CN102155280A - 直接连接氧传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直接连接氧传感器，提供一种直接连接氧传感器组件，用于测量流体流中氧的比例并将表示其的信号传递至控制器。所述组件包括具有壳体的氧传感器，该壳体具有至少部分地从其一端伸出的氧-感测元件，和位于所述传感器壳体的相反端的第一电接线端。电导体将所述第一电接线端电欧界至所述氧-感测元件。所述氧传感器组件也包括带有壳体的连接器组件，该壳体具有从其伸出的、直接连接至所述控制器的一根或多根导线。第二电接线端安装于所述连接器壳体并电连接至所述导线。所述第二电接线端设计成与所述第一电接线端相匹配并与之电连接。所述连接器壳体由具有至少200摄氏度工作温度的材料制成。

Description

直接连接氧传感器

技术领域

本发明通常涉及一种传感器，该传感器用于测量穿过汽车动力系和排气系统的流体中的氧(O₂)比例，且尤其涉及连接器布置，其用于可操作地将氧传感器连接至能够利用由该传感器产生的信号的装置。

背景技术

几乎所有传统的机动车辆，例如现代车辆，包括用于排出和减少车辆内燃机(ICE)正常操作产生的副产物的排气系统。多数排气系统包括催化转化器和类似的排气后处理装置，其通过流体管道或“排气管”接收来自发动机排气歧管(或头部器)的输出，并还原和氧化排气排放物。消声器组件或类似装置，通常定向于催化转化器的下游，以消弱排气排放过程产生的噪声。

电子传感器用于各种需要做定性和定量流体分析的应用中。在汽车行业中，例如，氧传感器，通俗地称为“O₂传感器”，用于内燃控制系统，以提供汽车排气中精确的氧浓度测量值。发动机排气中的氧浓度与提供给发动机的燃料混合物的空燃比具有直接的联系。由此，O₂传感器获取的测量值可用于确定最有利的燃烧条件、优化空燃比、使燃料经济性最大化以及控制排气排放。

多种氧传感器商业化地用于汽车应用中。典型地，用于汽车应用的电化学类型的氧传感器利用了套筒型电化学原电池，其在“电位模式(potentiometricmode)”下运行以确定，或感测发动机排气流中存在的氧的相对含量。这种类型的氧传感器包括离子导电性固体电解质材料，典型地，氧化钛和氧化钇稳定氧化锆(yttria stabilized zirconia)，暴露在排气流中的涂覆于传感器外部的多孔电极，以及暴露于已知浓度的参照气体(reference gas)的涂覆于传感器内部的多孔电极。

针对氧气而言，固体电解质传感器用来测量在未知气体试样和已知气体试样之间的氧活度差异。在汽车排气应用中，例如，未知气体是排气而已知的参照气体通常是大气空气，因为空气中的氧含量是相对恒定且易于获得的。经过固体电解质的气体浓度梯度产生伽伐尼电位。也就是说，当这个原电池的相对表面暴露在不同的氧分压下，根据能斯脱方程(Nernst equation)在电极之间产生电动势(“emf”)：

E＝ATln(P1/P2)

其中，E是单元的还原电势或“伽伐尼电压”，T是气体的绝对温度，P1/P2是两个电极处参照气体的氧分压的比值，和A＝R/4F，这里R是通用的气体常数(R＝8.314472J·K^-1·mol^-1)，而F是法拉第常数(F＝96485.3399C/mol)。

浓差型氧传感器(potentiometric oxygen sensor)通常用于ICE的排气系统，从而与化学计量相比较，量化地判定发动机是在富燃条件(空燃比是带有未燃燃料的“富的”)或是在贫燃条件(空燃比具有过量的氧气)下运行。达到平衡之后，由在这两个运行条件下运行的发动机产生的排气具有两个较大差异的氧分压。这个信息被提供到空燃比控制系统，该系统试图提供在两个极端条件之间的平均化学计量空燃比。在空燃比化学计量点下，氧浓度会变化若干数量级。因此，浓差型氧传感器能够量化地指示发动机是在富燃或是在贫燃条件下运行，而不必提供关于实际空燃比的更具体信息。

