksam, den Linienkontakt zwischen dem Außenumfangsabschnitt 331 des Isolators 3 und dem metallischen Füllkörper 11 zu gewährleisten, wodurch zwischen diesen eine ausgezeichnete und zuverlässige Abdichtung bewirkt wird.
Falls die Öffnungswinkeldifferenz (α-β) 40° überschreitet, dann würde der Isolator 3 übermäßig in den metallischen Füllkörper 11 schneiden, wodurch der metallische Füllkörper 11 beschädigt werden würde.
Gemäß dem dritten Gassensor ist es vorzuziehen, dass der Öffnungswinkel β der Aufnahmefläche 103 in einem Bereich von 144° bis 157° liegt, wenn der Öffnungswinkel α der abgeschrägten Fläche 33 auf 160° bestimmt ist.
Falls der Öffnungswinkel β größer als 157° ist, dann kann der metallische Füllkörper 11 in unerwünschter Weise verformt werden und einen ausreichenden Linienkontakt nicht aufrechterhalten, so dass die Dichtungseigenschaft dementsprechend verschlechtert ist.
Falls der Öffnungswinkel β kleiner als 144° ist, dann würde sich eine, senkrecht auf die Gehäusefläche wirkende Kraft verringern. Anders gesagt wird die Kraft zum Drücken des metallischen Füllkörpers 11 auf das Gehäuse 10 klein. Der Verlust wird ansteigen.
Darüber hinaus wird die Kontaktfläche zwischen der Aufnahmefläche 103 und dem metallischen Füllkörper 11 zum Beispiel aufgrund eines Zwischenraumes klein, der an der Innenumfangsseite des metallischen Füllkörpers 11 auftritt. Dieses reduziert die abdichtbare radial Größe, und infolge dessen wird die Abdichtungseigenschaft aufgrund Korrosion verschlechtert, wenn der metallische Füllkörper 11 dem Messgas ausgesetzt wird. Darüber hinaus würde dies eine Oberflächenspannung erhöhen, d. h. einen an der unteren Fläche 112 des metallischen Füllkörpers 11 wirkenden Druck. Ein Kriechen des metallischen Füllkörpers 11 würde dann auftreten.
Weiter bevorzugt ist der Öffnungswinkel β der Aufnahmefläche 103 in einem Bereich von 145° bis 155°. Der beste Bereich des Öffnungswinkels β der Aufnahmefläche 103 ist zwischen 149° und 151°, wenn der Öffnungswinkel α der abgeschrägten Fläche 33 auf 160° bestimmt ist.
Gemäß dem ersten Gassensor ist es vorzuziehen, dass die abgeschrägte Fläche 33 des Isolators 3 in einer nicht-parallelen Beziehung mit der Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10 ist.
Durch diesen Aufbau wird der Außenumfangsabschnitt 331 des Isolators 3 sicher in einen Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper 11 gebracht, um zwischen diesen eine stabile und ausgezeichnete Abdichtung vorzusehen.
Es ist außerdem vorzuziehen, dass die abgeschrägte Fläche 33 des Isolators 3 axial nach außen hinsichtlich des Abschnittes 32 mit großem Durchmesser vorsteht, und dass die nicht-parallele Beziehung zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und der Aufnahmefläche 103 durch α > β und 5° ≤ α-β ≤ 20° ausgedrückt ist, wobei α den Öffnungswinkel der abgeschrägten Fläche 33 darstellt und β den Öffnungswinkel der Aufnahmefläche 103 darstellt.
Wie dies unter Bezugnahme auf die Fig. 3 beschrieben ist, ist der Öffnungswinkel α; β der körpernahen Endseite des Gassensors 1 zugewandt und als ein Kreuzungswinkel zwischen zwei geneigten Linien A, B; C, D einer objektiven Fläche 33; 103 in einer Querschnittsansicht entlang der Achse des Gasfühlerelementes 15 definiert.
Wenn die abgeschrägte Fläche 33 des Isolators 3 axial nach außen hinsichtlich des Abschnittes 32 mit großem Durchmesser vorsteht, dann ist der Winkel zwischen der zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser und der abgeschrägten Fläche 33 größer als 90°. Anders gesagt ist der Öffnungswinkel α kleiner als 180°, wie dies aus den Fig. 3, 11 und 14 ersichtlich ist. Das Festlegen dieser Beziehung bewirkt den Linienkontakt zwischen dem Isolator 3 und dem metallischen Füllkörper 11, wodurch zwischen diesen eine ausgezeichnete und zuverlässige Abdichtung vorgesehen wird.
Falls die Öffnungswinkeldifferenz (α-β) kleiner als 5° ist, dann ist die abgeschrägte Fläche 33 im Wesentlichen in einer parallelen Beziehung mit der Aufnahmefläche 103, und es ist schwierig, einen ausreichenden Linienkontakt vorzusehen. Falls die Öffnungswinkeldifferenz (α-β) größer als 20° ist, dann verringert sich die senkrecht auf den metallischen Füllkörper 11 wirkende Kraft. Anders gesagt ist die Kraft zum Drücken des metallischen Füllkörpers 11 auf das Gehäuse 10 klein. Die Abdichtungseigenschaft wird verschlechtert.
