CN102439401A - 传感器引线密封和应变消除 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种传感器系统，其可以包括线束、护环、块体、传感器和线束套管，该线束包括至少一条导线。护环可以包括构造为接收该导线的至少一个通道。块体可以包括模制在块体中并联结到该导线的至少一个端子。矿物绝缘电缆可以联结到该传感器和该端子。线束套管可以限定至少一个腔，其构造为接收该块体和该护环的至少一部分。线束套管可以联结到矿物绝缘电缆并且可以包括将线束套管联结到护环的第一卷压部。块体的外表面还可以包括至少一个径向布置的凹槽。线束套管还可以包括将线束套管例如在径向凹槽周围联结到块体的第二卷压部。

Description

传感器引线密封和应变消除
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2009年3月13日、名称为″废气温度传感器引线密封和应变消除″的美国临时专利申请序列No.61/159,955的优先权，其内容在此全文引入作为参考。
技术领域
本发明通常涉及用于内燃机的传感器。更具体地，本发明涉及用于将矿物绝缘电缆机械地和/或电气地联结到线束的联结联结器，所述线束减少湿气侵扰、提供端子位置、提供应变消除和/或提高连续使用温度额定值。
背景技术
例如但不限于柴油机和汽油发动机的内燃机可以包括一个或多个传感器，例如但不限于至少部分地设置在排气系统中的温度传感器。例如，这些温度传感器可以感应废气温度并且可以至少部分地被发动机控制系统使用，以调节发动机的一个或多个参数，例如但不限于空气/燃料比、增压压力、定时等。由于操作环境，温度传感器可能暴露在相对苛刻的条件下，包括但不限于振动、暴露给碎石、湿气和腐蚀性化学剂，大温度范围以及较高的连续使用工作温度。这些条件可能降低温度传感器的性能，并且可能最终会使温度传感器不适合于其预定目标。
附图说明
通过结合附图描述本发明的实施例可以理解本发明的特征和优点，其中：
图1是根据本发明的联结到外壳的传感器系统的平面图。
图2是根据本发明的联结到外壳的传感器系统的另一实施例的平面图。
图3是根据本发明的联结联结器的一个实施例的分解透视图。
图4是如图3所示护环的横截面视图。
图5是沿直线V-V截取的根据本发明的图4所示护环的一个实施例的剖视图。
图6是根据本发明的块体(nugget)的端视图。
图7是根据本发明的块体中的端子和矿物绝缘(MI)电缆的导体之间连接的一个实施例的俯视图。
图8是根据本发明的图7所示连接的侧视图。
图9是根据本发明的图7所示连接的端视图。
图10是根据本发明的块体的一个实施例的侧视图。
图11是沿图10中直线XI-XI截取的根据本发明的块体的横截面视图。
图12是根据本发明的图10所示块体的俯视图。
图13是根据本发明的线束的侧视图。
图14是根据本发明的线束的另一侧视图。
图15是根据本发明的联结联结器的一个实施例的局部装配图。
图16是根据本发明的MI电缆的端部的俯视图。
图17是根据本发明的图16所MI电缆的端部的侧视图。
图18是根据本发明的矿物绝缘电缆和传感器之间连接的俯视图。
图19是根据本发明的图18所示矿物绝缘电缆和传感器之间连接的放大图。
图20是根据本发明的MI电缆和传感器之间连接的侧视图。
图21是根据本发明的装有填充材料的MI电缆和传感器之间连接的侧视图。
图22是根据本发明的形成尖端的MI电缆和传感器之间连接的侧视图。
图23是根据本发明的MI电缆的端部的俯视图。
图24是根据本发明的MI电缆和包括护环和块体的线束之间连接的俯视图。
图25是根据本发明的MI电缆和包括护环和块体的线束之间连接的侧视图。
图26是根据本发明的MI电缆和包括位于线束套管内的护环和块体的线束之间连接的侧视图。