由于对提高燃料经济性和改进排放控制的日益增长的需求，开发了宽范围氧传感器，它们能够准确地确定发动机在富燃和贫燃条件下运行时排气中的氧分压。这些条件要求氧传感器能够以足够的灵敏度精确地判定在富燃和贫燃条件下的氧分压的同时，快速响应氧分压的几个数量级的变化。氧传感器会产生与空燃比成比例的输出，从而为发动机控制系统提供额外的性能优势。在扩散极限电流模式下工作的氧传感器可产生这样的比例输出，该输出提供了充分的分辨率以确定空燃比在富燃或贫燃的条件下。通常，扩散极限电流氧传感器具有用于产生内部氧参考值的泵送单元和氧储存单元。在储存单元和泵送单元之间保持恒定的电动势，使得泵送电流的大小和极性可被检测作为排气组分的表示。

当前的O₂传感器设计成包括两个电连接点，用于将氧传感器电连接至电子装置，例如车载发动机控制模块(ECM)，该模块利用传感器产生的信号。一个连接点相对于传感器在内部，而第二、外连接点与线束电连通。在这种设计中，细长的“绞编组件(pigtail assembly)”电连接这两个电连接点。绞编组件在其各个相对的端部具有截然不同的电连接器：第一金属连接器夹用于连接至传感器内部的连接点，而第二、便宜的塑料连接器夹用于将绞编组件附连至车辆线束。

通过利用绞编组件来分离这两个连接点以隔离外连接点，并将其封装远离非常热的环境，O₂传感器在该环境下被正常封装。氧传感器位于在正常传感器使用期间非常热而在某些运行状态下非常冷的环境下。传感器在其伸入排气管的位置可达到850℃以上的温度。另外，氧传感器处的电连接经受不利的道路状况，它们可包括盐雾，潮湿，水，油，油脂和排气本身。绞编塑性连接器夹并未设计经受这样苛刻的工作环境。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供一种直接连接的氧传感器组件，用于测量经过的流体中氧的比例并将其指示信号传递至控制器。所述氧传感器组件包括氧传感器，其构造成可操作地连接至流体管道，例如发动机排气歧管或其下游的排气管。所述氧传感器具有传感器壳体，该传感器壳体具有至少部分地从其一端伸出的氧-感测元件，所述氧传感器还具有位于所述传感器壳体的相反端的第一电接线端。电导体将所述氧-感测元件与所述第一电接线端电耦接。

所述氧传感器组件还包括具有连接器壳体的连接器组件，该连接器壳体具有从其伸出的一根或多根导线。所述导线可操作地连接至所述控制器。第二电接线端安装于所述连接器壳体并电耦接至所述导线。所述第二电接线端构造成与所述第一电接线端相匹配并与之电连接。所述连接器壳体由具有至少200摄氏度(℃)工作温度的材料制成，例如不锈钢。理想地，所述连接器壳体由与所述传感器壳体相同的材料制成，但也可由其他热弹性材料制成。

本发明相对现有技术中的氧传感器和电连接器布置具有诸多优势。本设计考虑到了直接连接的氧传感器概念，其从热、振动和封装的观点是实用的。上述的氧传感器组件比现有技术的组件小许多，由此需要显著减小的封装空间。另外，该设计不需要产生电流的绞编组件和外连接器。实际上，该设计不需要在所述氧传感器和电连接器之间任何附加的电连接点。取消这些非必须的额外部件减少了工程、封装、运输和安装的成本，最小化了保修问题并简化了设计、验证、和发行过程。

根据该具体实施方式的一个方面，所述氧传感器的电接线端包括多个电插脚或多个互补的母连接器。在这种情况下，连接器组件的电接线端包括多个电插脚和母连接器的另一个。每个母连接器设计成可接纳并电连接至多个电插脚中的相应一个。

根据该实施方式的另一方面，所述传感器壳体包括大体上圆柱形主体部分，其具有从其一端轴向伸出的大体上圆柱形的保护套管。所述氧-感测元件被装入在所述保护套管和所述主体部分中。理想地，所述保护套管限定至少一个孔，从而使得未知的流体样本(例如，排气)可操作地与所述氧-感测元件相互作用。

作为另一方面的一部分，所述连接器壳体包括连接器罩，其具有从其一侧伸出的接线端遮护罩。所述接线端遮护罩包围所述连接器组件接线端。在该具体情况中，当所述连接器组件附连至所述氧传感器时，所述接线端遮护罩布置在所述氧传感器的电接线端内部，且所述连接器罩沿着所述氧传感器电接线端的外表面布置。

