DE19622397A1

DE19622397A1 - Elektrische Vorrichtung als Sauerstoffkonzentrationssensor

Info

Publication number: DE19622397A1
Application number: DE19622397A
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Tsuji; Takashi Kojima; Isao Watanabe; Masahiro Hamaya; Minoru Ohta; Naoto Miwa
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2016-06-05
Also published as: DE19622397B8; JP3624526B2; US5900129A; FR2735237B1; DE19622397B4; JPH0954063A; FR2735237A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Vorrichtung als Sauerstoffkonzentrationssensor, die zur Regelung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses oder ähnliches eines Kraftfahrzeugmotors eingesetzt wird.

Ein Sauerstoffkonzentrationssensor, der unten beschrieben wird, ist herkömmlich in einem Abgasrohr oder einem ähnlich zusammengesetzten Teil eines Abgassystems eines Kraftfahrzeugmotors eingebaut gewesen, um ein Luft- /Kraftstoffverhältnis eines Kraftfahrzeugmotors zu regeln.

Ein Sauerstoffkonzentrationssensor umfaßt im allgemeinen ein Sensorelement, das in ein Gehäuse eingefügt ist, eine Schutzabdeckung, die an einem Endabschnitt des Gehäuses angeordnet ist, einen Leitungsdraht, der in die Schutzabdeckung eingefügt ist, und ein elastisches Isolationselement, das innerhalb der Schutzabdeckung angeordnet ist und auch ein Leitungsdrahteinfügeloch zum Aufnehmen des Leitungsdrahtes hat. Der Leitungsdraht, der durch das Leitungsdrahteinfügeloch eingefügt ist, wird in dem oben beschriebenen Leitungsdrahteinfügeloch abgedichtet und befestigt, indem er mit der Schutzabdeckung in der radialen Richtung verstemmt wird (siehe beispielsweise japanische Gebrauchsmuster- Offenlegungsschrift Nr. Hei 2-60864).

In jüngster Zeit ist jedoch die Fixierposition des oben beschriebenen Sauerstoffkonzentrationssensors verändert worden. Beispielsweise wurde er regelmäßig an der stromabwertigen Seite des Abgasrohrs eingebaut. In diesem Fall wird der Sauerstoffkonzentrationssensor mit Wasser vollgespritzt, das durch einen Reifen oder ähnliches während der Fahrt eines Fahrzeugs verdrengt wird, oder er kann in Pfützen eintauchen. Wenn Wasser in das Innere des Sauerstoffkonzentrationssensors aufgrund des Eintauchens oder des Spritzens von Wasser eindringt, werden Störungen und Funktionsstörungen wie beispielsweise eine Verschlechterung der Ausgabe des Sauerstoffkonzentrationssensors und Brüche des Sensorelements aufgrund des Eintauchens oder des Spritzens von Wasser verursacht.

Darüberhinaus hat sich in den letzten Jahren die Anzahl der Sauerstoffkonzentrationssensoren gesteigert, die eine eingebaute Heizvorrichtung zusätzlich zur Herausnahme eines Erdungsdrahtes haben und schichtweise aufgebaute Sauerstoffkonzentrationssensoren, die ein Fühlelement in 2- Zellen-Bauart haben und viele Leitungsdrähte umfassen, kommen vermehrt vor. Da eine große Anzahl der Leitungsdrähte innerhalb der Schutzabdeckung bei diesen Sauerstoffkonzentrationssensoren angeordnet ist, muß eine größere Menge an Leitungsdrahteinfügelöchern in dem elastischen Isolationselement angeordnet werden.

Bei dem elastischen Isolationselement mit den oben beschriebenen vielen Leitungsdrahteinfügelöchern sind zahlreiche dicke und dünne Abschnitte in enger Nachbarschaft zueinander angeordnet. Wenn bei einer derartigen Situation ein Leitungsdraht in das oben beschriebene elastische Isolationselement eingeführt wird und die Schutzabdeckung zum Abdichten und Befestigen des Leitungsdrahtes an dem elastischen Isolationselement verstemmt wird, konzentriert sich eine Druckspannung, die auf das elastische Isolationselement durch das Verstemmen der Schutzabdeckung aufgebracht wird, auf einen dünnen Abschnitt des elastischen Isolationselements, wie beispielsweise eines einfach verformbaren Abschnitts zwischen dem Leitungsdrahteinfügeloch und dem äußeren Umfang des elastischen Isolationselements, so daß die Druckspannung in diesem Abschnitt ansteigt. Andererseits verringert sich der Druck an einem dicken Abschnitt, wie beispielsweise einem Mittenabschnitt, des oben herausgestellten elastischen Isolationselements.

In kurzen Worten kann die Druckspannung, die auf jeden Abschnitt des oben beschriebenen elastischen Isolationselements aufgebracht ist, nicht gleichmäßig sein. Entsprechend hat der Sauerstoffkonzentrationssensor, der das elastische Isolationselement umfaßt, das viele Leitungsdrahteinfügelöcher hat, eine unzureichende Dichtfunktion an einer Kontaktfläche zwischen den Leitungsdrähten und den Leitungsdrahteinfügelöchern. Wenn in diesem Fall der Sauerstoffkonzentrationssensor mit Wasser vollgespritzt wird, kann Wasser einfach in das Innere des Sauerstoffkonzentrationssensor durch die oben beschriebenen Leitungsdrahteinfügelöcher eindringen.

Weiterhin ist die Druckspannung, die auf jeden Abschnitt ausgeübt wird, in einem ungleichmäßigen Zustand auf einem elastischen Isolationselement, das viele Leitungsdrahteinfügelöcher aufweist, wie oben beschrieben wurde. Wenn ein derartiges elastisches Isolationselement hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt wird, wird darauf ein großer Betrag an Druckspannung ausgeübt; dadurch verformt sich dessen Abschnitt in einem großen Maß und verliert auch seine Elastizität und verschleißt, so daß Abschnitte, die in einem solchen Zustand sind, nicht mehr die Leitungsdrahteinfügelöcher und die Leitungsdrähte abdichten können.

