CN100350240C - 氧气传感器 - Google Patents

Abstract

一种氧气传感器，包括一传感元件，一具有一通孔的固定支座，通过通孔安装传感元件，一密封定位部分，其密封传感元件和固定支座之间的间隙并将传感元件定位于固定支座中，该密封定位部件被一陶瓷粉末所填充，被布置为和传感元件相接触的接线端，接线端接受从传感元件的输出，一定位于固定支座第一末端的绝缘体，该绝缘体支持接线端，一固定在固定支座第一末端上的外罩，该外罩覆盖绝缘体的外周面，及一固定在固定支座第二末端上的保护罩，该保护罩覆盖传感元件一部分的外周面，该部分从固定支座第二末端突出。

Description

氧气传感器

技术领域

本发明涉及一种氧气传感器，该氧气传感器布置在机动车内燃机排气系统中，例如，用来探测排气中氧气的浓度。

背景技术

通常所用的氧气传感器是多样的。如美国专利NO6,477,887揭示的一种氧气传感器，该氧气传感器包括传统的探测氧气浓度并将其转换为电信号的传感元件，具有一元件通孔的绝缘定位元件，通过元件通孔将传感元件定位，一可通过玻璃密封剂密封绝缘定位元件和传感元件之间间隙的密封定位部分，该密封定位部分将传感元件定位于绝缘定位元件中，被布置为和传感元件各自从绝缘定位元件突出的触点压力接触的接线端，并从传感元件向外输出，布置在绝缘定位元件的上端面并支持接线端的接线端绝缘支持件，被布置在绝缘定位元件的外周面并固定绝缘定位元件的固定支座，在第一末端紧固固定支座并覆盖接线端绝缘支持件的外周面的外罩，和在第二末端紧固固定支座并覆盖从绝缘定位元件突出的传感元件外周面的保护罩，

该氧气传感器是通过固定支座和排气管上的螺纹配合来紧固排气管，并且其保护罩覆盖部分被设置为突入到排气管中。

发明内容

然而，上述氧气传感器具有双层绝缘体的结构，即绝缘定位元件和接线端绝缘支持件，因此需要附加支持该绝缘定位元件的固定支座，这样就产生了增加部件数目和氧气传感器的总体长度的问题。

于此，本发明一种目的为提供一种氧气传感器，该氧气传感器可减少部件数目和氧气传感器的总体长度。

通常，本发明提供一种氧气传感器，包括：一传感元件，其传感氧气的浓度并将其转化为电信号；一具有一通孔的固定支座，通过通孔安装传感元件；一密封定位部分，其密封传感元件和固定支座之间的间隙并将传感元件定位于固定支座中，该密封定位部分被陶瓷粉末所填充；被布置为和传感元件相接触的接线端，接线端接受从传感元件的输出；一紧固在固定支座第一末端的绝缘体，该绝缘体支持接线端；一紧固在固定支座第一末端上的外罩；该外罩覆盖绝缘体的外周面；及一紧固在固定支座第二末端上的保护罩，该保护罩覆盖传感元件一部分的外周面，所述部分从固定支座第二末端突出；其中，密封定位部分包括：一布置在固定支座的通孔的整个外周面的空间，该空间容纳陶瓷粉末，以及邻近于该空间布置的第一填缝。

另外，本发明还提供一种氧气传感器，包括：一传感元件，其传感氧气的浓度并将其转化为电信号；一具有一通孔的固定支座，通过通孔安装传感元件；一密封定位部分，其密封传感元件和固定支座之间的间隙并将传感元件定位于固定支座中，密封定位部分被陶瓷粉末所填充；密封定位部分包括布置在固定支座的通孔整个外周面的一空间，该空间容纳陶瓷粉末，及布置在该空间附近的第一填缝；被布置为和传感元件相接触的接线端，接线端接受从传感元件的输出；一固定在固定支座第一末端上的绝缘体，该绝缘体支持接线端；一固定在固定支座第一末端上的外罩，该外罩覆盖绝缘体的外周面；及一固定在固定支座第二末端上的保护罩，该保护罩覆盖传感元件一部分的外周面，所述部分从固定支座第二末端突出；一布置在密封定位部分空间的衬垫；一提供到固定支座的凹槽；及一布置在凹槽外周面的第二填缝，其中衬垫被具有填缝变形的第一填缝压缩以使陶瓷粉末处于压缩状态，其中绝缘体的第一末端被设置在凹槽中，具有填缝变形的第二填缝与绝缘体接合，由此绝缘体被固定在固定支座上。