作为该实施方式另一方面的一部分，优选地，所述第一电接线端包括一个或多个从其内表面伸出的齿。所述连接器壳体接线端遮护罩限定了相应数量的键槽，每个键槽设计成可接纳其中一个所述齿。在将所述氧传感器与所述连接器组件连接时，所述齿和键槽特征保证所述第一和第二接线端适当地对齐。

根据另一方面，所述氧传感器组件包括扭锁特征。所述第一电接线端包括一个或多个从其外表面向外伸出的翼片。而另一方面，所述连接器壳体限定了对应数量的槽，每个槽被构造成可在其中接纳所述翼片。通过将所述翼片插入到它们相应的槽中，将所述连接器壳体与所述氧传感器壳体压在一起，且随后沿相反的方向旋转两壳体，从而将连接器组件锁定于氧传感器。

根据该实施方式的其他特征，可包括连接器定位保险(CPA)销。CPA销可构造成与氧传感器和连接器组件相匹配，并保证第一和第二电接线端之间适当的电连接。例如，CPA销可具有U形设计，该销具有基部，该基部具有从其相反端伸出的支脚。连接器罩可限定两个容纳通道，每个通道构造成仅当传感器和连接器壳体适当附连时容纳并与相应的支脚相匹配。

该实施方式的另一个特征包括在第一和第二电接线端的热弹性密封件，例如聚四氟乙烯密封环。

根据本发明的另一个实施方式，提供一种氧传感器组件，用来感测从内燃机排出的排气中氧的比例，并将表示其的信号传递至发动机控制模块。所述氧传感器组件包括氧传感器和连接器组件。所述氧传感器构造成至少部分地安装在车辆排气管中。所述氧传感器具有金属壳体，氧-感测元件设置在该金属壳体中并至少部分地从其一端伸出。所述氧传感器还包括电连线端，其具有从所述传感器壳体相反端伸出的多个电插脚。设置于所述传感器内的电导体将所述氧-感测元件与多个电插脚电耦接。

所述连接器组件具有金属连接器壳体，该连接器壳体构造成与所述氧传感器壳体相匹配并与之附连。所述连接器壳体包括多条直接连接到所述发动机控制模块并从其一侧向外延伸的绝缘导线。所述连接器组件还具有带有多个母连接器的电接线端，所述母连接器从连接器壳体的相对侧伸出。所述多个母连接器中的每个都电连接至相应的一个导线且构造成容纳从所述氧传感器接线端伸出的相应电插脚。所述连接器壳体由在200℃不会显著熔化或弯曲的金属材料制成。

技术方案1：提供一种氧传感器组件，用来测量经过的流体流中的氧的比例并将表示其的信号传递至控制器，所述氧传感器组件包括：

氧传感器，其构造成可操作地连接至流体管道，所述氧传感器具有：传感器壳体，氧-感测元件至少部分地从其一端伸出；第一电接线端，其可操作地位于所述传感器壳体的相反端；以及至少一个电导体，其将所述氧-感测元件与所述第一电接线端电耦接；以及

连接器组件，其具有：连接器壳体，至少一个导线从所述连接器壳体伸出以可操作地与所述控制器连接；和第二电接线端，其可操作地安装于所述连接器壳体并与所述至少一个导线电连接，所述第二电接线端构造成与所述第一电接线端相匹配并与之电连接；

其中，所述连接器壳体由具有至少200摄氏度工作温度的材料制成。

技术方案2：根据技术方案1所述的氧传感器组件，其中所述传感器壳体和连接器壳体至少部分地由不锈钢构成。

技术方案3：根据技术方案1所述的氧传感器组件，其特征在于省去了将所述氧传感器电连接至所述控制器的绞编组件。

技术方案4：根据技术方案1所述的氧传感器组件，其中所述连接器组件的特征在于，省去了所述第二电接线端和所述控制器之间的额外电连接点。

技术方案5：根据技术方案1所述的氧传感器组件，其中所述第一电接线端包括多个电插脚和多个母连接器中的一种，且其中所述第二电接线端包括多个电插脚和多个母连接器中的另一种，所述多个母连接器中的每一个均被构造成容纳所述多个电插脚中的相应一个。

技术方案6：根据技术方案1所述的氧传感器组件，其中所述传感器壳体包括大体圆柱形的主体部分，其具有从其一端轴向伸出的大体圆柱形的保护套管，所述氧-感测元件装在所述保护套管和所述主体部分中。