Wenn ein oben beschriebener Sauerstoffkonzentrationssensor zur Regelung eines Luft-/Kraftstoffverhältnisses eines Motors eingesetzt wird, kommt die Außentemperatur des Sauerstoffkonzentrationssensors von der Strahlungswärme des Abgasrohrs oder ähnliches, durch das das Abgas mit hoher Temperatur hindurch tritt. Bei der obigen Umgebung ist ein Problem, bei dem das elastische Isolationselement Elastizität in einer solchen Hochtemperaturumgebung verliert, wahrscheinlicher als je zuvor.

Angesichts dieser Probleme hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine elektrische Vorrichtung als einen Sauerstoffkonzentrationssensor zu schaffen, wobei eine hervorragende Dichtfunktion zwischen einem Leitungsdraht und einem Leitungsdrahteinfügeloch vorgesehen ist.

Die obige Aufgabe wird gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung durch die Schaffung einer elektrischen Vorrichtung als ein Sauerstoffkonzentratinssensor erreicht, der ein Sensorelement, das in einem Gehäuse angeordnet ist, eine Schutzabdichtung, die an einem Endabschnitt des Gehäuses angeordnet ist, einen Leitungsdraht, der in die Schutzabdeckung eingefügt ist, und ein elastisches Isolationselement umfaßt, das in der Schutzabdeckung angeordnet ist und auch ein Leitungsdrahteinfügeloch aufweist, um den Leitungsdraht einzufügen. Das Leitungsdrahteinfügeloch des oben beschriebenen elastischen Isolationselements weist eine Rippe auf, die in der radialen Richtung vorsteht. Zusätzlich ist das elastische Isolationselement in der Schutzabdeckung verstemmt und durch sie befestigt. Die Rippe kann einfach verformt werden, indem der Leitungsdraht in das oben beschriebene Leitungsdrahteinfügeloch preßgepaßt wird, was die dauerhafte und sichere Ausbildung einer Dichtung zwischen dem Leitungsdraht und dem Leitungsdrahteinfügeloch sicherstellt. Selbst wenn der Sauerstoffkonzentrationssensor mit Wasser vollgespritzt wird, kann daher das Wasser nie in den Sauerstoffkonzentrationssensor eindringen.

Nach dem Einsetzen des elastischen Isolationselements in die Schutzabdeckung kann das elastische Isolationselement in der Schutzabdeckung durch Verstemmen der Schutzabdeckung mit dem elastischen Isolationselement befestigt werden.

Außerdem verformt sich weiter zur einfachen Befestigung des elastischen Isolationselements innerhalb der Schutzabdeckung die Rippe zum Zeitpunkt des Verstemmens, was weiterhin eine dauerhafte und zuverlässige Dichtung zwischen dem Leitungsdraht und dem Leitungsdrahteinfügeloch sicherstellt.

Darüberhinaus kann die Schutzabdeckung an dem äußeren Umfang der Schutzabdeckung in Durchmesserrichtung von außen nach innen an einem Abschnitt oder mehreren Abschnitten in einem Bereich verstemmt werden, indem das elastische Isolationselement in der axialen Richtung liegt.

Die oben beschriebene Rippe setzt sich aus einem einzelnen vorstehenden Abschnitt oder mehreren vorstehenden Abschnitten zusammen, der oder die an der Innenwand des Leitungsdrahteinfügelochs angeordnet ist oder sind. Der vorstehende Abschnitt oder die vorstehenden Abschnitte können in einer breiten Vielfalt von Formen wie beispielsweise bogenförmigen Formen oder dreieckigen Formen ausgebildet werden.

Das oben beschriebene Leitungsdrahteinfügeloch oder die Leitungsdrahteinfügelöcher setzen sich aus einem einzigen Durchgangsloch oder mehreren Durchgangslöchern zusammen, das oder die von-dem oberen Abschnitt des elastischen Isolationselements zu dem unteren Abschnitt in dessen axialer Richtung hindurch verläuft oder verlaufen.

Das elastische Isolationselement sollte vorzugsweise aus einem Gummimaterial oder ähnlichem hergestellt werden, das wärmebeständig ist. Beispielsweise wird Fluorgummi als Gummimaterial empfohlen. In Abhängigkeit der Umgebung, in der der Sauerstoffkonzentrationssensor verwendet wird, kann auch Acrylgummi, Silikongummi oder ähnliches als das oben beschriebene Gummimaterial eingesetzt werden.

Der oben beschriebene Leitungsdraht ist beispielsweise ein Ausgabedraht des Sensorelements, ein Erdungsdraht, der mit dem Sensorelement verbunden ist, oder ein Draht zur elektrischen Stromzufuhr zu einer Heizvorrichtung des Sauerstoffkonzentrationssensors. Es kann mehr als ein Leitungsdraht vorhanden sein.

Als nächstes ist es vorzuziehen, daß zumindest die Rippe auf dem elastischen Isolationselement durch die Schutzabdeckung verstemmt und befestigt wird. Selbst wenn sich die Rippe nicht nur beim Vorgang des Preßpassens des Leitungsdrahts oder der Drähte aufgrund eines Spalts zwischen dem Durchmesser des Leitungsdrahts oder der Drähte und dem Leitungsdrahteinfügeloch oder der Löcher verformt, kann dadurch eine dauerhafte und zuverlässige Dichtung zwischen dem Leitungsdraht oder den Drähten und dem Leitungsdrahteinfügeloch oder den Löchern sichergestellt werden. Daher ist es unnötig, sich über die Abmessungsgenauigkeit des Leitungsdrahts oder der Drähte und des Leitungsdrahteinfügelochs oder Löcher Sorgen zu machen, wodurch eine gewisse Abweichung zwischen dem Leitungsdraht oder den Drähten und dem Leitungsdrahteinfügeloch oder den Löchern aus der Sicht der Abmessungsgestaltung sichergestellt ist, so daß beide einfach eingebaut werden können. Weiterhin können sie mit niedrigen Kosten hergestellt werden.

