CN101013102A - 具有改进热阻的气体传感器 - Google Patents

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CN101013102A CNA200710007909XA CN200710007909A CN101013102A CN 101013102 A CN101013102 A CN 101013102A CN A200710007909X A CNA200710007909X A CN A200710007909XA CN 200710007909 A CN200710007909 A CN 200710007909A CN 101013102 A CN101013102 A CN 101013102A
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登口健吾
中川和也
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Abstract

一种气体传感器包括大气侧盖板、通气过滤器以及过滤器盖板，还有传感元件和壳体。大气侧盖板具有i)第一直径的第一段，其位于壳体轴向上的末端侧上且固定在壳体的基端上、ii)第二直径的第二段，第二直径小于第一直径，第二段位于轴向基端侧上、iii)形成于第一段和第二段之间的台阶段、以及iv)从第二段向外突出且形成于台阶段和第二段之间的凸肋。通气过滤器安装在第二段上并且具有与凸肋的轴向基端段相接触的轴向末端段；过滤器盖板将通气过滤器固定在第二段和过滤器盖板之间。

Description

具有改进热阻的气体传感器
相关申请的交叉参考
本申请基于2006月1月30日提交的较早日本专利申请No.2006-020354并要求其优先权，该日本申请的内容以参考的方式结合于此。
技术领域
本发明涉及能用来控制内燃机(比如车辆的引擎)中燃烧的气体传感器。
背景技术
通常，使用气体传感器来检测废气中各种气体成分的含量。
这种气体传感器的一个例子在日本专利公开说明书No.2002-82085中公开。在该出版物中，如图12所示，气体传感器安装在内燃机(比如车辆的引擎)的排气系统中。
具体地，如图12所示，气体传感器9包括传感元件92、壳体93、以及大气侧盖板94。传感元件92检测待测量气体中特定气体的浓度。传感元件92插入壳体93并保持在其中。大气侧盖板94固定到壳体93的基端侧。在壳体93的末端侧，用作被测量气体侧盖板的盖板97紧固至壳体93。盖板97形成为由内盖板971和外盖板972所构成的双层结构盖板。气体引入开口973形成为贯穿内盖板971和外盖板972。因此，待测量的气体974通过开口973引入内盖板971的内部。
如图12所示，大气侧盖板94包括大直径段941、小直径段942、和台阶段943。大直径段941固定到壳体93上。小直径段942安装在大气侧盖板94的基端侧上。台阶段943形成为连接大直径段941和小直径段942。
大气侧盖板94的基端侧由过滤器盖板96覆盖。另外，如图所示，防水的通气过滤器95夹在大气侧盖板94和过滤器盖板96之间。通气过滤器95由提供在轴向上两个位置处的紧固段960以堵缝的方式紧固。如图12所示，通气过滤器95被定位为使得通气过滤器95的末端段与台阶段943相接触。
空气引入开口944形成为贯穿盖板94和96，以使得大气945通过开口944被引入大气侧盖板94的内部。大气945用作基准气体。
如同已知的，传感元件92具有检测待测量气体的特定(例如指定)成分的浓度的能力。来自传感元件92的传感信号经由引导部分921、连接器922和导线923供应到外部单元。
