KR20210099016A - 연결부, 배기 가스 센서 및 센서 시스템 - Google Patents

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마누엘 클로스
제바스찬 루스
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 내연 기관의 배기 시스템에 설치하기 위한 연결부(10)에 관한 것이다. 연결부(10)는 내부 나사산(12)을 가지며, 내부 나사산(12)은 배기 가스 센서(30)의 외부 나사산(32)에 맞물리도록 설계된다. 연결부(10)는 시일을 수용하기 위한 적어도 하나의 제 1 밀봉면(16)을 더 포함하며, 상기 제 1 밀봉면(16)은 언더컷(20)을 갖는다. 배기 가스 센서(30) 및 센서 시스템(100)도 제안된다.

Description

연결부, 배기 가스 센서 및 센서 시스템
본 발명은 독립 청구항들의 전제부에 따른 연결부, 배기 가스 센서 및 센서 시스템에 관한 것이다.
자동차 부문의 배기 가스 센서 시스템에서, 센서들은 차량 배기 시스템의 바닥 아래에 설치된다. 이를 위해 센서의 외부 나사산은 일반적으로 배기 시스템에 용접된, 내부 나사산을 가진 연결부에 나사로 고정된다. 배기 가스가 빠져 나가는 것을 방지하기 위해 두 나사 결합 파트너 사이에 기밀한 연결이 형성되어야 한다.
일반적으로 둥근 파이프로 구성된 배기 시스템에 나사산 연결부를 용접하면, 이것이 생략된다. 용접 시임는 나사산 연결부 주변의 한 높이에서 연장되지 않고 물결 모양으로 연장된다. 이로 인해, 나사산 연결부의 상이한 영역들에서 용접 열 도입이 생긴다. 그 결과 열팽창으로 인해, 연결부가 영구적으로 변형된다. 변형(이하 "뒤틀림"이라고도 함)은 잠재적인 밀봉 지점과 나사산의 동심도에 영향을 준다.
종래 기술로부터 공지된 나사산 연결부 및 배기 가스 센서를 고정하기 위한 방법의 수많은 장점에도 불구하고, 이들은 여전히 개선의 여지가 있다. 연결부와 배기 가스 센서 사이의 나사 연결은 처음에 높은 밀봉 압력으로 폐쇄된 밀봉면을 포함해야 한다. 또한, 가능한 가장 넓은 시일은 부식성 침투에 대한 높은 수준의 강성을 보장한다. 더 넓은 밀봉면은 동일한 압력에서 더 낮은 밀봉 압력으로 이어지기 때문에 두 요구 사항은 반대이다. 또한, 넓은 밀봉면은 밀봉 영역의 작은 탄소성 변형(elasto-plastic deformation)으로 이어진다. 결과적으로, 공차 편차, 특히 두 밀봉면의 동심도 및 각도 편차가 더 크게 나타난다. 따라서, 넓은 밀봉면은 특히 용접으로 인한 뒤틀림 동안 발생하는 공차 편차의 경우 밀봉 효과를 감소시킨다.
따라서, 공지된 연결부 및 배기 가스 센서의 단점을 적어도 크게 피하고 특히 더 큰 밀봉 압력으로 더 넓은 밀봉면을 허용하는 연결부, 배기 가스 센서 및 센서 시스템이 제안된다.
내연 기관의 배기 시스템에 조립하기 위한 본 발명에 따른 연결부는 내부 나사산을 갖는다. 내부 나사산은 배기 가스 센서의 외부 나사산에 맞물리도록 설계된다. 연결부는 또한 시일을 수용하기 위한 적어도 하나의 제 1 밀봉면을 갖는다. 제 1 밀봉면에는 언더컷이 있다.