附图说明

参照相应的附图，本发明另外的目的和特征将从下面的描述中得到更为清楚的阐释。

图1示出的是根据本发明的氧气传感器第一实施例的截面视图；

图2为图1所示的氧气传感器的局部放大视图；

图3类似于图1，示出的是根据本发明的氧气传感器第二实施例的视图；

图4是类似于图2的视图，示出的是图3所示的氧气传感器；

图5类似于图3，示出的是根据本发明的氧气传感器第三实施例的视图；

图6是类似于图4的视图，示出的是图5所示的氧气传感器；

图7A是一类似于图6的视图，示出的是一负荷作用于粉末充填空间的底部倾斜面的视图；及

图7B是一类似于图7A的视图，示出的是一负荷作用于粉末充填空间的底部平坦面的视图。

具体实施方式

参照附图、将详细描述根据本发明的氧气传感器的优选实施方式。

参照附图1和2，这里示出了本发明的第一实施例。参照图1，一氧气传感器1包括一传感元件2，其传感氧气的浓度并将其转化为电信号；一具有一元件通孔3的固定支座4，通过该元件通孔安装传感元件2；一密封定位部分5，其密封传感元件2和固定支座4的间隙并将传感元件定位于固定支座4中；一接线端6被布置为和传感元件2各自的从固定支座4突出的触点2a压力接触并从传感元件2输出；在第一末端紧固固定支座4并支持接线端6的绝缘支持件7，在第一末端紧固固定支座4并覆盖接线端绝缘支持件7的外周面的外罩8，和在第二末端紧固固定支座4并覆盖从固定支座4突出的传感元件2外周面的保护罩9。

传感元件2为圆筒形竿状，并包括在顶部的触点2a和底部的氧气探测部分2b。

从上述可见，固定支座4包括表意性为六边形的顶部六边形部分4a。经过一工具与六边形部分4a配合，一扭矩可以容易地提供给固定支座4。一螺纹4b形成于固定支座4底部外周面上。垫圈19是插入到六边形部分4a和固定支座4的螺纹4b之间。

参照图2，密封定位部分5包括一粉末充填空间10，该粉末充填空间布置在元件通孔3的整个外周面上和一布置在粉末填充空间10附近的填缝(caulking)11(第一填缝)。一陶瓷粉末12和一弹性衬垫13被容纳在粉末填充空间10中。衬垫13被填缝11压缩，填缝11的填缝变形使陶瓷粉末12处于压缩状态，以密封传感元件2和固定支座4之间的间隙并定位传感元件2在固定支座4上。陶瓷粉末12包括未烧结的滑石粉，衬垫13包括例如一垫圈。

参照图2，固定支座4通过在固定支座4的上端布置一绝缘定位凹槽14来定位接线端保持绝缘件7和在绝缘体定位凹槽14的外周面上的填缝(第二填缝)15，其中接线端绝缘支持件7的第一末端侧面大直径部分7a被布置在绝缘体定位凹槽14中，具有填缝变形的填缝15与大直径部分7a的第一段配合。

接线端6可被弹性变形，在其弹性的帮助下与传感元件2的触点2a接触。传感元件2的触点2a与接线端6的接触位置被设置在上述固定支座4的上端面的上部。

参照图1，一橡胶密封件16被布置在外罩8的顶端内侧，多个连接引线17引导整个外周面。连接引线17的一末端连接接线端6。外罩8包括一填缝8a通过其橡胶密封件16被定位到外罩8并通过其保证橡胶密封件16和连接引线17之间密封质量及橡胶密封件16和外罩8之间的密封质量。

外罩8是圆筒形，通过激光焊接来紧固固定支座4，例如，通过其来保证外罩8和固定支座4之间的密封质量。外罩8的轮廓比接线端绝缘支持件7足够大，其在外罩8和接线端绝缘支持件7之间提供一空间20。

保护罩9形状象一封底双层结构的圆筒形，并且通过侧壁的小孔9a形成气路循环。保护罩9是经过激光焊接定位到固定支座4，例如。可任选地、其他的安装方法例如点焊或填缝也是可采用的。