在使用气体传感器9时，气体传感器9的末端的温度会升高。热传递到基端侧，并且通气过滤器95的温度也会升高。因此，由于气体传感器9在内燃机排气系统中的反复使用，通气过滤器95就会由于热而退化。就存在着通气过滤器95的防水性能退化的危险。
于是，必须将通气过滤器95布置为尽可能地靠近气体传感器9的基端。还可以考虑在台阶段943的基端侧上再提供一个新的台阶段并将通气过滤器95布置在气体传感器9的基端附近。然而，当台阶段增大时，易于在大气侧盖板94和过滤器盖板96之间形成窄的缝隙。当潮气等泄漏入缝隙时，难以将潮气等排出。因此，存在着由于潮气等引起缝隙腐蚀的危险。
发明内容
考虑到前述问题，作出了本发明。本发明的目标是提供一种气体传感器，其确保了大气侧盖板和过滤器盖板之间的通气并具有改进的热阻。
本发明是一种包括传感元件、壳体、大气侧盖板、通气过滤器以及过滤器盖板的气体传感器。传感元件探测待测量气体内特定气体的浓度。传感元件插入壳体并保持在其中。大气侧盖板固定到壳体的基端侧上。通气过滤器安装在大气侧盖板的基端段的外周边上。过滤器盖板将通气过滤器固定在大气侧盖板和过滤器盖板之间。
在本发明中，将安装在机动车辆等的内燃机排气管内的一侧描述为末端侧。与末端侧相对的另一侧描述为基端侧。
大气侧盖板包括位于末端侧上的大直径段(即根据本发明的第一段)和位于基端侧上的小直径段(即根据本发明的第二段)。大直径段固定到壳体上。过滤器盖板布置在小直径段的外周边上。台阶段(即阶梯式段)形成于大直径段和小直径段之间。
从小直径段向外突出的凸肋形成于台阶段和小直径段之间。通气过滤器的末端段与凸肋的基端段相接触。
这样，凸肋形成于台阶段和小直径段之间，并且通气过滤器的末端段与凸肋的基端段相接触。因此，通气过滤器能布置为更靠近气体传感器的基端，其间距为凸肋在轴向上的长度。通气过滤器能与气体传感器已经被加热到高温的末端段分开。于是，能抑制从气体传感器末端段至通气过滤器的热传递以及通气过滤器的热退化。于是就能获得具有较优热阻的气体传感器。
另外，通过实施上述构造，在大气侧盖板和过滤器盖板的末端段之间能形成连接至外面的空间。因此，能确保大气侧盖板和过滤器盖板的末端段之间的通气。因而，能防止通气过滤器、大气侧盖板等的腐蚀退化。
通过让通气过滤器的末端段与凸肋的基端段相接触，通气过滤器能易于以稳定的状态定位并且另外布置在预定的位置处。
这样，根据本发明，能提供一种确保大气侧盖板和过滤器盖板之间的通气并且具有较优热阻的气体传感器。
凸肋在轴向上的长度优选地为3至10mm。在此情况下，能获得一种防止基端侧上刚度和强度降低同时具有足够较优热阻的气体传感器。
同时，当轴向上的长度小于3mm时，难以将通气过滤器布置为使得气体传感器高温的末端段和通气过滤器充分地间隔开。还存在着难以防止通气过滤器热退化的危险。
另外，当轴向上的长度大于10mm时，气体传感器的基端侧的测量变长。就存在着气体传感器在基端侧上的刚度和强度降低的危险。
另外，优选地形成3至8个凸肋。在此情况下，通气过滤器能稳定地布置，并且能易于形成凸肋。
同时，当形成的凸肋的数目小于3时，存在着通气过滤器难以稳定地与凸肋的基端段相接触的危险。
另外，当形成的凸肋的数目超过8时，存在着难以形成凸肋的危险。
大气侧盖板的凸肋形成区域的圆周方向上的长度A与凸肋之间的非凸肋形成区域的圆周方向上的长度B具有关系：0.15≤A/B≤1。
在此情况下，能充分地确保大气侧盖板和过滤器盖板的末端段之间的通气，同时易于稳定地定位通气过滤器。
同时，当A/B小于0.15时，存在着难以稳定地定位通气过滤器的危险。
另外，当A/B超过1时，形成于大气侧盖板和过滤器盖板的末端段之间的空间变小。存在着难以充分地确保大气侧盖板和过滤器盖板段之间通气的危险。
