JP4607315B2

JP4607315B2 - Gas sensor

Info

Publication number: JP4607315B2
Application number: JP2000376101A
Authority: JP
Inventors: 達哉山田; 佳彦中塚; 伸一中村
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2000-12-11
Filing date: 2000-12-11
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2020-12-11
Also published as: JP2002181760A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス用のジルコニア酸素センサ等、各種の燃焼装置における空燃比の制御等に利用するガスセンサに関する。更に詳しくは、リード線の引き出し部位における、熱や衝撃等による劣化が少ないガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガス中の酸素等を測定するために用いられるジルコニア酸素センサのリード線は、それぞれ保護外筒から導出されている。このリード線の引き出し部位から、外気等がガスセンサ内に侵入しないよう、ゴム等で作られたキャップが保護外筒に設けられ、これを貫通してリード線が導出されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなキャップは、使用環境である高温時には熱膨張を起こすが、保護外筒内に収められているために圧迫され、損傷し易かった。また、飛石等が保護外筒に衝突した場合、保護外筒内のセパレータに直接衝撃が伝わり、セパレータを破損する恐れがあった。更に、エンジンからの輻射熱や、排気ガスの熱を受けるので、セパレータに耐熱性の高いものが要求されていた。
本発明は、このような問題点を解決するものであり、キャップの熱や衝撃等による劣化が少ないガスセンサを提供することを目とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のガスセンサは、後方にリード端子が接続されるガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子の周囲を囲み、且つ該ガスセンサ素子を保持する主体金具と、該主体金具の後方に接合され、該ガスセンサ素子の後方を囲むように設けられる外筒と、該外筒内に設けられるとともに、該リード端子を挿通するセパレータと、を備えるガスセンサであって、該セパレータは、該外筒の内壁に対向する側面に凹部が形成されており、
上記外筒は、先方側に配置される第１外筒、及び後方側に配置される第２外筒を接合して構成され、上記セパレータは、先方側及び後方側の端面の外縁に沿った側面部分において、突出するリブが形成されており、
上記リブは、上記第２外筒の内面と接触し、
上記セパレータの先方側の端面に接するようにパッキングが配設され、該パッキングは上記第２外筒の内面と接触し、
上記セパレータの後方側の端面に接するようにキャップが配設され、該キャップは上記第２外筒の内面と接触していることを特徴とする。
【０００５】
更に、上記セパレータの側面上には、線状又は帯状に突出したリブを形成することができる。
【０００６】
上記「セパレータ」は、使用温度で劣化が少なく、絶縁性を備える任意の部材とすることができる。この例として、エンジニアプラスチックや、セラミック製を挙げることができる。また、好例として、エンジニアプラスチックでは、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリオキシベンゾイル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール及びポリフェニレンサルファイド等を、セラミックスとしてはジルコニア及びアルミナ等を挙げることができる。
更に、パッキング及びキャップは、フッ素ゴムやシリコンゴムなど、耐熱性を備えたゴム素材を例示することができる。
【０００７】
上記「凹部」とは、周縁から中央側に向かってへこみが生じている形状を備える部位であればよく、具体的な形状は任意とすることができる。例えば、球面状としてもよいし、円錐状、角錐状等を例示できる。また、任意形状の平坦な底を有していてもよい。
上記「パッキング」は、該第１外筒の端部側、及び該第２外筒の内面の間を塞いで気密性を保つことができればよく、その塞ぎ方は任意とすることができる。
【０００８】
また、上記「リブ」は、セパレータを少ない面積で外筒に接触し、セパレータを支持することができればよく、任意の形状とすることができる。例えば、任意本数の直線形状としてもよいし、曲線形状とすることもできる。更に、接触形状が点状の突起を多数設けてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のガスセンサに関する実施例により本発明を更に詳しく説明する。本ガスセンサは、ガソリンエンジン等の内燃機関の排気管に接続され、排気ガス中の酸素ガスを測定するために用いられる。
本ガスセンサ１は、図１及び２に示すように、センサ素子１１、主体金具１２、第１外筒１３及び第２外筒１４からなる外筒、パッキング１５、セパレータ１６、キャップ１７及びリード線１８２を備える。
【００１０】
センサ素子１１は、図２に示すように、その先端側１１１を排気ガスに曝すことで、排気ガス中の酸素濃度を測定することができるジルコニア酸素センサであり、末端側１１２（特許請求の範囲における導出側）にリード端子１８１が接続されている。
主体金具１２及び第１外筒１３は図１及び図２に示すように、略筒形状であり、互いに接合されるとともにセンサ素子１１を収納するように配設される。また、第１外筒１３の先端からセンサ素子１１の先端側がプロテクタ１９を介して露出するように配設される。
第１外筒１３の末端側には略筒形状の第２外筒１４（保護外筒ともいう）が設けられている。この第２外筒１４の末端からはリード端子１８１に接続されたリード線１８２が導出される。また、第２外筒１４内は、筒方向に貫通するリード線１８２の他、パッキング１５、セパレータ１６及びキャップ１７が設けられている。
【００１１】
セパレータ１６は、図２〜５に示すように、略円柱体のエンジニアプラスチック（ＰＥＥＫ等を例示できる。）の成形体である。また、外周面にはリブ１６１が立設する。このリブ１６１は、周面の両端に周回するように設けられるリング状のリブ１６１と、円柱の軸方向に等間隔で４本設けられている直線状のリブ１６１がある。これらリブ１６１の高さの分だけ、第２外筒１４とセパレータ１６との間に空隙が生ずる。
