JP3983295B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式のガスセンサ、特に内燃機関の排ガス中の酸素濃度を測定するためのガスセンサから出発する。
米国特許第４５９７８５０号明細書に基づき公知の、センサエレメントを備えたガスセンサの場合、センサエレメントは、排ガス側の端部で、外側の円筒部分と内側の円筒部分とを備えた二重壁状の保護管によって取り囲まれている。これらの両円筒部分は互いに別個に製造され、少なくとも１つの組付工程において一緒に組み合わされ、次いでガスセンサのケーシングに固定される。
発明の利点
これに対して、請求項１の特徴を有する本発明によるガスセンサは、二重壁状の保護管を一緒に纏めるための組み付けが省かれるという利点を有している。これにより、保護管、ひいてはガスセンサは低廉に製造可能である。
請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載されたガスセンサの有利な構成が得られる。特に、内側の保護スリーブの横断面がセンサエレメントの横断面に適合されることに基づき、内側の保護スリーブのために提供された構造スペースが狭い場合に、センサエレメントは、全ての側に向かって、内側の保護スリーブの内壁に対して十分な安全距離を有することができるので有利である。このような安全距離が必要なのは、センサエレメントが衝撃状の負荷を受けた場合に内側の保護スリーブ内で弾性的に変位させられ、内壁に衝突した場合には損傷を受け、もしくは破損してしまうおそれがあるからである。外側の保護スリーブが閉じられた外周面を有し、外側の保護スリーブと内側の保護スリーブとの間の中間室にガスが流入するための端面側のガス開口が配置されることにより、排ガスが感知領域まで比較的長い流路を有してはいるが、しかし、測定ガス室は十分な通流を得るという利点がもたらされる。さらに、内燃機関の排ガス中に一緒に導かれた、例えば汚染物または凝縮水のような粒子が、外側の保護スリーブと内側の保護スリーブとの間の中間室内に侵入するのが阻止される。外側の保護スリーブと内側の保護スリーブとの間の環状フランジに内側のガス開口が配置されることにより、排ガス中に一緒に導かれた凝縮水は、センサエレメントの感知領域に直接に達することはなく、ケーシングの内室の方向に向けられる。
図面
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
第１図は本発明によるガスセンサの排ガス側の部分を示す縦断面図である。第２図は、第１図のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。第３図は、第１図のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。第４図は保護管の別の実施例を示す縦断面図である。
実施例
第１図は、ガスセンサ、例えば電気化学的な酸素センサの排ガス側の部分を示している。このガスセンサは、排ガス側の金属性のケーシング部分１１を備えている。このケーシング部分内には、偏平なセンサエレメント１２がガス密に固定されている。排ガス側のケーシング部分１１は、例えば、２つの部分から構成されたケーシングの一部である。センサエレメント１２の接触接続部が収納された、図示されていない接続部側のケーシング部分は、排ガス側のケーシング部分１１とガス密に溶接されている。しかしながら、このケーシングを唯１つのケーシング部分から製造することも考えられる。
ケーシング部分１１は、排ガス側の開口１５を備えた円筒スリーブ１４から成っている。円筒スリーブ１４は１個所に、半径方向内側に向けられた加工成形部１６を有するように構成されている。この加工成形部１６によって、第１の貫通案内部２２を備えた第１のセラミックス成形部２１と、第２の貫通案内部２４を備えた第２のセラミックス成形部２３と、これらの間に配置されたシールエレメント２５とが保持されている。第２のセラミックス成形部２３によって圧着力がシールエレメント２５に作用する。このシールエレメントは、前プレスされたステアタイト粉末から成っている。前記圧着力によって、シールエレメント２５のステアタイト粉末はセンサエレメント１２とケーシング部分１１の内壁とに圧着させられる。これにより、センサエレメント１２は、ガス密にケーシング部分１１に保持される。