기존의 평평하거나 각진 밀봉 시트와는 달리, 여기에 도시신, 언더컷을 가진 밀봉 시트는 초기 라인 지지대로 이어지고, 상기 초기 라인 지지대는 나사 연결의 조임 토크로 인해 클램핑 력이 증가함에 따라 넓어진다. 밀봉 시트의 접촉 압력의 변화에 의해, 실내 시스템에서 높은 수준의 소성 변형 및 초기 밀봉성이 넓은 밀봉 시트 및 그에 따라 부식 공격에 대한 높은 수준의 강성과 함께 가능해진다.
시일은 배기 가스 센서의 일부이거나 배기 가스 센서에 고정적으로 배치될 수 있다. 시일은 예를 들어 배기 가스 센서의 제 2 밀봉면에 의해 형성될 수 있다.
연결부는 바람직하게는 내연 기관의 배기 시스템에 용접되도록 설계된다.
추가 개선에서, 제 1 밀봉면은 내부 나사산에 인접하게 배치된다. 이로 인해, 결합 파트너들 사이의 갭이 줄어든다.
추가 개선에서, 제 1 밀봉면은 내부 나사산의 나사산 축에 수직인 평면에 대해 0.25°내지 10.0°의 각도로 연장된다. 제 1 밀봉면은 내부 나사산의 나사산 축에 수직인 평면에 대해 0.5°내지 5.0°의 각도로 연장될 수 있다. 제 1 밀봉면은 내부 나사산의 나사산 축에 수직인 평면에 대해 1.0 °내지 3.0 °의 각도로 연장될 수 있다. 따라서, 모든 구성 요소 공차 위치, 특히 밀봉면의 각도 공차에서, 내부 시스템과의 초기 접촉이 보장되고 동시에 밀봉 압력으로 밀봉면의 빠른 확장이 가능하다.
추가 개선에서, 제 1 밀봉면은 15mm 내지 50mm, 바람직하게는 20mm 내지 40mm의 외경을 갖는다.
내연 기관의 배기 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한 본 발명에 따른 배기 가스 센서는 외부 나사산을 갖는다. 외부 나사산은 배기 시스템에 조립되거나 조립될 수 있는 연결부의 내부 나사산에 맞물리도록 설계된다. 배기 가스 센서는 또한 적어도 하나의 제 2 밀봉면을 갖는다. 제 2 밀봉면에는 언더컷이 있다.
기존의 평평하거나 각진 밀봉 시트와는 달리, 여기에 도시된, 언더컷을 가진 밀봉 시트는 초기 라인 지지대로 이어지며, 상기 초기 라인 지지대는 나사 연결의 조임 토크로 인해 클램핑 력이 증가함에 따라 넓어진다. 밀봉 시트의 접촉 압력의 변화에 의해, 실내 시스템에서 높은 수준의 소성 변형 및 초기 밀봉성이 넓은 밀봉 시트 및 그에 따라 부식 공격에 대한 높은 수준의 강성과 함께 가능해진다.
배기 가스 센서에는 시일이 있고, 상기 시일은 배기 가스 센서의 일부이다. 대안으로서, 시일은 배기 가스 센서에 배치되는 별도의 구성 요소일 수 있다. 시일은 배기 가스 센서의 제 2 밀봉면에 의해 형성될 수 있다. 시일은 금속, 강 또는 합금으로 제조될 수 있다.
추가 개선에서, 제 2 밀봉면은 외부 나사산에 인접하게 배치된다. 이로 인해, 결합 파트너들 사이의 갭이 줄어든다.
추가 개선에서, 제 2 밀봉면은 외부 나사산의 나사산 축에 수직인 평면에 대해 0.25°내지 10.0°의 각도로 연장된다. 제 2 밀봉면은 외부 나사산의 나사산 축에 수직인 평면에 대해 0.5°내지 5.0°의 각도로 연장될 수 있다. 제 2 밀봉면은 외부 나사산의 나사산 축에 수직인 평면에 대해 1.0°내지 3.0°의 각도로 연장될 수 있다. 따라서, 모든 구성 요소 공차 위치, 특히 밀봉면의 각도 공차에서, 내부 시스템과의 초기 접촉이 보장되고 동시에 밀봉 압력으로 밀봉면의 빠른 확장이 가능하다.
