JP2005519302A - 測定センサ装置 - Google Patents

Abstract

測定センサ装置であって、測定ガスのガスパラメータを測定するための測定センサ（１０）が設けられており、該測定センサ（１０）がケーシング（１２）内に収容された、少なくとも測定ガス側の突出区分（１３１）で前記ケーシング（１２）から突出する測定エレメント（１３）を有していて、測定ガスによって貫流される測定ガス導管（１１）が設けられており、前記測定ガス導管（１１）は、測定センサ導入開口（２５）と、該導入開口（２５）を取り囲み測定ガス導管（１１）に固定された、ケーシング（１２）のための収容部（２６）とを有している形式のものが記載されている。測定センサ装置の組み付け時に、組み付け工に関係なく再現可能な、測定ガス流に関する測定エレメント（１３）の配向を得るために、収容部（２６）が雌ねじ山（１８）を有しており、該雌ねじ山の始端部が測定ガス流に関して方向付けられており、ケーシング（１２）が、前記雌ねじ山（２８）にねじ込み可能な雄ねじ山（３４）を支持しており、雄ねじ山の始端部が、測定エレメント（１３）に関して配向されている。ケーシング（１２）は、所定の締付けトルクで収容部（２６）内で固定されている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の測定センサ装置に関する。

公知の測定センサの構成、例えば、内燃機関の排ガス中の酸素濃度を測定するためのラムダセンサでは、正確な測定値の検出のために、測定ガスに沈められる、測定エレメントまたはセンサの測定ガス側の突出端部が、所定の方法でガス流に対して相対的に方向付けられる必要がある。このような配向は、組み付けの際にその場で行われる。

このような形式の公知の測定センサ装置では（ドイツ連邦共和国特許出願公開第４３１８１０７号明細書）、組み付け時に、測定エレメントの測定ガス側の突出端部に被せられる保護管に設けられたガス流入開口が、排ガス流とは反対の側に位置するように、ラムダセンサは排ガス流に対して相対的に配向される。これにより排ガス中に一緒に案内される凝縮水は、測定エレメントの突出端部に到ることができず、ここに沈殿できず、ひいてはラムダセンサの測定精度を損なうことはない。現場の組み付け工の能力とは関係なく、排ガス管への組み付け時に常に正確なラムダセンサの配向を再現可能に保証するために組み付け補助手段が設けられている。この組み付け補助手段は、ケーシングから突出する、測定エレメントの接続側の突出端部に被さる、ケーシングに堅固に結合された金属スリーブに設けられたマーキングであって、このマーキングは保護管におけるガス流入開口の位置を示す。このマーキングによって、測定センサは排ガス管の収容部に、保護管におけるガス流入開口が排ガスの流れ方向に向けられるように挿入される。ラムダセンサが、排ガスの流れ方向に関して所定のように配向されてから、ケーシングはキャップナットによって、ケーシングが収容されている、排ガス管に固定された収容部に緊定される。選択的な組み付け補助手段としては、測定センサのケーシングに、組み付けがラムダセンサの所望の配向でしか形状接続手段によって行えないようなジオメトリを設けることが提案される。

発明の効果
請求項１の特徴を備えた本発明による測定センサ装置は、互いに螺合し合う両部分、即ちケーシングと収容部とにねじ山始端部を所定のように規定し、所定の締め付けトルクをかけることにより、常に測定エレメントの正確な位置が、組み付け工に依存せずに得られるという利点を有している。ケーシング自体が収容部にねじ込まれるので、紛失部分であるので好ましくない付加的なエレメント、例えば収容部に測定センサを固定するためのナットを不要にできる。

本発明の有利な構成によれば、ケーシングに、測定エレメントを組み付けるための配向を規定し、かつケーシング上の雄ねじ山の始端部に関して方向付けられているマーキングが配置されている。測定センサ装置の製造時には、測定エレメントが挿入される前にケーシングに雄ねじ山が最終的に製造されるので、ねじ山始端部に関して方向付けられたマーキング、例えばケーシングに設けられた単純な半径方向の袋孔が、測定エレメントが正しい方向でケーシングに挿入されることを保証する。

請求項４の特徴を備えた本発明による測定センサ装置は、測定センサが収容孔に中空ボルトによって固定される測定センサのデザインでは、測定センサ自体を変更することのない僅かな製造技術的な手段によって、測定センサの収容孔における所要な配向を保証することができるという利点を有している。特に、本発明の有利な構成により、突出部が、ケーシングにプレス嵌めされた挿入リングまたはケーシングに半径方向に差し込まれた差し込みピンによって実現されるならば、構造的な変更は、端面側で形成される軸方向溝に関する、測定センサのための収容部でしか必要ない。

