DE112021003741T5

DE112021003741T5 - Gassensor

Info

Publication number: DE112021003741T5
Application number: DE112021003741.2T
Authority: DE
Inventors: Kouji Morita; Masato Ozawa; Tomofumi Fujii
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2023-04-27
Also published as: WO2022014282A1; JP2022017803A; JP7251527B2; US20230152270A1

Abstract

Bei einem Gassensor ist ein Gehäuse (2) vorgesehen, bei dem ein verriegelndes Stufenteil (21) vorgesehen ist, das auf dessen innerer peripherer Oberfläche ausgebildet ist; ein Sensorkörper (3), bei dem ein verriegeltes Flanschteil (31) vorgesehen ist, das ausgehend von dessen Basisendseite an dem verriegelnden Stufenteil (21) verriegelt ist und innerhalb des Gehäuses gestützt wird; ein Dichtungsbauteil (4), das in ein Füllteil (40) zwischen der inneren peripheren Oberfläche des Gehäuses (2) und einer äußeren peripheren Oberfläche des Sensorkörpers (3) auf einer Basisendseite des verriegelten Flanschteils (31) gefüllt ist; und ein Isolationsbauteil (5), das zwischen der inneren peripheren Oberfläche des Gehäuses (2) und der äußeren peripheren Oberfläche des Sensorkörpers (3) auf einer Basisendseite des Dichtungsbauteils vorgesehen ist. Das Füllteil (40) beinhaltet eine ringförmige Nut (41), die auf einer äußeren peripheren Seite hervorragt.

Description

Querverweis auf ähnliche Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der japanischen Anmeldung mit der Nr. 2020-120 571 , eingereicht am 14. Juli 2020, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Gassensor.
Stand der Technik
Es wurden verschiedene Gassensoren entwickelt, welche in dem Abgassystem oder dergleichen in einer Maschine mit interner Verbrennung angeordnet sind, um spezifische Gaskomponenten in einem Gas wie beispielsweise Abgas zu erfassen, die gemessen werden sollen. Gemäß einem Gassensor, der den Sensorkörper innerhalb des Gehäuses stützt, kann es erforderlich sein, dass ein Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Sensorkörper luftdicht bzw. luftundurchlässig abgedichtet wird. Gemäß diesem Gassensortyp ist ein Dichtungsbauteil in den Spalt gefüllt, um so eine luftdichte Dichtung zu erzielen. Gemäß einem Gassensor, der in PTL1 offenbart wird, wird eine Materialzusammensetzung des Gehäuses optimiert, um in einer Umgebung mit hoher Temperatur eine Luftundurchlässigkeit zu erzielen.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur
[PTL 1] JP-A-2019-20232
Kurzfassung der Erfindung
Seit einigen Jahren sind Hochleistungs-Gassensoren erforderlich. Aus diesem Grund kann für den Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Sensorkörper eine hohe Luftundurchlässigkeit erforderlich sein.
Die vorliegende Offenbarung sieht einen Gassensor vor, der dazu in der Lage ist, die Luftundurchlässigkeit eines Abschnitts zwischen dem Gehäuse und dem Sensorkörper zu verbessern.
Ein Aspekt bzw. Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Gassensor, der ein Gehäuse beinhaltet, bei dem ein verriegelndes Stufenteil vorgesehen ist, das auf dessen innerer peripherer Oberfläche ausgebildet ist; einen Sensorkörper, bei dem ein verriegeltes Flanschteil vorgesehen ist, das ausgehend von dessen Basisendseite an dem verriegelnden Stufenteil verriegelt ist und innerhalb des Gehäuses gestützt wird; ein Dichtungsbauteil, das in ein Füllteil zwischen der inneren peripheren Oberfläche des Gehäuses und einer äußeren peripheren Oberfläche des Sensorkörpers auf einer Basisendseite des verriegelten Flanschteils gefüllt ist; und ein Isolationsbauteil, das zwischen der inneren peripheren Oberfläche des Gehäuses und der äußeren peripheren Oberfläche des Sensorkörpers auf einer Basisendseite des Dichtungsbauteils vorgesehen ist.
Das Füllteil beinhaltet eine ringförmige Nut, die auf einer äußeren peripheren Seite hervorragt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Gassensor beinhaltet das Füllteil die ringförmige Nut. Somit kann die Luftundurchlässigkeit zwischen dem Gehäuse und dem Sensorkörper verbessert werden.
Wie vorstehend beschrieben kann gemäß den vorstehend beschriebenen Aspekten ein Gassensor vorgesehen werden, der dazu in der Lage ist, die Luftundurchlässigkeit zwischen dem Gehäuse und dem Sensorkörper zu verbessern.
Figurenliste
Die vorstehend beschriebene Aufgabe und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen klarer werden.