Soweit das elastische Isolationselement betroffen ist, sollte es auch einen Lufteinlaß, der durch die Innenseite des Sauerstoffkonzentrationssensors verläuft, und einen harten wasserabweisenden Filter umfassen, der in dem Lufteinlaß eingefügt angeordnet ist. Ein großer Luftbetrag als Bezugsgas, das zur Erfassung der Sauerstoffkonzentration erforderlich ist, kann wirkungsvoll eingeführt werden, indem der Lufteinlaß in dem elastischen Isolationselement angeordnet wird. Entsprechend kann das Luft-/Kraftstoffverhältnis mit hoher Genauigkeit erfaßt werden, selbst wenn eine Situation einen großen Bezugsgasbetrag erfordert.

Der Lufteinlaß, der die gleiche Form wie das oben beschriebene Leitungsdrahteinfügeloch hat, setzt sich aus einem Durchgangsloch zusammen, das von dem oberen Abschnitt des elastischen Isolationselements zu dessen unteren Abschnitt parallel zu seiner Mittenachse verläuft. Es ist vorzuziehen, den Lufteinlaß in der Mitte des elastischen Isolationselement anzuordnen.

Der wasserabweisende Filter ist in dem Lufteinlaß angeordnet, so daß er Wasser am Eindringen durch den nach außen offenen Lufteinlaß zur Innenseite hindern kann. Der oben beschriebene harte, wasserabweisende Filter wirkt als ein hartes Kernmaterial in dem weicheren elastischen Isolationselement, wodurch die Festigkeit des elastischen Isolationselements verbessert werden kann.

Da, wie vorher beschrieben wurde, der wasserabweisende Filter hart ist und als ein festes Kernmaterial dient, kann die Festigkeit des weichen, elastischen Isolationselements verstärkt werden. Der Unterschied der Dicke in jedem Abschnitt an dem elastischen Isolationselement kann kleiner sein, indem der wasserabweisende Filter speziell in der Mitte in Durchmesserrichtung des elastischen Isolationselements angeordnet wird. Spannungen, die auf jeden Abschnitt des elastischen Isolationselements aufgebracht werden, können gleichmäßiger sein.

Es ist auch wünschenswert, eine vorstehende Rippe in einer radialen Richtung innerhalb des Lochs des Lufteinlasses anzuordnen, in dem der wasserabweisende Filter eingefügt in dem elastischen Isolationselement angeordnet ist. Dadurch kann die gleiche hervorragende Dichtfunktion zwischen dem Leitungsdraht oder den Drähten und dem Leitungsdrahteinfügeloch oder den Löchern zwischen dem Lufteinlaß und dem wasserabweisenden Filter vorgesehen werden.

Vorzugsweise ist zumindest eine der oben beschriebenen Rippen in der Form eines durchgehenden Ringes an der Innenwand des Lufteinlasses oder des Leitungsdrahteinfügelochs oder der Löcher ausgebildet. Die Höhe der durchgehenden ringförmigen Rippe ist vorzugsweise 0,05-0,4 mm in einem ursprünglichen, nicht zusammengedrückten Zustand vor dem Verstemmen.

Entsprechend kann das Dichten zwischen dem Leitungsdraht oder den Drähten und dem Leitungsdrahteinfügeloch oder den Löchern um den gesamten Umfang des Leitungsdrahts oder der Drähte und des Leitungslochs oder der Löcher zusätzlich zu derselben Dichtwirkung zwischen dem wasserabweisenden Filter und dem Lufteinlaß am gesamten Umfang von beiden sichergestellt werden.

Wenn die Höhe der Rippe zu kurz ist, d. h., weniger als 0,5 mm, kann die Dichtfunktion zwischen dem Dichtelement und dem Lufteinlaß oder dem Leitungsdraht nicht sichergestellt werden. Wenn andererseits die Höhe 0,4 mm übersteigt, kann dies eine Schwierigkeit beim Ausformen des elastischen Isolationselements verursachen. Die Rippe kann auch den Leitungsdraht oder die Drähte und den wasserabweisenden Filter an einer Preßpassung hindern, wodurch der Wirkungsgrad zum Zeitpunkt des Zusammenbaus verringert ist.

Der Begriff "Höhe der Rippe" bedeutet in seiner Verwendung den Abstand zwischen dem kürzesten Abschnitt der Innenwand des Lufteinlasses und des Leitungsdrahteinfügelochs und dem höchsten Abschnitt der Rippe.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Verlauf deren Beschreibung auftreten, die nun folgt.

Zusätzliche Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen offensichtlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu nehmen ist.