另外，过滤器盖板的末端段能与凸肋的基端段相接触。在此情况下，在大气侧盖板和过滤器盖板的末端段之间能形成通气至外面的空间。因此，能充分地确保大气侧盖板和过滤器盖板的末端段之间的通气。
另外，过滤器盖板能构造为布置为使得过滤器盖板的末端段与凸肋的外表面相接触。在此情况下，在装配气体传感器时，能易于将通气过滤器定位在凸肋的基端段中。
另外，过滤器盖板能被布置为使得过滤器盖板的末端段不与大气侧盖板相接触。在此情况下，在大气侧盖板和过滤器盖板的末端段之间能形成与外面通气的空间。因此，能充分地确保大气侧盖板和过滤器盖板的末端段之间的通气。
在本发明中，例如，O2传感器、空气/燃料(A/F)传感器、NOX(氮的氧化物)或者CO(一氧化碳)传感器用作上述气体传感器。
附图说明
在附图中：
图1是根据本发明第一实施例的气体传感器的横截视图；
图2是沿着图1中X-X线截取的横截视图；
图3是沿着图2中Y-Y线截取的横截视图；
图4是根据本发明第二实施例的气体传感器的横截视图；
图5是沿着图4中Z-Z线截取的横截视图；
图6是根据本发明第三实施例的气体传感器的基端段的横截视图；
图7是当在根据本发明第四实施例中改变凸肋的横截面形状时大气侧盖板在垂直于轴向的方向上的横截视图；
图8是当在根据本发明第四实施例中改变凸肋的横截面形状时大气侧盖板在垂直于轴向的方向上的横截视图；
图9是当在根据本发明第四实施例中改变凸肋的横截面形状时大气侧盖板在垂直于轴向的方向上的横截视图；
图10是根据本发明第五实施例的气体传感器的基端段的横截视图；
图11是示出根据第五实施例的测量结果的线形图；和
图12是根据常规例子的气体传感器的横截视图。
具体实施方式
参照附图，现在将描述根据本发明的气体传感器的各个实施例。
(第一实施例)
下面将参照图1至3描述根据本发明第一实施例的气体传感器。
如图1所示，根据本实施例的气体传感器1包括传感元件2、壳体3、大气侧盖板4、通气过滤器5、以及过滤器盖板6。
在本实施例中，传感元件2形成为管状元件，其长度形成了气体传感器1的轴向。在图1中，下侧描述为将要安装在机动车辆等的内燃机的排气管内的末端侧，而上侧描述为基端侧。
传感元件2检测待测量气体内的特定气体的浓度。传感元件2插入在壳体3内并保持在其中。大气侧盖板4固定在壳体3的基端侧上。通气过滤器5安装在大气侧盖板4的基端段的外周边上。过滤器盖板6将通气过滤器5固定在大气侧盖板4和过滤器盖板6之间。
在壳体3的末端侧上，用作待测量气体侧盖板的盖板7紧固至壳体3。这个盖板7形成为由内盖板71和外盖板72构成的双层结构盖板。气体引入开口73形成为贯穿内盖板71和外盖板72。因此，待测量气体74通过开口73被引入内盖板71的内部。
如图1和3所示，大气侧盖板4包括位于末端侧上的大直径段41和位于基端侧上的小直径段42。大直径段41和小直径段42分别相应于根据本发明的第一段和第二段。大直径段41固定到壳体3上。过滤器盖板6布置在小直径段42的外周边上。台阶段43形成于大直径段41和小直径段42之间。
如图1和3所示，从小直径段42向外伸出的凸肋44形成于台阶段43和小直径段42之间。
通气过滤器5的末端段与凸肋44的基端侧相接触。
另外，过滤器盖板6布置为使得过滤器盖板6的末端段与凸肋44的外表面相接触。
如图1和2所示，上述凸肋44形成为在台阶段43和小直径段42之间从小直径段42向外突出。凸肋44在轴向上的长度为3至10mm。在本实施例中，如图2所示，四个尺寸相等的弧形凸肋44等距分开地形成于小直径段43上。