更に、セパレータ１６の末端側（リード線１８２の導出側）の端面は、図５に示すように略球状の凹面である凹部１６２を備え、端面の中央近辺はキャップ１７との間に空隙が生じている。
また、セパレータ１６は、その両端面を貫通する貫通孔１６３が５つ設けられている。この貫通孔のそれぞれにリード端子１８１及びリード線１８２を通すことで、これらの接触及びショートを防止する。
【００１２】
パッキング１５は、セパレータ１６の第１外筒１３側の周面を周回するように設けられた略リング形状体のフッ素ゴムであり、図３に示すように、第１外筒１３の端部側１３２、及び第２外筒１４の内面に密着することで気密性を保つように設けられている。
このパッキング１５は、径が約１３ｍｍの場合、横断面の大きさが縦１．０〜５．０ｍｍ、横１〜３ｍｍ（特に好ましくは縦１．５〜３．５ｍｍ、横１〜５ｍｍ）である。このような、パッキング１５を縦０．５〜４．５ｍｍ程度に圧縮して設けることで、十分な気密性を保つことができる。
【００１３】
キャップ１７は、セパレータ１６の末端側（リード線１８２導出側）端面に接触するように設けられた略円柱体であり、軸方向にリード線１８２を貫通させるための貫通孔が設けられている。また、キャップ１７の末端側は、第２外筒１４のかしめによってすぼめられた形となっている。
【００１４】
このようなガスセンサ１は、外気及び水分等がガスセンサ内１に侵入し易い、第１外筒１３と第２外筒１４との隙間、及び第２外筒のリード線１８２導出側端部を、パッキング１５及びキャップ１７にて気密とすることにより、本ガスセンサ１内に外気及び水分等を侵入させないようにすることができた。
また、第２外筒１４内の大部分を、熱膨張の少ない材質で構成されるセパレータ１６によって占めることで、第２外筒１４内が高温になっても内部が圧迫されないようにすることができ、パッキング１５、キャップ１７及びリード線１８２の圧迫による損傷を防ぐことができた。
【００１５】
更に、セパレータ１６を、パッキング１５、キャップ１７及びリブ１６１を介して第２外筒１４内に設けるとともに、セパレータ１６及び第２外筒１４間、セパレータ１６及びキャップ１７間に空隙を設けることで、セパレータ１６自体に第１外筒１３及び第２外筒１４からの熱が直接伝わりにくいものとすることができ、高温による劣化を抑制することができた。
また、これらの空隙は、セパレータ１６及びキャップ１７（特にキャップ１７）が熱膨張を起こした際の逃げ場所となるため、セパレータ１６及びキャップ１７の圧迫を避けることができ、圧迫による劣化を抑制することができた。
特に、キャップ１７は、かしめによって不均等な熱膨張を起こすため、圧迫による裂けが生じ易いが、セパレータ１６の凹部１６２による空隙を埋めるように逃がすことができる。このため、圧迫による裂けを抑制することができる。
【００１６】
更に、セパレータ１６は、パッキング１５、キャップ１７及びリブ１６１を介して第２外筒１４内に設けられているため、第２外筒１４に加わる衝撃が伝わりにくく、衝撃による割れ等の損傷を抑制することができる。
また、パッキング１５は、第２外筒１４と接するリブ１６１に隣接するように配設されているため、凹部１６２に潜ることがなく、パッキング１５が損傷したり、ガスセンサの気密性が下がったりすることがない。
【００１７】
尚、本発明においては、上記実施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した態様とすることができる。セパレータ１６の外周に設けるリブ１６１は、図４に示す４本に限らず、３本、５本及び６本等と適宜変更することができるし、ねじのようにらせん状に設けることもできる。また、リブ１６１の形状は、図２〜５に示す線形状に限らず、点状突起を多数設けたものとしてもよい。
更に、セパレータ１６の他端面に形成する凹部１６２においても、球状に限らず、円錐状、角錐状としたり、底を平坦にすることができる。更に、リブ１６１の形状は、図２〜５に示す線形状に限らず、点状突起を多数設けたものとしてもよい。
また、セパレータ１６の材質はエンジニアプラスチックに限らず、セラミックスとすることもできる。セパレータ１６に用いるセラミックスとしてはジルコニア及びアルミナ等を例示することができる。
更に、各実施例において、セパレータ１６の他端面に形成する凹部１６２は、球状に限らず、円錐状、角錐状としたり、底を平坦にすることができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明のガスセンサ素子によれば、外筒内のセパレータに熱が伝わりにくいために高温になりにくい。また、セパレータ及びキャップは熱膨張による圧迫が生じない。このため、セパレータ及びキャップの高温による劣化を抑制することができる。
更に、セパレータに外筒からの衝撃が伝わりにくいため、衝撃による劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例のガスセンサ素子の外観を説明するための平面図である。
【図２】本実施例のガスセンサ素子を説明するための断面図である。
【図３】セパレータを配設した様子を説明するための部分断面図である。
【図４】セパレータを説明するための模式横断面図である。
【図５】セパレータを説明するための模式縦断面図である。
【図６】第２外筒内にセパレータを備える、従来のガスセンサの断面図である。
【符号の説明】
１；ガスセンサ、１１；センサ素子、１２；主体金具、１３；第１外筒、１４；第２外筒（保護外筒）、１５；パッキング、１６；セパレータ、１６１；リブ、１６２；凹部、１６３；貫通孔、１７；キャップ、１８１；リード端子、１８２；リード線、１９；プロテクタ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas sensor used for controlling an air-fuel ratio in various combustion apparatuses, such as a zirconia oxygen sensor for exhaust gas of an internal combustion engine. More specifically, the present invention relates to a gas sensor that is less deteriorated due to heat, impact, or the like at a lead wire drawing portion.
[0002]
[Prior art]