Außerdem ist vorzuziehen, dass sich die abgeschrägte Fläche 33 des Isolators 3 axial nach innen hinsichtlich des Abschnittes 32 mit großem Durchmesser zurückzieht, und dass die nicht-parallele Beziehung zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und der Aufnahmefläche 103 durch α > β und 0°< α-β ≤ 40° ausgedrückt wird.
Wenn sich die abgeschrägte Fläche 33 des Isolators 3 axial nach innen hinsichtlich des Abschnittes 32 mit großem Durchmesser zurückzieht, dann ist der Winkel zwischen der zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser und der abgeschrägten Fläche 33 kleiner als 90°. Anders gesagt ist der Öffnungswinkel α größer als 180°, wie dies in der Fig. 9 ersichtlich ist. Das Festlegen dieser Beziehung bewirkt den Linienkontakt zwischen dem Isolator 3 und dem metallischen Füllkörper 11, wodurch zwischen diesen eine ausgezeichnete und zuverlässige Abdichtung vorgesehen wird.
Falls die Öffnungswinkeldifferenz (α-β) größer als 40° ist, dann würde der Isolator 3 übermäßig in den metallischen Füllkörper 11 schneiden, und der metallische Füllkörper 11 würde beschädigt werden.
Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass der Öffnungswinkel β der Aufnahmefläche 103 in dem Bereich von 144° bis 157° ist, wenn der Öffnungswinkel α der abgeschrägten Fläche 33 auf 160° bestimmt ist.
Falls der Öffnungswinkel β größer als 157° ist, dann kann der metallische Füllkörper 11 in nicht erwünschter Weise verformt werden und einen ausreichenden Linienkontakt nicht aufrechterhalten, und dementsprechend verschlechtert sich die Abdichtungseigenschaft.
Falls der Öffnungswinkel β kleiner als 144° ist, dann verringert sich die senkrecht auf die Gehäusefläche wirkende Kraft. Anders gesagt wird die Kraft zum Drücken des metallischen Füllkörpers 11 auf das Gehäuse 10 klein. Der Verlust wird größer.
Darüber hinaus wird die Kontaktfläche zwischen der Aufnahmefläche 103 und dem metallischen Füllkörper 11 zum Beispiel aufgrund eines Zwischenraumes klein, der an der Innenumfangsseite des metallischen Füllkörpers 11 auftritt. Dies reduziert die abdichtbare radiale Größe, und infolge dessen wird die Abdichtungseigenschaft aufgrund Korrosion verschlechtert, wenn der metallische Füllkörper 11 dem Messgas ausgesetzt wird. Darüber hinaus wird dadurch eine Oberflächenspannung erhöht, d. h. der an der unteren Fläche 112 des metallischen Füllkörpers 11 wirkende Druck. Ein Kriechen des metallischen Füllkörpers 11 würde auftreten.
Insbesondere ist der Öffnungswinkel β der Aufnahmefläche 103 in einem Bereich von 145° bis 155°. Der beste Bereich des Öffnungswinkels β der Aufnahmefläche 103 ist zwischen 149° und 151°, wenn der Öffnungswinkel α der abgeschrägten Fläche 33 auf 160° bestimmt ist.
Gemäß dem zweiten Gassensor ist es vorzuziehen, dass die abgeschrägte Fläche 33 des Isolators 3 mit der Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10 in einer nicht-parallelen Beziehung ist.
Durch diesen Aufbau ist der Innenumfangsabschnitt 332 des Isolators 3 sicher in einem Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper 11, um zwischen diesen eine stabile und ausgezeichnete Abdichtung vorzusehen.
Es ist außerdem vorzuziehen, dass die abgeschrägte Fläche 33 des Isolators 3 axial nach außen hinsichtlich des Abschnittes 32 mit großem Durchmesser vorsteht, und dass die nicht-parallele Beziehung zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und der Aufnahmefläche 103 durch α < β und 5° ≤ β-α ≤ 40° ausgedrückt ist.
Die Festlegung dieser Beziehung bewirkt den Linienkontakt zwischen dem Isolator 3 und dem metallischen Füllkörper 11, wodurch zwischen diesen eine ausgezeichnete und zuverlässige Abdichtung vorgesehen wird.
Falls die Öffnungswinkeldifferenz (α-β) kleiner als 5° ist, dann ist die abgeschrägte Fläche 33 in der im Wesentlichen parallelen Beziehung mit der Aufnahmefläche 103, und es ist schwierig, einen ausreichenden Linienkontakt vorzusehen. Falls die Öffnungswinkeldifferenz (α-β) größer als 40° ist, dann verringert sich die senkrecht auf den metallischen Füllkörper 11 wirkende Kraft. Anders gesagt wird die Kraft zum Drücken des metallischen Füllkörpers 11 an das Gehäuse 10 klein. Die Abdichtungseigenschaft wird verschlechtert.
Es ist vorzuziehen, dass eine Breite des Linienkontaktes in einem Bereich von 10 µm bis 100 µm ist.
Dies gewährleistet einen stabilen und ausgezeichneten Linienkontakt zwischen dem Isolator 3 und dem metallischen Füllkörper 10.
Falls die Breite des Linienkontaktes kleiner als 10 µm ist, dann ist der Linienkontakt zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und dem metallischen Füllkörper 11 instabil. Falls die Breite des Linienkontaktes größer als 100 µm ist, dann verschlechtert sich die örtliche Rundheit des Linienkontaktes zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und dem metallischen Füllkörper 11. Die Abdichtungseigenschaft wird unzureichend.