当一个凸肋44的形成区域的圆周方向上的长度为a时，A(＝4a)表示四个形成区域的圆周方向上的总长度。当凸肋44之间的一个非形成区域的圆周方向上的长度为b时，B(＝4b)表示四个非形成区域的圆周方向上的总长度。尺寸A和B具有关系：0.15≤A/B≤1。换言之，在本实施例中，凸肋44形成为尺寸相等且等距地分开。因此，凸肋的形成区域的圆周方向上的长度a与凸肋44之间的一个非形成区域的圆周方向上的长度b具有关系：0.15≤a/b≤1。
在形成大气侧盖板4之后，能例如通过将大气侧盖板4铸入模具、加压和扩展而形成凸肋44。
如图1和2所示，通气过滤器5夹在大气侧盖板4和过滤器盖板6之间。通气过滤器5由设在轴向上的两个位置中的紧固段60紧固和固定。防水且将空气(大气)45引入的通气段由空气引入开口600、通气过滤器5以及大气连通开口400形成。大气45用作基准气体。大气引入开口600设在过滤器盖板6上。大气连通开口400设在大气侧盖板4上。对于通气过滤器5，能使用例如由聚四氟乙烯(PTFE)形成的过滤器。
传感元件2已知为如美国专利No.5,573,650所示并且具有检测待测量气体的特定(例如指定)成分的浓度的能力。例如，传感元件2是层压型的、结合有加热器的管状元件，其具有两个分别暴露于待测量气体74和大气45中的电极。在两电极之间形成的离子流和电势差提供了用于待测量气体的特定气体成分的浓度的测量的传感信号。来自传感元件2的传感信号经由引导部分21、连接器22和导线23供应到例如安装在机动车辆中的电控单元。
另外，如图1所示，气体传感器1在内部包括元件侧电瓷12、大气侧电瓷13和盘形弹簧(Belleville spring)14。传感元件2插入元件侧电瓷12并保持在其中。大气侧电瓷13布置在元件侧电瓷12的基端侧上。盘形弹簧14布置在大气侧电瓷13的基端表面上。在大气侧电瓷13被偏置为在元件侧电瓷12的方向上受压的状态下，盘形弹簧14布置在大气侧电瓷13和台阶端43之间。已经被待测量的高温气体所加热的传感器1末端段的热经由元件侧电瓷12和大气侧电瓷13被传递到盘形弹簧14。随后，热从盘形弹簧14经由台阶段43传递到夹住通气过滤器5的大气侧盖板4。
接着，将描述本实施例的作用。
如图1和2所示，凸肋44形成于台阶段43和小直径段42之间。通气过滤器5的末端段与凸肋44的基端段相接触。因此，通气过滤器5能布置为更靠近气体传感器1的基端，其间距为凸肋44在轴向上的长度h。通气过滤器5能与气体传感器1已经被加热到高温的末端段分离。于是，能抑制热从气体传感器1的末端段传递到通气过滤器5以及通气过滤器5的热退化。于是就能获得具有较优热阻的气体传感器1。
另外，在气体传感器1的末端段的热传递到盘形弹簧14之后，如上所述，热还经由台阶段43传递到大气侧盖板4。这里，通过实施上述构造，台阶段43中形成凸肋44的区域不与盘形弹簧14相接触。因此，能降低台阶段43与盘形弹簧14相接触的区域。于是，能抑制从气体传感器1的末端向通气过滤器5的热传递，并且能抑制通气过滤器5的热退化。
另外，通过实施上述构造，如图2和3所示，在大气侧盖板4和过滤器盖板6的末端段之间可形成连接至外面的空间7。因此，能确保大气侧盖板4和过滤器盖板6的末端段之间的通气。因而，能防止通气过滤器5、大气侧盖板4等的腐蚀退化。
通过让通气过滤器5的末端段与凸肋44的基端段相接触，通气过滤器5能易于以稳定的状态定位以及另外布置在预定的位置处。
如图1所示，凸肋44在轴向上的长度为3至10mm。因此，能获得防止基端侧上的刚性和强度下降同时具有足够良好热阻的气体传感器1。
另外，如图2所示，形成有四个凸肋44。因此，通气过滤器5能稳定地布置，并且凸肋44易于形成。
另外，在根据本实施例的大气侧盖板4中，凸肋44的形成区域的圆周方向上的长度A和凸肋44之间的非形成区域的圆周方向上的长度B具有关系：0.15≤A/B≤1。因此，能充分地确保大气侧盖板4和过滤器盖板6的末端段之间的通气同时易于以稳定的状态定位通气过滤器5。
