CN101216453B - 氧传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧传感器，该氧传感器包括金属保护套和陶瓷外衬套，其中所述保护套通过两道卷边直接固定于外衬套之外，且包围住部分外衬套。所述氧传感器还包括耐高温橡胶索环，所述索环为一个大圆柱与一个小圆柱在轴向上的结合，其中一个端面在轴向上紧压外衬套，另一个端面暴露于空气中，侧面在径向上紧压保护套，密封保护套与外衬套之间的空隙。本发明氧传感器采用金属保护套直接固定于陶瓷外衬套的头部，更有利于陶瓷外衬套的头部的散热，从而加强了整个氧传感器的散热。具有这种结构的氧传感器可以实现更小的体积，并且结构相对简单，完全适用于各类机动车尤其是摩托车使用。

Description

氧传感器

技术领域

本发明涉及一种内燃机用的气体感知器，特别涉及一种氧传感器。

背景技术

氧传感器是机动车发动机管理系统中的重要部件，它安装于机动车的排气系统，用于感知氧气浓度，实现闭环控制。氧传感器的安装位置决定了它在寿命期内所承受的振动应力和温度应力都比较高。

通常使用的浓差型氧传感器包括一个标准的参考腔，该参考腔中氧气浓度保持恒定，一般使用新鲜空气。由于氧传感器的应用环境恶劣，为保证其功能正常，必须密封参考腔，并将参考腔的气体入口设置在比较清洁的区域。

为了满足日益严格的环保法规，摩托车也需要采用类似汽车的发动机管理系统，而氧传感器为其中的关键部件之一。摩托车对氧传感器的要求有二点：其一是要求体积小，一方面由于摩托车用于容置氧传感器的空间比较小，另一方面由于氧传感器的头部需要插入到排气管中，而摩托车的排气管内径较细，如果氧传感器的头部较大，就会阻碍发动机的排气，从而影响发动机的功率。其二是要求结构简单、成本低廉，经济实用。满足上述要求的氧传感器不仅适用于摩托车，也适用于一切机动车上。

为了使氧传感器的体积更小，就必须更加注重氧传感器的散热。现有文件已经公开了陶瓷外衬套部分暴露于空气中以加强散热的氧传感器，例如中国实用新型专利说明书CN2795854Y(公告日：2006年7月12日)公开了一种气体传感器，请参阅图1。图1显示的是一个气体传感器单元，其中包括气体传感器10和气体传感器罩20。气体传感器10又包括保护器11、气体检测元件12、金属壳体13、陶瓷粉末14、外管15和端子件16，气体传感器罩20又包括绝缘部分21、罩端子22和导线23。其中的陶瓷外管15部分暴露于空气中，以便更有效地散热。可是这种气体传感器仍存在改进可能，例如陶瓷外管15的尾部为橡胶绝缘部分21所包围，橡胶的热传导性比金属差，外管15的尾部的热量不容易散发；又如绝缘部分21采用整块耐高温橡胶，原材料消耗大且成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种氧传感器，该氧传感器的体积小，结构简单，成本低；并可以实现良好的散热和密封。

为解决上述技术问题，本发明氧传感器包括金属保护套和陶瓷外衬套，所述外衬套包括连为一体的头部、中部和尾部，其中外衬套头部被保护套所包围且保护套通过两道卷边固定于外衬套的头部，外衬套中部暴露于空气中，外衬套尾部被传感器座所包围且传感器座通过卷边固定于外衬套的尾部。

作为本发明的进一步改进，所述氧传感器还包括耐高温橡胶索环，所述索环为一个大圆柱与一个小圆柱在轴向上的结合，其中一个端面在轴向上紧压外衬套，另一个端面暴露于空气中，侧面在径向上紧压保护套，密封保护套与外衬套之间的空隙。