センサエレメント１２は図示されていない電極を備えた、酸素イオンを誘導するセラミックス固体電解質から成っている。少なくとも１つの電極は排ガスに晒されており、センサエレメント１２において感知領域１３を形成している。この偏平なセンサエレメント１２は複数のセラミックスシートから一緒に積層され、焼結され、焼結された状態において方形の横断面を有している。
ケーシング部分１１には、外側の保護スリーブ３１と内側の保護スリーブ３２とを備えた２重壁状の保護管３０が固定されている。内側の保護スリーブ３２は測定ガス室３４を取り囲んでいる。この測定ガス室内には、センサエレメント１２の感知領域１３が沈め込まれている。外側の保護スリーブ３１と内側の保護スリーブ３２とは互いに所定の間隔を有するように配置されているので、これらの間に、環状の中間室３５が形成される。この中間室は、排ガスを測定ガス室３４内にさらに案内するのに用いられる。
外側の保護スリーブ３１は、円筒形のスリーブ３６として構成されている。このスリーブのケーシング側の端部は、円筒形部分３７に向かって減径されている。円筒形部分３７の外径は、ケーシング部分１１の開口１５の内径に相当する。スリーブ３６の排ガス側の端部は、製造技術的な理由から僅かに外方に向かって曲げられている。しかしながら、スリーブ３６の排ガス側の端部を円筒形に終わらせるか、または、この排ガス側の端部に、内側の保護スリーブ３２に向けられた曲げを施すことも考えられる。スリーブ３６は、閉じられた外周面を有するように構成されている。中間室３５に対するガス入口および／またはガス出口は、端面側のガス開口３９によって形成されている。
内側の保護スリーブ３２は、センサエレメント１２の横断面に対応して、方形横断面を有しており、４つの側壁４１を有している。これら４つの側壁４１は、センサエレメント１２に対して十分な間隔を有している。この間隔は全ての４つの側においてほぼ等しい。４つの側壁４１は排ガス側の端部で一緒になって底部４２を形成している。側壁４１と底部４２とは、測定ガス室３４を取り囲んでいる（第２図および第３図）。底部４２においては、中心線に対して整合合致するようにガス流出および／またはガス流入のためのガス開口４４が配置されている。
内側の保護スリーブ３２の排ガス側の端部は、外側の保護スリーブ３１の排ガス側の端部を超えて突出している。これにより、外側の保護スリーブ３１のスリーブ３６の内壁と、内側の保護スリーブ３２の側壁４１の外面との間には、環状のギャップ５０が生じる。このギャップは、中間室３５のためのガス流入および／またはガス流出のための端面側のガス開口３９を形成している。
４つの側壁４１のケーシング側の端部は、環状フランジ４６によって、外側の保護スリーブ３１の円筒形のスリーブ３６に結合されている。環状フランジ４６は、側壁４１とスリーブ３６とに対して少なくともほぼ直角に延びている。環状フランジ４６には、２つの内側のガス開口４８が加工成形されている。これらの内側の両ガス開口４８は、第２図に示されているように、例えば対向して位置するように、かつ内側の保護スリーブ３２の幅広の側壁４１に対して平行に配置されている。しかしながら、唯１つの内側のガス開口４８、または、２つよりも多い内側のガス開口４８を、環状フランジ４６に設けることも考えられる。
外側の保護スリーブ３１と内側の保護スリーブ３２とを有する二重壁状の保護管３０は一体的に構成されている。これは、製造技術的に深絞り加工法により実現される。この場合、先ず、側壁４１と底部４２とを有する内側の保護スリーブ３２が成形される。次いで、外側の保護スリーブ３１のスリーブ３６が形成される。このとき同時に、環状フランジ４６とギャップ５０とが生じる。