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht eines Abschnitts eines Sauerstoffkonzentrationssensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2A ist eine Längschnittansicht eines Dichtelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, bevor eine Rippe verstemmt wird, und

Fig. 2B ist dessen Längsschnittansicht, nachdem die Rippe verstemmt ist;

Fig. 3A ist eine Längschnittansicht eines Dichtelements gemäß einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels, bevor eine Rippe verstemmt wird,

Fig. 3B ist dessen Längsschnittansicht, nachdem die Rippe verstemmt ist;

Fig. 4 ist eine Längsschnittansicht eines Hauptabschnitts einer anderen Abwandlung des Sauerstoffkonzentrationssensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 ist eine Längsschnittansicht des Sauerstoffkonzentrationssensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 ist eine radiale Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI der Fig. 5;

Fig. 7 ist eine radiale Querschnittsansicht eines Hauptabschnitts einer anderen Abwandlung des Sauerstoffkonzentrationssensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 8 ist eine Graphik, die eine dauerhafte Verformungsrate aufgrund von Druck in jedem Abschnitt eines elastischen Isolationselements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 9 ist eine beispielhafte Ansicht eines Querschnitts eines elastischen Isolationselements, das verwendet wird, um die in Fig. 8 gezeigten Daten zu erzeugen;

Fig. 10 ist eine Graphik, die eine Wasserbeständigkeit eines Sauerstoffkonzentrationssensors des ersten Ausführungsbeispiels und eines Vergleichsbeispiels des Stands der Technik zeigt;

Fig. 11 ist eine Längsschnittansicht eines Hauptabschnitts eines Wasserstoffkonzentrationssensors gemäß einem erfindungsgemäßen, zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 12A ist eine Längsschnittansicht eines Dichtelements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, bevor eine Rippe verstemmt wird;

Fig. 12B ist dessen Längsschnittansicht, nachdem die Rippe verstemmt ist;

Fig. 13A ist eine Längsschnittansicht eines Dichtelements gemäß einer Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels, bevor eine Rippe verstemmt wird;

Fig. 13B ist dessen Längsschnittansicht, nachdem die Rippe verstemmt ist;

Fig. 14 ist eine Querschnittsansicht eines Hauptabschnitts eines Sauerstoffkonzentrationssensors gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der ein elastisches Isolationselement mit einem Lufteinlaß hat;

Fig. 15 ist eine Querschnittsansicht in Radialrichtung des elastischen Isolationselements gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 16 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Hauptabschnitts eines Sauerstoffkonzentrationssensors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 17A ist eine Längsschnittansicht eines Dichtelements gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, bevor eine Rippe verstemmt wird;

Fig. 17B ist dessen Längsschnittansicht, nachdem die Rippe verstemmt ist;

Fig. 18A ist eine Längsschnittansicht eines Dichtelements gemäß einer Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels, bevor eine Rippe verstemmt wird;

Fig. 18B ist dessen Längsschnittansicht, nachdem die Rippe verstemmt ist; und

Fig. 19 ist eine Graphik, die die Beziehung zwischen der Wasserbeständigkeitslebensdauer und der Höhe einer Rippe zeigt.

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, umfaßt ein Sauerstoffkonzentrationssensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Sensorelement 3, das in einem Gehäuse 10 angeordnet ist, Schutzabdeckungen 11 und 12, die an einem Endabschnitt des Gehäuses 10 angeordnet sind, Leitungsdrähte 31, 32, 41 und 42, die in die Schutzabdeckungen 11 und 12 eingefügt sind, und ein elastisches Isolationselement 2, das innerhalb der Schutzabdeckungen 11 und 12 angeordnet ist und auch ein Leitungsdrahteinfügeloch 20 zur Aufnahme der Leitungsdrähte 31, 32, 41 und 42 hat.

Wie in den Fig. 2A-3B gezeigt ist, hat das Leitungsdrahteinfügeloch 20 in dem elastischen Isolationselement 2 eine Rippe 21, die in dessen Radialrichtung vorsteht. Das elastische Isolationselement 2 ist mit den Schutzabdeckungen 11 und 12 verstemmt und dadurch befestigt.

Vier Leitungsdrahteinfügelöcher 20 sind in dem elastischen Isolationselement 2 angeordnet. Zwei Löcher dienen zur Aufnahme der Leitungsdrähte 31 und 32, die mit dem Sensorelement 3 verbunden sind. Die anderen zwei Löcher dienen zur Aufnahme der Leitungsdrähte 41 und 42, die mit einer Heizvorrichtung 4 verbunden sind, die innerhalb des Sensorelements 3 eingebaut ist.

Wie in Fig. 2A gezeigt ist, steht die Rippe 21 in einer Kreisbogenform an der Innenwand des Leitungsdrahteinfügelochs 20 vor und bildet einen durchgehenden Ring, der zwei Stufen oben und unten in der axialen Richtung des elastischen Isolationselements 2 hat. Weiterhin, wie in Fig. 3A gezeigt ist, kann die wie oben beschrieben geformte Rippe 21 durch eine Rippe 219 ersetzt werden, die in der Form eines Dreiecks dreistufig an der Innenwand des Leitungsdrahteinfügelochs 20 vorsteht.

Die Bezugszeichen 110 und 120 in Fig. 2A und Fig. 3A sind Spalte zwischen dem elastischen Isolationselement 2 und den Schutzabdeckungen 11 und 12 vor dem Verstemmen.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist das Sensorelement 3 mit einem festen Elektrolyt, das aus Zirkonia oder ähnlichem hergestellt und in einer zylindrischen Form ausgebildet ist, an dem Gehäuse 10 abgedichtet und daran befestigt. Das Sensorelement 3 hat in sich eine Umgebungskammer und ein innere Elektrode 34, die der Umgebungskammer gegenüberliegt.

Eine Meßgasabdeckung 109 ist am Boden des Gehäuses 10 angeordnet und die Abdeckung 109 definiert eine Meßgaskammer. Das Sensorelement 3 hat eine äußere Elektrode 33, die der Meßgaskammer gegenüberliegt.

Eine Abdeckung 13 ist an dem oberen Abschnitt des Gehäuses 10 verstemmt und daran befestigt. Die Schutzabdeckung 12 ist an dem oberen Abschnitt der Abdeckung 13 verstemmt und daran befestigt. Die Schutzabdeckung 11 ist an dem oberen Abschnitt der Schutzabdeckung 12 verstemmt und daran befestigt.