実施例の説明
図１および図３に示した測定センサ装置は、図１では側方図で、図３では縦断面図で示された、測定ガスのガスパラメータを測定するための測定センサ１０と、図１および図３で部分的に横断面で示された、測定ガスによって貫流される測定ガス導管１１とを有している。図１および図３の例では、測定センサ１０は、ガスパラメータとして内燃機関の排ガス中の酸素濃度を測定するためのいわゆるラムダセンサであって、測定ガス導管１１は、内燃機関の単数又は複数の燃焼シリンダから延びる排ガス導管である。

測定センサ１０は、センサまたは測定エレメント１３（図３）を有している。この測定エレメント１３はケーシング１２に収容されていて、このケーシング１２から測定側の区分１３１と接続側の区分１３２とで突出している。測定エレメント１３はこの場合、電気的に絶縁された測定ガス側のセラミック挿入体１４と、電気的に絶縁された接続側のセラミック挿入体１５と、これらの間に位置するパッケージ状のシール材１６とを有している。これら自体はケーシング１２の内壁に支持されている。測定ガス側のセラミック挿入体１４は、ケーシング内壁の段部１７に載置されていて、上側のケーシング縁部は縁曲げされて接続側のセラミック挿入体１５上に載置されている。選択的な実施例では、接続側のセラミック挿入体１５が、ケーシング１２内に形成された段部に載置されていて、下側のケーシング縁部が縁曲げされて、測定ガス側のセラミック挿入体１４上に鍔状に載置されている。パッケージ状のシール材は図示したように、互いに重なり合う３つのシールエレメントから成っている。この場合、外側の両シールエレメントは例えばステアタイトから成っていて、真ん中のシールエレメントは窒化ホウ素から成っている。ケーシング１２には金属スリーブ１８が被せ嵌められている。この金属スリーブ１８は、測定エレメント１３の接続側の区分１３２と接続リッツ２０とを接触させる電気的な端子接続部１９を覆っている。金属スリーブ１８とは反対側のケーシング１２の端部には保護管２１が被せ嵌められていて、この保護管２１は測定エレメント１３の測定ガス側の区分１３１をカバーしている。保護管２１にはガス流入開口２２が設けられているので、測定センサ１０が測定ガス導管１１に組み付けられた後は、測定ガス導管１１を流れる測定ガスは、ガス流入開口２２を通って測定エレメント１３に到ることができる。測定センサ１０を測定ガス導管１１に組み付けるためには、ケーシング１２に、下側で斜めに面取りされた半径方向フランジ２３が設けられていて、半径方向フランジ２３と協働する中空ボルト２４によって保持されている。

測定ガス導管１１は、導管壁１１１に加工成形された測定センサ導入開口２５と、この測定センサ導入開口２５を取り囲む、測定センサ１０のケーシング１２のための収容部２６とを有していて、この収容部２６は導管壁１１１に固定されている。収容部２６は、ケーシング１２の半径方向フランジ２３のための斜めに面取りされた支持肩部２７と、中空ボルト２４の雄ねじ山に対応する雌ねじ山２８とを有している。図１および図３に示したように、収容部２６は中空管片として形成されていて良い。この中空管片は、導管壁１１１に設けられた拡大された測定センサ導入開口２５に挿入されていて、その周面で導管壁１１１に溶接されている。しかしながら中空管片は、測定センサ導入開口２５を取り囲む導管壁１１１に載置されて、この導管壁１１１に溶接されても良い。

測定センサ装置の組み付けの際には、測定センサ１０のケーシング１２が測定ガス導管１１の収容部２６に導入される。この場合、保護管２１は測定センサ導入開口２５を通って、測定ガス導管１１の内部にまで進入し、ケーシング１２は収容部２６に、半径方向フランジ２３の斜めに面取りされた下面が、収容部２６の斜めに面取りされた支持肩部２７に載置されるまで押し込まれる。次いで、中空ボルト２４が金属スリーブ１８とケーシング１２の上に被せ嵌められ、収容部２６の雌ねじ山２８に、その環状の端面が半径方向フランジ２３を支持肩部２７上に堅固に緊定するまでねじ込まれる。