技术方案7：根据技术方案1所述的氧传感器组件，其中所述连接器壳体包括连接器罩，其具有从其一侧伸出的接线端遮护罩，其中当所述连接器组件附连至所述氧传感器时，所述接线端遮护罩设置在所述第一电接线端内且所述连接器罩沿着所述第一电接线端的外表面布置。

技术方案8：根据技术方案7所述的氧传感器组件，其中所述第一电接线端包括至少一个从其内表面伸出的齿，并且其中所述连接器壳体接线端遮护罩限定了至少一个键槽，所述键槽用于接纳所述至少一个齿并由此在所述氧传感器与所述连接器组件连接时，保证所述第一和第二接线端适当地对齐。

技术方案9：根据技术方案1所述的氧传感器组件，其中所述第一电接线端包括至少一个从其外表面伸出的翼片，且其中所述连接器壳体限定至少一个槽，所述槽被构造成可在其中接纳所述至少一个翼片并由此将所述连接器组件锁定至所述氧传感器。

技术方案10：根据技术方案1所述的氧传感器组件，还包括：连接器定位保险销，其可构造成与所述氧传感器和连接器组件之一相匹配，并由此保证第一和第二电接线端之间适当的电连接。

技术方案11：根据技术方案1所述的氧传感器组件，还包括设置在第一和第二电接线端之间的密封件。

技术方案12：提供一种氧传感器组件，用来感测从内燃机排出的排气中氧的比例并将表示其的信号传递至发动机控制模块，所述氧传感器组件包括：

氧传感器，其构造成至少部分地安装在车辆排气管中，所述氧传感器具有：金属传感器壳体，该壳体具有设置在其中并至少部分地从其一端伸出的氧-感测元件；第一电连线端，其具有从所述传感器壳体的相反端伸出的多个电插脚；以及至少一个电导体，其设置于所述传感器壳体内并将所述氧-感测元件与所述多个电插脚电耦接；和

连接器组件，其具有：金属连接器壳体，所述连接器壳体具有多条直接连接到所述发动机控制模块并从所述连接器壳体的一侧向外延伸的绝缘导线；和第二电接线端，其具有从所述连接器壳体的相反侧伸出的多个母连接器，其中，所述多个母连接器中的每个都电连接至所述多根导线中的相应一个且构造成容纳所述多个插脚中的相应一个，所述连接器壳体构造成与所述氧传感器壳体相匹配并与之附连，

其中，所述连接器壳体由在200摄氏度不会显著熔化或弯曲的金属材料制成。

技术方案13：根据技术方案12所述的氧传感器组件，其中所述传感器壳体包括大体圆柱形的主体部分，其具有从其一端轴向伸出的大体圆柱形的保护套管，所述氧-感测元件装入在所述保护套管和所述主体部分中，所述保护套管限定至少一个孔，从而使得排气可操作地与所述氧-感测元件相作用。

技术方案14：根据技术方案13所述的氧传感器组件，其中所述连接器壳体包括大体圆柱形的连接器罩，其具有从其一侧伸出并包围所述多个母连接器的管状接线端遮护罩，其中当所述连接器组件附连至所述氧传感器时，所述接线端遮护罩设置在包围所述多个电插脚的所述第一电接线端内，而所述连接器罩包围所述第一电接线端的外表面。

技术方案15：根据技术方案14所述的氧传感器组件，其中所述第一电接线端包括一系列从其外表面伸出的翼片，且其中所述连接器壳体限定一系列槽，每个所述槽均被构造成接纳相应的翼片，其中将所述一系列翼片插入所述一系列槽中并相对所述传感器壳体旋转所述连接器壳体，由此将所述氧传感器锁定至所述连接器组件。

技术方案16：根据技术方案13所述的氧传感器组件，其中所述第一电接线端包括多个从其内表面伸出的齿，并且其中所述连接器壳体接线端遮护罩限定多个键槽，每个键槽均构造成接纳相应的齿，并由此在所述氧传感器与所述连接器组件连接时，保证所述第一和第二接线端适当地对齐。

技术方案17：根据技术方案17所述的氧传感器组件，还包括：U形连接器定位保险销，该销具有带有从其相反端伸出的支脚的基部，其中所述连接器罩限定两个容纳通道，每个所述容纳通道构造成当所述氧传感器附连至所述连接器组件时容纳相应的支脚并与之相匹配，从而确保所述第一和第二电接线端之间适当的电连接。