Das Sensorelement 3 hat jeweilige Ausgangskontakte 314 und 324, die eine externe Verbindung der äußeren Elektrode 33 und der inneren Elektrode 34 ermöglichen. Ausgabedrähte 313 und 323, die sich von den Kontakten aus erstrecken, sind mit jeweiligen Anschlüssen 312 und 322 durch ein Einfügeloch 150 verbunden, das auf einem Isolator 15 angeordnet ist. Die Anschlüsse 312 und 322 sind mit den oben beschriebenen Leitungsdrähten 31 und 32 verbunden.

Eine Heizvorrichtung 4 ist in die Umgebungskammer des Sensorelements 3 eingefügt. Ein elektrischer Anschluß 414 zur Zufuhr von Elektrizität zu der Heizvorrichtung 4 ist mit einem dünnen Draht verbunden. Der dünne Draht ist mit dem Leitungsdraht 41 über einen Anschluß 412 in dem Einfügeloch 150 verbunden, das in dem Isolator 15 angeordnet ist. Obwohl es in Fig. 5 nicht gezeigt ist, sieht der Leitungsdraht 42 auch eine elektrische Verbindung mit der Heizvorrichtung 4 in der gleichen Weise wie der Leitungsdraht 41 vor.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist das elektrische Isolationselement 2 an der oberen Seite 111 der Schutzabdeckungen 11 und 12 verstemmt und daran befestigt und stützt die Leitungsdrähte 31, 32, 41 und 42. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, können die Leitungsdrähte 31, 32, 41 und 42 durch Verstemmen von zwei Abschnitten an dem oberen Abschnitt 115 und an dem unteren Abschnitt 116 des elastischen Isolationselements 2 befestigt werden.

Die Wirkungen und der Betrieb gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden nachfolgend beschrieben.

Da die radial vorstehende Rippe 21 an dem Leitungsdrahteinfügeloch 20 in dem elastischen Isolationselement 2 des Sauerstoffkonzentrationssensors 1 gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet ist, wird die Rippe 21 einfach durch Preßpassen der Leitungsdrähte 31, 32, 41 und 42 in das Leitungsdrahteinfügeloch 20 verformt, wie in Fig. 2B und Fig. 3B gezeigt ist.

Dadurch kann die Rippe 21 einer dauerhaften Ausbildung einer Dichtung zwischen den Leitungsdrähten 31, 32, 41 und 42 und dem Leitungsdrahteinfügeloch 20 beitragen. Selbst wenn der Sauerstoffkonzentrationssensor 1 mit Wasser durchnäßt ist, kann kein Wasser in den Sauerstoffkonzentrationssensor 1 eindringen.

Zum Befestigen des elastischen Isolationselements 2 in den Schutzabdeckungen 11 und 12 kann das elastische Isolationselement 2 mit den Schutzabdeckungen 11 und 12 umfassend verstemmt werden, nachdem das elastische Isolationselement 2 innerhalb der Schutzabdeckungen 11 und 12 angeordnet ist.

Daher verformt sich die Rippe 21 zusätzlich zu der einfach Befestigung des elastischen Isolationselements 2 innerhalb der Schutzabdeckungen 11 und 12 weiterhin zum Zeitpunkt des Verstemmens, wodurch die Dauerhaftigkeit und Sicherheit der Dichtung zwischen den Leitungsdrähten 31, 32, 41 und 42 und dem Leitungsdrahteinfügeloch 20 verbessert ist.

Darüberhinaus ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Rippe 21 in einer Ringform bezüglich des Leitungsdrahteinfügelochs 20 angeordnet, wodurch eine Dichtung zwischen den Leitungsdrähten 31, 32, 41 und 42 und dem Leitungsdrahteinfügeloch 20 an dessen gesamten Umfang sichergestellt ist.

Entsprechend kann das vorliegende Ausführungsbeispiel den Sauerstoffkonzentrationssensor 1 schaffen, der eine bemerkenswerte Dichtfunktion zwischen den Leitungsdrähten 31, 32, 41 und 42 und dem Leitungsdrahteinfügeloch 20 hat.

Obwohl die Form, mit der die Schutzabdeckungen 11 und 12 des Sauerstoffkonzentrationssensors 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verstemmt werden, vorzugsweise kreisförmig ist, wie in Fig. 6 gezeigt ist, können sie in der Form des Hexagons verstemmt werden, wie in Fig. 7 gezeigt ist.

Die dauerhafte Druckverformungsrate in jedem Abschnitt eines elastischen Isolationselementes, das sich auf die Erfindung bezieht und durch eine Schutzabdeckung verstemmt ist, wie in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist, wird nun unter Bezugnahme auf ein Vergleichsbeispiel des Stands der Technik erläutert.

Zunächst wurde ein elastisches Isolationselement, das sich auf die Erfindung bezieht, in der in Fig. 2 des ersten Ausführungsbeispiels gezeigten Form vorbereitet. Als ein Vergleichsbeispiel wurde auch ein herkömmliches elastisches Isolationselement vorbereitet, das das gleiche Material und die gleiche Form wie das oben beschriebene elastische Isolationselement hat; dieses Vergleichselement hat jedoch keine Rippe. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, wurden jeweils dauerhafte Druckverformungsraten gemessen und an derartigen drei Punkten gemessen und verglichen, die den Abschnitten A, B und C der oben herausgestellten elastische Isolationselemente entsprechen.

Zunächst wurde zur tatsächlichen Messung nach dem Einbau des oben beschriebenen elastischen Isolationselements in den in Fig. 5 des ersten Ausführungsbeispiels gezeigten Sauerstoffkonzentrationssensor das Sensorelement des Sauerstoffkonzentrationssensor auf 600°C aufgeheizt. Als zweites wurde der oben beschriebene Sauerstoffkonzentrationssensor zerlegt und das elastische Isolationselement daraus beseitigt.