具体实施方式
现在参考附图，图1和2显示了根据至少一个实施例的传感器系统10。下面将参考废气传感器系统描述传感器系统10。例如，传感器系统10可以包括温度传感器，例如但不限于废气传感器系统，该废气传感器系统可以构造为与例如但不限于柴油发动机、汽油发动机等的内燃机一起使用。废气传感器系统的输出可以由发动机控制单元(ECU)或发动机控制模块(ECM)等接收，以控制发动机的一个或多个参数，例如但不限于空气/燃料比、增压压力、定时等。然而，应当注意，传感器系统10可以包括其它类型的传感器系统(例如但不限于，构造为检测、感应和/或监视催化转化器温度、润滑剂温度(例如但不限于发动机机油、变速器机油、差速器机油等)、制动器温度、发动机冷却剂温度等)。另外，传感器系统10可以包括其它类型的传感器，例如，构造为检测、感应和/或监视包括但不限于压力、速度、位置等的其它参数的传感器。
传感器系统10可以包括联结到导体外壳14的传感器12(例如但不限于温度传感器)、线束组件16和构造为将导体外壳14联结到线束组件16的联结联结器18。可选择地，可以设置连接件20来将传感器系统10(以及特别是线束组件16)电气和/或机械联结到线束管套(wiring loom)等，并最终联结到ECU和/或ECM的至少一部分和/或子系统。传感器12可以构造为输出表示被检测、感应和/或监视参数的信号。可以根据要检测、感应和/或监视的预定参数、期望的工作范围、准度和/或精度选择传感器12。例如，传感器12可以包括温度传感器，其构造为输出表示废气(例如流过排气系统的至少一部分的废气)温度的信号。根据至少一个实施例，温度传感器12可以包括电阻式温度检测器(RTD)。
传感器系统10可以构造为将传感器12可拆卸地连接、安装或以其他方式固定到外壳13(为清楚起见，只显示了其一部分)，例如但不限于排气管、下悬式排气管、排气歧管等的一部分。例如，传感器系统10可以包括螺母22和(可选择地)止动凸缘24。传感器系统10的一部分可以车有螺纹以与外壳13中的螺纹孔接合，例如，直到止动凸缘24接合外壳13(例如，肩部等)为止。
因为排气系统13的较高工作温度并且因为传感器12紧靠热源，传感器12可以利用导体外壳14电气联结到线束组件16等。导体外壳14可以包括各种类型的导体外壳14，例如但不限于矿物绝缘(MI)电缆或陶瓷绝缘器。例如，MI电缆14可以包括布置在护套26(例如，金属护套)内的一条或多条导线，其构造成将传感器12电气联结到线束16。护套26可以给MI电缆14提供机械强度和/或保护，并且还可以使温度传感器12和/或线束16定位以防止与其它部件的接触。矿物绝缘可以给传感器系统10提供必要的热阻以承受排气系统13内经历的高温。然而，MI电缆14尤其对湿气吸收敏感。例如，如果空气已经进入MI电缆14内，环境空气中的湿度会导致介电破坏。如上所述，传感器系统10可以包括联结联结器18，其构造为减少或消除MI电缆14的水分吸收(尤其是来自从连接到线束16的MI电缆14端部吸入MI电缆14内的水)。
现在参考图3，其大致显示了联结联结器18的一个实施例的分解图。联结联结器18可以包括护环28、块体30和联结到导体外壳14的护套26的线束套管32，所述线束套管限定腔52，该腔构造为接收护环28和块体30。护环28可以在线束16的导线34a、34b和线束套管32之间形成高温密封。护环28可以包括至少一个纵向布置的通道或腔36，该通道或腔构造为接收线束16的一部分和/或线束16的导线34a、34b。根据至少一个实施例，护环28可以具有通常圆筒形构造，该圆筒形构造包括第一和第二通道36a、36b，如图4和5大致显示的那样。如上所述，通道36a、36b可以构造为接收导线34a、34b。可选择地，护环28可以包括至少一个径向布置的凸起或肋部38。肋部38可以沿着护环28的纵向长度布置并且可以给线束套管32提供多个密封边缘。