技术方案18：根据技术方案17所述的氧传感器组件，还包括设置在第一和第二电接线端之间的聚四氟乙烯密封环。

当结合附图和所附权利要求，通过随后详细说明实现本发明的优选实施方式和最佳模式，上述特征和优点以及其他的特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的氧传感器组件的局部示意的分解侧视图；

图2是示例性氧传感器的局部剖面的侧视图；

图3是图1所示的氧传感器组件的分解透视图。

具体实施方式

参照附图，其中相同的附图标记在整个附图中表示相同的部件，如图1所示，根据本发明的氧传感器组件总体用10来表示。图1也示出了可实施本发明的示例性的应用场合。然而，本发明决不局限于图1所示的应用或布置。而其，尽管氧传感器组件10旨在用于传统的骑车，例如但不局限于，标准客车、运动型多功能车(SUV)、轻卡、小型货车等类似车型，其也可结合于任意的机动车辆应用中，包括但当然不局限于，公共汽车、重型车辆、拖拉机、船和私人游艇，飞机等。另外，这里示出的附图并不是按比例的，而仅是为了示意的目的。同样地，附图中示出的具体的和相对的尺寸及方位不应被认为是限制的。最后，这些技术术语如“感测”、“检测”、“测量”、“计算”和“确定”的使用并不在于限定，而应该对应地理解为是相对可互换的。

本发明的氧传感器组件10包括两个主要的部件：氧传感器12和连接器组件14。然而，根据以下详细说明可以容易地理解，其他部件可包括于氧传感器组件10内，或对其所作的变型都落在了所附权利要求的范围中。氧传感器12是检测、测量或以其他方式感测例如为由内燃机(ICE)组件16或类似装置产生的排气之类的流体中氧的量或比例的装置。

图1示出了代表性的应用，其可以结合并利用本发明的氧传感器组件10。ICE组件16包括进气系统，在本文中进气系统由进气歧管18来表示，其与节气门主体20(也称为“节气门”)下游流体连通。空气通过进气歧管18被吸入ICE16。节气门主体20操作以调节被吸入发动机16中的空气量。进气歧管18负责均匀地分配燃料/空气混合物至ICE16的各个不同容积燃烧室26的进气口(未示出)。

ICE16还包括排气系统，该系统操作以接收和排出来自燃烧室26的排气。这里排气系统由排气歧管22来表示(现有技术中也称为“排气头”)，其将发动机16流体连接至排气管24。在ICE16工作期间，排气歧管22收集从各个燃烧室26排出的排气，而管道24将气体传送远离ICE16。值得注意的是，图1所示的ICE，进气系统和排气系统都被大大简化，可以理解的是，关于这些系统的功能和应用的其他信息可以在现有技术中得到。

氧传感器12可操作地连接至排气管24以提供输出信号至例如为发动机控制模块(ECM)28的电子控制单元(或“控制器”)，该信号优选地与ICE16的排气混合物中的氧分压成比例。在图2的实施例中，氧传感器12包括传感器壳体30，该壳体包括细长的、大体为圆柱形的中空金属传感器主体32，该主体同轴地邻近于大体为圆柱形的管状金属保护套管34。保护套管34被压配合，紧固或附着于传感器主体32的一端。传感器主体32优选地由不锈钢或其他热弹性材料制成，其包括带螺纹的外表面36，用以将氧传感器12螺纹地啮合并固定于车辆排气系统，也就是排气管24，这样保护套管34的末端就暴露于流动的排气流。为了牢固地将传感器12拧入其配套的排气管24中的接收凸台，设置六角部分38以传递转矩例如从转矩扳手38到传感器壳体30的主体。可以理解的是，可以使用将氧传感器12紧固至排气管24的其他措施。

特别参照图2，以示例的结构示出了氧传感器12。氧传感器12包括氧-感测元件40，其通过例如一个或多个支撑管42支撑于壳体30之中。氧-感测元件40可为任何已知的类型。例如，当然并不限于，氧-感测元件40可以是窄带型或宽带型。窄带氧传感器，例如锥形氧化锆传感器，基于排气中的氧含量产生非-线性(即二进制)输出电压。由窄带氧传感器产生的输出电压可用于判定发动机16是在如上所述的“贫”还是在“富”状态下运行。宽带传感器，例如平面氧化锆传感器，基于排气中的氧含量产生基本上线性的输出电压。由此，宽带传感器可用于确定排气中的特定氧含量以及发动机是在贫燃还是在富燃状态下运行。