氧气传感器1是通过排气管30上的螺纹孔31与固定支座4的螺纹4b配合来紧固排气管30，并且其被保护罩9覆盖部分被设置为突入排气管30。通过垫圈19来保证氧气传感器1和排气管30之间的密封。

在本结构中，当气路循环通过排气管30流入氧气传感器1穿过保护罩9的小孔9a时、气体中包含的氧气进入传感元件2的氧气探测部分2b，因此，氧气探测部分2b探测气体中包含的氧气的浓度并将其转化为电信号。该电信号信息是通过接线端6和连接引线17而向外侧输出。

在第一实施例中，通过密封定位部分5来定位传感元件2并将其定位于固定支座4，允许去掉现有技术中所需要的绝缘定位元件，因此可减少零部件的数目和氧气传感器1的整体长度。

更进一步，在第一实施例中，密封定位部分5包括布置在元件通孔3整个外周面的粉末填充空间10及布置在粉末填充空间10邻近的填缝11。粉末填充空间10容纳陶瓷粉末12和弹性衬垫13。衬垫13被具有填缝变形的填缝11压缩使陶瓷粉末12处于压缩状态。因此，通过陶瓷粉末13的压缩能确保传感元件2的密封和定位。

再进一步，在第一实施例中，固定支座4通过布置在固定支座4的绝缘体定位凹槽14和在绝缘定位凹槽14的外周面上的填缝15来固定接线端绝缘支持件7，其中，接线端绝缘支持件7的第一末端被设置在绝缘体定位凹槽14中，可填缝变形的填缝15与接线端绝缘支持件7配合。因此，甚至当接线端绝缘支持件7由于推拉连接引线17或类似物而承受外部压力时，填缝15也能承受该外部压力，因此可确保固定支座4和接线端绝缘支持件7的安装。

而且，在第一实施例中，传感元件2是杆状的，因此可精确地探测氧气浓度而不受传感元件2、气体流动方向及类似情况的干扰。

进一步，在第一实施例中，空间20被布置在外罩8和接线端绝缘支持件7之间。因此，传感元件2和接线端6从外侧被外罩8和接线端绝缘支持件7双层遮盖，空间20被设置为其内具有良好的绝热性能，因此可增强高温环境中的耐久性。

再进一步，在第一实施例中，传感元件2的触点2a和接线端6的接触位置被设置在固定支座4的上端面上部，这样可进一步减少氧气传感器1的整个长度。

参照图3和4，这里示出了本发明的第二实施例。参照图3，一氧气传感器101包括一传感元件102，其传感氧气的浓度并将其转化为电信号；一具有一元件通孔103的固定支座104，通过该元件通孔安装传感元件102；一密封定位部分105，其密封传感元件102和固定支座104的间隙并将传感元件102定位于固定支座104中；接线端106被布置为和传感元件102各自从固定支座104突出的触点102a压力接触并从传感元件102输出；在第一末端紧固固定支座104并支持接线端106的绝缘支持件107，在第一末端紧固固定支座104并覆盖接线端绝缘支持件107的外周面的外罩108，和在第二末端紧固固定支座104并覆盖从固定支座104突出的传感元件102外周面的保护罩109。

传感元件102为圆筒形竿状，并包括在顶部的触点102a和底部的氧气探测部分102b。

从上所述可见，固定支座104包括表意性为六边形的顶部六边形部分104a。经过一工具与六边形部分104a配合、一扭矩可以容易地提供给固定支座104。一螺纹104b形成于固定支座104底部外周面上。垫圈119插入到六边形部分104a和固定支座104的螺纹104b之间。

参照图4，密封定位部分105包括一粉末充填空间110，该粉末充填空间布置在元件通孔103的整个外周面上及一布置在粉末填充空间110附近的填缝111(第一填缝)。一陶瓷粉末112和一弹性衬垫113被容纳于粉末填充空间110中。衬垫113被填缝111压缩，填缝111的填缝变形使陶瓷粉末112处于压缩状态，以密封传感元件102和固定支座104之间的间隙并定位传感元件102在固定支座104上。陶瓷粉末112包括未烧结的滑石粉，衬垫113包括例如一垫圈。