추가 개선에서, 제 2 밀봉면은 15mm 내지 50mm, 바람직하게는 20mm 내지 40mm의 외경을 갖는다.
배기 가스 센서는 람다 프로브, 입자 센서, 질소 산화물 센서, 압력 센서, 열막 공기 질량 측정기, 온도 센서 또는 습도 센서일 수 있다.
센서 시스템도 제안된다. 센서 시스템은 상기 실시예들에 따른 연결부 및/또는 상기 실시예들에 따른 배기 가스 센서를 포함한다. 즉, 센서 시스템은 밀봉면에 언더컷이 없는 종래의 배기 가스 센서에 연결된 본 발명에 따른 연결부를 포함할 수 있다. 대안으로서, 센서 시스템은 본 발명에 따른 배기 가스 센서에 연결된, 밀봉면에 언더컷이 없는 종래의 연결부를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 연결부, 및 밀봉면에 각각 하나의 언더컷을 가진 배기 가스 센서의 조합도 구현될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 연결부는 다른 (중공) 본체에 부착되도록 설계된 짧은 파이프 섹션으로 이해되어야 한다.
"제 1" 및 "제 2"라는 표현은 각각의 구성 요소들 또는 특징들의 개념적 구별을 위해서만 사용되고, 구성 요소들 또는 특징들의 가중치, 중요성 또는 특별한 순서를 나타내지 않는다.
본 발명의 기본 아이디어는 예를 들어 라인 시일, 높은 밀봉 압력 및 탄소성 변형과 같은 각진 밀봉 시트의 장점과 넓은 밀봉면과 같은 평평한 밀봉 시트의 장점 그리고 온도 상승 동안 클램핑 력 저하의 감소의 장점을 결합하는 것이다. 이는 반경의 증가에 따라 작은 각도로 하나 또는 2개의 밀봉면을 떨어뜨리거나 기울임으로써 달성된다. 따라서, 최초 접촉은 내부 반경에서 발생하고 클램핑 력의 증가에 따라 바깥쪽으로 넓어진다. 이상적인 각도는 클램핑 력, 재료 특성값, 구성 요소 공차, 원하는 밀봉 길이 및 밀봉 압력에 따라 달라진다.
본 발명의 추가 선택적 세부 사항들 및 특징들은 도면에 개략적으로 도시된 바람직한 실시예들의 다음 설명으로부터 나타난다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결부의 단면도이다.
도 2는 연결부의 확대 세부도이다.
도 3은 센서 시스템의 단면도이다.
도 4는 센서 시스템의 확대 세부도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결부(10)의 단면도를 도시한다. 연결부(10)는 실질적으로 원통형으로 설계된다. 연결부(10)는 내연 기관의 배기 시스템에 설치하도록 설계된다. 이를 위해, 연결부(10)는 배기 시스템에 용접된다. 연결부(10)는 나사산 축(14) 주위에 형성된 내부 나사산(12)을 갖는다. 연결부(10)는 또한 적어도 하나의 제 1 밀봉면(16)을 갖는다. 제 1 밀봉면(16)은 내부 나사산(12)에 인접하게 배치된다. 제 1 밀봉면(16)은 15㎜ 내지 50㎜, 바람직하게는 20㎜ 내지 40㎜, 예를 들어 22.5㎜의 외경(18)을 갖는다. 제 1 밀봉면(16)에는 언더컷(20)이 있다.