示出的氧-感测元件40为大体扁平的细长件，在传感器壳体30内轴向延伸。感测元件44设置于氧-感测元件40的一端上，封装在由保护套管34限定的感测腔室48内。在图2示例性的实施例中，感测元件44包括可选的、整体构成的加热元件46。包括加热元件46以提供补充的热量来将感测元件44加热至其灵敏度温度以上的温度范围内。例如，加热元件46可用来将感测元件44加热到350摄氏度(℃)以上的温度。氧-感测元件40的其他布置在本发明的范围内是可以预见的。

图2中整体由附图标记50指示的第一电接线端在与保护套管34相对的一端从传感器主体32伸出。电导体52设置于传感器壳体30的传感器主体部分32内。电导体52用于将氧-感测元件40，感测元件44和加热元件46与多个电插脚54电耦接。在传感器壳体30内纵向延伸的插脚54在一端固定于电导体52，而在相对端暴露，该相对端经过第一电接线端50延伸至其开口端。在附图的不同视图中仅示出了两个电插脚54；然而根据感测元件44和加热元件46的具体结构，以及氧传感器12期望应用的特殊设计要求，电接线端50可包括少于或多于两个的插脚。插脚54也可镀金或镀银以提高其导电特性。

在感测元件44上，基于经过排气管24的排气中氧的浓度形成电压。这个电压经接线端50从氧传感器12输出。发动机控制模块(ECM)28接收氧传感器12的输出信号以及来自图1中共同用29表示的其他传感器的信号。其他传感器29可包括，例如，质量空气流量(MAF)传感器，歧管绝对压力(MAP)传感器，发动机冷却剂温度(ECT)传感器，节气门位置(TPS)传感器等。ECM28至少部分地基于氧传感器12和其他传感器29的输出调节分配至发动机16的空气-燃料混合物。

在图1示出的示例性实施例中，ECM28通过操作节气门主体20中节气门的位置以增加或减少经进气歧管18被吸入发动机16中的空气量，从而调节空气-燃料混合物。ECM28也通过指示燃料喷射系统(未示出)增加或减少空气-燃料混合物中的燃料含量，来调节空气-燃料混合物。通过测量残余排气中氧的比例，以及尤其是已知进入气缸的空气体积和温度，ECM28可确定以化学计量比(14.7∶1，就汽油而言的燃料空气燃料质量比)燃烧所需要的燃料的量，例如使用专门的查询表以保证完全燃烧。

传感器12和流体导管(排气管24)之间的操作连接，无论其是直接的(如图1所示)还是以其他方式，都使氧-感测元件40与排气处于流体连通。优选地由不锈钢或其他热弹性材料制成的保护套管34，设计成可防护感测元件40被排气直接冲击，并防止感测元件44遭受排气中带有的水或其他液体。在图2所示的示例性结构中，例如，保护套管34包括管状内护罩56，其由同心定向的管状外护罩58环绕。内护罩和外护罩56，58单独且共同地分别限定了三个开口，例如，第一、第二和第二开口60、62和64，通过它们排气可进入腔室48。

开口60、62、64可为不同的尺寸和形状。开口60、62、64可定位并定尺寸为，产生氧-感测元件40对排气中氧含量的变化的具体响应。另外，开口60、62、64可定位并定尺寸为，影响氧-感测元件40对液态水冲击的热响应。换句话说，液态水可接触氧-感测元件40的量和位置可取决于开口60、62、64的位置和尺寸，这由此影响了氧-感测元件40的热响应。

现返回到图1，旨在作为车辆标准生产线束的直接扩展的连接器组件14，用来直接地将氧传感器12可操作连接(即电耦接)至ECM28。连接器14通常包括连接器壳体70，该壳体具有从其后侧伸出的一系列绝热导线72。导线72包覆在套管74内并由其绝缘，该套管可以是热电绝缘的硅树脂弹性聚合体、纤维-加固聚合体或其他合适的材料。如以下详细说明的那样，与大多数传统的电连接器布置不同，导线72直接地连接到发动机控制模块28。为满足氧传感器组件10期望应用的具体需求，可定制导线72的数量和规格。