Es zeigt/es zeigen:

1 eine Querschnittsansicht eines Gassensors, wobei der Schnitt entlang von dessen axialer Richtung vorgenommen wurde, gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Querschnittsansicht, welche einen Abschnitt in der Nähe eines Füllteils zeigt;
3 eine Querschnittsansicht, wobei der Schnitt entlang einer Linie III-III vorgenommen wurde, die in 1 gezeigt wird;
4 eine Querschnittsansicht einer ringförmigen Nut gemäß der ersten Ausführungsform;
5 eine Querschnittsansicht, welche einen Abschnitt in der Nähe des Füllteils zeigt;
6 einen Graphen, der ein Messergebnis eines Versuchsbeispiels zeigt; und
7 eine Querschnittsansicht eines Gassensors, wobei der Schnitt entlang von dessen axialer Richtung vorgenommen wurde, gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 wird eine Ausführungsform eines Gassensors beschrieben werden. Wie in 1 gezeigt wird, beinhaltet ein Gassensor 1 ein Gehäuse 2, einen Sensorkörper 3, ein Dichtungsbauteil 4 und ein Isolationsbauteil 5.
Bei dem Gehäuse 2 ist ein verriegelndes Stufenteil 21 vorgesehen, das auf dessen innerer peripherer Oberfläche ausgebildet ist. Bei dem Sensorkörper 3 ist ein verriegeltes Flanschteil 31 vorgesehen, das ausgehend von der Basisendseite an dem verriegelnden Stufenteil 21 verriegelt ist. Das verriegelte Flanschteil 31 wird innerhalb des Gehäuses 2 gestützt. Das Dichtungsbauteil 4 ist in das Füllteil 40 zwischen der inneren peripheren Oberfläche des Gehäuses 2 und dem Sensorkörper 3 auf der Basisendseite des verriegelten Flanschteils 31 gefüllt. Das Isolationsbauteil 5 ist zwischen einem Abschnitt zwischen der inneren peripheren Oberfläche des Gehäuses 2 und dem Sensorkörper 3 auf der Basisendseite des Dichtungsbauteils 4 vorgesehen. Das Füllteil 40 beinhaltet eine ringförmige Nut 41, die auf der äußeren peripheren Seite hervorragt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet der Sensorkörper 3 ein Sensorelement 33, bei dem eine Sensiereinheit und ein Isolator 34, der das Sensorelement 33 stützt, vorgesehen sind, wie in den 1 und 3 gezeigt wird. Das Sensorelement 33 ist als ein laminiertes Sensorelement konfiguriert, bei welchem eine Mehrzahl von Keramikschichten vorhanden sind, die einen Festelektrolyt beinhalten. Der Isolator 34 stützt das Sensorelement 33, indem dieses in der axialen Richtung durch diesen eingesetzt wird. Ein Glasdichtungsbauteil 35 wird in einen konkaven Abschnitt gefüllt, der in einem Basisende des Isolators 34 vorgesehen ist. Das Glasdichtungsbauteil 35 dichtet einen Abschnitt zwischen dem Isolator 34 und dem Sensorelement 33 ab. Der Isolator 34 ist zum Beispiel aus Keramik wie beispielsweise Aluminiumoxid hergestellt.
Wie in den 1 und 2 gezeigt wird, ist das verriegelte Flanschteil 31 in einem äußeren peripheren Abschnitt des Isolators 34 ausgebildet. Das heißt gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das verriegelte Flanschteil 31 in dem Isolator 34 vorgesehen, der an dem verriegelnden Stufenteil 21 verriegelt ist.
Wie in 1 gezeigt wird, ist eine Abdeckung auf der Spitzenendseite bzw. Spitzenendseiten-Abdeckung 16 an einer Spitzenendseite des Gehäuses 2 vorgesehen, um so den Sensorkörper 3 abzudecken. Der Gassensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet eine Doppel-Spitzenendseiten-Abdeckung 16. Diese Spitzenendseiten-Abdeckungen 16 sind an dessen Basisendabschnitt an dem Gehäuse 2 fixiert. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Basisende der Spitzenendseiten-Abdeckung 16 zwischen dem verriegelnden Stufenteil 21 des Gehäuses 2 und dem verriegelten Flanschteil 31 des Sensorkörpers 3 eingeschoben.
Wie in den 1 und 2 gezeigt wird, sind das Dichtungsbauteil 4, eine Packung 111, das Isolationsbauteil 5 und ein Metallring 112 auf einer Basisendseite des verriegelten Flanschteils 31 aufeinanderfolgend arrangiert. Diese Bauteile sind in einer axialen Richtung Z durch ein Verstemmbauteil 23 verstemmt und nehmen eine Drucklast in der axialen Richtung Z auf. Das Dichtungsbauteil 4 ist zum Beispiel aus einem Keramikpulver wie beispielsweise Talkum hergestellt. Es ist zu beachten, dass die axiale Richtung Z die axiale Richtung des Gassensors 1 ist.
Wie in 1 gezeigt wird, ist ein Gasströmungsloch 161, das ermöglicht, das Messgas dadurch strömt, an einer Spitzenendseiten-Abdeckung 16 ausgebildet. Das Messgas wie beispielsweise ein Abgas wird ins Innere der Spitzenendseiten-Abdeckung 16 geleitet und erreicht eine (nicht näher dargestellte) Messelektrode des Sensorelements 33.
Zudem ist eine Abdeckung auf der Basisendseite bzw. Basisendseiten-Abdeckung 15 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form an der Basisendseite des Gehäuses 2 fixiert. Die Basisendseiten-Abdeckung 15 ist durch ein Schweißen oder dergleichen an einer äußeren peripheren Oberfläche des Gehäuses 2 auf einer äußeren peripheren Seite des Verstemmbauteils 23 fixiert.