도 2는 제 1 밀봉면(16)의 영역에서 연결부(10)의 확대 세부도를 도시한다. 언더컷(20)을 실현하기 위해, 제 1 밀봉면(16)은 내부 나사산(12)의 나사산 축(14)에 수직인 평면(22)에 대해 0.25° 내지 10.0°, 바람직하게는 0.5° 내지 5.0°, 예를 들어 2.0°의 각도 a로 연장된다. 따라서, 제 1 밀봉면(16)은 내부 나사산(12)의 나사산 축(14)에 대한 반경 방향에 대해 경사진다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 시스템(100)의 단면도를 도시한다. 센서 시스템(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 연결부(10)를 포함한다. 센서 시스템(100)은 배기 가스 센서(30)를 더 포함한다. 배기 가스 센서(30)는 연결부(10)에 설치하도록 설계된다. 배기 가스 센서(30)는 람다 프로브, 입자 센서, 질소 산화물 센서, 압력 센서, 열막 공기 질량 측정기, 온도 센서 또는 습도 센서이다. 도 3은 상호 연결된 상태의 연결부(10) 및 배기 가스 센서(30)를 도시한다. 배기 가스 센서(30)는 나사산 축(34) 주위에 형성된 외부 나사산(32)을 갖는다. 배기 가스 센서(30)는 또한 적어도 하나의 제 2 밀봉면(36)을 갖는다. 제 2 밀봉면(36)은 외부 나사산(32)에 인접하게 배치된다. 제 2 밀봉면(36)은 제 1 밀봉면(16) 상에 안착된다. 배기 가스 센서(30)의 밀봉은 상응하게 제 2 밀봉면(36)에 의해 형성된다. 대안으로서, 배기 가스 센서(30)의 별도의 시일(상세히 도시되지 않음)이 제 1 밀봉면(16)과 제 2 밀봉면(36) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 시일은 배기 가스 센서(30)의 일부일 수 있고, 따라서 배기 가스 센서(30)와 일체로 형성될 수 있거나, 별도의 조립 단계에서 배기 가스 센서(30)에 배치되는 별도의 구성 요소일 수 있다. 이 경우, 시일은 금속, 강 또는 합금으로 제조된다. 제 2 밀봉면(36)에는 언더컷(40)이 있다.
도 4는 연결부(10)와 배기 가스 센서(30) 사이의 연결 영역에서 센서 시스템(100)의 확대 세부도를 도시한다. 언더컷(40)을 구현하기 위해, 제 2 밀봉면(36)은 외부 나사산(32)의 나사산 축(34)에 수직인 평면(42)에 대해 0, 25°내지 10.0°, 바람직하게는 0.5°내지 5.0°, 예를 들어 2.0°의 각도 β로 연장된다. 따라서, 제 2 밀봉면(36)은 외부 나사산(32)의 나사산 축(34)에 대한 반경 방향에 대해 경사진다. 도시된 실시예에서, 밀봉면들(16, 36)은 바깥쪽으로 반경 방향 치수가 증가함에 따라 서로 멀어진다.
기존의 평평하거나 각진 밀봉 시트와는 달리, 여기에 도시된, 하나 또는 2개의 밀봉면의 언더컷을 가진 밀봉 시트는 나사 연결의 조임 토크로 인해 클램핑 력이 증가함에 따라 넓어지는 초기 라인 지지대로 이어진다. 밀봉 시트의 접촉 압력의 변화에 의해, 실내 시스템에서 높은 수준의 소성 변형 및 초기 밀봉성이 넓은 밀봉 시트와 그에 따라 부식 공격에 대한 높은 수준의 강성과 함께 가능해진다. 반경이 증가함에 따라 작은 각도로 하나 또는 2개의 밀봉면을 떨어뜨리면, 최초 접촉이 내부 반경에 생성되고 클램핑 력의 증가에 따라 바깥쪽으로 넓어지는 효과가 있다. 이상적인 각도는 클램핑 력, 재료 특성값, 구성 요소 공차, 원하는 밀봉 길이 및 밀봉 압력에 따라 달라진다. 그 결과, 예를 들어 안쪽으로 15°기울어진 밀봉 시트를 가진 시일로 공칭 위치의 시일이 2.5 배 확장되고 최대 허용 뒤틀림으로 인한 갭이 비슷한 평평한 밀봉 시트에 비해 80 % 감소한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 연결부(10) 또는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 배기 가스 센서(30)가 센서 시스템(100)의 밀봉면에 언더컷이 없는 종래의 연결부 또는 배기 가스 센서로 대체될 수 있다는 것이 명백히 강조된다.