スリーブ３６の円筒形部分３７は、外側の保護スリーブ３１の成形時に実現される。ガス開口４４，４８の形成は深絞りプロセスに組み込まれると有利である。
ガス開口３９，４４，４８を備えた、一体的に成形された保護管３０の円筒形部分３７が、ケーシング部分１１の開口１５内に挿入され、環状の溶接継目５２によって、例えばレーザ溶接によって溶接される。
図示されていない排ガス管内では、排ガスが、第１図において矢印で示された方向で流れる。排ガスはギャップ５０を介して中間室３５内に達する。内側のガス開口４８を通って、排ガスは測定ガス室３４内に侵入する。さらにガス開口４４を通って、排ガスは測定ガス室３４から再び流出する。しかしながら、排ガスがガス開口４４を通って測定ガス室３４内に流入することもあり得る。この場合、測定ガス室３４内および中間室３５内の排ガスの流れが逆になる。
保護管３０の別の実施例が第４図から明らかである。この別の実施例においては、外側の保護スリーブ３１が環状のギャップ５０において、内側の保護スリーブ３２に向いた縁部５５を備えている。この縁部５５で、環状のギャップ５０は縮小されており、ひいては端面側のガス開口３９が狭められている。端面側のガス開口３９が狭められることにより、排ガス中に一緒に案内される凝縮水の侵入がより良好に防止される。
しかしながら、上記のような実施例のほかに、あらゆる任意の横断面、例えば円形横断面または正方形横断面を備えた内側の保護スリーブ３２を構成することも考えられる。さらに、スリーブ３６の排ガス側の端部に端面側の底部を設け、この底部に端面側のガス開口３９を加工成形することも考えられる。

Claims (7)

1. ケーシング内に固定されたセンサエレメントを備えたガスセンサであって、外側の保護スリーブと内側の保護スリーブとを備えた二重壁状の保護管が設けられており、該両保護スリーブがそれぞれ、ガス流入および／またはガス流出のための少なくとも１つの開口を有しており、内側の保護スリーブが測定ガス室を形成しており、該測定ガス室内に、センサエレメントの測定ガス側の部分が突入しており、外側の保護スリーブと内側の保護スリーブとの間に、ガスを測定ガス室内にさらに導くための中間室が形成されている形式のものにおいて、
   外側の保護スリーブ（３１）と内側の保護スリーブ（３２）とが一体的に形成されており、外側の保護スリーブ（３１）と内側の保護スリーブ（３２）との間に、該両保護スリーブ（３１，３２）をシームレスに互いに結合する環状フランジ（４６）が形成されていることを特徴とする、ガスセンサ。
2. 外側の保護スリーブ（３１）と内側の保護スリーブ（３２）との間のケーシング側の端部に、環状フランジ（４６）が形成されており、該環状フランジが少なくとも１つの内側のガス開口（４８）を有している、請求項１記載のガスセンサ。
3. 環状フランジ（４６）が外側の保護スリーブ（３１）と内側の保護スリーブ（３２）とに対して少なくともほぼ直角に延びている、請求項２記載のガスセンサ。
4. 外側の保護スリーブ（３１）と内側の保護スリーブ（３２）との間に、前記中間室（３５）に対するガス流入および／またはガス流出のための、少なくとも１つの端面側のガス開口（３９）が形成されている、請求項１記載のガスセンサ。
5. 端面側のガス開口（３９）が環状のギャップ（５０）によって形成されている、請求項４記載のガスセンサ。
6. 外側の保護スリーブ（３１）がガス側の端部に、内側の保護スリーブ（３２）に向けられた縁部（５５）を有しており、該縁部が環状のギャップ（５０）を狭めている、請求項５記載のガスセンサ。
7. ケーシング（１１）が測定ガス側の端部に円筒形の開口（１５）を有しており、外側の保護スリーブ（３１）のケーシング側の端部に、円筒形部分（３７）が一体成形されており、保護管（３０）がこの円筒形部分（３７）でケーシング（１１）の円筒形の開口（１５）内に挿入されていて、ケーシング（１１）にガス密に結合されている、請求項１記載のガスセンサ。

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