Lead wires of a zirconia oxygen sensor used for measuring oxygen or the like in the exhaust gas are respectively led out from the protective outer cylinder. A cap made of rubber or the like is provided on the protective outer cylinder so as to prevent outside air or the like from entering the gas sensor from the lead wire drawing portion, and the lead wire is led through the cap.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a cap undergoes thermal expansion at a high temperature, which is the use environment, but is easily compressed and damaged because it is contained in the protective outer cylinder. Further, when stepping stones or the like collide with the protective outer cylinder, an impact is directly transmitted to the separator in the protective outer cylinder, and the separator may be damaged. Furthermore, since it receives the radiant heat from the engine and the heat of exhaust gas, a separator having high heat resistance is required.
The present invention solves such problems, and an object of the present invention is to provide a gas sensor in which the cap is less deteriorated by heat, impact, or the like.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The gas sensor of the present invention includes a gas sensor element to which a lead terminal is connected at the rear, a metal shell that surrounds the gas sensor element and holds the gas sensor element, and is joined to the rear of the metal metal element, A gas sensor comprising an outer cylinder provided so as to surround the rear, and a separator provided in the outer cylinder and inserted through the lead terminal, wherein the separator is disposed on a side surface facing the inner wall of the outer cylinder. A recess is formed ,
The outer cylinder is configured by joining a first outer cylinder arranged on the front side and a second outer cylinder arranged on the rear side, and the separator is along the outer edge of the end surface on the front side and the rear side. In the side part, protruding ribs are formed,
The rib contacts the inner surface of the second outer cylinder;
A packing is disposed so as to be in contact with the end face on the front side of the separator, and the packing is in contact with the inner surface of the second outer cylinder;
A cap is disposed so as to contact an end surface on the rear side of the separator, and the cap is in contact with an inner surface of the second outer cylinder .
[0005]
Furthermore, on the side surface of the separator, it is possible to form the ribs projecting in a linear or band.
[0006]
The “separator” can be any member that has little deterioration at the use temperature and has insulating properties. Examples of this are engineer plastics and ceramics. Also, as a good example, engineering plastics include polyetheretherketone (PEEK), polyetherketone (PEK), polyethersulfone, polysulfone, polyetherimide, polyoxybenzoyl, polyamide, polycarbonate, polyacetal and polyphenylene sulfide. Examples thereof include zirconia and alumina.
Furthermore, the packing and the cap can exemplify rubber materials having heat resistance such as fluorine rubber and silicon rubber.