另外，如图1至图3所示，过滤器盖板6布置为使得过滤器盖板6的末端段与凸肋44的外表面相接触。于是，在装配气体传感器1时，通气过滤器5能易于定位在凸肋44的基端段中。
如上所述，根据本实施例，能提供一种能确保大气侧盖板和过滤器盖板之间的通气且具有较优热阻的大气传感器。
本发明的构造不仅能如第一实施例那样应用于具有堆叠型传感元件2的气体传感器1，而且也能应用于具有杯形传感元件的气体传感器，所述杯形传感元件形成为具有底部的圆柱体。
另外，凸肋44并不限于如第一实施例那样的四个凸肋。如果形成一个或多个凸肋，也能实现本发明的作用。
(第二实施例)
现在将参照图4和5描述本发明的第二实施例。为了简化描述的原因，在第二和后面的实施例中，与第一实施例类似或相同的部件给出相同的参考数字。
如图4和图5所示，提供了根据第二实施例的气体传感器1，其中过滤器盖板6的末端段与凸肋44的基端段相接触。
凸肋44形成为在轴向的基端侧方向上和圆周方向的向外方向上比第一实施例中的凸肋伸出更远(参照图1和2中的参考数字44)。在本实施例中，凸肋44在圆周方向上的外表面和大直径段41的外周边表面在圆周方向上具有相同的突起量。
本实施例的其它方面与第一实施例相同。
在本实施例中，能允许与外面通气的空间7可形成于大气侧盖板4和过滤器盖板6的末端段之间。因此，能充分地确保大气侧盖板4和过滤器盖板6的末端段之间的通气。
本实施例的其它作用与第一实施例相同。
(第三实施例)
现在将参照图6描述本发明的第三实施例。
如图6所示，提供了根据第三实施例的气体传感器1，其中过滤器盖板6布置为使得过滤器盖板6的末端段不与大气侧盖板4相接触。
本实施例的其它方面与第一实施例相同。
在本实施例中，能允许与外面通气的空间7可形成于大气侧盖板4和过滤器盖板6的末端段之间。因此，能充分地确保大气侧盖板4和过滤器盖板6的末端段之间的通气。
本实施例的其它作用与第一实施例相同。
(第四实施例)
现在将参照图7至9描述本发明的第四实施例。
如图7至9所示，根据第四实施例的气体传感器1涉及包括凸肋44的大气侧盖板4，凸肋44在垂直于轴向的方向上的横截面不定地变化。换言之，凸肋44的横截面可以是如图7所示的椭圆形、如图8所示的矩形、或者如图9所示三角形。
本实施例的其它构造和作用与第一实施例相同。
(第五实施例)
现在将参照图10和11描述本发明的第五实施例。
如图10和11所示，在第五实施例中，凸肋44在轴向上的长度h不定地变化，并且研究了通气过滤器5的温度降低量。
温度降低量是其中轴向上的长度h为0的常规气体传感器(参照图12中的参考数字9)中的通气过滤器的温度与如图10所示其中轴向上的长度h不定地变化的气体传感器1中的通气过滤器5的温度之间的差值。在气体传感器的实际使用情况下测量温度降低量。
温度降低量的测量结果在图11中示出。从附图中能看出，很明显，通气过滤器5的温度降低量随着凸肋44在轴向上的长度增大而变大。换言之，随着通气过滤器5的末端段的位置向基端侧移动，很明显能抑制从气体传感器1的末端段向通气过滤器5的热传递。而且，当轴向上的长度h为3mm或更大时，温度降低量为28℃或更大。因此能充分地实现本发明的作用。
本发明能在不偏离其精神的前提下以很多其它形势具体化。所述的实施例和变型因此都仅是示例性的并且不是限制性的，因为本发明的范围由所附权利要求限定而非前面的说明书限定。因此，落入权利要求的边界或者所述边界的等同替代之内的所有变化都将被权利要求所涵盖。

Claims (20)

1.一种气体传感器，包括：
传感元件，其检测待测量气体内特定气体的浓度；
壳体，传感元件插入并保持在其中，壳体提供了轴向并且具有都沿着轴向定位的基端和末端；