所述索环内包括延伸出来的导线，索环紧压导线以密封索环与导线之间的空隙。

所述垫圈是一种耐高温的具有良好塑性的金属材料，所述垫圈被传感器座的卷边部位挤压变形以密封传感器座与外衬套之间的空隙。

所述氧传感器还包括粉末状密封件，所述粉末状密封件位于传感器座、传感元和外衬套之间且为外衬套所压紧，密封传感器座和传感元之间的空隙以及传感器座和外衬套之间的空隙。

本发明氧传感器采用金属保护套直接固定于陶瓷外衬套的头部，更有利于陶瓷外衬套的头部的散热，从而加强了整个氧传感器的散热。具有这种结构的氧传感器可以实现更小的体积，并且结构相对简单，完全适用于各类机动车尤其是摩托车使用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有的气体传感器的结构示意图；

图2是本发明氧传感器的结构示意图一；

图3是本发明氧传感器的结构示意图二。

图中附图标记为：10-气体传感器；11-保护管；12-气体检测元件；13-金属壳体；14-陶瓷粉末；15-外管；16-端子件；20-气体传感器罩；21-绝缘部分；22-罩端子；23-导线；30-短传感器；31-保护管；32-传感元；33-传感器座；331-卷边部位；332-垫圈；333-紧密接触部位；34-密封件；35-外衬套；36-接触弹簧；40-线束组件；41-保护套；411-卷边部位；412-卷边部位；413-卷边部位；42-索环；43-导线。

具体实施方式

请参阅图2，本发明氧传感器包括短传感器30和线束组件40。其中短传感器30又包括保护管31、传感元32、传感器座33、密封件34、外衬套35和接触弹簧36，线束组件40又包括保护套41、索环42和导线43。其中的外衬套35由陶瓷材料制造，并具有大致的圆管形状。外衬套35包括连为一体的三部分：其头部为保护套41所包围，并且用于固定保护套41；中部暴露于空气中；尾部为传感器座33所包围，并且用于固定传感器座33。外衬套35的头部端面紧压索环42，尾部端面紧压密封件34。

保护套41为金属材料制造，也具有大致的圆管形状。保护套41包括连为一体的头部和尾部，其中头部包围且在径向上紧压索环42，尾部包围且固定于外衬套35的头部。保护套41的头部还包括一道卷边413，卷边部位413在轴向上朝着外衬套35的方向紧压索环42。

保护套41的尾部通过两道卷边411和412固定于外衬套35，并包围外衬套35的头部。由于金属和陶瓷采用机械连接不可避免地会留有空隙，因此还通过耐高温橡胶制作的索环42加以密封。索环42为一个大圆柱与一个小圆柱在轴向上的结合，其中一个端面在轴向上紧压外衬套35，另一个端面暴露于空气中，侧面在径向上紧压保护套41，因此可以密封保护套41和外衬套35之间的空隙。由于保护套41在径向上也紧压索环42，因此还可以密封保护套41和索环之间的空隙。索环42内还包括延伸出索环42的导线43，索环42紧压导线43从而密封索环42和导线43之间的空隙。

传感器座33也是金属材料制造，其通过卷边331固定于外衬套35，并包围外衬套35的尾部，在传感器座33的卷边部位331和外衬套35之间还包括垫圈332。垫圈332是一种耐高温的具有良好塑性的金属材料，垫圈332被传感器座33的卷边部位331挤压变形以密封传感器座331与外衬套35之间的空隙，这种密封只是初步且不完善的密封。垫圈332还可以防止金属传感器座33在卷边331时损坏陶瓷外衬套35。在传感器座33、传感元32和外衬套35之间还包括粉末状密封件34，密封件34为外衬套35所压紧。在装配过程中，密封件34初始为具有一定形状的粉末状物体，其中的粉末之间较为松散、具有一定间隙。将这种粉末状物体放在预定位置，通过外衬套35的挤压，这种粉末状物体被压溃，一方面使其内部的粉末之间更为紧密、间隙减小，另一方面使其根据周边环境进行形状的变化，成为密封件34。密封件34在轴向上紧压外衬套35尾部的端面，在径向上紧压传感器座33和传感元32，因此可以密封传感器座33和外衬套35之间的空隙、传感元32与外衬套35之间的空隙以及传感器座33和传感元32之间的空隙，这种密封相对于垫圈332的不完善密封而言是完善的密封。