[0007]
The “concave portion” may be a portion having a shape in which a dent is generated from the peripheral edge toward the center side, and a specific shape may be arbitrary. For example, a spherical shape may be used, and a conical shape, a pyramid shape, etc. may be exemplified. Moreover, you may have the flat bottom of arbitrary shapes.
The “packing” is not particularly limited as long as it can maintain airtightness by closing the end portion side of the first outer cylinder and the inner surface of the second outer cylinder.
[0008]
The “rib” is not limited as long as it can contact the outer cylinder with a small area and support the separator, and can have any shape. For example, it may be an arbitrary number of linear shapes or a curved shape. Furthermore, a large number of protrusions having a point-contact shape may be provided.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples relating to the gas sensor of the present invention. This gas sensor is connected to an exhaust pipe of an internal combustion engine such as a gasoline engine and is used for measuring oxygen gas in the exhaust gas.
1 and 2, the gas sensor 1 includes a sensor element 11, a metal shell 12, an outer cylinder including a first outer cylinder 13 and a second outer cylinder 14, a packing 15, a separator 16, a cap 17, and a lead wire 182. Is provided.
[0010]
As shown in FIG. 2, the sensor element 11 is a zirconia oxygen sensor that can measure the oxygen concentration in the exhaust gas by exposing the tip side 111 to the exhaust gas. Lead terminal 181 is connected to the lead-out side.
As shown in FIGS. 1 and 2, the metal shell 12 and the first outer cylinder 13 have a substantially cylindrical shape and are arranged so as to be joined to each other and to house the sensor element 11. In addition, the sensor element 11 is disposed so that the front end side of the sensor element 11 is exposed through the protector 19 from the front end of the first outer cylinder 13.
A substantially cylindrical second outer cylinder 14 (also referred to as a protective outer cylinder) is provided on the terminal side of the first outer cylinder 13. A lead wire 182 connected to the lead terminal 181 is led out from the end of the second outer cylinder 14. Further, in the second outer cylinder 14, a packing 15, a separator 16, and a cap 17 are provided in addition to a lead wire 182 penetrating in the cylinder direction.
[0011]
As shown in FIGS. 2 to 5, the separator 16 is a substantially cylindrical engine plastic (PEEK or the like). A rib 161 is erected on the outer peripheral surface. The rib 161 includes a ring-shaped rib 161 provided so as to circulate at both ends of the peripheral surface and four linear ribs 161 provided at equal intervals in the axial direction of the cylinder. A gap is generated between the second outer cylinder 14 and the separator 16 by the height of the ribs 161.
Further, the end surface of the separator 16 on the end side (lead wire 182 lead-out side) is provided with a concave portion 162 which is a substantially spherical concave surface as shown in FIG. ing.
Further, the separator 16 is provided with five through holes 163 penetrating both end faces. By passing the lead terminal 181 and the lead wire 182 through each of the through holes, these contacts and short circuit are prevented.
[0012]
The packing 15 is a substantially ring-shaped fluororubber provided so as to circulate around the peripheral surface of the separator 16 on the first outer cylinder 13 side, and as shown in FIG. 132 and the inner surface of the second outer cylinder 14 are provided so as to maintain airtightness.
When the diameter of the packing 15 is about 13 mm, the size of the cross section is 1.0 to 5.0 mm in length and 1 to 3 mm in width (particularly preferably 1.5 to 3.5 mm in length and 1 to 5 mm in width). is there. By providing such a packing 15 compressed to about 0.5 to 4.5 mm in length, sufficient airtightness can be maintained.
[0013]
The cap 17 is a substantially cylindrical body provided so as to be in contact with the end surface (lead wire 182 lead-out side) end surface of the separator 16, and is provided with a through hole for penetrating the lead wire 182 in the axial direction. Further, the end side of the cap 17 has a shape that is squeezed by caulking of the second outer cylinder 14.
[0014]
Such a gas sensor 1 has a gap between the first outer cylinder 13 and the second outer cylinder 14 and an end portion on the lead-out side of the lead wire 182 of the second outer cylinder, where outside air, moisture and the like easily enter the gas sensor 1. By making the packing 15 and the cap 17 airtight, it was possible to prevent the outside air and moisture from entering the gas sensor 1.
Further, by occupying most of the inside of the second outer cylinder 14 with the separator 16 made of a material having a small thermal expansion, the inside of the second outer cylinder 14 is prevented from being compressed even if the inside of the second outer cylinder 14 becomes high temperature. It was possible to prevent damage due to compression of the packing 15, the cap 17, and the lead wire 182.
