CN101315346B - 气体传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体传感器，包括短传感器(10)、弹簧卡箍(20)、线束组件(30)；线束组件(30)的保护套(31)内设有若干对接触弹簧(33)，每对接触弹簧(33)彼此相对固定；短传感器(10)的传感元(17)设有接触盘(171)，接触盘(171)置于所述接触弹簧(33)之间，接触盘(171)与接触弹簧(33)直接接触。本发明零件少，安装制造成本低，而且很容易实现尺寸结构的小型化，具有极大的应用价值。

Description

气体传感器

技术领域

本发明涉及一种内燃机用电气零件，具体涉及一种气体传感器。

背景技术

气体传感器，如氧传感器是发动机管理系统中的重要部件，其安装在内燃机的排气系统中，用于感知废气中氧气的浓度，实现对污染物的排放控制。氧传感器安装在发动机的排气系统中，工作环境比较恶劣，寿命期内所承受的温度和机械应力都比较高，因此，稳定可靠的机械设计成为氧传感器的设计能否成功的关键。

现有的Nernst原电池型氧传感器，在内电极需要提供一个标准的参考腔，一般为大气。参考腔内的标准参考气体的氧分压必须始终保持一致，对于大气来说，就是要保证大气清洁并能够与新鲜空气发生气体交换，否则，将导致传感器的信号偏移。常用的做法是将该参考腔密封，并通过导线连接到比较清洁的区域，通过气体的热胀冷缩实现与外界的气体交换。在传感器内部形成一个密封腔，必须解决密封腔与废气的密封问题。常用的做法是采用耐高温的无机非金属材料，并通过一定的结构将其压实，从而实现密封。如图1所示，施加在保护套251上的轴向力，通过陶瓷衬套252可传递给耐高温密封材料254。被压紧的密封材料254可有效防止废气泄漏到密封腔。为了保证该密封的有效性，必须保证氧传感器的密封材料254在寿命期内都能保证密封。因此，在所施加的轴向力撤销后，也必须保证密封材料254仍处于压缩状态。一般在传感器座253外表面设置一定的凹槽，通过铆压保护套251，在保护套251内表面形成凸起，实现将保护套251固定在传感器座253上，从而保证被压紧的密封材料254不会变松，满足寿命期内对密封性的要求。

然而这种实现形式需要保护套251，而且为了保证密封材料254在寿命期内都处于压缩状态，对保护套251的铆压工艺的控制比较复杂，对传感器座253的尺寸精度要求也比较高。

由于氧传感器中用于感知氧气浓度的陶瓷体需要在高温下工作，如何将高温陶瓷与金属端子之间实现可靠的连接成为氧传感器的设计过程中必须解决的问题。

美国专利说明书US006082175A(公开日2000年7月4日)公开了一种气体传感器，如图2所示，高温陶瓷150通过金属端子153与导线152实现电气和机械连接。高温陶瓷150上的电极151与金属端子153实现连接，带有凹槽的两个陶瓷件154可以将金属端子153盖住，从而实现金属端子153与固定件155绝缘。固定件155有一个U型结构，可以将两个陶瓷件154夹住。金属端子153与高温陶瓷150上的电极151连接时，需要采用专用工装将具有U型结构的固定件155的口部撑开，使得两个陶瓷件154彼此可以分开一定的距离，然后才能顺利将高温陶瓷150上的电极151置于金属端子153之间，完成上述动作后，使专用工装退出固定件155的口部，固定件155将两个陶瓷件154牢牢夹注，固定于两个陶瓷件154上的金属端子153紧紧地压在高温陶瓷150的电极151上，实现电气和机械连接。

这种结构的气体传感器，一方面安装制造成本比较高，另一方面零件比较多，无法实现尺寸结构的小型化。

目前中国的摩托车年产量超过2000万辆，而大部分仍采用化油器结构，其对环境造成的污染不容忽视，对摩托车的排放进行控制势在必行。氧传感器作为发动机管理系统中的一个关键零件，对于摩托车管理系统也是必需的。由于摩托车行业对价格的敏感性且具有其自身独有的特点，专门为摩托车开发出一款氧传感器成为市场的强烈需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种气体传感器，它可满足小型化要求，并且成本低。