连接器壳体70包括大体圆柱形的帽状连接器罩76，该连接器罩具有从其前侧伸出的同心定向地、大体圆柱形接线端遮护罩78，该遮护罩相对于导线72相对间隔开。连接器壳体70由工作温度至少200摄氏度(℃)的材料制造。也就是说，连接器壳体70由一种材料制造，该材料在高达200℃，且优选高达230℃或更高温度下，不会产生显著的变形、熔化或弯曲，且由此保持完整的功能。理想地，连接器壳体70由与传感器壳体30相同的材料来制造，例如，不锈钢，但也可由其他热弹性材料来制造。例如，接线端遮护罩78可由含氟聚合物，例如聚四氟乙烯，其他铁金属等。

接线端遮护罩78环绕第二电接线端，其在图1中总体由80来表示，通常包括多个母连接器(它们中的两个在图1的82处以隐藏的方式示出)，它们从连接器壳体70的前侧正交地伸出。每个母连接器82电连接到导线72(例如，通过卷边、锡焊、夹子等)中的相应一个，并且构造成接纳从氧传感器接线端50伸出的电插脚54中的相应一个。在图1所示的示例性结构中，母连接器82包括金属主体，该主体限定了具有与插脚54的接口部分相匹配的轮廓的腔室。当连接器组件14附接至氧传感器12时，如以下所述，母连接器82被定位成可滑动地容纳插脚54。这时，接线端遮护罩78设置在氧传感器的电接线端50内侧，大体上环绕电插脚54，同时连接器罩76包围氧传感器的电接线端50，设置成大体上环绕接线端50的外表面。类似于插脚54，母连接器82可镀金或镀银，以提高其导电特性。

连接器壳体70构造成与氧传感器壳体30相匹配并附接至其。在一个特定的实施例中，氧传感器组件10包括“扭锁特征”。传感器主体32包括一个或多个翼片84，所述翼片围绕第一电接线端50的外表面周向间隔并从该外表面径向朝外伸出。另一方面，连接器壳体70限定了相应数量的凹通道或槽(它们中的两个在图3中的86处以隐蔽方式示出)，每个凹通道或槽被构造成可在其中接纳翼片84。将翼片84插入对应的通道86，通过压入、推入或其他方式将传感器和连接器壳体30，70平移在一起，随后扭转一个或两个壳体(图3中箭头A表示)，连接器组件14将与氧传感器12锁合。

在第一和第二电接线端50，80之间设置热弹性密封件，例如聚四氟乙烯密封环88。密封环88具有260℃的工作温度，以便在氧传感器12和连接器组件14之间提供不受气候影响、防水和热弹性密封。在一个可替代的实施例中，翼片84可由螺纹外表面取代，其与连接器罩76的螺纹内表面螺纹连接地相匹配，在接合时，就可机械地将氧传感器壳体30固定至连接器壳体70。在另一个示例中，这里示出的扭锁特征可以由“快接”接口来替换。一系列柔性指夹(fingergrip)90围绕连接器罩76的外周圆周地间隔开，从而形成更易“夹取的”、便于使用者的表面，用于将氧传感器壳体30与连接器壳体70螺旋连接在一起。

氧传感器组件10也可制造成具有齿-键特征，该特征设计成在氧气传感器12与连接器组件14连接时确保第一和第二接线端50、80适当对齐。传感器主体32优选地包括一个或多个齿(它们中的两个在图2的90处示出)，它们围绕第一电接线端50的内表面周向间隔开并从该内表面径向朝里伸出。如图3所示，连接器壳体接线端遮护罩78限定相应数量的细长键槽92，每个键槽的大小和位置设定成，在第一和第二接线端50，80，也就是电插脚54和母连接器82适当定向时，接纳齿90中的相应一个。

连接器位置保险(CPA)销94也可包括在内。CPA销94可构造成与氧传感器12和连接器组件14相匹配，并保证第一和第二电接线端50，80之间适当的电连接。例如，CPA销可为U形设计，该销具有带有从其相对端伸出的支脚98的基部96。在图3所示的实施例中，例如，连接器罩76限定两个接收通道100(图1中可看到1个而图3中有1个)。每个通道100构造成，只有当传感器和连接器壳体30，70适当地附连时，才容纳并与相应的支脚98相匹配。通常，除非并且直到连接器组件14全部扭转进入其就位位置，CPA销94才能接合。CPA销94为操作者提供了它们正确连接的保证，并允许其他人(例如，质量点检查员)来进行肉眼检查以确保完全就位的连接器。