参照图4，固定支座104通过在固定支座104的上端布置一绝缘定位凹槽114来定位接线端支持绝缘件107和在绝缘定位凹槽114的外周面上的填缝(第二填缝)115，其中接线端绝缘支持件107的第一末端侧面大直径部分107a被布置在绝缘体定位凹槽114中，具有填缝变形的填缝115与大直径部分107a的第一段配合。

接线端106可被弹性变形，在其弹性的帮助下与传感元件102的触点102a接触。传感元件102的触点102a与接线端106的接触位置被设置在上述固定支座104的上端面上部。

参照图3，一橡胶密封件116被布置在外罩108的顶端内侧，多个连接引线117引导整个外周面。连接引线一末端连接接线端106。外罩108包括一填缝108a通过其橡胶密封件116被定位到外罩108并通过其保证橡胶密封件116和连接引线117之间密封质量及橡胶密封件116和外罩108之间的密封质量。

外罩108是圆筒形，通过激光焊接来紧固固定支座104，例如，通过其来保证外罩108和固定支座104之间的密封质量。外罩108的轮廓比接线端绝缘支持件107足够大，其在外罩108和接线端绝缘支持件107之间提供一空间120。

保护罩109形状象一封底双层结构的圆筒形，并且通过侧壁的小孔109a形成气路循环。保护罩109是经过激光焊接定位到固定支座104，例如。可任选地、其他的安装方法例如点焊或填缝也是可采用的。

氧气传感器101是通过排气管130上的螺纹孔131与固定支座104的螺纹104b配合来紧固排气管130，并且其保护罩109覆盖部分被设置为突入排气管130。通过垫圈119来保证氧气传感器101和排气管130之间的密封。

在本结构中，当气路循环通过排气管130流入氧气传感器101穿过保护罩109的小孔109a时、气体中包含的氧气进入传感元件102的氧气探测部分102b，因此，氧气探测部分102b探测气体中包含的氧气的浓度并将其转化为电信号。该电信号信息是通过接线端106和连接引线117从外侧输出。

本发明的第二实施例可产生基本上如第一实施例所同样的效果。具体地，在第二实施例中，通过将传感元件102和接线端106的接触位置A设置在固定支座104上端面104c的下面，可减少形成于固定支座104上端的接线端绝缘支持件107和传感元件102的突出长度，因此相对于现有技术可减少整个长度L1。

参考附图5-7B，这里示出了本发明的第三实施例。参照图5，一氧气传感器201包括一传感元件202，其传感氧气的浓度并将其转化为电信号；一具有一元件通孔203的固定支座204，通过该元件通孔安装传感元件202；一密封定位部分205，其密封传感元件202和固定支座204的间隙并将传感元件定位于固定支座204中；一接线端206被布置为和传感元件202各自的从固定支座204突出的触点202a压力接触并从传感元件202输出；在第一末端紧固固定支座204并支持接线端206的绝缘支持件207，在第一末端紧固固定支座204并覆盖接线端绝缘支持件207的外周面的外罩208，和在第二末端紧固固定支座204并覆盖从固定支座204突出的传感元件202外周面的保护罩209。

传感元件202为圆筒形竿状，并包括在顶部的触点202a和底部的氧气探测部分202b。

从上所述可见，固定支座204包括表意性为六边形的顶部六边形部分204a。经过一工具与六边形部分204a配合、一扭矩可以容易地提供给固定支座204。一螺纹204b是形成于固定支座204底部外周面上。垫圈219是插入到六边形部分204a和固定支座204的螺纹204b之间。

参照图6，密封定位部分205包括一粉末充填空间210，该粉末充填空间布置在元件通孔203的整个外周面上，及一布置在粉末填充空间210附近的填缝211(第二填缝)。一陶瓷粉末212和一弹性衬垫213被容纳于粉末填充空间210中。衬垫213被填缝211压缩，填缝211的填缝变形使陶瓷粉末212处于压缩状态，以密封传感元件202和固定支座204之间的间隙并定位传感元件202在固定支座204上。

粉末填充空间210的底部表面经受陶瓷粉末212的载荷作用，包括从外周面到内周面逐步向负载方向倾斜的表面210a。在该第三实施例中，参照附图7A，倾斜表面210a的倾斜角被设置为45°。