Das Verfahren zum Messen der oben dargelegten dauerhaften Druckverformung wird wie folgt beschrieben. Zuerst wurde die Dicke der jeweiligen Abschnitte A, B und C des elastischen Isolationselements drei Mal gemessen - vor dem Zusammenbau, nach dem Zusammenbau und dreißig Minuten nach dem Zerlegen. Unter der Annahme, daß die Verformung vor dem Zusammenbau t0, die Verformung nach dem Zusammenbau t2 und die Verformung dreißig Minuten nach dem Zerlegen bei Abschluß des Versuchs t1 bei der oben beschriebenen Messung ist, wird die obige dauerhafte Druckverformungsrate CS (%) durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt und deren Werte sind in Fig. 8 gezeigt.

CS = {(t0 - t1) / (t0 - t2)} × 100 (1).

Wie in der gleichen Figur gezeigt ist, sind die dauerhaften Druckverformungsraten an den Abschnitten A, B und C des elastischen Isolationselements gemäß der vorliegenden Erfindung im wesentlichen gleich.

Bei einem herkömmlichen elastischen Isolationselement war jedoch die dauerhafte Druckverformungsrate am Abschnitt A, der in der Mitte des elastischen Isolationselements liegt, am geringsten, und die dauerhafte Druckverformungsrate am Abschnitt C, der in der Nähe des äußeren Umfangs des elastischen Isolationselements liegt, war am größten.

Entsprechend kann die Spannung, die auf jeden Abschnitt des elastischen Isolationselements aufgebracht wird, im allgemeinen gleich werden, indem eine Rippe in dem Leitungsdrahteinfügeloch angeordnet wird.

Fig. 10 erläutert eine Wasserbeständigkeit der Sauerstoffkonzentrationssensoren gemäß der vorliegenden Erfindung und gemäß einer herkömmlichen Vorrichtung. Zunächst wurde ein Sauerstoffkonzentrationssensor gemäß dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel vorbereitet. Die Form des elastischen Isolationselement ist jedoch gleich wie in Fig. 2. Weiterhin wurde dieselbe Art des oben beschriebenen Sauerstoffkonzentrationssensors als das Vergleichsbeispiel vorbereitet, der keine Rippe in dem Leitungsdrahteinfügeloch in dem elastischen Isolationselement hat.

Bei dem Wasserbeständigkeitsversuch wurden zunächst die obigen beiden Sauerstoffkonzentrationssensoren in Vorrichtungen eingebaut, die ein Abgasrohr simulieren, durch das ein fettes Verbrennungsgas strömte so daß das Sensorelement eine hohe Temperatur hat (d. h., ausreichend hoch, um dem Sensorelement die Erfassung einer Sauerstoffkonzentration zu ermöglichen) und auch die Temperatur des elastischen Isolationselements wurde auf eine gewünschte Temperatur (240°C) gesetzt, um die Messung der Sensorausgabe der Sauerstoffkonzentrationssensoren zu ermöglichen. Nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne wurden die oben Sauerstoffkonzentrationssensoren wiederholt mit Wasser besprüht, bis die Sensorausgabe fehlerhaft wurde.

Fig. 10 zeigt die obigen Meßergebnisse. Gemäß dieser Graphik wurde herausgefunden, daß der Sauerstoffkonzentrationssensor mit einer Rippe in dem Leitungsdrahteinfügeloch gemäß der vorliegenden Erfindung selbst nach drei Sprühzyklen keinen Ausgabefehler des Sauerstoffkonzentrationssensors hat, im Vergleich mit dem herkömmlichen Sauerstoffkonzentrationssensor, der keine Rippe in dem Leitungsdrahteinfügeloch hat, dessen Ausgabe nach nur einem Zyklus fehlerhaft wurde. Das deutet an, daß der Sauerstoffkonzentrationssensor gemäß der vorliegenden Erfindung seine Funktion als ein Sauerstoffkonzentrationssensor nicht verliert, wenn er mit Wasser besprüht wird.

Auf der Grundlage des oben genannten ist es offensichtlich, daß der Sauerstoffkonzentrationssensor gemäß der vorliegenden Erfindung eine hervorragende Wasserbeständigkeit hat.

Ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Wie in den Fig. 11-13 gezeigt ist, wird die Rippe 21 an dem elastischen Isolationselement 2 von außen durch die Schutzabdeckungen 11 und 12 verstemmt, wodurch die Leitungsdrähte 31 und 32 in einem Sauerstoffkonzentrationssensor 19 gestützt werden.

Wie in Fig. 12A gezeigt ist, steht die Rippe 21 in einer Kreisform an der Innenwand des Leitungsdrahteinfügelochs 20 vor und ist wie ein durchgehender Ring mit zwei Stufen oben und unten in der axialen Richtung des elastischen Isolationselements geformt. Wie in Fig. 13A gezeigt ist, kann weiterhin die oben beschriebene Rippe 21 durch eine Rippe 219 ersetzt werden, die in der Form von drei Dreiecken an der Innenwand des Leitungsdrahteinfügelochs 20 vorsteht.

Der Abschnitt mit einer Rippe 21 an dem elastischen Isolationselement 2 in einem Sauerstoffkonzentrationssensor 19 wird durch die Schutzabdeckungen 11 und 12 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von außen in der Durchmesserrichtung verstemmt. Dadurch ist die obige Rippe 21 in einem vollständig zusammengedrückten Zustand, wie in den Fig. 12B und 13B gezeigt ist, um den Spalt zwischen dem Leitungsdrahteinfügeloch 20 und den Leitungsdrähten 31 und 32 vollständig aufzufüllen.