測定センサ１０の正確な測定機能のためには、ガス流内に突入した測定エレメント１３の測定ガス側の区分１３１と、この区分を取り囲む保護管２１が、測定ガス流の内側で所定の配向を維持していることが必要である。この配向を再現可能に保証するために組み付け補助部材が設けられている。この組み付け補助部材は、ケーシング１２に配置された、測定エレメント１３の組み込み位置に関して方向付けられた対応エレメントと、収容部２６に配置された、測定ガス流に関して方向付けられた対応エレメントとを有している。図１〜図５の実施例では、収容部２６に配置された対応エレメントは、雌ねじ山２８の領域で延びる、端面側で自由に開口した軸方向溝２９であって、ケーシング１２に形成された対応エレメントは、半径方向でケーシングの外周を越えて突出する突出部３０である。この突出部３０は、ケーシング１２を収容部２６に挿入する際に形状接続的に軸方向溝２９内に滑り込み、測定センサ１０が軸線を中心として回転するのを防止する。特に図２に示したように、突出部３０は挿入リング３１の一体の部分である。この挿入リング３１は、半径方向フランジ２３の、中空ボルト２４に面したフランジ面に載置されていて、ケーシング１２に堅固に結合されていて、有利にはケーシング１２にプレス嵌めされている。ケーシング１２への挿入リング３１のプレス嵌めは、突出部３０を、ケーシング１２における測定エレメント１３の所定の組み込み位置に関して方向づけるように行われる。付加的にケーシング１２は周面で、扁平な区分１２１を有しており、挿入リング３１は、この扁平区分１２１に対応するリング領域３１１で、このリング領域３１１が扁平区分１２１に平らに当接するように屈曲されて良い（図２および図５参照）。有利には、屈曲されたリング領域３１１は挿入リング３１に、突出部３０に対して直径上で向かい合って位置するように配置されている（図１〜図３参照）。測定エレメント１３をケーシング１２に組み込む際には、扁平区分１２１が、ケーシング１２に関して測定エレメント１３を配向するために利用される。この場合、測定エレメント１３は、ケーシング１２の扁平区分１２１に対して所定の回転位置を有するように方向付けられる。挿入リング３１がケーシング１２に嵌め込まれると、突出部３０は、ケーシング１２における測定エレメント１３の向きに関して所望の配向を有する。

図示されてはいないが、突出部３０は、ケーシング１２に一体に成形されていても良い。図６に示された測定センサ装置の変化実施例では、突出部３０が差し込みピン３２によって形成されていて、この差し込みピン３２は、ケーシング１２に半径方向に設けられた袋孔３３にプレス嵌めされている。袋孔３３から突出した差し込みピン３２の部分は、上述の実施例と同様に、軸方向溝２９内に溝幅で形状接続的に突入する突出部３０を成す。

図７に示された測定センサ装置では、収容部２６にケーシング１２を固定するための中空ボルト２４が省かれて、ケーシング１２自体が、収容部２６の雌ねじ山２８にケーシング１２をねじ込むための雄ねじ山３４と六角ナット３５とを有している点で、測定センサ１０のデザインが異なっている。測定ガス導管１１に測定エレメント１３を正確な位置で配向する目的で、対応エレメントをケーシング１２と収容部２６とに形成するために、ケーシング１２に設けられた雄ねじ山３４の始端部は、ケーシング１２における測定エレメント１３の組み付け位置に関して方向付けられていて、収容部２６に設けられた雌ねじ山２８の始端部は、測定ガス流に関して方向付けられている。ねじ山２８，３４の始端部のこのような配置により、ケーシング１２は常に、長手方向軸線を中心とした所定の回転位置からしか、収容部２６内にねじ込むことはできない。ケーシング１２を完全にねじ込んだ後、六角ナット３５に所定の締付けトルクを加えると、測定エレメント１３は測定ガス導管１１において所望の位置に配向される。締付けモーメントの制御は、トルクレンチによって行うことができる。

製造プロセスは、まず最初に、ケーシング１２に雄ねじ山３４と六角ナット３５とを最終形成し、次いで測定エレメント１３をセラミック挿入体１４，１５とシール材１６とともにケーシング１２に挿入する。測定エレメント１３をケーシング１２に組み付ける際に、測定エレメント１３が、雄ねじ山３４の始端部に対して規定の方向付けを有するように挿入するために、ケーシング１２にはマーキング３６が設けられている。このマーキング３６は、雄ねじ山３４の始端部に関して方向付けられている。図７の実施例では、マーキング３６は、半径方向の小さな袋孔３７として形成されていて、六角ナット３５に設けられている。このマーキング３６によって、製造プロセスにおいて、測定エレメント１３をケーシング１２に、雄ねじ山３４の始端部に関して所要の配向を有するように極めて簡単に固定することができる。

本発明は、内燃機関の排ガス管に浸漬されるラムダセンサを備えた上記の測定センサ装置に限定されるものではない。ラムダセンサの代わりに、別の測定センサ、例えば測定ガスの相応のパラメータ、即ち温度、湿度、圧力を検出する、温度センサ、湿度センサ、圧力センサも同様に使用可能である。

