JP4755482B2 - ガス測定センサ - Google Patents

Description

本発明は、ガス測定センサであって、特に測定ガスの物理的特性を検出するための、有利には内燃機関の排ガスにおけるガス成分の濃度または粒子濃度を検出するための、または内燃機関の排ガスの温度を検出するためのガス測定センサであって、ケーシング内に配置されたセンサエレメントが設けられており、該センサエレメントが少なくとも１つのコンタクト面を有しており、該コンタクト面は導体に電気的に接続されており、導体がコンタクト面とコンタクトシェルとの間に配置されている形式のものに関する。

このような形式のガス測定センサは、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５４２６５０号明細書またはドイツ連邦共和国特許出願公開第４１２６３７８号明細書により公知である。ガス測定センサは扁平の縦長のセンサエレメントを有していて、その構成は例えばドイツ連邦共和国特許第１９９４１０５１号明細書に記載されている。センサエレメントはガス測定センサのケーシング内に固定されていてシールされている。シールするために、粉末状の材料から成るシール充填物が設けられていて、このシール充填物は２つのセラミックの成形部分の間に配置されている。２つのセラミックの成形部分はそれぞれ真ん中に切欠を有していて、この切欠にはセンサエレメントが導入されている。シール充填物はセンサエレメントとケーシングとの間の領域を埋めていて、両セラミックの成形部分の間で、シール充填物の材料が、センサエレメントとケーシングの内壁とにシールするように当て付けられるように押圧されている。センサエレメントは接続側の区分でさらに電気的なコンタクトのためのコンタクト面を有している。このコンタクト面は導体エレメントに電気的に接続されていて、導体エレメントによってセンサエレメントの測定信号が、ガス測定センサの外側に位置する評価電子機器へと案内される。導体エレメントは２つの互いに向かい合ったコンタクトシェルによりコンタクト面に押し付けられる。このためにコンタクトシェルはばねエレメントによって取り囲まれていて、このばねエレメントは両コンタクトシェルを互いに押し合わせ、ひいては導体エレメントをコンタクトシェルによって所要の力でコンタクト面に押し付ける。

この場合、コンタクトシェルを取り囲むばねエレメントによるセンサエレメントのコンタクトは、製造技術的に手間がかかるという欠点がある。さらにこのような形式のコンタクトは、センサエレメントとコンタクトシェルならびにケーシングにおける配置に関して高い製造精度を必要とし、従って高価であり故障し易い。さらに、４００℃を越える高温範囲では、ばねエレメントのばね応力は低下し、これにより導体エレメントはもはや必要な圧力でコンタクト面に押し付けられない。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５４２６５０号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第４１２６３７８号明細書 ドイツ連邦共和国特許第１９９４１０５１号明細書

本発明の課題は、冒頭で述べた形式のガス測定センサを改良して、故障しにくい確実なコンタクトが高い温度のもとでも得られるようなガス測定センサを提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、コンタクトシェルが粉体充填物によって取り囲まれていて、粉体充填物がコンタクトシェルに、導体がコンタクトシェルによってコンタクト面に押圧されるように力を加えるようにした。

本発明によるガス測定センサにより、故障しにくい確実なコンタクトが高い温度のもとでも実現されているという利点が得られる。

このために、コンタクトシェルが粉体充填物によって取り囲まれていて、粉体充填物は押圧されて、導体がコンタクトシェルによってコンタクト面に押し付けられるようにコンタクトシェルに力を加える。粉体充填物は押圧中に所定の限度内で流れることができるので、コンタクトシェルと、ケーシングにおけるコンタクトシェルとセンサエレメントの配置とに関する不正確性は補償され、これにより粉体充填物は単数又は複数のコンタクトシェルを均一に取り囲み、コンタクトシェルとケーシング内壁とに密に当接し、均質な力をコンタクトシェルに加える。

従属請求項に記載された手段により、独立請求項に記載のガス測定センサの有利な別の構成が得られる。

特に有利には、互いに向かい合って位置する２つのコンタクトシェルが設けられていて、これらのコンタクトシェルの間には導体と、コンタクト面を備えたセンサエレメントの領域とが配置されている。対称的な配置により多数の信号が読み取られる。同時にこのコンタクトにより、センサエレメントに作用する全力が最小化される。