护环28可以包括高温弹性体材料。该弹性体材料可以包括可弹性变形材料，其构造为形成如上所述的密封并且可以构造为由线束套管32部分地压缩。例如，护环28可以包括高温氟素橡胶。该氟素橡胶可以构造为承受高达536°F的温度。
再次参考图3，块体30可以构造为给线束16提供应变消除并且还可以构造为给导线端子48a、48b提供正确的取向和间距。例如，端子48a、48b可以联结到线束16的导线34a、34b可以插入和/或包覆成型到高温塑料块体30中的端部，从而为与MI电缆14进行电阻焊接来固定端子48a、48b的取向，如图6所示。块体30可以(至少部分地)包括高温液晶聚合物，其构造为承受对排气系统(例如但不限于柴油机排气系统)常见的高环境温度。块体30的材料还可以构造为提供电气绝缘和沿正确的取向和间距粘结导线端子48a、48b，以便焊接到MI电缆14内部的导体。
现在参考图7-9，大致显示了用于与MI电缆14联结的端子48a、48b中的至少一个端子的一个实施例48′。端子48′可以包括模制在块体30内的第一端部150，其例如通过焊接、卷压等联结到线束16的一条或多条导线34。端子48′的第二、通常相对的端部152可以包括筐形部154，其构造为接收MI电缆14的导体60的端部的一部分。筐形部154可以帮助对准并且可以减小端子48′和导体62在焊接之前和/或焊接期间的所有运动。大致如图所示，筐形部154可以限定构造为接收MI电缆14的端部的凹窝、凹腔和/或凹槽。筐形部154可以包括侧壁156，其可以引导导体62和/或大致使导体定位，如图9所示。
现在参考图10和11，可选地，块体30可以包括帮助装载到自动焊接机内的外部形状。例如，块体30可以包括一个或多个大致平坦和/或平面区域40，其帮助装载到自动焊接机内。平坦区域40可以例如通过提供可易于识别的取向结构而允许自动焊接机使块体30正确取向。尽管块体30显示为具有大致平坦和/或平面区域40，但块体30还可以包括构造为允许提供取向结构，例如但不限于凹口、突起等的其它形状。块体30还可以包括在块体30的顶部和/或底部模制到顶部和底部内的一个或多个突起，其构造为使端子48在模制工艺期间中保持分离并且防止电气短路。
如图10和12大致所示，块体30的外表面42可以可选地包括一个或多个凹口或凹槽44。凹槽44可以包括模制在块体30的外表面42的一部分内的径向凹槽。例如，根据至少一个实施例，凹槽44可以设置在块体30的近端区域46附近，所述近端区域在装配时可以大体上邻近护环28。凹槽44可以构造为使块体30与线束套管32接合和/或机械联结，例如，如图26大致所示。凹槽44还可以构造为在线束套管32卷压时，使块体30自动定位在线束套管32内，如这里描述的那样。
现在参考图13和14，线束组件16显示为护环28和固定于其上的块体30。护环28可以在线束组件16的一部分上移动。块体30还可以内嵌模制到线束组件16。端子48a、48b通常向外延伸超过块体30并且可以构造为联结到(例如，焊接到)MI电缆14(未显示)的端部。块体30可以设置成大体上邻近护环28。根据至少一个实施例，护环28可以直接接触块体30的近端区域46。
再次参考图3，线束套管32可以包括第一端部区域50，其构造为联结到MI电缆14的护套26。例如，线束套管32的第一端部区域50可以焊接到护套26的近端。线束套管28可以限定至少一个腔52，其构造为接收护环28和块体30的至少一部分，如图15大致所示。腔52、护环28和/或块体30可以构造为形成干涉或摩擦配合。腔52还可以具有略大于护环28和/或块体30的外部尺寸的内部尺寸，使得护环28和/或块体30容易地接收在腔52内，同时提供例如小于10％、小于5％或小于2％的紧公差。腔52可以可选地包括台阶部或渐缩/锥形区域54。该渐缩区域54可以构造为抵靠块体30的一部分，从而防止块体30在腔52中插入过量，从而减少端子48a、48b接触线束套管32的可能。
