JPH08511098A - ガスセンサのセンサ素子のためのシール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ガスセンサ（１０）、特に内燃機関の排気ガス中の酸素含有量を測定するためのガスセンサ（１０）のセンサ素子（１６）のためのシール装置（２８）に関する。シール装置（２８）はケーシング（１１）の長手方向孔（１４）の内部でセンサ素子（１６）を取り囲んでいて、２つのシール体（２９，３０）を有している。これら２つのシール体（２９，３０）の間には変形可能な付加シール（３１）が配置されており、この付加シール（３１）は、前記両シール体（２９，３０）よりも小さな多孔度を有している。

Description

【発明の詳細な説明】 ガスセンサのセンサ素子のためのシール装置 背景技術 本発明は、請求の範囲第１項の上位概念に記載の形式の、ガスセンサのセンサ 素子のためのシール装置に関する。内燃機関の排気ガス中の酸素含有量を測定す るために使用されるセンサ素子は、一方ではフィンガ形構造を有しており、この 場合、電気機械的な固体電解質が、ケーシングに密に固定配置された、一方が閉 鎖された管として形成されている。他方で公知のプレートプローブの場合には、 酸素イオン透過性のプレーナ型の固体電解質が、同様にケーシングに密に固定さ れている。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第４１２６３７８号明細書には、プレートプロ ーブのためのシール装置が開示されている。この場合、プレートプローブは、ケ ーシング内に配置された２つのセラミック成形材の間に位置しており、これらの セラミック成形材はセンサ素子をケーシング内で固定している。シール装置はス テアタイト（Ｓｐｅｃｋｓｔｅｉｎ）から成っている。 フィンガプローブの場合には、無電位のガスセンサと電位を有するガスセンサ とに区別される。電位を有するフィンガプローブの場合には、外側の電極の導電 路は、導電性のシールリングを介してケーシングに接続される。無電位のフィン ガプローブの場合には、各電極接続部は直接に制御装置に接続されるので、ケー シングとの電気的な接触は不可能である。無電位のフィンガプローブのために、 変形可能で電気的に絶縁性のセラミックのシールリングを使用することが既に知 られている。 変形可能なセラミックのシールリングは、フィンガプローブの場合にもプレー トプローブの場合にも使用されるシール材料であり、低い焼結温度で前焼結され る。このことにより、高いプレス力の場合でも残留多孔性が維持される。残留多 孔性は、毛管力に基づき水及び燃料がシール装置を浸透するという欠点を有して いる。 発明の利点 これに対して請求の範囲第１項の特徴部に記載の本発明によるシール装置は、 液体、特に燃料に対して非透過性であるという利点を有している。液体燃料に対 するシール性は特に、内燃機関の始動が困難な際に燃料が排気管内に侵入した場 合に必要となる。 請求項２以下に記載した手段により、請求項１に挙げたシール装置の更に有利 な構成及び改良が可能となる。シール体と付加シールとが共にケーシング内でプ レスされていると、特に良好なシール特性が得られる。これにより、付加シール がセンサ素子とケーシングと の間にギャップなしで位置する。付加シールのために特に適当な材料として、グ ラファイトが挙げられる。グラファイトは、ラメラ構造に基づき、相応に高くプ レスされた場合に水及び燃料に対して非透過性となる。 図面 図面には本発明の２つの実施例が示されており、これについて以下に詳しく説 明する。図１は、フィンガプローブを備えたガスセンサの排気ガス側部分の縦断 面図であり、図２は、図１に示したシール装置の部分拡大図であり、図３は、プ レートプローブを備えたガスセンサの排気ガス側部分の縦断面図である。 実施例 図１には電気機械的な酸素ガスセンサ１０が図示されており、この酸素ガスセン サ１０は金属製のケーシング１１を有しており、このケーシング１１は外側に、 測定ガス管（図示せず）に組付けるための固定手段としてのスパナを係合させる ための六角体１２とねじ山１３とを有している。ケーシング１１は、センサエレ メントとして働くフィンガプローブ１６のための収容部１５を備えた長手方向孔 １４を有している。収容部１５は環状の底面２７を有している。 フィンガプローブ１６は自体公知の電気機械的な酸素センサであり、有利には 排気ガス中の酸素分圧の測定のために使用される酸素センサである。フィンガプ ローブ１６は管状の固体電解質体１７を有しており、 この固体電解質体１７の測定ガス側の端区分は閉鎖されている。測定電極（図示 せず）の、測定ガスにさらされる外側には保護層３３が被覆されていて、内室に 向いた側には、標準ガス、例えば空気にさらされる照合電極（図示せず）が配置 されている。