陶瓷粉末212包括未烧结的滑石粉，衬垫213包括例如一垫圈。

参照图6，固定支座204通过在固定支座204的上端布置一绝缘定位凹槽214来定位接线端保持绝缘件207和在绝缘定位凹槽214的外周面上的填缝(第二填缝)215，其中接线端绝缘支持件207的第一末端侧面大直径部分207a被设置在绝缘体定位凹槽214中，具有填缝变形的填缝215与大直径部分207a的第一段配合。

接线端206可被弹性变形，在其弹性的帮助下与传感元件202的触点202a接触。传感元件202的触点202a与接线端206的接触位置被设置在上述固定支座204的上端面上部。

参照图5，一橡胶密封件216被布置在外罩208的顶端内侧，多个连接引线217引导整个外周面。连接引线的一末端连接接线端206。外罩208包括一填缝208a通过其橡胶密封件216被定位到外罩208并通过其来保证橡胶密封件216和连接引线217之间密封质量及橡胶密封件216和外罩208之间的密封质量。

外罩208是圆筒形，通过激光焊接来紧固固定支座204，例如，通过其来保证外罩208和固定支座204之间的密封质量。外罩208的轮廓比接线端绝缘支持件207足够大，其在外罩208和接线端绝缘支持件207之间提供一空间220。

保护罩209形状象一封底双层结构的圆筒形，并且通过侧壁的小孔209a形成气路循环。保护罩209是经过激光焊接定位到固定支座204，例如。可任选地、其他的安装方法例如点焊或填缝也是可采用的。

氧气传感器201是通过排气管230上的螺纹孔231与固定支座204的螺纹204b配合来紧固排气管230，并且其保护罩209的覆盖部分被设置为突入排气管230。通过垫圈219来保证氧气传感器201和排气管230之间的密封。

在本结构中，当气路循环通过排气管230流入氧气传感器201穿过保护罩209的小孔209a时、气体中包含的氧气进入传感元件202的氧气探测部分202b，因此，氧气探测部分202b探测气体中包含的氧气的浓度并将其转化为电信号。该电信号信息是通过接线端206和连接引线217向外侧输出。

本发明的第三实施例产生了与第一实施例基本相同的效果。特别地，在第三实施例中，参考附图7A和7B，粉末填充空间210的底部表面包括倾斜面210a承受陶瓷粉末212的负荷P，因此负荷P通过倾斜面210a的作用而作用到固定支座204上，如图7A箭头所示的那样。这样允许在陶瓷粉末212的负荷P有限制的上端增加，使传感元件202和固定支座204之间的密封质量增强。在该连接中，参照附图7B，这里没有示出，粉末填充空间210的底部表面包括如相关现有技术的平面210b，陶瓷粉末212的负荷P轴向作用于固定支座201如同没有剪切力的分布。第三实施例被设计为如上所述分布载荷P，更具体地，将载荷P分为垂直于倾斜面210a的分向力P1和沿着倾斜面210a的分向力P2。因为倾斜角度α为45°，所以分向力P1和分向力P2的值大致相同。

如上所述，根据本发明，通过衬垫的压缩力陶瓷粉末被保持在压缩状态，这样保证了传感元件的定位和密封。

更进一步，根据本发明，甚至当接线端绝缘支持件由于推拉连接引线及类似物而承受外力作用时，第二填缝也能承受该外力，因此可确保固定接线端绝缘支持件和固定支座的安装。

再进一步，根据本发明，由于传感元件的杆状构造，可精确地探测氧气的浓度不受传感元件方位、气体流方向及类似情况的干扰。

此外，根据本发明，传感元件和接线端从外部被外罩和接线端绝缘支持件双层遮盖，如此设置形成一空间，该空间具有良好的绝热效果，因此可增强在高温环境中的耐久性。

而且，根据本发明，传感元件和接线端接触的接触位置被设置在固定支座的上端面的上部或下部，这样可进一步减少氧气传感器的整个长度尺寸。

再进一步，根据本发明，粉末填充空间的底部表面包括承受陶瓷粉末的负荷的倾斜面，因此负荷通过倾斜面的作用而作用到固定支座上。这样允许陶瓷粉末负荷的上端有限制的增加，因此可使传感元件和固定支座之间的密封质量提高。