有利には粉体充填物がケーシングの長手方向軸線の方向で第１の成形部分と第２の成形部分との間に配置されていて、第１の成形部分と第２の成形部分との適切な取り付けにより、粉体充填物がコンタクトシェルをコンタクト面の方向に押圧し、これにより導体とコンタクト面との間のコンタクトが実現されるように粉体充填物に力を加える。第２の成形部分はガス測定センサの接続側の端部に設けられており、第１の成形部分は第２の成形部分に関して、ガス測定センサの測定ガス側の端部の方向に配置されている。

特に有利には、第１の成形部分と第２の成形部分との間に付加的にシール充填物が配置されている。このシール充填物は両成形部分の間で押圧されて、これによりシール充填物が密にセンサエレメントと、ケーシングの内壁とに当て付けられる。シール充填物はケーシングの長手方向で、有利にはセンサエレメントの測定ガス側の端部の方向で、粉体充填物に続いている。このような形式の配置により、センサエレメントのコンタクトとシールとはもはや互いに分離されることなく、共通の構成群において実現される。

有利には、第１の成形部分は、センサエレメントを収容するための切欠を有しており、第２の成形部分は導体の数に応じて複数の切欠を有していて、この切欠にはそれぞれ１つの導体が収容されて、ガス測定センサから外部に導出される。

粉体充填物を押圧するために、場合によってはシール充填物を押圧するために、有利にはケーシングの接続側の端部にカラーが設けられており、該カラーによって第２の成形部分がガス測定センサの長手方向軸線の方向で固定され、ケーシングの側壁にかしめ領域が設けられており、該かしめ領域でケーシングの内径が減じられ、該かしめ領域に第１の成形部分が載置されていて、これによりケーシングのカラーとかしめ領域により、第１の成形部分と第２の成形部分とが、これらの成形部分の間に配置された粉体充填物及び／又はシール充填物がガス測定センサの長手方向で押圧されるように配置されている。ケーシングのかしめにより、製造技術的に簡単に両成形部分の間に高い力を生ぜしめることができる。ケーシングのカラーは例えば折り曲げにより形成することができる。

粉体充填物及び／又はシール充填物は有利にはセラミック粉体を有している。特に有利には、シール充填物はステアタイト及び／又は窒化ホウ素を有しており、粉体充填物は酸化マグネシウムを有している。

粉体充填物及び／又はシール充填物は取り付け前に例えば予め圧縮されて、取り扱いやすいユニットを形成する。このユニットは製造技術的に簡単にガス測定センサに取り付けることができる。選択的には粉体はばら荷として納められても良い。予め圧縮された、またはばら荷として納められる粉体充填物及び／又はシール充填物は、センサエレメントの内側で押圧され、これにより充填物が周りの構成部分に当て付けられ、シール作用をし、もしくは接触のために十分な押圧力が加えられる。

次に図面につき本発明の実施の形態を詳しく説明する。

図示されたガス測定センサ１０は例えば、内燃機関の排ガス中の酸素（ラムダジャンププローブまたはラムダ広域プローブ）、炭化水素、ＮＯｘの濃度を検出するために働き、または排ガスの煤含量や温度を検出するために働く。ガス測定センサ１０は測定ガス側の区分１０ａと接続側の区分１０ｂとを有しており、管状の金属的なケーシング２１を有している。このケーシング２１は、ガス測定センサ１０を測定ガス導管（図示せず）に組み込むために、その外面に六角部分２２とねじ山２２ａとを有している。ガス測定センサ１０の測定ガス側の区分１０ａには保護管２３が固定されており、この保護管２３は開口２４を有している。この開口２４を通って測定ガスがケーシング２１の内部に到ることができる。

ガス測定センサ１０のケーシング２１には、縦長の扁平なセンサエレメント３１が配置されていて、このセンサエレメント３１は保護管２３の領域に測定ガス側の区分３１ａを有している。この区分３１ａの反対側に位置する、センサエレメント３１の接続側の区分３１ｂにはセンサエレメント３１の反対側の外面にコンタクト面３２が設けられている。コンタクト面３２にはそれぞれ１つの導体４３が載置されていて、この導体４３はコンタクト面３２に電気的に接続されている。導体４３を介してセンサエレメント３１は外部の評価回路に接続されている。この外部の評価回路によって例えばセンサエレメントの測定信号が評価され、センサエレメントを加熱するための電圧が準備される。