Es ist vorzuziehen, dass der Linienkontakt zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und dem metallischen Füllkörper ringartig ist, und dass zumindest 98% des ringartigen Linienkontaktes kontinuierlich ist.
Wenn gewährleistet wird, dass der Linienkontakt entlang eines vollständigen Kreises zumindest zu 98% kontinuierlich ist, dann wird eine ausreichende Abdichtung zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und dem metallischen Füllkörper 11 bewirkt, obwohl nicht gesagt werden muss, dass der beste Linienkontakt ein vollständiger Kreis ist.
Falls der Linienkontakt kleiner als 98% eines vollständigen Kreises ist, dann wird die Abdichtungseigenschaft unzureichend.
Es ist vorzuziehen, dass ein Vickers-Härte des metallischen Füllkörpers 11 in einem Bereich von 50 HV bis 200 HV liegt.
Durch diese Festlegung kann sich der metallische Füllkörper 11 adäquat verformen, um unerwünschte Zwischenräume zwischen dem metallischen Füllkörper 11 und dem Isolator 3 oder dem Gehäuse 10 zu beseitigen. Somit ist es möglich, eine ausgezeichnete Abdichtungseigenschaft zu erhalten.
Wenn die Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10 eine Welligkeit aufweist, dann kann sich der metallische Füllkörper 11 mit der Vickers-Härte im Bereich von 50 HV bis 200 HV entlang der welligen Oberfläche verformen. Somit ist es möglich, kleine Zwischenräume zu beseitigen, die zwischen dem metallischen Füllkörper 11 und der Aufnahmefläche 103 des Gehäuses 10 ausgebildet sind. Die Abdichtungseigenschaft kann verbessert werden.
Falls die Vickers-Härte des metallischen Füllkörpers 11 kleiner als 50 HV ist, dann ist der metallische Füllkörper 11 zu weich, als dass er für einen stabilen Linienkontakt zwischen der abgeschrägten Fläche 33 und dem metallischen Füllkörper 11 sorgt.
Falls die Vickers-Härte des metallischen Füllkörpers 11 größer als 50 HV beträgt, dann ist der metallische Füllkörper 11 zu hart, als dass er die unerwünschten Zwischenräume beseitigt, die zwischen dem metallischen Füllkörper 11 und dem Gehäuse 10 ausgebildet sind. Die Abdichtungseigenschaft wird verschlechtert.
Der metallische Füllkörper 11 besteht aus einem Element aus reinem Nickel. Jedoch ist es möglich, ein korrosionsbeständiges Material wie zum Beispiel Titan, eine Nickellegierung oder Edelstahl zu verwenden, um den metallischen Füllkörper 11 auszubilden. Es ist auch möglich, ein beschichtetes Material wie zum Beispiel nickel- oder kupferbeschichteten Edelstahl zu verwenden.
Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass der metallische Füllkörper 11 eine Dicke von 0,1 mm oder mehr aufweist. Diese Festlegung sieht einen stabilen Linienkontakt vor und gewährleistet eine ausgezeichnete Dichtungseigenschaft.
Es ist vorzuziehen, dass der Außenumfangsabschnitt 331 oder der Innenumfangsabschnitt 332 der abgeschrägten Fläche 33 eine ringartige Form mit einer Rundheit gleich wie oder kleiner als 0,1 aufweist, wenn die Rundheit durch (maximaler Durchmesser des Ringes - minimaler Durchmesser des Ringes)/2 definiert ist.
Durch diese Festlegung kann der Außenumfangsabschnitt 331 oder der Innenumfangsabschnitt 332 der abgeschrägten Fläche 33 sicher in einen Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper 11 gebracht werden. Dadurch ist es möglich, eine ausgezeichnete Abdichtung zwischen dem Isolator 3 und dem metallischen Füllkörper 11 vorzusehen.
Falls die Dicke größer als 0,1 beträgt, dann ist es schwierig, einen stabilen Linienkontakt zu erhalten.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Definition beträgt die Rundheit 0, wenn der Umfangsabschnitt eine vollständige Rundheit aufweist.
Ein Isolator 3 ist über einen ringartigen metallischen Füllkörper 11 an einem zylindrischen Gehäuse 10 luftdicht gestützt und hat einen Abschnitt 31 mit kleinem Durchmesser sowie einen Abschnitt 32 mit großem Durchmesser. Eine abgeschrägte Fläche 33 erstreckt sich radial nach außen von einer zylindrischen Fläche 310 mit kleinem Durchmesser zu einer zylindrischen Fläche 320 mit großem Durchmesser. Eine Aufnahmefläche 103 ist an einer Innenwand des Gehäuses 10 ausgebildet und stützt die abgeschrägte Fläche 33 über den metallischen Füllkörper 11. Die abgeschrägte Fläche 33 ist in einem Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper 11 an ihrem Außen- oder Innenumfangsabschnitt 331, 332.