Ein Kontaktanschluss 171 ist innerhalb der Basisendseiten-Abdeckung 15 zum Verbinden mit einem Anschluss, der auf der Basisendseite des Sensorelements 33 angeordnet ist, vorgesehen. Eine Anschlussleitung 172, die mit dem Kontaktanschluss 171 verbunden ist, ragt hin zu der Basisendseite des Gassensors 1 hervor. Ferner wird der Kontaktanschluss 171 durch einen Anschluss gestützt, der ein Bauteil 113 mit Isolationseigenschaften stützt. Das Anschluss-Stützbauteil 113 ist, ähnlich wie der Isolator 34, aus Keramik wie beispielsweise Aluminiumoxid hergestellt.
Bei der Basisendseiten-Abdeckung 15 ist ein Lufteinführteil 151 vorgesehen, das eine atmosphärische Luft bzw. Umgebungsluft ins Innere der Basisendseiten-Abdeckung 15 einführt. Die Umgebungsluft, die ausgehend von dem Lufteinführteil 151 ins Innere der Basisendseiten-Abdeckung 15 eingeführt wird, erreicht die (nicht näher dargestellte) Referenzelektrode, die innerhalb des Sensorelements 33 vorgesehen ist.
Der Gassensor 1 kann dazu konfiguriert sein, in dem Abgasrohr einer Maschine mit interner Verbrennung eines Fahrzeugs angeordnet zu sein und eine Gaskomponente in dem Abgas zu erfassen, das durch das Abgasrohr strömt. Der Gassensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann als ein A/F-Sensor verwendet werden (der auch als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor bezeichnet wird), der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (d. h. A/F) der Maschine mit interner Verbrennung erfasst, welches in Übereinstimmung mit der Zusammensetzung des Abgases erlangt wird. Das Dichtungsbauteil 4 wird in das Füllteil 40 gefüllt, um zu verhindern, dass das Messgas wie beispielsweise das Abgas, das ins Innere der Spitzenendseiten-Abdeckung 16 eingeführt wird, ausgehend von einem Abschnitt zwischen dem Sensorkörper 3 und dem Gehäuse 2 ins Innere der Basisendseiten-Abdeckung 15 ausleckt. Es ist zu beachten, dass der Gassensor 1 als ein Sauerstoffsensor konfiguriert sein kann, der als ein Ergebnis einer Bestimmung, ob das A/F, das in Übereinstimmung mit der Zusammensetzung des Abgases erlangt wird, relativ zu dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einer Seite mit fettem Kraftstoff oder einer Seite mit magerem Kraftstoff liegt, ein AN-AUS-Signal ausgibt.
Der Gassensor 1 ist an einem Montageabschnitt des Abgasrohrs oder dergleichen an einem Befestigungs- bzw. Montage-Schraubenteil 24 montiert, das in dem Gehäuse 2 angeordnet ist. Mit anderen Worten wird bewirkt, dass die Montageschraube 24 des Gehäuses 2 mit einem Schraubenmutterteil in Eingriff steht, das auf dem Montageabschnitt vorgesehen ist, wobei der Gassensor 1 an dem Montageabschnitt montiert ist. Das Gehäuse 2 beinhaltet an der Basisendseite des Montage-Schraubenteils 24 das folgende polygonale Bauteil 22. In dem Fall, bei welchem das Montage-Schraubenteil 24 an dem Montageabschnitt angebracht ist, steht ein Werkzeug mit dem polygonalen Bauteil 22 in Eingriff.
Wie in den 2 und 3 gezeigt wird, ragt das polygonale Bauteil 22 auf der äußeren peripheren Seite weiter hervor als beide Abschnitte des Gehäuses 2 relativ zu der axialen Richtung Z. Das polygonale Bauteil ist derart konfiguriert, dass dieses eine polygonale Form aufweist, wenn dieses ausgehend von der axialen Richtung Z betrachtet wird. Die ringförmige Nut 41 ist in einer Region vorgesehen, in welcher das polygonale Bauteil 22 in der Z-Richtung ausgebildet ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Form des polygonalen bzw. vieleckigen Bauteils 22 eine regelmäßige sechseckige Form, wenn dieses ausgehend von der axialen Richtung betrachtet wird.
Das verriegelnde Stufenteil 21, das verriegelte Flanschteil 31, das Füllteil 40 und die ringförmige Nut 41 sind jeweils in einer kreisförmigen Form ausgebildet, deren Mittelpunkt die Mittelachse des Gassensors 1 ist. Bei der ringförmigen Nut 41 ist eine Wandoberfläche der Spitzenendseite bzw. Spitzenendseiten-Wandoberfläche 411 hin zu einer Basisendseite geneigt, so wie diese sich an die äußere periphere Seite annähert. Das heißt der Winkel α, der in 4 gezeigt wird, beträgt weniger als 90 °. Vorzugsweise ist der Winkel α kleiner gleich 85 °. Es ist zu beachten, dass die gestrichelte Linie Z1 in 4 eine lineare Linie ist, die parallel zu der axialen Richtung Z verläuft. Der Winkel α kann derart eingestellt sein, dass dieser größer gleich 60° ist.