Selbst wenn sich die Rippen 21 und 219 bei dem Vorgang, bei dem nur die Leitungsdrähte 31 und 32 preßgepaßt werden, aufgrund eines Unterschiedes zwischen den Durchmessern der Leitungsdrähte 31 und 32 und dem Durchmesser des Leitungsdrahteinfügelochs 20 nicht verformen, können die Leitungsdrähte 31 und 32 dauerhaft und sicher das Leitungsdrahteinfügeloch 20 abdichten. Daher ist es nicht notwendig, sich über die Abmessungsgenauigkeit der Leitungsdrähte 31 und 32 und des Leitungsdrahteinfügelochs 20 Gedanken zu machen, wodurch eine gewisse Abweichung zwischen Leitungsdrähten 31 und 32 und dem Leitungsdrahteinfügeloch 20 aus dem Gesichtspunkt der Abmessungsgestaltung ermöglicht ist. Dadurch können beide einfach bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eingebaut werden. Darüberhinaus können sie mit geringen Kosten hergestellt werden.

Obwohl die Schutzabdeckungen 11 und 12 verstemmt werden, bis die Rippe 21 vollständig zusammengedrückt ist, ist es auch möglich, einen kleinen Spalt zwischen den Leitungsdrähten 31 und 32 und dem Leitungsdrahteinfügeloch 20 zu erlauben, wobei die Rippe 21 ihre eigene Form in einem gewissen Maß wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel behält.

Ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 14-18 gezeigt ist, ist ein Lufteinlaß 299, der durch die Innenseite des Sauerstoffkonzentrationssensors 5 verläuft, in einem elastischen Isolationselement 29 angeordnet. Zusätzlich hat der Sauerstoffkonzentrationssensor 5 einen harten wasserabweisenden Filter 59, der in dem Lufteinlaß 299 angeordnet ist. Der obige wasserabweisende Filter 59 ist aus einem porösen PTFE-Kunststoffschaum geformt.

Wie in den Fig. 14-16 gezeigt ist, ist der Lufteinlaß 299 in der Mitte des elastischen Isolationselements 29 angeordnet, d. h., an der Mitte der vier Leitungsdrahteinfügelöcher 290.

Wie in Fig. 17A gezeigt ist, ist die Rippe 21 auch in dem Lufteinlaß 299 angeordnet. Die Rippe 21 hat eine ähnliche Form wie die, die in dem Leitungsdrahteinfügeloch 290 vorgesehen ist. Sie steht in einer Kreisform an der Innenwand des Lufteinlasses 299 vor und ist in der Form eines durchgehenden Zwei-Stufen-Rings in der mittigen axialen Richtung des elastischen Isolationselements ausgebildet. Der Abschnitt mit der Rippe 21 des elastischen Isolationselements 29 wird durch die oben beschriebenen Schutzabdeckungen 11 und 12 verstemmt, um die Leitungsdrähte 31, 32 und 41 sowie den wasserabweisenden Filter 59 zu halten. Da die Rippe 21 in der oben beschriebenen Weise verstemmt wird, ist sie in einem Verformungszustand, der in Fig. 17B gezeigt ist.

Wie in Fig. 18A gezeigt ist, kann weiterhin die Rippe 219 in der Form von drei Dreiecken an der Innenwand des Lufteinlasses 299 angeordnet sein. Die Rippe 219 verformt sich, wie in Fig. 18B gezeigt ist, wenn sie durch die Schutzabdeckungen 11 und 12 in der oben beschriebenen Weise verstemmt wird.

Der wasserabweisende Filter 59 ist in der Mitte der vier Leitungsdrahteinfügelöcher 290 angeordnet, d. h., an dem Abschnitt um den Unterschied der Dicke des elastischen Isolationselements 29 kleiner zu machen, so daß die auf jeden Abschnitt des elastischen Isolationselements 29 aufgebrachte Spannung gleichmäßiger sein kann.

Bei einem herkömmlichen Sauerstoffkonzentrationssensor ist Luft durch ein schmales Loch eingeführt worden, das an der Seitenfläche der Schutzabdeckung oder ähnliches angeordnet ist, oder, in dem Fall, in dem die Schutzabdeckung aus mehreren Abdeckungen zusammengesetzt ist, erfolgte dies durch einen Spalt zwischen benachbarten Abdeckungen. Andererseits ist bei dem Sauerstoffkonzentrationssensor 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das offene Ende des Lufteinlasses 299 an dem oberen Abschnitt des elastischen Isolationselements 29 angeordnet, so daß die Luft eintreten und austreten kann, wie durch Pfeile in Fig. 16 gezeigt ist.

In Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann ein einfaches Zusammenbauen und Einbauen der Komponenten sichergestellt werden und ein ausreichender Luftbetrag kann in den Sauerstoffkonzentrationssensor 5 eingeführt werden. Selbst wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis dazu neigt, fett zu werden, und ein großer Betrag Bezugsgas erforderlich ist, kann daher das Luft-/Kraftstoffverhältnis mit hoher Genauigkeit erfaßt werden.

Fig. 19 erläutert die Beziehung zwischen der Höhe der in dem Leitungsdrahteinfügeabschnitt angeordneten Rippe und der Wasserbeständigkeitslebensdauer des Sauerstoffkonzentrationssensors. Die Wasserbeständigkeitslebensdauer des vorliegenden Ausführungsbeispiels wurde auf der Grundlage des Sauerstoffkonzentrationssensors gemessen, der in Fig. 5 gezeigt ist, und ein elastisches Isolationselement des ersten Ausführungsbeispiels hat, das in Fig. 2B gezeigt ist.