Claims

1. Gassensor mit:
einem Gasfühlerelement (15), das sich in einer Längsrichtung des Gassensors (1) erstreckt;
einem zylindrischen Isolator (3) mit einem Durchgangsloch, in das das Gasfühlerelement (15) luftdicht eingefügt ist; und
einem zylindrischen Gehäuse (10), das den zylindrischen Isolator (3) über einen ringartigen metallischen Füllkörper (11) luftdicht stützt, wobei
eine ringartige Aufnahmefläche (103) an einer Innenwand des Gehäuses (10) vorgesehen ist, um den Isolator (3) über den metallischen Füllkörper (11) zu stützen, wobei sich die ringartigen Aufnahmefläche (103) in einer radialen Richtung in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich einer Achse des Gasfühlerelementes (15) erstreckt,
der Isolator (3) einen Abschnitt (31) mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt (32) mit großem Durchmesser aufweist, die in einer axialen Richtung des Isolators kontinuierlich ausgerichtet sind,
ein Durchmesser des Abschnittes (32) mit großem Durchmesser größer ist als ein Durchmesser des Abschnittes (31) mit kleinem Durchmesser,
eine Außenzylinderfläche des Isolators (3) eine zylindrische Fläche (310) mit kleinem Durchmesser, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes (15) erstreckt, eine abgeschrägte Fläche (33) sowie eine zylindrische Fläche (320) mit großem Durchmesser aufweist, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes (15) erstreckt,
die abgeschrägte Fläche (33) sich radial nach außen in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich der Achse des Gasfühlerelementes (15) von der zylindrischen Fläche (310) mit kleinem Durchmesser zu der zylindrischen Fläche (320) mit großem Durchmesser erstreckt, und
ein Außenumfangsabschnitt (331) der abgeschrägten Fläche (33) in einem Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper (11) ist, wenn die Aufnahmefläche (103) des Gehäuses (10) die abgeschrägte Fläche (33) über den metallischen Füllkörper (11) stützt.