一旦护环28和块体30被接收在线束套管32的腔52中时，线束套管32可以被卷曲以形成机械连接。例如，线束套管32可以围绕覆盖护环28的一部分卷曲以形成第一卷压部56，该第一卷压部可以压缩护环28的弹性体材料。在未压缩状态下，护环28的通道36可以构造为容易地接收线束导线16和/或导线34a、34b并且可以具有构造为容易地接收在线束套管32的腔52中的外部尺寸和/或形状，以方便传感器系统10的装配。线束套管32和护环28之间的第一卷压部56可以压缩护环28的弹性体材料，从而基本上消除护环28和线束组件16的导线34a、34b之间的任何间隙并且在护环28和线束组件16之间形成密封。第一卷压部56还可以基本上消除护环28和线束套管32之间的任何间隙，从而形成密封。
线束套管32还可以围绕覆盖块体30的一部分卷曲以形成第二卷压部58。线束套管32和块体30之间的第二卷压部58通常可以将块体30固定到线束套管32并且可以连同端子48a、48b粘结到块体30一起给线束16提供应变消除。根据至少一个实施例，第二卷压部58可以围绕块体30中的径向凹槽44定位并且还可以帮助块体30与线束套管32对准。
现在参考图16-22，大致显示了用于将传感器12联结到MI电缆14的系统和方法的一个实施例。如图16和17大致所示，MI电缆14的远端可以包括导体62。导体62可以联结到传感器12的相应引线60，如图18和19所示。根据一个实施例，导体62和引线60可以通过一个或多个卷压部、焊接部64等彼此电气和/或机械固定并且可以布置在传感器套管66内，如图20大致所示。传感器套管66可以例如通过焊接和粘合剂等固定到MI电缆14。传感器套管66可以装有填充材料68，例如但不限于氧化镁(MgO)、氧化铝或氮化硼粉末，如图21大致所示。在装填后，传感器套管66的远端可以被卷压和/或焊接，以形成围绕传感器12的尖端70，如图22大致所示。已装填的传感器66可以在焊接之前、例如在最低650°F时被氧化。
现在参考图23-26，大致显示了用于将MI电缆14联结到线束16的系统和方法的一个实施例。例如，图23大致显示了包括导体62的MI电缆14的近端。导体62可以联结至模制到块体30内的端子48，如图24和25大致所示。端子48可以接收MI电缆14的导体62(例如，在筐形部154内，如图7-9大致所示)并且可以例如经由一个或多个卷压部、焊接部、粘合剂64等电气和/或机械固定。一旦端子48和导体62被固定，线束套管32的腔52就可以在块体30和MI电缆14的至少一部分和护环28上移动，如图26大致所示。线束套管32可以使用例如台阶部54和/或凹槽44与块体30对准。一旦被对准，第一和第二卷压部56、58可以形成在线束套管32中，以将线束套管32密封和/或固定到护环28和/或块体30。线束套管32还可以例如通过焊接、粘合剂72等固定到MI电缆14的护套26。
尽管线束16显示为具有两条导线34a、34b，但应当认识到，线束16可以具有少于或多于两条导线34a、34b的导线。例如，线束16可以包括一条导线、三条导线、四条导线等。因此，护环28和/或块体30可以构造为接收多于或少于两条导线34a、34b的导线。类似地，导体外壳14可以具有少于或多于两条导线和/或端子的导线和/或端子。