フィンガプローブ１６は接続側に、***した頭部２５を有しており 、この頭部２５には、肩部２６と端面としての環状面１９とが形成されている。 フィンガプローブ１６は測定ガス側で、間隔を置いて保護管２２によって取り囲 まれており、この保護管２２は、測定ガスの流入若しくは流出のために開口２３ を有している。保護管２２はケーシング１１の測定ガス側の端部に、フランジ２ ４を介して固定されている。 測定電極と照合電極とは、それぞれ電極導電路（図２に測定電極の導電路１８ だけを図示する）によって、フィンガプローブ１６の接続側の環状面１９に接続 されている。導電路１８は、ケーシング１１とのアース接続を阻止するために、 絶縁性のカバー層１８′によって覆われている。環状面１９には、照合電極接続 部材２０と測定電極接続部材２１とが取り付けられている。照合電極接続部材２ ０と測定電極接続部材２１とは、電気的な接続部（図示せず）によって接続され ている。 長手方向孔１４に形成された収容部１５は、フィンガプローブ１６の***した 頭部２５が半径方向で案内 されて、フィンガプローブ１６の肩部２６と底面２７との間に、シール装置２８ が配置されるシール区域を形成するように構成されている。シール装置２８は、 測定ガス側のシールリング２９と、接続側のシールリング３０と、これらのシー ルリング２９，３０の間に配置された付加シール３１とを有している（図２参照 ）。両シールリング２９，３０は、低い焼結温度で多孔質に焼結される材料から 成っているので、プレス力をかけられるとそれぞれ変形可能である。このために 適当な材料は、例えば珪酸マグネシウムアルミニウム若しくはステアタイト（Ｓ ｔｅａｔｉｔ）である。これに対して付加シールリング３１は例えば、同様にプ レス力の作用で変形可能なグラファイトから成っている。 シール装置２８を形成するためには、測定ガス側の前焼結されたシールリング ２９と、付加シールリング３１と、接続側の前焼結されたシールリング３０とが 、収容部１５に嵌め込まれる。接続側のシールリング３０には、フィンガプロー ブ１６の肩部２６が装着されている。フィンガプローブ１６へのプレス力の作用 を受けて、両シールリング２９，３０は、肩部２６と収容部１５とに合わせて変 形する。同時に付加リング３１は、ケーシング１１とフィンガプローブ１６との 間で十分な半径方向の圧着力が生じるように圧縮され、これによってフィンガプ ローブ１６はギャップなしで長手方向孔１４の内部に保持される。半径方向の圧 着 力は絶縁性のカバー層１８′に均一に作用するので、カバー層１８′の損傷は生 じない。 フィンガプローブ１６が収容部１５内に押し込まれると、フィンガプローブ１ ６は、照合電極接続部材２０と測定電極接続部材２１とに係合する絶縁スリーブ ３２によって保持される。ほぼ気密性でセラミック製の２つのシールリング２９ ，３０の間に付加シールリング３１を埋め込むことによって、雰囲気条件の下で 約６００℃から始まるグラファイトの酸化が十分に阻止される。このことは同様 に、中実成形体又は前プレスされた粉末成形体の状態のニッケル又は銅から成る 金属製の付加シールの場合にも云える。 図３には、プレートプローブ３６を備えた酸素ガスセンサ１０の第２実施例が 図示されている。この場合長手方向孔１４は肩状の幅狭部４１を有しており、こ の幅狭部４１には、測定ガス側のセラミック成形材３７が接触している。長手方 向孔１４内には、測定側のセラミック成形材３７から間隔を置いて、接続側のセ ラミック成形材３８が配置されている。第２実施例の場合には長手方向孔１４は 、接続側のセラミック成形材３８が測定ガス側のセラミック成形材３７よりも大 きな直径を有するように段付けされている。セラミック成形材３７，３８には、 それぞれ中央に貫通孔３９，４０が形成されている。これらの貫通孔３９，４０ は、プレートプローブ３６を収容するために役立つ。 互いに間隔を置いた両セラミック部材３７，３８の間には、シール装置２８が 配置されている。シール装置２８は、第１実施例の場合に類似して測定ガス側の シールディスク４２と接続側のシールディスク４３とを有しており、これらのシ ールディスク４２，４３の間には付加シールディスク４４が配置されている。排 気ガス側のシールディスク４３は例えば測定ガス側のシールディスク４２よりも 厚く形成されている。更に、長手方向孔１４の、広い直径から狭い直径への移行 部は、接続側のシールディスク４３の範囲で円錐形の移行部として形成されてい る。両シールディスク４２，４３は、第１実施例の場合と同様に、例えば前焼結 されたセラミック材から成っている。付加シールディスク４４も、同様にグラフ ァイトから成っている。 プレートプローブ３６のシールは、測定ガス側のセラミック成形材３７に、測 定ガス側のシールディスク４２と付加シールディスク４４と接続側のシールディ スク４３と接続側のセラミック成形材３８とを載置することによって行われる。 