本发明的描述与所示出的具体实施例相联系，该注解于此并没有对本发明进行限制，在不背离本发明范围的情况下可作各种可选择的变化和修改。

作为例子，在介绍的实施方式中，陶瓷粉末包括滑石粉。任选地，陶瓷粉末也可包括BN和SIN。

于2003年12月15日申请的日本专利申请平2003-416473，于2004年1月23日申请的日本专利平2004-015483及2004年2月25日申请的日本专利平2004-049611整个的内容于此作为参考援引到本文中。

Claims (11)

1.一种氧气传感器，包括：

一传感元件，其传感氧气的浓度并将其转化为电信号；

一具有一通孔的固定支座，通过通孔安装传感元件；

一密封定位部分，其密封传感元件和固定支座之间的间隙并将传感元件定位于固定支座中，该密封定位部分被陶瓷粉末所填充；

被布置为和传感元件相接触的接线端，接线端接受从传感元件的输出；

一紧固在固定支座第一末端的绝缘体，该绝缘体支持接线端；

一紧固在固定支座第一末端上的外罩；该外罩覆盖绝缘体的外周面；及

一紧固在固定支座第二末端上的保护罩，该保护罩覆盖传感元件一部分的外周面，所述部分从固定支座第二末端突出；

其中，密封定位部分包括：一布置在固定支座通孔的整个外周面的空间，该空间容纳陶瓷粉末；以及邻近于该空间布置的第一填缝。

2.如权利要求1所述的氧气传感器，其特征在于，进一步包括一布置在密封定位部分空间内的衬垫，其中衬垫被具有填缝变形的第一填缝压缩以使陶瓷粉末处于压缩状态。

3.如权利要求1所述的氧气传感器，其特征在于，进一步包括：

一提供到固定支座的凹槽；及

一布置在凹槽的外周面的第二填缝；

其中绝缘体的第一末端设置在凹槽内，具有填缝变形的第二填缝与绝缘体接合，

由此绝缘体被固定在固定支座上。

4.如权利要求1所述的氧气传感器，其特征在于，传感元件是杆形形状。

5.如权利要求1所述的氧气传感器，其特征在于，陶瓷粉末包括滑石粉。

6.如权利要求1所述的氧气传感器，其特征在于，绝缘体和外罩共同限定一空间。

7.如权利要求1所述的氧气传感器，其特征在于，传感元件和接线端接触的接触位置被设置在固定支座第一末端表面上方。

8.如权利要求1所述的氧气传感器，其特征在于，传感元件和接线端接触的接触位置被设置在固定支座第一末端表面下方。

9.如权利要求1所述的氧气传感器，其特征在于，绝缘体具有一末梢端，其直径大于基体末端直径，其中绝缘体的末梢端通过填缝而固定到固定支座上。

10.如权利要求1所述的氧气传感器，其特征在于，密封定位部分的空间具有一底面，其经受陶瓷粉末的载荷作用，该底面包括一逐渐在载荷方向上从空间外周面到空间内周面突出的倾斜面。

11.一种氧气传感器，包括：

一传感元件，其传感氧气的浓度并将其转化为电信号；

一具有一通孔的固定支座，通过通孔安装传感元件；

一密封定位部分，其密封传感元件和固定支座之间的间隙并将传感元件定位于固定支座中，密封定位部分被陶瓷粉末所填充；密封定位部分包括布置在固定支座的通孔整个外周面的一空间，该空间容纳陶瓷粉末，及布置在该空间附近的第一填缝；

被布置为和传感元件相接触的接线端，接线端接受从传感元件的输出；

一固定在固定支座第一末端上的绝缘体，该绝缘体支持接线端；

一固定在固定支座第一末端上的外罩，该外罩覆盖绝缘体的外周面；及

一固定在固定支座第二末端上的保护罩，该保护罩覆盖传感元件一部分的外周面，所述部分从固定支座第二末端突出；

一布置在密封定位部分空间的衬垫；

一提供到固定支座的凹槽；及

一布置在凹槽外周面的第二填缝，

其中衬垫被具有填缝变形的第一填缝压缩以使陶瓷粉末处于压缩状态，

其中绝缘体的第一末端被设置在凹槽中，具有填缝变形的第二填缝与绝缘体接合，

由此绝缘体被固定在固定支座上。

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