为解决上述技术问题，本发明气体传感器的技术解决方案为：

包括短传感器、弹簧卡箍、线束组件；

短传感器至少包括金属传感器座、陶瓷传感元；传感元置于传感器座的中央；

线束组件至少包括金属保护套、陶瓷弹簧座、接触弹簧；保护套内设有若干对接触弹簧，接触弹簧固定于弹簧座上，每对接触弹簧彼此相对固定；

传感元底端的接触盘置于所述接触弹簧之间，接触盘与接触弹簧直接接触，实现电气连接；

弹簧卡箍置于线束组件内，用于固定弹簧座。

所述传感器座与参考侧衬套相配合的内壁上设有不少于两个凸点，用于固定参考侧衬套。

本发明可以达到的技术效果是：

本发明气体传感器，其保护罩和传感器座之间采用简单的机械装配实现连接，避免了传统的激光焊接或卷边工艺，极大地降低了安装制造成本。

本发明通过铆压或其它方法在传感器座与参考侧衬套相配合的内壁上加工出多个凸点，使参考侧衬套固定于传感器座内，并可防止密封件因发生回弹而失去密封效果，很好地解决了气体传感器的密封问题。

本发明气体传感器，一方面零件比较少，另一方面安装制造成本比较低，而且很容易实现尺寸结构的小型化，具有极大的应用价值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有技术氧传感器的结构示意图；

图2现有技术气体传感器的结构示意图；

图3是短传感器的结构示意图；

图4是短传感器的剖视图；

图5是线束组件的结构示意图；

图6是将弹簧座从保护套中取出后的线束组件的示意图；

图7是弹簧卡箍的示意图；

图8是本发明气体传感器的结构示意图。

图中，150高温陶瓷，151电极，152导线，153金属端子，154陶瓷件，155固定件，251保护套，252陶瓷衬套，253传感器座，254密封材料，10短传感器，20弹簧卡箍，30线束组件，11保护罩，111通孔，112伸出部，113固定部，114伞部，12传感器座，13废气侧衬套，14密封件，16参考侧衬套，17传感元，171接触盘，121第一配合面、122第二配合面，1211凸点，21卡箍体，22弹性体，31保护套，32弹簧座，321凸起，33接触弹簧，34衬套，35索环，36导线。

具体实施方式

如图8所示，本发明气体传感器，包括短传感器10、弹簧卡箍20、线束组件30；

如图3、图4所示，短传感器10包括金属保护罩11、金属传感器座12、废气侧衬套13、密封件14、参考侧衬套16、陶瓷传感元17；

保护罩11包括伸出部112、固定部113、伞部114，固定部113的外径大于伸出部112，固定部113外表面与传感器座12顶部内表面之间为过盈配合。

保护罩11通过固定部113固定于传感器座12的顶部，保护罩11的伸出部112从传感器座12的顶部伸出，伸出部112设有若干通孔111。由于伸出部112的外径小于固定部113，因此在装配过程中，能够很容易地将保护罩11伸出传感器座12。

传感器座12内表面设有与伞部114相配合的锥形面；所述废气侧衬套13顶部设有与伞部114相配合的锥面。

通过废气侧衬套13将保护罩11的伞部114紧压在传感器座12内表面的锥形面上，可使保护罩11与传感器座12进一步固定。

废气侧衬套13底部设置密封件14，密封件14底部设置参考侧衬套16。

传感元17从底部伸入传感器座12，依次穿过参考侧衬套16、密封件14、废气侧衬套13，置于传感器座12的中央，传感元17的顶部伸入保护罩11的空腔内。传感元17的底部设有若干接触盘171，接触盘171通过与接触弹簧33的连接，将采集的信号传输至电控单元。

传感器座12外表面设有第一配合面121、第二配合面122，第一配合面121与弹簧卡箍20的内表面紧密配合，用于固定弹簧卡箍20；第二配合面122与线束组件30的保护套31的内表面紧密配合，使传感器座12与保护套31固定连接。

传感器座12与参考侧衬套16相配合的内壁上设有多个凸点1211，凸点1211使参考侧衬套16能够固定于传感器座12内，并可防止密封件14因发生回弹而失去密封效果。凸点1211一般为三个至六个。

密封件14采用带有弹性的粉状耐高温密封材料制成；为了加强密封效果，可采用多个密封件14，图4所示的实施例采用了三个密封件14。

如图5、图6所示，线束组件30包括金属保护套31、陶瓷弹簧座32、接触弹簧33、衬套34、索环35、导线36；

保护套31内设有若干对接触弹簧33，接触弹簧33一端固定于弹簧座32上，另一端与导线36的一端连接；每对接触弹簧33彼此相对固定，用于固定传感元17；传感元17的底端设置有接触盘171，接触盘171置于接触弹簧33之间，传感元17的接触盘171与接触弹簧33直接接触；