ケーシング２１には第１のセラミックの成形部分５１と第２のセラミックの成形部分５２とが配置されている。第１のセラミックの成形部分５１と第２のセラミックの成形部分５２との間にはシール充填物６２と、粉体充填物６１と、互いに向かい合って位置する２つのコンタクトシェル４１とが設けられている。第１の成形部分５１はケーシング２１の過占め領域７１上に載置されている。第１の成形部分５１は真ん中に切欠５１ａを有しており、この切欠５１ａ内にセンサエレメント３１が配置されている。切欠５１ａは、センサエレメント３１を切欠５１ａに導入し易くするために漏斗状である。第１の成形部分５１にはシール充填物６２が続いていて、このシール充填物６２はケーシング２１の長手方向軸線に対して垂直な１つの平面でセンサエレメント３１からケーシング２１の内壁にまで延びていて、接続側の区分３１ｂを、ガス測定センサ１０の測定ガス側の区分１０ａに対してシールしている。

シール充填物６２には両コンタクトシェル４１，４１ａ，４１ｂが続いていて、センサエレメント３１の接続側の端部３１ｂを、コンタクト面３２と、該コンタクト面３２に載置された導体４３とで取り囲んでいる。コンタクトシェル４１は粉体充填物６１によって取り囲まれている。粉体充填物６１はケーシング２１の内壁にまで延びている。粉体充填物６１とコンタクトシェル４１とには、第２の成形部分５２が続いている。この第２の成形部分５２はケーシング２１のカラー７２に当接していて、一区分で、カラー７２を貫通して形成された開口から突出している。第２の成形部分５２は切欠５２ａを有していて、この切欠５２ａをから導体４３がガス測定センサ１０のケーシング２１から導出されている。

かしめ領域７１でケーシングをかしめることにより、及び／又はカラー７２を折り曲げることにより、所定の力が第１の成形部分５１と第２の成形部分５２とに加えられ、粉体充填物６１とシール充填物６２とが著しく押圧される。これにより、一方ではシール充填物６２が圧縮され、ケーシング２１とセンサエレメント３１に対して押し付けられる。これによりシール充填物６２はケーシング２１とセンサエレメント３１とに気密に当て付けられ、ひいては排ガスがガス測定センサ１０の測定ガス側の区分１０ａから接続側の領域１０ｂに侵入するのが防止される。他方では粉体充填物６１がコンタクトシェル４１が粉体充填物６１によってコンタクト面３２の方向に押し付けられるように成形される。これにより、コンタクト面３２とコンタクトシェル４１との間に配置された導体４３が十分な力でコンタクト面３２に押し付けられ、これによりセンサエレメント３１の確実な電気的なコンタクトが得られる。

コンタクトシェル４１，４１ａ，４１ｂは凹部を有していて、この凹部内に導体が配置されていて、導体の横断面のほぼ半分はこの凹部から突出している。

さらに、一方のコンタクトシェル４１ｂは切欠４４を有していて、この切欠４４にはそれぞれ、他方のコンタクトシェル４１ａに設けられた突起４５が係合している。コンタクトシェル４１はさらに、第２の成形部分５２に面した側にピン４２を有していて、このピンは、第２の成形部分５２に相応に成形された切欠に係合している。

粉体充填物６１は酸化マグネシウムから成っていて、シール充填物６２はステアタイトから成っている。選択的にはシール充填物６２は、ステアタイト、窒化ホウ素、ステアタイトの層の順序を有する３つの層から成っていて良い。

ガス測定センサの縦断面図を示した図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って断面した図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って断面した図である。

符号の説明

１０ ガス測定センサ、 １０ａ 測定ガス側の区分、 １０ｂ 接続側の区分、 ２１ ケーシング、 ２２ 六角部分、 ２２ａ ねじ山、 ２３ 保護管、 ２４ 開口、 ３１ センサエレメント、 ３１ａ 測定ガス側の端部、 ３１ｂ 接続側の端部、 ３２ コンタクト面、 ４１ コンタクトシェル、 ４３ 導体、 ４４ 切欠、 ５１ 第１の成形部分、 ５１ａ 切欠、 ５２ 第２の成形部分、 ６１ 粉体充填物、 ６２ シール充填物、 ７１ かしめ領域、 ７２ カラー

Claims (11)