对于通常使用的浓差型氧传感器，其参考腔的密封设计在图2所示的氧传感器中是通过密封件34和索环42实现的。从整个氧传感器的外围来看，传感器座33和外衬套35之间的密封通过垫圈332和密封件34实现；传感器座33和传感元32之间的密封也通过密封件34实现；外衬套35与保护套41之间的密封通过索环42实现；索环42还实现了保护套41和索环42的之间的密封以及索环42和导线43之间的密封，这样便从整体上保证了氧传感器内部的密封性能。导线43的塑胶包裹层和内部金属丝之间的缝隙则为参考腔提供了新鲜空气的出入通道。

图2所示的氧传感器包括两根导线43、两个接触弹簧36，传感元32的内壁和外壁上都包括有电气连接部位(未图示)，两根导线43分别通过两个接触弹簧36连接传感元32的内壁和外壁上的电气连接部位，以将传感元32的信号导出为电压信号。除了这种“双线”的实施方案，本发明氧传感器还可以采用“单线”的实施方案，请参阅图3。

图3所示的氧传感器与图2所示的氧传感器的主要区别在于，图3所示的氧传感器仅包括一根导线43和一个接触弹簧36。传感元32的内壁和外壁上同样包括有电气连接部位(未图示)等均与图2所示的氧传感器相同，导线43通过接触弹簧36连接传感元32的内壁上的电气连接部位。传感元32的外壁上的电气连接部位通过与传感器座33的紧密接触部位333的紧密接触实现电气连接，从而实现电气信号的接地。

图3所示的氧传感器在散热和密封的设计上均与图2所示的氧传感器相同。

综上所述，本发明通过将陶瓷外衬套的中部暴露于空气中，将陶瓷外衬套的头部和尾部都直接接触金属材料，并被金属材料所包围，加强了氧传感器的散热设计。同时在此散热设计的基础上又提供了全套的密封方案。因此较现有的氧传感器而言，就可以实现更短、更小巧的氧传感器。

Claims (9)

1.一种氧传感器，包括金属保护套和陶瓷外衬套，其特征是：还包括金属传感器座；所述外衬套包括连为一体的头部、中部和尾部，其中外衬套头部被保护套所包围且保护套通过两道卷边固定于外衬套的头部，外衬套中部暴露于空气中，外衬套尾部被传感器座所包围且传感器座通过卷边固定于外衬套的尾部。

2.根据权利要求1所述的氧传感器，其特征是：所述氧传感器还包括耐高温橡胶索环，所述索环为一个大圆柱与一个小圆柱在轴向上的结合，其中一个端面在轴向上紧压外衬套，另一个端面暴露于空气中，侧面在径向上紧压保护套，密封保护套与外衬套之间的空隙。

3.根据权利要求2所述的氧传感器，其特征是：所述索环内包括延伸出来的导线，索环紧压导线以密封索环与导线之间的空隙。

4.根据权利要求1所述的氧传感器，其特征是：所述传感器座的卷边部位与外衬套之间有垫圈。

5.根据权利要求4所述的氧传感器，其特征是：所述垫圈是一种耐高温的具有良好塑性的金属材料，所述垫圈被传感器座的卷边部位挤压变形以密封传感器座与外衬套之间的空隙。

6.根据权利要求1所述的氧传感器，其特征是：所述氧传感器还包括粉末状密封件，所述粉末状密封件位于传感器座、传感元和外衬套之间且为外衬套所压紧，密封传感器座和传感元之间的空隙、传感元与外衬套之间的间隙以及传感器座和外衬套之间的空隙。

7.根据权利要求2或6所述的氧传感器，其特征是：所述外衬套的头部端面紧压索环，尾部端面紧压密封件。

8.根据权利要求2所述的氧传感器，其特征是：所述保护套包括连为一体的头部和尾部，其中头部包围且在径向上紧压索环，尾部包围且固定于外衬套的头部。

9.根据权利要求8所述的氧传感器，其特征是：所述保护套的头部还包括一道卷边，所述卷边部位在轴向上朝着外衬套的方向紧压索环。

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