Zudem ist bei der ringförmigen Nut 41 eine Wandoberfläche der Basisendseite bzw. Basisendseiten-Wandoberfläche 412 hin zu einer Spitzenendseite geneigt, so wie diese zu der äußeren peripheren Oberfläche verläuft. Der Winkel β, der zwischen der Basisendseiten-Wandoberfläche 412 und der axialen Richtung ausgebildet ist, ist kleiner gleich 45°. Der Winkel β kann zum Beispiel derart eingestellt sein, dass dieser größer gleich 15° ist.
Die ringförmige Nut 41 weist eine Tiefe d auf, die von 0,2 mm bis 0,5 mm reicht. Die ringförmige Nut 41 weist entlang der axialen Richtung Z auf der äußeren peripheren Seite eine genutete Bodenoberfläche 413 auf. Die Länge Lz der genuteten Bodenoberfläche 413 in der axialen Richtung Z kann derart eingestellt sein, dass diese länger ist als die Tiefe d der ringförmigen Nut 41. Die Länge Lz ist derart eingestellt, dass diese größer gleich 0,7 mm ist.
Bei dem verriegelten Flanschteil 31 ist eine Spitzenendseiten-Oberfläche 311 hin zu einer Basisendseite geneigt, so wie diese zu der äußeren peripheren Oberfläche verläuft. Bei dem verriegelten Flanschteil 31 ist eine Basisendseiten-Wandoberfläche 312 hin zu einer Spitzenendseite geneigt, so wie diese sich an die äußere periphere Oberfläche annähert. Ferner ist eine obere Fläche 313 des Flansches entlang der axialen Richtung Z an einem Vorsprungsende des verriegelten Flanschteils 31 vorgesehen. Ein Positionsunterschied zwischen dem äußeren peripheren Ende der Basisendseiten-Oberfläche 312 des verriegelten Flanschteils 31 und dem inneren peripheren Ende der Spitzenendseiten-Wandoberfläche 411 in der ringförmigen Nut 41 in der axialen Richtung Z ist kleiner gleich 0,3 mm. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind eine Position des äußeren peripheren Endes der Basisendseiten-Oberfläche 312 und eine Position des inneren peripheren Endes der Spitzenendseiten-Wandoberfläche 411 in der axialen Richtung im Wesentlichen die gleiche.
Als nächstes wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Anbauen des Sensorkörpers 3 an dem Gehäuse 2 bei dem Herstellungsprozess des Gassensors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben werden. In einem Zustand, bevor der Sensorkörper 3 an dem Gehäuse 2 angebaut wird, steht das Verstemmbauteil 23 des Gehäuses 2 entlang der axialen Richtung Z. Der Sensorkörper 3 wird während des Zustands, bevor der Sensorkörper 3 an dem Gehäuse 2 angebaut wird, ausgehend von der Basisendseite in der axialen Richtung Z innerhalb bzw. ins Innere des Gehäuses 2 eingesetzt. Der Sensorkörper 3 wird im Voraus als die Unterbaugruppe mit dem Sensorelement 33, dem Isolator 34 und dem Glasdichtungsbauteil 35 vorbereitet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Spitzenendseiten-Abdeckung 16 im Voraus an dem Gehäuse angebracht.
Der Sensorkörper 3, der in das Gehäuse 2 eingesetzt vorgesehen ist, bewirkt bzw. verursacht, dass das verriegelte Flanschteil 31 über den Basisendabschnitt der Spitzenendseiten-Abdeckung 16 an dem verriegelnden Stufenteil 21 verriegelt ist. Als nächstes sind das Dichtungsbauteil 4, die Packung 111, das Isolationsbauteil 5 und der Metallring 112 in einem ringförmigen Raum zwischen der äußeren peripheren Oberfläche des Sensorkörpers 3 und der inneren peripheren Oberfläche des Gehäuses 2 ausgehend von der Basisendseite in dieser Reihenfolge aufeinanderfolgend arrangiert. Das Dichtungsbauteil 4 ist aus einem Keramikpulver wie beispielsweise Talkum hergestellt. Das Dichtungsbauteil 4 wird in das Füllteil 40 gefüllt, das die ringförmige Nut 41 beinhaltet. In diesem Moment wird das Dichtungsbauteil 4 derart in der axialen Richtung Z gedrückt, dass das Dichtungsbauteil 4 so gleichmäßig wie möglich in das gesamte Füllteil 40 gefüllt ist.
Anschließend wird der Basisendabschnitt des Gehäuses 2 derart verarbeitet, dass dieser nach innen gebogen ist, wodurch das Verstemmbauteil 23 ausgebildet wird, wie in 2 gezeigt wird. Mit diesem Verstemmabschnitt 23 werden das Dichtungsbauteil 4, die Packung 111, das Isolationsbauteil 5 und der Metallring 112 derart verstemmt, dass diese in der axialen Richtung Z fixiert sind. Das Fixieren durch Verstemmen kann mit thermischem Verstemmen derart vorgenommen werden, dass der Basisendabschnitt des Gehäuses 2, welcher zu dem Verstemmabschnitt 23 wird, bei einer hohen Temperatur erwärmt wird, wodurch dieser ohne Weiteres verformt hergestellt wird.
Als nächstes werden Effekte und ein Vorteil gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben werden. Bei dem Gassensor 1 beinhaltet das Füllteil 40 die ringförmige Nut 41. Somit kann die Länge einer Grenzoberfläche zwischen dem Dichtungsbauteil 4 und dem Gehäuse 2 länger sein. Im Ergebnis kann die Luftundurchlässigkeit zwischen dem Gehäuse 2 und dem Sensorkörper 3 verbessert werden.