1. 測定ガスの物理的特性を検出するためのガス測定センサ（１０）であって、ケーシング（２１）内に配置されたセンサエレメント（３１）が設けられており、該センサエレメント（３１）が少なくとも１つのコンタクト面（３２）を有しており、該コンタクト面（３２）は導体（４３）に電気的に接続されており、導体（４３）がコンタクト面（３２）とコンタクトシェル（４１）との間に配置されている形式のものにおいて、
   コンタクトシェル（４１）が粉体充填物（６１）によって取り囲まれていて、粉体充填物（６１）がケーシング（２１）の長手方向で押圧されて、これにより粉体充填物（６１）がコンタクトシェル（４１）に、センサエレメント（３１）のコンタクト面（３２）の方向で力を加えるようになり、導体（４３）がコンタクトシェル（４１）によってコンタクト面（３２）に押圧されるように構成されていることを特徴とするガス測定センサ。
2. 互いに向かい合って位置する２つのコンタクトシェル（４１）が設けられており、これらのコンタクトシェルの間にセンサエレメント（３１）の、少なくとも１つのコンタクト面（３２）を備えた接続側の区分（３１ｂ）と少なくとも１つの導体（４３）とが配置されており、コンタクトシェル（４１）が粉体充填物（６１）によって取り囲まれている、請求項１記載のガス測定センサ。
3. 粉体充填物（６１）がケーシング（２１）の長手方向軸線の方向で、第１の成形部分（５１）と第２の成形部分（５２）との間に配置されていて、粉体充填物（６１）が第１の成形部分（５１）と第２の成形部分（５２）との間で押圧されており、第２の成形部分（５２）がガス測定センサ（１０）の接続側の端部（１０ｂ）に設けられており、第１の成形部分（５１）が第２の成形部分（５２）に関して、ガス測定センサ（１０）の測定ガス側の端部（１０ａ）の方向で配置されている、請求項１又は２記載のガス測定センサ。
4. 粉体充填物（６１）及び／又はコンタクトシェル（４１）の、センサエレメント（３１）の接続側の区分（３１ｂ）とは反対の側にシール充填物（６２）が設けられており、該シール充填物（６２）も、第１の成形部分（５１）と第２の成形部分（５２）との間に配置されていて、シール充填物（６２）がセンサエレメント（３１）に当接している、請求項３記載のガス測定センサ。
5. シール充填物（６２）が第１の成形部分（５１）と第２の成形部分（５２）との間で、センサエレメント（３１）がシール充填物（６２）によってケーシング（２１）内でシールされているように押圧されている、請求項４記載のガス測定センサ。
6. 第１の成形部分（５１）が、センサエレメント（３１）を収容するために切欠（５１ａ）を有していて、及び／又は第２の成形部分（５２）が導体（４３）を収容するために少なくとも１つの切欠（５２ａ）を有しており、導体（４３）が第２の成形部分（５２）の切欠（５２ａ）を通ってガス測定センサ（１０）から外部に導出されている、請求項３から５までのいずれか１項記載のガス測定センサ。
7. ケーシング（２１）が接続側の端部にカラー（７２）を有しており、該カラー（７２）によって第２の成形部分（５２）がガス測定センサ（１０）の長手方向軸線の方向で固定されていて、ケーシング（２１）が側壁にかしめ領域（７１）を有しており、該かしめ領域（７１）ではケーシング（２１）の内径が減少していて、前記かしめ領域には第１の成形部分（５１）が載置されており、これによりカラー（７２）と、ケーシング（１２）のかしめ領域（７１）とによって第１の成形部分（５１）と第２の成形部分（５２）とが、これら第１の成形部分（５１）と第２の成形部分（５２）の間に配置された粉体充填物（６１）及び又はシール充填物（６２）をガス測定センサ（１０）の長手方向で押圧するように配置されている、請求項３から６までのいずれか１項記載のガス測定センサ。
8. 粉体充填物（６１）及び／又はシール充填物（６２）がセラミック粉体を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のガス測定センサ。
9. 前記セラミック粉体が、酸化マグネシウム及び／又はステアタイト及び／又は窒化ホウ素である、請求項８記載のガス測定センサ。
10. 粉体充填物（６１）が酸化マグネシウム及び／又は雲母を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載のガス測定センサ。
11. シール充填物（６２）がステアタイト及び／又は窒化ホウ素を有している、請求項４から１０までのいずれか１項記載のガス測定センサ。

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