2. Gassensor gemäß Anspruch 1, wobei die abgeschrägte Fläche (33) des Isolators (3) in einer nicht-parallelen Beziehung mit der Aufnahmefläche (103) des Gehäuses (10) ist.

3. Gassensor gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die abgeschrägte Fläche (33) des Isolators (3) axial nach außen hinsichtlich des Abschnittes (32) mit großem Durchmesser vorsteht, und wobei die nicht-parallele Beziehung zwischen der abgeschrägten Fläche (33) und der Aufnahmefläche (103) durch α > β und 5° ≤ α-β ≤ 20° ausgedrückt ist, wobei α einen Öffnungswinkel der abgeschrägten Fläche (33) darstellt, und wobei β einen Öffnungswinkel der Aufnahmefläche (103) darstellt.

4. Gassensor gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei sich die abgeschrägte Fläche (33) des Isolators (3) axial nach innen hinsichtlich des Abschnittes (32) mit großem Durchmesser zurückzieht, und wobei die nicht-parallele Beziehung zwischen der abgeschrägten Fläche (33) und der Aufnahmefläche (103) durch α > β und 0° < α-β ≤ 40° ausgedrückt ist, wobei α einen Öffnungswinkel der abgeschrägten Fläche (33) darstellt, und wobei β einen Öffnungswinkel der Aufnahmefläche (103) darstellt.

5. Gassensor mit:
einem Gasfühlerelement (15), das sich in einer Längsrichtung des Gassensors (1) erstreckt;
einem zylindrischen Isolator (3) mit einem Durchgangsloch, in das das Gasfühlerelement (15) luftdicht eingefügt ist; und
einem zylindrischen Gehäuse (10), das den zylindrischen Isolator (3) über einen ringartigen metallischen Füllkörper (11) luftdicht stützt, wobei
eine ringartige Aufnahmefläche (103) an einer Innenwand des Gehäuses (10) vorgesehen ist, um den Isolator (3) über den metallischen Füllkörper (11) zu stützen, wobei sich die ringartige Aufnahmefläche (103) in einer radialen Richtung in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich einer Achse des Gasfühlerelementes (15) erstreckt,
der Isolator (3) einen Abschnitt (31) mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt (32) mit großem Durchmesser aufweist, die in einer axialen Richtung des Isolators kontinuierlich ausgerichtet sind,
ein Durchmesser des Abschnittes (32) mit großem Durchmesser größer ist als ein Durchmesser des Abschnittes (31) mit kleinem Durchmesser,
eine Außenzylinderfläche des Isolators (3) eine zylindrische Fläche (310) mit kleinem Durchmesser, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes (15) erstreckt, eine abgeschrägte Fläche (33) sowie eine zylindrische Fläche (320) mit großem Durchmesser aufweist, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes (15) erstreckt,
die abgeschrägte Fläche (33) sich radial nach außen in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich der Achse des Gasfühlerelementes (15) von der zylindrischen Fläche (310) mit kleinem Durchmesser zu der zylindrischen Fläche (320) mit großem Durchmesser erstreckt, und
ein Innenumfangsabschnitt (332) der abgeschrägten Fläche (33) in einem Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper (11) ist, wenn die Aufnahmefläche (103) des Gehäuses (10) die abgeschrägte Fläche (33) über den metallischen Füllkörper (11) stützt.

6. Gassensor gemäß Anspruch 5, wobei die abgeschrägte Fläche (33) des Isolators (3) in einer nicht-parallelen Beziehung mit der Aufnahmefläche (103) des Gehäuses (10) ist.