[0015]
Further, the separator 16 is provided in the second outer cylinder 14 via the packing 15, the cap 17 and the rib 161, and a gap is provided between the separator 16 and the second outer cylinder 14 and between the separator 16 and the cap 17. Heat from the first outer cylinder 13 and the second outer cylinder 14 could not be directly transmitted to the separator 16 itself, and deterioration due to high temperature could be suppressed.
In addition, since these gaps serve as escape places when the separator 16 and the cap 17 (particularly the cap 17) undergo thermal expansion, the separator 16 and the cap 17 can be prevented from being compressed, and deterioration due to the compression is suppressed. I was able to.
In particular, since the cap 17 causes uneven thermal expansion due to caulking, the cap 17 is likely to tear due to compression, but can be released so as to fill a gap formed by the concave portion 162 of the separator 16. For this reason, the tear by compression can be suppressed.
[0016]
Furthermore, since the separator 16 is provided in the second outer cylinder 14 via the packing 15, the cap 17 and the rib 161, the impact applied to the second outer cylinder 14 is difficult to be transmitted, and damage such as cracking due to the impact is suppressed. can do.
Further, since the packing 15 is disposed so as to be adjacent to the rib 161 in contact with the second outer cylinder 14, the packing 15 is not submerged in the recess 162, and the packing 15 is damaged or the gas sensor is less airtight. There is nothing.
[0017]
In addition, in this invention, it can be set as the aspect variously changed within the range of this invention according to the objective and use, without being restricted to what is shown in the said Example. The ribs 161 provided on the outer periphery of the separator 16 are not limited to the four shown in FIG. 4 but can be appropriately changed to three, five, six, etc., or can be provided in a spiral shape like a screw. The shape of the rib 161 is not limited to the linear shape shown in FIGS. 2 to 5, and a large number of dot-like protrusions may be provided.
Further, the concave portion 162 formed on the other end surface of the separator 16 is not limited to a spherical shape, but can be conical or pyramidal, or can have a flat bottom. Furthermore, the shape of the rib 161 is not limited to the linear shape shown in FIGS.
The material of the separator 16 is not limited to engineer plastic, but may be ceramic. Examples of the ceramic used for the separator 16 include zirconia and alumina.
Furthermore, in each Example, the recessed part 162 formed in the other end surface of the separator 16 is not restricted to a spherical shape, but can be conical or pyramidal, or have a flat bottom.
[0018]
【The invention's effect】
According to the gas sensor element of the present invention, since heat is not easily transmitted to the separator in the outer cylinder, it is difficult to reach a high temperature. Further, the separator and the cap are not compressed by thermal expansion. For this reason, the deterioration by the high temperature of a separator and a cap can be suppressed.
Furthermore, since the impact from the outer cylinder is not easily transmitted to the separator, deterioration due to the impact can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view for explaining the appearance of a gas sensor element of the present embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a gas sensor element of the present embodiment.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view for explaining a state in which a separator is provided.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a separator.
FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view for explaining a separator.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional gas sensor including a separator in a second outer cylinder.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Gas sensor, 11; Sensor element, 12: Main metal fitting, 13: 1st outer cylinder, 14: 2nd outer cylinder (protection outer cylinder), 15; Packing, 16; Separator, 161; Rib, 162; Through-hole, 17; cap, 181; lead terminal, 182; lead wire, 19; protector.

Claims

A gas sensor element to which a lead terminal is connected at the rear, a metal shell that surrounds the gas sensor element, and that holds the gas sensor element, and is joined to the rear of the metal metal fitting so as to surround the gas sensor element A gas sensor provided with an outer cylinder and a separator provided in the outer cylinder and inserted through the lead terminal,
The separator has a recess formed on a side surface facing the inner wall of the outer cylinder,
The outer cylinder is configured by joining a first outer cylinder arranged on the front side and a second outer cylinder arranged on the rear side, and the separator is along the outer edge of the end surface on the front side and the rear side. In the side part, protruding ribs are formed,
The rib contacts the inner surface of the second outer cylinder;
A packing is disposed so as to be in contact with the end face on the front side of the separator, and the packing is in contact with the inner surface of the second outer cylinder;
A gas sensor, wherein a cap is disposed so as to be in contact with an end surface on the rear side of the separator, and the cap is in contact with an inner surface of the second outer cylinder.

The gas sensor according to claim 1, wherein a rib protruding in a linear shape or a strip shape is formed on a side surface of the separator.

The gas sensor according to claim 1, wherein the separator is made of an engineering plastic.

The gas sensor according to claim 1 or 2 , wherein the separator is made of ceramic.