Ferner ist die ringförmige Nut 41 vorgesehen. Demzufolge kann eine Fläche, auf welche ausgehend von der axialen Spitzenendseite ein Oberflächendruck des Dichtungsbauteils 4 ausgeübt wird, bei dem Füllteil 40 größer sein. Demzufolge kann der Druck, der auf das Dichtungsbauteil 4 ausgeübt wird, größer sein, ohne dass bewirkt wird, dass die Last, die auf das verriegelte Flanschteil 31 ausgeübt wird, exzessiv groß wird. Im Ergebnis kann die Luftundurchlässigkeit zwischen dem Gehäuse 2 und dem Sensorkörper 3 verbessert werden.
Die ringförmige Nut 41 ist in dem Füllteil 40 vorgesehen, wobei eine Größe des Dichtungsbauteils 4 erhöht werden kann. Somit ist es wahrscheinlich, dass eine Verringerung hinsichtlich des Innendrucks des Dichtungsbauteils 4 aufgrund einer Differenz bzw. eines Unterschieds einer Wärmeausdehnung zwischen dem Gehäuse 2 und dem Sensorkörper 3 vermieden wird. In dieser Hinsicht kann die Luftundurchlässigkeit zwischen dem Gehäuse 2 und dem Sensorkörper gesteigert bzw. verbessert werden.
Als der A/F-Sensor ist einer bekannt, der einen Umgebungsluft-Leitungskanal aufweist, welcher Umgebungsluft ins Innere des Sensorelements 33 einführt. Gemäß diesem A/F-Sensor reagiert unverbranntes Gas an einer Elektrode, welche zu dem Abgas freigelegt ist, in dem Fall, bei welchem das A/F (d. h. Luft-Kraftstoff-Verhältnis) auf der Seite mit fettem Kraftstoff ist, chemisch, was bewirkt, dass sich Oxidionen (O^2-) ausgehend von der Elektrode, die zu der Umgebungsluft freigelegt ist, über einen Festelektrolyt zu der Elektrode bewegen, die zu dem Abgas freigelegt ist. Somit wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F auf der Seite mit fettem Kraftstoff erfasst.
Gemäß dem A/F-Sensor, der den atmosphärischen Leitungskanal aufweist, können die Oxidionen (O^2-) in dem Fall, bei welchem das A/F auf der Seite mit fettem Kraftstoff ist, falls ein Abgas in die Umgebungsluft gemischt wird, die ins Innere des Sensorelements eingeführt wird, wegen einer Verringerung hinsichtlich der Sauerstoffkonzentration der Umgebungsluft nicht ausgehend von der Elektrode, die zu der Umgebungsluft freigelegt ist, über den Festelektrolyt an die Elektrode übertragen werden, die zu dem Abgas freigelegt ist. In diesem Fall kann eine Abdeckung eines Erfassungsbereichs, der dazu in der Lage ist, das A/F auf der Seite mit fettem Kraftstoff zu erfassen, kleiner sein.
Bei dem A/F-Sensor sind bei dem vorstehend beschriebenen Aspekt die Dichteigenschaften zwischen einem Raum innerhalb der Basisendseiten-Abdeckung 15 und einem Raum innerhalb der Spitzenendseiten-Abdeckung 26 unter Verwendung des Dichtungsbauteils 4 wichtig. Anschließend kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfassungsbereich auf der Seite mit fettem Kraftstoff bei dem A/F-Sensor ohne Weiteres sichergestellt werden, wie vorstehend beschrieben, da die Dichteigenschaften unter Verwendung des Dichtungsbauteils 4 verbessert werden können.
Zudem erfasst der Sauerstoffsensor magere und fette Zustände des Kraftstoffs bei einer Ausgabe der elektromotorischen Kraft, die durch einen Unterschied zwischen der Sauerstoffkonzentration in der Umgebungsluft innerhalb der Basisendseiten-Abdeckung 15 und der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas innerhalb der Spitzenendseiten-Abdeckung 16 erzeugt wird. Demzufolge kann die Erfassungsgenauigkeit in dem Fall, bei welchem der Gassensor 1 als ein Sauerstoffsensor konfiguriert ist, beeinflusst werden, falls das Abgas in die atmosphärische Seite gemischt wird. Entsprechend kann ein Vorteil erzielt werden, bei welchem die Erfassungsgenauigkeit verbessert ist, selbst wenn der Gassensor 1 der vorliegenden Ausführungsform, der dazu in der Lage ist, die Dichteigenschaften des Dichtungsbauteils 4 zu verbessern, auf den Sauerstoffsensor angewendet wird.