プレス力を加えることによってシールディスク４２，４３と付加シールディスク ４４とが押し合わされて、それぞれが変形する。付加ディスク４４の変形によっ て、第１実施例の場合のようにケーシング１１とプレートプローブ３６との間に 半径方向の圧着力が生じるので、プレートプローブ３６はギャップなしで長手方 向孔１４の内部に位置する。 この場合にも半径方向の圧着力は、プレートプローブ３６の損傷を生ぜしめない ように均一に加えられる。 第２実施例の場合には、プレートプローブ３６に凝縮水が侵入することを阻止 するために、保護管２２が、外側の保護管４５と内側の保護管４６とを備えた二 重壁状に形成されている。外側の保護管４５には外側のガス開口４７が設けられ ており、内側の保護管４６には前記ガス開口４７に対して軸方向でずらされて内 側のガス開口４８が配置されている。通流をより良くするために、内側の保護管 ４６の底部に付加的な開口４９が設けられている。 シール装置２８のプレス時のセンサ素子の損傷を回避するためには、付加シー ルリング３１又は付加シールディスク４４のために、フィンガプローブ１６のカ バー層１８′の硬度若しくはプレートプローブ３６に使用されたセラミックの硬 度よりも小さな硬度を有した延性の材料を使用することができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年５月３１日 【補正内容】 請求の範囲 １．ガスセンサ、特に内燃機関の排気ガス中の酸素含有量を測定するガスセン サのセンサ素子のためのシール装置であって、センサ素子（１６；３６）が、ケ ーシング（１１）の長手方向孔（１４）の内部でシールされており、該長手方向 孔（１４）の内部で２つのシール体（２９，３０；４２，４３）の間に変形可能 で粉末状の付加シール（３１；４４）が配置されている形式のものにおいて、前 記シール体（２９，３０；４２，４３）が、前焼結されたセラミックのシールリ ング（２９，３０；４２，４３）であって、これらのシールリング（２９，３０ ；４２，４３）が、付加シール（３１；４４）と共に前記長手方向孔（１４）の 内部でプレス可能であり、プレス時に前記付加シール（３１；４４）が、前記セ ンサ素子（１６；３６）がギャップなしで前記長手方向孔（１４）の内部に配置 されるように変形し、前記付加シール（３１；４４）が、前記両シール体（２９ ，３０；４２，４３）よりも小さな多孔度を有していることを特徴する、ガスセ ンサのセンサ素子のためのシール装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フリース，ロムアルト ドイツ連邦共和国 Ｄ―71287 ヴァイス アッハ ヘルデルリンシュトラーセ 45― １ (72)発明者 ヴィーデンマン，ハンス−マルティン ドイツ連邦共和国 Ｄ―70195 シュツッ トガルト ブルックナーシュトラーセ 20 (72)発明者 ハンス，アントン ドイツ連邦共和国 Ｄ―71640 ルートヴ ィッヒスブルク ロートボイムレシュトラ ーセ 21

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ガスセンサ、特に内燃機関の排気ガス中の酸素含有量を測定するガスセン サのセンサ素子のためのシール装置であって、センサ素子が、ケーシングの長手 方向孔内でシールされている形式のものにおいて、前記長手方向孔（１４）の内 部で２つのシール体（２９，３０；４２，４３）の間に変形可能な付加シール（ ３１；４４）が配置されており、該付加シール（３１；４４）が、前記両シール 体（２９，３０；４２，４３）よりも小さな多孔度を有していることを特徴とす る、ガスセンサのセンサ素子のためのシール装置。 ２．前記シール体（２９，３０；４２，４３）が前焼結されていて、前記付加 シール（３１；４４）と共に前記長手方向孔（１４）の内部でプレス可能であり 、プレス時に前記付加シール（３１；４４）が、前記センサ素子（１６；３６） がギャップなしで前記長手方向孔（１４）の内部に配置されるように変形する、 請求項１記載のシール装置。 ３．前記付加シール（３１；４４）が、前成形された付加シールディスク（４ ４）又は前成形された付加シールリング（３１）である、請求項２記載のシール 装置。 ４．前記付加シール（３１；４４）が、延性金属、有利にはニッケル又は銅か ら成っている、請求項１か ら３までのいずれか１項記載のシール装置。 ５．前記延性金属が、前プレスされた粉末として使用可能である、請求項４記 載のシール装置。 ６．中実成形体から成る前記延性金属が使用可能である、請求項４記載のシー ル装置。 ７．前記付加シール（３１；４４）がグラファイトから成っている、請求項１ から４までのいずれか１項記載のシール装置。 ８．グラファイトが繊維強化されている、請求項７記載のシール装置。