因此，根据这里描述的至少一个实施例，传感器系统可以包括联结到导体外壳的传感器、线束组件和构造为将导体外壳联结到线束组件的联结联结器。联结联结器可以包括护环、块体和线束套管。护环可以包括位于线束的导线和线束套管之间的高温密封件。将护环卷压到线束套管内可以压缩弹性体，从而消除为方便装配形成的间隙，因而实现密封。块体可以包覆成型到线束的端子并且可以构造为给导线端子提供正确取向和间距。可以在块体的外部周围模制宽和浅的凹槽，以提供将块体附接到线束套管的机构。将块体机械卷压在线束套管中并且将端子粘结到块体内部可以给线束提供应变消除。高温材料允许传感器更短更近地连接到热源。将线束附接到导体外壳可以通过将导线端子电阻焊接到导体外壳的导体而实现。线束能够在不使导线端子和导体外壳内的导体之间的焊接端子不断开的情况下经受拉力并且可以对线束提供可靠的应变消除。由于热传导、对流和辐射，因而材料选择和组合可以允许更高的连续使用温度。
根据至少一个实施例，本发明可以包括一种传感器系统，其包括线束，其包括至少一条导线；护环，其包括构造为接收至少一条导线的至少一个通道；块体，其包括模制到该块体内的至少一个端子；传感器；其联结到传感器和至少一个端子的导体外壳；和限定至少一个腔的线束套管，所述腔构造为接收护环的至少一部分和块体，其中，所述线束套管包括第一卷压部，其将线束套管联结到护环，以形成密封。
根据另一方面，本发明可以包括一种系统，其包括外壳和传感器系统。传感器系统可以包括传感器，其构造为联结到所述外壳；线束，其包括至少一条导线；护环，其包括构造为接收至少一条导线的至少一个通道；块体，其包括模制到该块体内的至少一个端子，所述至少一个端子联结到所述至少一条导线；联结到温度传感器和至少一个端子的导体外壳；和限定至少一个腔的线束套管，所述腔构造为接收护环的至少一部分和块体，其中，所述线束套管联结到所述导管外壳并且包括将所述线束套管联结到所述护环的第一卷压部。
在另一方面，本发明可以包括一种传感器系统，其包括联结到导体外壳的传感器；线束组件；和联结联结器，其构造为将所述导体外壳联结到所述线束组件。联结联结器可以包括包覆成型到所述线束的端子的块体，以提供导线端子的朝向和间距。块体还可以包括位于块体外部周围的宽和浅的径向凹槽。联结联结器还可以包括护环和线束套管，所述护环包括弹性体材料，所述线束套管联结到所述导体外壳。线束套管可以包括腔，以接收所述护环的至少一部分和块体；第一卷压部，其压缩所述护环的弹性体材料，以在所述线束的导线和所述线束套管之间形成密封；和与所述块体中的径向凹槽对准的第二卷压部，所述第二卷压部将所述线束套管固定到所述块体，其中，所述第二卷压部和所述端子在所述块体内的包覆成型给所述线束提供应变消除。
在另一方面，本发明可以包括装配传感器系统的方法。该方法可以包括使线束的至少一条导线穿过护环的至少一个通道移动，所述至少一条导线具有联结到远端的至少一个端子；将块体模制在所述至少一个端子的一部分上；将导体外壳的导体联结到所述至少一个端子；将所述导体外壳联结到线束套管和传感器；将所述护环的至少一部分和所述块体接收在所述线束套管的腔内；和将所述线束套管联结到所述护环，以形成密封。
上文已经以举例说明的方式对本发明进行了描述。应当理解，已经使用的术语用于文字描述而非限制。参考这里所公开的特定实施例描述的特征和方面可以在这里描述的各种其它实施例中组合和/或应用。这里考虑所述特征和方面组合和/或应用到其它实施例中。另外，在不实质脱离所公开主题的精神的情况下，可以对这里公开的实施例进行多种变形和改进。因此，本发明不应局限于这里公开的特定实施例。

Claims (20)

1.一种传感器系统，包括：
线束，其包括至少一条导线；
护环，其包括构造为接收所述至少一条导线的至少一个通道；
块体，其包括模制到所述块体内的至少一个端子，所述至少一个端子联结到所述至少一条导线，其中，所述块体紧邻所述至少一条导线的远端区域布置，并且所述护环邻近所述块体；
传感器；
联结到所述传感器和所述至少一个端子的导体外壳；和