Insgesamt wurden jedoch fünf unterschiedliche Standard- Sauerstoffkonzentrationssensoren vorbereitet. Diese reichen von einem, der keine Rippe hat, d. h., dessen Rippenhöhe gleich null ist, bis zu einem, der eine Rippe hat, dessen Höhe bis zu 0,4 mm ist. Zur Messung wurde dasselbe Verfahren wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel angewendet. Die Temperatur der elastischen Isolationselemente der Sauerstoffkonzentrationssensoren wurden bei der Messung so eingestellt, daß sie 240°C, 250°C und 260°C waren, wobei die Ergebnisse in Fig. 19 gezeigt sind.

Gemäß der Graphik verlängert sich die Wasserbeständigkeitslebensdauer bemerkenswert, wenn die Höhe der Rippe 0,05 mm oder mehr ist. Weiterhin kann eine derartige verbesserte Lebensdauer der Wasserbeständigkeit bei den jeweiligen Fällen von 240°C, 250°C und 260°C bestätigt werden.

Unter Beurteilung der obigen Ergebnisse kann ein Sauerstoffkonzentrationssensor mit einer langen Lebensdauer einer hervorragenden Wasserbeständigkeit erhalten werden, indem die sich auf die Erfindung beziehende Rippe in dem Leitungsdrahteinfügeloch angeordnet wird.

Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wurde, sollte bemerkt werden, daß verschiedene Veränderungen und Abwandlungen für den Fachmann offensichtlich sind. Solche Veränderungen und Abwandlungen sollten so verstanden werden, daß sie in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Eine elektrische Vorrichtung als ein Sauerstoffkonzentrationssensor 1, der eine hervorragende Dichtfunktion zwischen einem Leitungsdraht 31, 32, 41 und einem Leitungsdrahteinfügeloch 20 hat, umfaßt ein Sensorelement 3, das eingefügt in ein Gehäuse 10 angeordnet ist, Schutzabdeckungen 11, 12, die an einem Endabschnitt des Gehäuses 10 angeordnet sind, Leitungsdrähte 31, 32, 41, die in die Schutzabdeckungen 11, 12 eingefügt sind, und ein elastisches Isolationselement 2, das in den Schutzabdeckungen 11, 12 angeordnet ist und ein Leitungsdrahteinfügeloch 20 zum Einfügen der Leitungsdrähte 31, 32, 41 hat. Das Leitungsdrahteinfügeloch 20 in dem elastischen Isolationselement 2 hat eine Rippe, die in der radialen Richtung vorsteht. Das Isolationselement 2 ist durch die Schutzabdeckungen 11, 12 verstemmt und befestigt.

Claims

1. Elektrische Vorrichtung (1, 5, 19) mit folgenden Bauteilen:
einem elektrischen Element (3), das in einem Gehäuse (10) angeordnet ist;
einer Schutzabdeckung (11, 12), die an einem Endabschnitt des Gehäuses (10) angeordnet ist;
einem Leitungsdraht (31, 32, 41, 42), der durch die Schutzabdeckung (11, 12) tritt;
einem elastischen Isolationselement (2, 29), das innerhalb der Schutzabdeckung (11, 12) angeordnet ist und ein Leitungsdrahteinfügeloch (20, 290) hat, das den Leitungsdraht (31, 32, 41, 42) aufnimmt; und
einem Rippenabschnitt (21, 219), der von dem elastischen Isolationselement (2, 29) in einer radialen Richtung des Leitungsdrahteinfügelochs (20, 290) vorsteht und den Leitungsdraht (31, 32, 41, 42) berührt; wobei
das elastische Isolationselement (2, 29) durch die Schutzabdeckung (11, 12) befestigt ist.

2. Elektrische Vorrichtung (1, 5, 19) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Rippenabschnitt (21, 219) auf dem elastischen Isolationselement (2, 29) durch die Schutzabdeckung (11, 12,) verstemmt und befestigt ist.

3. Elektrische Vorrichtung (5) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch
einen Lufteinlaß (299), der durch das elastische Isolationselement (2, 29) verläuft und eine Innenseite des Sauerstoffkonzentrationssensors (5) durchdringt; und
einen harten, wasserabweisenden Filter (59), der in dem Luftdurchtritt (299) angeordnet ist.

4. Elektrische Vorrichtung (5) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaß (59) an einem in Durchmesserrichtung mittleren Abschnitt des elastischen Isolationselements (2, 29) angeordnet ist.

5. Elektrische Vorrichtung (5) nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen Rippenabschnitt (21, 219) in dem Lufteinlaß (59), der in dessen radialer Richtung vorsteht.

6. Elektrische Vorrichtung (1, 5, 19) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rippenabschnitt (21, 219) in der Form eines durchgehenden Rings ist.

7. Elektrische Vorrichtung (1, 5, 19) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Höhe des Rippenabschnitts (21, 219) in einem freien Zustand vor dem Verklemmen zwischen 0,05-0,4 mm liegt.

8. Elektrische Vorrichtung (1, 5, 19) mit folgenden Bauteilen:
einem elektrischen Element (3), das in einem Gehäuse (10) angeordnet ist;
einer Schutzabdeckung (11, 12) die an einem Endabschnitt des Gehäuses (10) angeordnet ist;
einem Leitungsdraht (31, 32, 41, 42), der durch die Schutzabdeckung (11, 12) tritt; und
einem elastischen Isolationselement (2, 29), das durch die Schutzabdeckung (11, 12) befestigt ist und in der Schutzabdeckung (11, 12) angeordnet ist sowie zumindest ein Leitungsdrahteinfügeloch (20, 29) hat, das den Leitungsdraht (31, 32, 41, 42) aufnimmt; und
einem Rippenabschnitt (29, 219), der den Leitungsdraht (31, 32, 41, 42) und das elastische Isolationselement (2, 29) berührt und dazwischen eine Dichtung ausbildet.

9. Elektrische Vorrichtung (1, 5, 9) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rippenabschnitt (21, 219) einstückig mit dem elastischen Isolationselement (2, 29) ist.