Ferner ist der Kontaktanschluss 17 in der Basisendseiten-Abdeckung 15 vorgesehen. Demzufolge kann das Abgas den Kontaktanschluss 171 erreichen, wenn das Abgas ins Innere der Basisendseiten-Abdeckung 15 eintritt. In diesem Fall kann der Kontaktanschluss 171 von Korrosion aufgrund von Feuchtigkeit, einer Stickstoffverbindung und dergleichen in dem Abgas betroffen sein. Daher ist der Gassensor 1 der vorliegenden Ausführungsform, der dazu in der Lage ist, die Dichteigenschaften des Dichtungsbauteils 4 zu verbessern, unter dem Gesichtspunkt, dass der Kontaktanschluss 171 vor Korrosion geschützt wird, überlegen. Überdies kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Anti-Korrosions-Zuverlässigkeit für den Kontaktanschluss 171 in der Umgebung mit hoher Temperatur sichergestellt werden, da unterbunden werden kann, dass das Abgas in einer Umgebung mit hoher Temperatur hin zu der Basisendseite ausleckt.
Ferner ist die ringförmige Nut 41 in einer Region vorgesehen, in welcher das polygonale Bauteil 22 in der axialen Richtung Z ausgebildet ist. Somit kann die ringförmige Nut 41 vorgesehen sein, während eine ausreichende Festigkeit des Gehäuses 2 sichergestellt wird.
Bei der ringförmigen Nut 41 ist die Spitzenendseiten-Wandoberfläche 411 hin zu der Basisendseite geneigt, so wie diese zu der äußeren peripheren Oberfläche verläuft. Somit wird das Dichtungsbauteil 4 ohne Weiteres in die ringförmige Nut 41 gefüllt. Demzufolge kann das Dichtungsbauteil 4 in das Füllteil 40 gefüllt werden, das die ringförmige Nut 41 beinhaltet, ohne dass das exzessive Füllgewicht ausgeübt wird, wenn das Dichtungsbauteil 4 gefüllt wird. Im Ergebnis kann das Dichtungsbauteil 4 in das Füllteil 40 gefüllt werden, ohne dass eine exzessive Last auf das verriegelte Flanschteil 31 ausgeübt wird.
Bei der ringförmigen Nut 41 ist eine Basisendseiten-Wandoberfläche 412 hin zu einer Spitzenendseite geneigt, so wie diese zu der äußeren peripheren Oberfläche verläuft, und ein Winkel β, der relativ zu der axialen Richtung Z ausgebildet ist, beträgt 45° oder weniger. Bei dieser Konfiguration kann das Dichtungsbauteil 4 problemlos in die ringförmige Nut 41 gefüllt werden. Im Ergebnis kann das Dichtungsbauteil 4 in das Füllteil 40 gefüllt werden, ohne dass eine exzessive Last auf das verriegelte Flanschteil 31 ausgeübt wird.
Die ringförmige Nut 41 weist eine Tiefe auf, die von 0,2 mm bis 0,5 mm reicht. Somit können die Dichteigenschaften verbessert werden, während ein einfaches Füllen des Dichtungsbauteils 4 in die ringförmige Nut 41 sichergestellt wird.
Zudem weist die ringförmige Nut 41 die genutete Bodenoberfläche 413 auf. Somit kann das Dichtungsbauteil 4 einfacher in die ganze ringförmige Nut 41 gefüllt werden.
Wie beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Gassensor vorgesehen sein, der dazu in der Lage ist, die Luftundurchlässigkeit zwischen dem Gehäuse und dem Sensorkörper zu verbessern.
Vergleichsbeispiel
Wie in 5 gezeigt wird, ist der Gassensor 9 gemäß dem Vergleichsbeispiel dazu konfiguriert, nicht die ringförmige Nut (mit dem Bezugszeichen 41, das in 2 gezeigt wird) in dem Füllteil 40 zu beinhalten. Gemäß der Konfiguration des Vergleichsbeispiels ist die ringförmige Nut nicht in dem Füllteil 40 vorgesehen, andere Konfigurationen ähneln jenen bei der ersten Ausführungsform. Bei den Bezugszeichen, die nach dem Vergleichsbeispiel verwendet werden, geben Zeichen, welche denen bei den bestehenden Ausführungsformen gleichen, ähnliche Bestandteile bei den bestehenden Ausführungsformen an, sofern dies nicht anderweitig spezifiziert ist.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel ist es schwierig, die Länge der Grenzoberfläche zwischen dem Dichtungsbauteil 4 und dem Gehäuse 2 derart einzustellen, dass diese länger ist. Zudem ist bei dem Füllteil 40 eine Oberfläche, die ausgehend von der Spitzenendseite in der axialen Richtung einen Oberflächendruck des Dichtungsbauteils 4 aufnimmt, im Wesentlichen lediglich die Basisendseiten-Oberfläche des verriegelten Flanschteils 31 des Sensorkörpers 3. Demzufolge ist es unwahrscheinlich, dass eine Drucklast, die auf das Dichtungsbauteil 4 ausgeübt wird, größer ist, und es ist schwierig, die Luftundurchlässigkeit zwischen dem Gehäuse 2 und dem Sensorkörper 3 zu verbessern.
Versuchsbeispiel
Gemäß dem vorliegenden Beispiel wird eine Beziehung zwischen einer Tiefe d der ringförmigen Nut 41 und der Luftundurchlässigkeit zwischen dem Gehäuse 2 und dem Sensorkörper 3 untersucht, wie in 6 gezeigt wird. Die Proben 1, 2 und 3 werden jeweils mit der Tiefe d der ringförmigen Nut 41 von 0,5 mm, 0,2 mm und 0 mm vorbereitet. Die Proben 1 und 2 weisen die gleichen Konfigurationen auf wie die des Gassensors 1, der bei der ersten Ausführungsform beschrieben wird. Die Probe 3 weist die gleiche Konfiguration auf wie die des Gassensors 9, der bei dem Vergleichsbeispiel beschrieben wird. Für die jeweiligen Proben 1, 2 und 3 werden vier Proben vorbereitet.