部分的に断面して示した測定センサ装置の側方図である 図１の測定センサ装置の挿入リングの平面図である 図１の測定センサ装置の縦断面図である 図３の部分ＩＶの拡大図である 図３の部分Ｖの拡大図である 測定センサ装置の変化実施例を示す図５と同様の図である 部分的に断面して示した別の実施例による測定センサ装置の側方図である

Claims (11)

1. 測定センサ装置であって、測定ガスのガスパラメータ、特に内燃機関の排ガス中の酸素濃度を測定するための測定センサ（１０）が設けられており、該測定センサ（１０）がケーシング（１２）内に収容された、少なくとも測定ガス側の突出区分（１３１）で前記ケーシング（１２）から突出する測定エレメント（１３）を有していて、測定ガスによって貫流される測定ガス導管（１１）、特に内燃機関の排ガス管が設けられており、前記測定ガス導管（１１）は、測定センサ導入開口（２５）と、該導入開口（２５）を取り囲み測定ガス導管（１１）に固定された、ケーシング（１２）のための収容部（２６）とを有していて、測定ガス流において測定エレメント（１３）の突出区分（１３１）の所定の方向付けを再現可能に形成する組み付け補助手段が設けられており、該組み付け補助手段が、ケーシング（１２）に配置された、測定エレメント（１３）の組み付け位置に関して方向付けされた対応エレメントと、収容部（２６）に配置された、測定ガス流に関して方向付けられた対応エレメントとを有している形式のものにおいて、
   収容部（２６）が雌ねじ山（１８）を有しており、該雌ねじ山の始端部が、測定ガス流に関して方向付けられた対応エレメントを形成しており、ケーシング（１２）が、前記雌ねじ山（２８）にねじ込み可能な雄ねじ山（３４）を支持しており、雄ねじ山の始端部が、測定エレメント（１３）に関して配向された対応エレメントを形成しており、ケーシング（１２）が、所定の締付けトルクで収容部（２６）内で固定可能であることを特徴とする測定センサ装置。
2. ケーシング（１２）にマーキング（３６）が配置されていて、該マーキング（３６）が測定エレメント（１３）の組み付けのための所定の方向付けを規定し、かつ雄ねじ山（３４）の始端部に関して方向付けられている、請求項１記載の測定センサ装置。
3. マーキング（３６）が、ケーシング（１２）に半径方向で設けられた袋孔（３７）である、請求項２記載の測定センサ装置。
4. 請求項１の上位概念に記載の形式の測定センサ装置であって、収容部（２６）が雌ねじ山（２８）とケーシング支持肩部（２７）とを有していて、ケーシング（１２）が、ケーシング支持肩部（２７）上に載置される半径方向フランジ（２３）を有しており、該半径方向フランジ（２３）が、ケーシング（１２）に係合する中空ボルト（２４）によってケーシング支持肩部（２７）上に緊締されている形式のものにおいて、
   収容部（２６）に配置された対応エレメントが、雌ねじ山（２８）の領域に延びる端面側で自由に開口した軸方向溝（２９）であって、ケーシング（１２）に形成された対応エレメントが、半径方向でケーシング周面を越えて突出する突出部（３０）であって、該突出部（３０）が軸方向溝（２９）に少なくとも溝幅で形状接続的に突入することを特徴とする測定センサ装置。
5. 突出部（３０）がケーシング（１２）に一体に成形されている、請求項４記載の測定センサ装置。
6. 突出部（３０）が、ケーシング（１２）における半径方向孔（３３）に固定される差し込みピン（３２）の部分である、請求項４記載の測定センサ装置。
7. 突出部（３０）が、有利には扁平な挿入リング（３１）の部分であって、該挿入リング（３１）が、ケーシング（１２）の半径方向フランジ（２３）の、中空ボルト（２４）に面したフランジ面に載置されており、ケーシング（１２）に回動不能に結合されている、請求項４記載の測定センサ装置。
8. 挿入リング（３１）がケーシング（１２）にプレス嵌めされている、請求項７記載の測定センサ装置。
9. ケーシング（１２）が周面に扁平なフランジ区分（１２１）を有しており、挿入リング（３１）は、フランジ区分（１２１）に対応配置される環状領域（３１１）で、この環状領域（３１１）が扁平にフランジ区分（１２１）に当接するように屈曲されている、請求項７又は８記載の測定センサ装置。
10. 屈曲された環状領域（３１１）が、突出部（３０）に対して直径上で向かい合って位置している、請求項９記載の測定センサ装置。
11. 収容部（２６）が、測定ガス導管（１１）の導管壁（１１１）に設けられた壁開口（２５）に挿入可能な中空管片であって、該中空管片は前記導管壁（１１１）に溶接されている、請求項１から１０までのいいずれか１項記載の測定センサ装置。

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