构造为联结到所述导体外壳的线束套管，所述线束套管限定至少一个腔，所述腔构造为接收所述护环的至少一部分和所述块体，其中，所述线束套管包括将所述线束套管联结到所述护环的第一卷压部。
2.如权利要求1所述的传感器系统，其中，所述护环的外表面包括至少一个径向布置的肋部。
3.如权利要求1所述的传感器系统，其中，所述护环包括构造为接收所述线束的第一导线的第一通道和接收所述线束的第二导线的第二通道。
4.如权利要求1所述的传感器系统，其中，所述线束套管包括将所述线束套管联结到所述块体的第二卷压部。
5.如权利要求4所述的传感器系统，其中，所述块体的外表面包括至少一个径向布置的凹槽，所述第二卷压部在径向布置的所述凹槽周围将所述线束套管联结到所述块体，并且使所述块体定位在所述腔内。
6.如权利要求1所述的传感器系统，其中，所述腔的内表面包括一台阶区域，该台阶区域构造为使所述块体相对于所述腔定位，所述台阶区域的横截面面积小于所述块体的端部区域的横截面面积。
7.如权利要求1所述的传感器系统，其中，所述护环抵靠所述块体的近端区域。
8.如权利要求1所述的传感器系统，其中，所述第一卷压部构造为压缩所述护环，以提供所述线束套管和所述护环之间的密封以及所述护环和所述线束的所述至少一条导线之间的密封。
9.如权利要求1所述的传感器系统，其中，所述块体包括至少一个几何结构，该至少一个几何结构构造为方便将所述块体装入和锁定在所述线束套管中。
10.如权利要求1所述的传感器系统，其中，所述传感器包括温度传感器。
11.如权利要求10所述的传感器系统，其中，所述温度传感器包括电阻式温度检测器。
12.如权利要求1所述的传感器系统，其中，所述导体外壳包括矿物绝缘电缆。
13.如权利要求1所述的传感器系统，其中，所述传感器选自由括压力传感器、速度传感器和位置传感器组成的组。
14.一种装配传感器系统的方法，包括：
使线束的至少一条导线移动穿过护环的至少一个通道，所述至少一条导线具有联结到远端的至少一个端子；
将块体模制在所述至少一个端子的一部分上；
将导体外壳的导体联结到所述至少一个端子；
将所述导体外壳联结到线束套管和传感器；
将所述护环的至少一部分和所述块体接收在所述线束套管的腔内；和
将所述线束套管联结到所述护环，以形成密封。
15.如权利要求14所述的方法，其中，将所述线束套管联结到所述护环包括使所述线束套管卷压抵靠所述护环。
16.如权利要求14所述的方法，还包括将所述线束套管联结到所述块体。
17.如权利要求16所述的方法，其中，将所述线束套管联结到所述块体包括将所述线束套管卷压到所述块体，将所述线束套管联结到所述块体减小了施加给所述传感器的应变。
18.一种系统，包括：
外壳；和
传感器系统，其包括：
联结到导体外壳的传感器；
线束组件；和
构造为将所述导体外壳联结到所述线束组件的联结器，所述联结器包括：
块体，其包覆成型到所述线束的端子，以提供所述导线的端子的取向和间距，所述块体还包括位于所述块体外部周围的径向凹槽；
包括弹性体材料的护环，其中，所述护环邻近所述块体；和
联结到所述导体外壳的线束套管，所述线束套管包括：
接收所述护环的至少一部分和所述块体的腔；
第一卷压部，其压缩所述护环的所述弹性体材料，以在所述线束的导线和所述线束套管之间形成密封；和
第二卷压部，其与所述块体中的所述径向凹槽对准，所述第二卷压部将所述线束套管固定到所述块体，其中，所述端子在所述块体内的所述包覆成型和所述第二卷压部对所述线束提供应变消除。
19.如权利要求18所述的系统，其中，所述外壳包括排气系统。
20.如权利要求19所述的传感器系统，其中，所述传感器选自由温度传感器、压力传感器、速度传感器和位置传感器组成的组。
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