7. Gassensor gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die abgeschrägte Fläche (33) des Isolators (3) axial nach außen hinsichtlich des Abschnittes (32) mit großem Durchmesser vorsteht, und wobei die nicht-parallele Beziehung zwischen der abgeschrägten Fläche (33) und der Aufnahmefläche (103) durch α < β und 5° < β-α ≤ 40° ausgedrückt ist, wobei α einen Öffnungswinkel der abgeschrägten Fläche (33) darstellt, und wobei β einen Öffnungswinkel der Aufnahmefläche (103) darstellt.

8. Gassensor mit:
einem Gasfühlerelement (15), das sich in einer Längsrichtung des Gassensors (1) erstreckt;
einem zylindrischen Isolator (3) mit einem Durchgangsloch, in das das Gasfühlerelement (15) luftdicht eingefügt ist; und
einem zylindrischen Gehäuse (10), das den zylindrischen Isolator (3) über einen ringartigen metallischen Füllkörper (11) luftdicht stützt, wobei
eine ringartige Aufnahmefläche (103) an einer Innenwand des Gehäuses (10) vorgesehen ist, um den Isolator (3) über den metallischen Füllkörper (11) zu stützen, wobei sich die ringartige Aufnahmefläche (103) in einer radialen Richtung in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich einer Achse des Gasfühlerelementes (15) erstreckt,
der Isolator (3) einen Abschnitt (31) mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt (32) mit großem Durchmesser aufweist, die in einer axialen Richtung des Isolators kontinuierlich ausgerichtet sind,
ein Durchmesser des Abschnittes (32) mit großem Durchmesser größer ist als ein Durchmesser des Abschnittes (31) mit kleinem Durchmesser,
eine Außenzylinderfläche des Isolators (3) eine zylindrische Fläche (310) mit kleinem Durchmesser, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes (15) erstreckt, eine abgeschrägte Fläche (33) sowie eine zylindrische Fläche (320) mit großem Durchmesser aufweist, die sich parallel zu der Achse des Gasfühlerelementes (15) erstreckt,
die abgeschrägte Fläche (33) sich radial nach außen in einem vorbestimmten Neigungswinkel hinsichtlich der Achse des Gasfühlerelementes (15) von der zylindrischen Fläche (310) mit kleinem Durchmesser zu der zylindrischen Fläche (320) mit großem Durchmesser erstreckt,
ein Außenumfangsabschnitt (331) der abgeschrägten Fläche (33) in einem Linienkontakt mit dem metallischen Füllkörper (11) ist, wenn die Aufnahmefläche (103) des Gehäuses (10) die abgeschrägte Fläche (33) über den metallischen Füllkörper (11) stützt, und
eine Beziehung zwischen der abgeschrägten Fläche (33) und der Aufnahmefläche (103) durch α > β und 0° < α-β ≤ 40° ausgedrückt ist, wobei α einen Öffnungswinkel der abgeschrägten Fläche (33) darstellt, und wobei β einen Öffnungswinkel der Aufnahmefläche (103) darstellt.

9. Gassensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Breite des Linienkontaktes in einem Bereich von 10 µm bis 100 µm liegt.

10. Gassensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Linienkontakt zwischen der abgeschrägten Fläche (33) und dem metallischen Füllkörper (11) ringartig ist, und wobei der ringartige Linienkontakt zumindest zu 98% kontinuierlich ist.

11. Gassensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Vickers-Härte des metallischen Füllkörpers (11) in einem Bereich von 50 HV bis 200 HV liegt.

12. Gassensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Außenumfangsabschnitt (331) oder der Innenumfangsabschnitt (332) der abgeschrägten Fläche (33) eine ringartige Form mit einer Rundheit aufweist, die gleich oder kleiner als 0,1 ist, wenn die Rundheit definiert ist als (maximaler Durchmesser des Ringes - minimaler Durchmesser des Ringes)/2.

13. Gassensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Öffnungswinkel α der abgeschrägten Fläche (33) einen Kreuzungswinkel zwischen zwei geneigten Linien der abgeschrägten Fläche (33) in einer Querschnittsansicht entlang der Achse des Gasfühlerelementes (15) darstellt, und wobei der Öffnungswinkel β der Aufnahmefläche (103) einen Kreuzungswinkel zwischen zwei geneigten Linien der Aufnahmefläche (103) in der Querschnittsansicht entlang der Achse des Gasfühlerelementes (15) darstellt.