10: 연결부
12: 내부 나사산
14: 나사산 축
16: 제 1 밀봉면
20, 40: 언더컷
22: 평면
30: 배기 가스 센서
32: 외부 나사산
34: 나사산 축
36: 제 2 밀봉면

Claims (15)

  1. 내연 기관의 배기 시스템에 설치하기 위한 연결부(10)로서, 상기 연결부(10)는 내부 나사산(12)을 가지며, 상기 내부 나사산(12)은 배기 가스 센서(30)의 외부 나사산(32)에 맞물리도록 설계되고, 상기 연결부(10)는 시일을 수용하기 위한 적어도 하나의 제 1 밀봉면(16)을 더 포함하며, 상기 제 1 밀봉면(16)은 언더컷(20)을 갖는, 연결부(10).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 밀봉면(16)은 상기 내부 나사산(12)에 인접하게 배치되는, 연결부(10).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 밀봉면은 상기 내부 나사산(12)의 나사산 축(14)에 수직인 평면(22)에 대해 0.25°내지 10.0°의 각도로 연장되는, 연결부(10).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 밀봉면(16)은 상기 내부 나사산(12)의 나사산 축(14)에 수직인 평면(22)에 대해 0.5°내지 5.0°의 각도로 연장되는, 연결부(10).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 밀봉면(16)은 상기 내부 나사산(12)의 나사산 축(14)에 수직인 평면(22)에 대해 1.0°내지 3.0°의 각도로 연장되는, 연결부(10).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 밀봉면(16)은 15㎜ 내지 50㎜, 바람직하게는 20㎜ 내지 40㎜의 외경(18)을 갖는, 연결부(10).
  7. 내연 기관의 배기 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한 배기 가스 센서(30)로서, 상기 배기 가스 센서(30)는 외부 나사산(32)을 가지며, 상기 외부 나사산(32)은 배기 시스템에 조립되거나 조립될 수 있는 연결부(10)의 내부 나사산(12)에 맞물리도록 설계되고, 상기 배기 가스 센서(30)는 적어도 하나의 제 2 밀봉면(36)을 더 포함하며, 상기 제 2 밀봉면(36)은 언더컷(40)을 갖는, 배기 가스 센서(30).
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 밀봉면(36)은 상기 외부 나사산(32)에 인접하게 배치되는, 배기 가스 센서(30).
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 밀봉면(36)은 상기 외부 나사산(32)의 나사산 축(34)에 수직인 평면(42)에 대해 0.25°내지 10.0°의 각도(β)로 연장되는, 배기 가스 센서(30).
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 밀봉면(36)은 상기 외부 나사산(32)의 나사산 축(34)에 수직인 평면(42)에 대해 0.5°내지 5.0°의 각도(β)로 연장되는, 배기 가스 센서(30).
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 밀봉면(36)은 상기 외부 나사산(32)의 나사산 축(34)에 수직인 평면(42)에 대해 1.0°내지 3.0°의 각도(β)로 연장되는, 배기 가스 센서(30).
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시일은 금속, 강 또는 합금으로 제조되는, 배기 가스 센서(30).
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 가스 센서(30)는 상기 시일을 포함하고, 상기 시일은 상기 제 2 밀봉면(36)에 배치되는, 배기 가스 센서(30).
  14. 제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 가스 센서(30)는 람다 프로브, 입자 센서, 질소 산화물 센서, 압력 센서, 열막 공기 질량 측정기, 온도 센서 또는 습도 센서인, 배기 가스 센서(30).
  15. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 연결부(10) 및 배기 가스 센서(30) 또는 연결부(10) 및 제 7 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 배기 가스 센서(30) 또는 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 연결부(10) 및 제 7 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 배기 가스 센서(30)를 포함하는 센서 시스템(100).
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