Für einen Auswertungstest der Luftundurchlässigkeit wurden 3000 Zyklen lang ein Wärm- und Kühlprozess durchgeführt, die auf das Gehäuse 2 angewendet wurden. Bei jedem Zyklus wird das polygonale Bauteil 22 des Gehäuses 2 auf 650 °C erwärmt und anschließend mit einer Luftkühlung auf 50 °C oder weniger gekühlt. Eine Menge einer Leckage zwischen dem Gehäuse 2 und dem Sensorkörper 3 wird in einem Zustand gemessen, in welchem das Abgas derart zugeführt wird, dass ein Druck bei einem Raum, der näher an der Spitzenendseite angeordnet ist als an der Position des Dichtungsbauteils 4, derart eingestellt wird, dass dieser 0,4 MPa beträgt, nachdem ein Zustand hergestellt wird, in welchem das polygonale Bauteil 22 des Gehäuses 2 bei 650 °C beibehalten wird. Es ist zu beachten, dass ein Raum, der näher an der Basisendseite angeordnet ist als an der Position des Dichtungsbauteils 4, bei dem Umgebungsdruck gehalten wird.
6 zeigt das Messergebnis. In 6 gibt die vertikale Achse ein Leckageverhältnis des Abgases an. Hierbei bezeichnet das Leckageverhältnis ein Verhältnis einer Leckagemenge des Abgases pro Zeiteinheit für die jeweiligen Proben bei der Probe 3, die keine ringförmige Nut 41 aufweist, bei welcher die Leckagemenge pro Zeiteinheit als 1 definiert ist. Ferner geben kreisförmige Datenpunkte in 6 das Leckageverhältnis von jeweiligen Proben an, und die Kurve S gibt eine Näherungskurve an, die Durchschnittswerte von jeweiligen Proben im Wesentlichen verbindet.
Unter Bezugnahme auf 6 ist das Leckageverhältnis für die Probe 1 (d = 0,5 mm) und die Probe 2 (d = 0,5 mm), die jeweils die ringförmigen Nuten 41 aufweisen, verglichen mit der Probe 3 (d = 0 mm), die keine ringförmige Nut 41 aufweist, erheblich reduziert. Unter Bezugnahme auf 6 wurde erkannt, dass das Leckageverhältnis umso stärker reduziert wird, je tiefer die Tiefe d ist. Mit diesem Ergebnis wurde bestätigt, dass die Luftundurchlässigkeit zwischen dem Gehäuse 2 und dem Sensorkörper 3 durch die ringförmige Nut 41 verbessert wird. Für die Tiefe d der ringförmigen Nut 41 wird eine ausreichende Luftundurchlässigkeit sichergestellt, wenn diese derart eingestellt wird, dass diese 0,2 mm oder mehr beträgt. Um die Verarbeitbarkeit und die Festigkeit des Gehäuses 2 sicherzustellen, kann die Tiefe d der ringförmigen Nut 41 zum Beispiel auf 0,2 mm bis 0,5 mm eingestellt werden.
Zweite Ausführungsform
Wie in 7 gezeigt wird, ist die zweite Ausführungsform eine Ausführungsform des Gassensors 1, bei welcher der Sensorkörper 3 aus einem Sensorelement 330 mit einer mit einem Boden versehenen zylindrischen Form konfiguriert ist. Das heißt der Sensorkörper 3 ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform als ein becherförmiges Sensorelement 330 konfiguriert, bei welchem die Spitzenendseite geschlossen ist und die Basisendseite geöffnet ist. Der Sensorkörper 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist kein Bauteil auf, das dem Isolator 34 der ersten Ausführungsform entspricht.
Das verriegelte Flanschteil 31 ist derart ausgebildet, dass ein Durchmesser der äußeren peripheren Oberfläche des Sensorelements 330 teilweise vergrößert ist. Das verriegelte Flanschteil 31 ist über die Packung 114 mit einer ringförmigen Form an dem verriegelnden Stufenteil 21 verriegelt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Spitzenendseiten-Abdeckung 16 an dem Spitzenendteil des Gehäuses 2 fixiert. Allerdings kann auch bei der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration eingesetzt werden, bei welcher die Spitzenendseiten-Abdeckung 16 zwischen dem verriegelnden Stufenteil 21 und dem verriegelten Flanschteil 31 eingeschoben ist.
Das Füllteil 40, das eine zylindrische Form aufweist, ist zwischen dem Gehäuse 2 und dem Sensorkörper 3 auf der Basisendseite des verriegelten Flanschteils 31 ausgebildet. Das Füllteil 40 weist eine ringförmige Nut 41 auf. Das Dichtungsbauteil 4 wird in das Füllteil 40 gefüllt, das die ringförmige Nut 41 beinhaltet. Die Packung 111, das Isolationsbauteil 5 und der Metallring 112 sind auf der Basisendseite des Dichtungsbauteils 4 angeordnet. Das Dichtungsbauteil 4, die Packung 111, das Isolationsbauteil 5 und der Metallring 112 sind durch das Verstemmbauteil 23 des Gehäuses 2 verstemmt und werden in der axialen Richtung gedrückt.