大气侧盖板，形成为大致圆柱形，具有i)第一直径的第一段，其位于轴向上的末端侧上且固定在壳体的基端上；ii)第二直径的第二段，第二直径小于第一直径，第二段位于轴向上的基端侧上；iii)形成于第一段和第二段之间的台阶段；以及iv)从第二段向外突出的凸肋，其形成于台阶段和第二段之间并且具有轴向上的基端段；
安装在大气侧盖板的第二段的外周边上的通气过滤器，该通气过滤器具有轴向上的末端段，该末端段与凸肋的基端段相接触；和
过滤器盖板，其将通气过滤器固定在大气侧盖板的第二段和过滤器盖板之间。
2.根据权利要求1的气体传感器，其特征在于，凸肋在轴向上的长度为3至10mm。
3.根据权利要求2的气体传感器，其特征在于，凸肋由3至8个凸肋构成。
4.根据权利要求3的气体传感器，其特征在于，凸肋在垂直于轴向的圆周方向上由具有凸肋形成区域和非凸肋形成区域的第二段构成，其中凸肋形成区域的圆周方向上的长度A与凸肋之间的非凸肋形成区域的圆周方向上的长度B具有关系：0.15≤A/B≤1。
5.根据权利要求4的气体传感器，其特征在于，过滤器盖板具有轴向上的末端段，并且布置为使得其末端段与凸肋的基端段相接触。
6.根据权利要求4的气体传感器，其特征在于，过滤器盖板具有轴向上的末端段，并且布置为使得其末端段与凸肋的外表面相接触。
7.根据权利要求4的气体传感器，其特征在于，过滤器盖板具有轴向上的末端段并且布置为使得其末端段与大气侧盖板间隔开。
8.根据权利要求1的气体传感器，其特征在于，凸肋由3至8个凸肋构成。
9.根据权利要求8的气体传感器，其特征在于，凸肋在垂直于轴向的圆周方向上由具有凸肋形成区域和非凸肋形成区域的第二段构成，其中凸肋形成区域的圆周方向上的长度A与凸肋之间的非凸肋形成区域的圆周方向上的长度B具有关系：0.15≤A/B≤1。
10.根据权利要求9的气体传感器，其特征在于，过滤器盖板具有轴向上的末端段，并且布置为使得其末端段与凸肋的基端段相接触。
11.根据权利要求9的气体传感器，其特征在于，过滤器盖板具有轴向上的末端段，并且布置为使得其末端段与凸肋的外表面相接触。
12.根据权利要求9的气体传感器，其特征在于，过滤器盖板具有轴向上的末端段，并且布置为使得其末端段与大气侧盖板间隔开。
13.根据权利要求1的气体传感器，其特征在于，凸肋在垂直于轴向的圆周方向上由具有凸肋形成区域和非凸肋形成区域的第二段构成，其中凸肋形成区域的圆周方向上的长度A与凸肋之间的非凸肋形成区域的圆周方向上的长度B具有关系：0.15≤A/B≤1。
14.根据权利要求13的气体传感器，其特征在于，过滤器盖板具有轴向上的末端段，并且布置为使得其末端段与凸肋的基端段相接触。
15.根据权利要求13的气体传感器，其特征在于，过滤器盖板具有轴向上的末端段，并且布置为使得其末端段与凸肋的外表面相接触。
16.根据权利要求13的气体传感器，其特征在于，过滤器盖板具有轴向上的末端段，并且布置为使得其末端段与大气侧盖板间隔开。
17.根据权利要求1的气体传感器，其特征在于，凸肋在垂直于轴向的圆周方向上由具有凸肋形成区域和非凸肋形成区域的第二段构成，其中凸肋形成区域的圆周方向上的长度A与凸肋之间的非凸肋形成区域的圆周方向上的长度B具有关系：0.15≤A/B≤1。
18.根据权利要求1的气体传感器，其特征在于，过滤器盖板具有轴向上的末端段，并且布置为使得其末端段与凸肋的基端段相接触。
19.根据权利要求1的气体传感器，其特征在于，过滤器盖板具有轴向上的末端段，并且布置为使得其末端段与凸肋的外表面相接触。
20.根据权利要求1的气体传感器，其特征在于，过滤器盖板具有轴向上的末端段，并且布置为使得其末端段与大气侧盖板间隔开。
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