这里提出的直接连接设计会考虑到每项技术的一部分，消除了现有技术在氧传感器组件10和ECM28之间的绞编和所有断续的连接点。这会大大提高制造更多单一零部件的规模经济。本发明将允许传感器12以其最简单的形式安装、维护、封装和处理。与本发明不同，整体绞编设计意味着维修时必须更换传感器加上绞编组件，而不光是传感器。这样就会降低保证并大大简化设计及发行的过程。这将极大地减少零件整体数量并增加维修响应时间。

尽管已经详细描述了实施本发明的最佳模式，但本领域技术人员在所附权利要求的保护范围内可直到实施本发明的各种替换设计和实施方式。

Claims (10)

1.一种氧传感器组件，用来测量经过的流体流中的氧的比例并将表示其的信号传递至控制器，所述氧传感器组件包括：

氧传感器，其构造成可操作地连接至流体管道，所述氧传感器具有：传感器壳体，氧-感测元件至少部分地从其一端伸出；第一电接线端，其可操作地位于所述传感器壳体的相反端；以及至少一个电导体，其将所述氧-感测元件与所述第一电接线端电耦接；以及

连接器组件，其具有：连接器壳体，至少一个导线从所述连接器壳体伸出以可操作地与所述控制器连接；和第二电接线端，其可操作地安装于所述连接器壳体并与所述至少一个导线电连接，所述第二电接线端构造成与所述第一电接线端相匹配并与之电连接；

其中，所述连接器壳体由具有至少200摄氏度工作温度的材料制成。

2.根据权利要求1所述的氧传感器组件，其中所述传感器壳体和连接器壳体至少部分地由不锈钢构成。

3.根据权利要求1所述的氧传感器组件，其特征在于省去了将所述氧传感器电连接至所述控制器的绞编组件。

4.根据权利要求1所述的氧传感器组件，其中所述连接器组件的特征在于，省去了所述第二电接线端和所述控制器之间的额外电连接点。

5.根据权利要求1所述的氧传感器组件，其中所述第一电接线端包括多个电插脚和多个母连接器中的一种，且其中所述第二电接线端包括多个电插脚和多个母连接器中的另一种，所述多个母连接器中的每一个均被构造成容纳所述多个电插脚中的相应一个。

6.根据权利要求1所述的氧传感器组件，其中所述传感器壳体包括大体圆柱形的主体部分，其具有从其一端轴向伸出的大体圆柱形的保护套管，所述氧-感测元件装在所述保护套管和所述主体部分中。

7.根据权利要求1所述的氧传感器组件，其中所述连接器壳体包括连接器罩，其具有从其一侧伸出的接线端遮护罩，其中当所述连接器组件附连至所述氧传感器时，所述接线端遮护罩设置在所述第一电接线端内且所述连接器罩沿着所述第一电接线端的外表面布置。

8.根据权利要求7所述的氧传感器组件，其中所述第一电接线端包括至少一个从其内表面伸出的齿，并且其中所述连接器壳体接线端遮护罩限定了至少一个键槽，所述键槽用于接纳所述至少一个齿并由此在所述氧传感器与所述连接器组件连接时，保证所述第一和第二接线端适当地对齐。

9.根据权利要求1所述的氧传感器组件，其中所述第一电接线端包括至少一个从其外表面伸出的翼片，且其中所述连接器壳体限定至少一个槽，所述槽被构造成可在其中接纳所述至少一个翼片并由此将所述连接器组件锁定至所述氧传感器。

10.一种氧传感器组件，用来感测从内燃机排出的排气中氧的比例并将表示其的信号传递至发动机控制模块，所述氧传感器组件包括：

氧传感器，其构造成至少部分地安装在车辆排气管中，所述氧传感器具有：金属传感器壳体，该壳体具有设置在其中并至少部分地从其一端伸出的氧-感测元件；第一电连线端，其具有从所述传感器壳体的相反端伸出的多个电插脚；以及至少一个电导体，其设置于所述传感器壳体内并将所述氧-感测元件与所述多个电插脚电耦接；和

连接器组件，其具有：金属连接器壳体，所述连接器壳体具有多条直接连接到所述发动机控制模块并从所述连接器壳体的一侧向外延伸的绝缘导线；和第二电接线端，其具有从所述连接器壳体的相反侧伸出的多个母连接器，其中，所述多个母连接器中的每个都电连接至所述多根导线中的相应一个且构造成容纳所述多个插脚中的相应一个，所述连接器壳体构造成与所述氧传感器壳体相匹配并与之附连，

其中，所述连接器壳体由在200摄氏度不会显著熔化或弯曲的金属材料制成。

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