In dem Sensorelement 330 ist zum Beheizen bzw. Erwärmen des Sensorelements 330 eine Heizvorrichtung 36 vorgesehen. Für das Sensorelement 330 und die Heizvorrichtung 36 ist ein Metallanschluss 173 vorgesehen, der mit der Anschlussleitung 172 verbunden werden soll.
Bei der äußeren peripheren Oberfläche des Sensorelements 330 ist eine Messelektrode 331 vorgesehen. Bei der inneren peripheren Oberfläche des Sensorelements 330 ist eine (nicht näher dargestellte) Referenzelektrode vorgesehen. Die Messelektrode 331 ist zu dem Innenraum der Spitzenendseiten-Abdeckung 16 freigelegt und zu einem Messgas freigelegt, das gemessen werden soll, wie beispielsweise ein Abgas. Andererseits steht ein Innenraum des Sensorelements 330, in welchem eine Referenzelektrode angeordnet ist, mit einem Raum innerhalb der Basisendseiten-Abdeckung 15 in Verbindung, wodurch die Umgebungsluft in diesen eingeführt wird. Anschließend dichtet das Dichtungsbauteil 4 einen Abschnitt zwischen dem Sensorelement 330 und dem Gehäuse 2 luftdicht ab, um zu verhindern, dass das Messgas wie beispielsweise Abgas zu der Umgebungsluftseite ausleckt. Andere Konfigurationen sind die gleichen wie die bei der ersten Ausführungsform.
Zudem kann bei der vorliegenden Ausführungsform ein Gassensor 1 vorgesehen sein, der dazu in der Lage ist, die Luftundurchlässigkeit zwischen dem Gehäuse 2 und dem Sensorkörper 3 zu verbessern. Abgesehen davon können Effekte und Vorteile erzielt werden, die denen bei der ersten Ausführungsform ähneln.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auf verschiedene Ausführungsformen angewendet werden, ohne sich von der Idee der Offenbarung zu entfernen.
Zwar wurde die vorliegende Offenbarung in Übereinstimmung mit den Beispielen beschrieben, die vorliegende Offenbarung ist aber dahingehend auszulegen, dass die vorliegende Offenbarung sich nicht auf die Beispiele und Strukturen beschränkt. Die vorliegende Offenbarung beinhaltet zudem verschiedene Modifikationen und Modifikationen innerhalb eines äquivalenten Bereichs. Zusätzlich fallen verschiedene Kombinationen und Gestalten bzw. Formen sowie andere Kombinationen und Gestalten bzw. Formen, die ferner nur ein Element, mehrere oder weniger dieser beinhalten, ebenfalls in die Kategorie und den Umfang der vorliegenden Offenbarung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020120571 [0001]
JP 2019020232 A [0004]

Claims

Gassensor, aufweisend: ein Gehäuse (2), bei dem ein verriegelndes Stufenteil (21) vorgesehen ist, das auf dessen innerer peripherer Oberfläche ausgebildet ist; einen Sensorkörper (3), bei dem ein verriegeltes Flanschteil (31) vorgesehen ist, das ausgehend von dessen Basisendseite an dem verriegelnden Stufenteil verriegelt ist und innerhalb des Gehäuses gestützt wird; ein Dichtungsbauteil (4), das in ein Füllteil (40) zwischen der inneren peripheren Oberfläche des Gehäuses und einer äußeren peripheren Oberfläche des Sensorkörpers auf einer Basisendseite des verriegelten Flanschteils gefüllt ist; und ein Isolationsbauteil (5), das zwischen der inneren peripheren Oberfläche des Gehäuses und der äußeren peripheren Oberfläche des Sensorkörpers auf einer Basisendseite des Dichtungsbauteils vorgesehen ist, wobei das Füllteil eine ringförmige Nut (41) beinhaltet, die auf einer äußeren peripheren Seite hervorragt.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse ein polygonales Bauteil (22) beinhaltet, das auf einer äußeren peripheren Seite weiter hervorragt als dessen beide Seitenabschnitte relativ zu einer axialen Richtung (Z), und das eine polygonale Form aufweist, wenn dieses ausgehend von der axialen Richtung betrachtet wird; und die ringförmige Nut in einer Region ausgebildet ist, in welcher das polygonale Bauteil in der axialen Richtung ausgebildet ist.
Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ringförmige Nut eine Spitzenendseiten-Wandoberfläche (411) beinhaltet, die hin zu deren Basisendseite geneigt ist, so wie diese sich an die äußere periphere Seite annähert.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ringförmige Nut eine Basisendseiten-Wandoberfläche (412) beinhaltet, die hin zu deren Spitzenendseite geneigt ist, so wie diese zu der äußeren peripheren Seite verläuft, und ein Winkel (β), der zwischen der Basisendseiten-Wandoberfläche und der axialen Richtung ausgebildet ist, kleiner gleich 45 ° ist.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die ringförmige Nut eine Tiefe aufweist, die von 0,2 mm bis 0,5 mm reicht.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die ringförmige Nut entlang der axialen Richtung auf der äußeren peripheren Seite eine genutete Bodenoberfläche (413) aufweist.