接触弹簧33可采用耐高温不锈钢材料，如Inconel制成。

保护套31底部设有索环35，中部设有衬套34，一端与接触弹簧33连接的导线36穿过衬套34及索环35，伸出保护套31。衬套34可将导线36彼此分开。

弹簧座32在保护套31中可上下活动。

弹簧座32外侧设有凸起321，凸起321可与弹簧卡箍20的内表面紧密配合，使弹簧座32固定于弹簧卡箍20上。

如图7所示，弹簧卡箍20包括卡箍体21，卡箍体21外周设有若干弹性体22，卡箍体21通过弹性体22固定于保护套31的内壁。

如图8所示，弹簧卡箍20置于线束组件30内，短传感器10的传感器座12通过第二配合面122与线束组件30的保护套31的内表面之间的紧密配合，使短传感器10与线束组件30之间固定连接；传感器座12的第一配合面121与弹簧卡箍20的卡箍体21内表面紧密配合，使弹簧卡箍20与短传感器10的传感器座12固定连接。

本发明气体传感器，其保护罩11和传感器座12之间采用简单的机械装配实现连接，避免了传统的激光焊接或卷边工艺，极大地降低了安装制造成本。

本发明通过铆压或其它方法在传感器座12与参考侧衬套16相配合的内壁上加工出多个凸点1211，使参考侧衬套16固定于传感器座12内，并可防止密封件14因发生回弹而失去密封效果，很好地解决了气体传感器的密封问题。

Claims (6)

1.一种气体传感器，其特征在于：包括短传感器(10)、弹簧卡箍(20)、线束组件(30)；

短传感器(10)至少包括金属传感器座(12)、陶瓷传感元(17)；传感元(17)置于传感器座(12)的中央；

线束组件(30)至少包括金属保护套(31)、陶瓷弹簧座(32)、接触弹簧(33)；保护套(31)内设有若干对接触弹簧(33)，接触弹簧(33)固定于弹簧座(32)上，每对接触弹簧(33)彼此相对固定；

传感元(17)底端的接触盘(171)置于所述接触弹簧(33)之间，接触盘(171)与接触弹簧(33)直接接触，实现电气连接；

弹簧卡箍(20)置于线束组件(30)内，用于固定弹簧座(32)；

所述短传感器(10)还包括金属保护罩(11)、废气侧衬套(13)、密封件(14)、参考侧衬套(16)；保护罩(11)固定于传感器座(12)的顶部；传感器座(12)内设有废气侧衬套(13)、密封件(14)、参考侧衬套(16)；所述密封件(14)置于废气侧衬套(13)与参考侧衬套(16)之间并被废气侧衬套(13)和参考侧衬套(16)压紧；

所述传感器座(12)与参考侧衬套(16)相配合的内壁上设有不少于两个凸点(1211)，用于固定参考侧衬套(16)；

所述保护罩(11)设有伞部(114)，所述传感器座(12)内表面设有与伞部(114)相配合的锥形面；所述废气侧衬套(13)顶部设有与伞部(114)相配合的锥面；废气侧衬套(13)将保护罩(11)的伞部(114)紧压在传感器座(12)内表面的锥形面上。

2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于：所述金属保护罩(11)包括伸出部(112)、固定部(113)，保护罩(11)通过固定部(113)固定于传感器座(12)的顶部；

所述保护罩(11)的固定部(113)的外径大于伸出部(112)，固定部(113)外表面与传感器座(12)顶部内表面之间为过盈配合。

3.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于：所述密封件(14)为一个或多个。

4.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于：所述线束组件(30)还包括衬套(34)、索环(35)、导线(36)；

所述保护套(31)底部设有索环(35)，中部设有衬套(34)，一端与所述接触弹簧(33)连接的导线(36)穿过衬套(34)及索环(35)，伸出保护套(31)。

5.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于：所述弹簧卡箍(20)包括卡箍体(21)，卡箍体(21)外周设有若干弹性体(22)。

6.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于：所述弹簧座(32)上设有凸起(321)，装配后凸起(321)与弹簧卡箍(20)的内表面紧密配合。

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