CN1959396A - 气体传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有弹性绝缘件(3)的气体传感器(1)，该弹性绝缘件(3)包括：用于接收透气过滤器组件(5)的纵向孔(30)，以及连通该纵向孔(30)和其外部的通道部分(31)。

Description

气体传感器

技术领域

本发明涉及一种气体传感器，其可以安装于排气***中，用于检测测量气体中的特定气体的含量。

背景技术

公开号为No.1999-248671的日本专利申请公开了一种气体传感器，其可以应用在空燃比控制***的氧气测量装置中。该气体传感器检测汽车等内燃机的排出气体中的氧气含量。

如图20所示，其中带有传感元件910的气体传感器9检测测量气体中特定气体的浓度。其中带有传感元件910的壳体911中***有绝缘陶瓷913。空气罩(air cover)92安装于壳体911的底部。

弹性绝缘件93安装于空气罩92的底部。该弹性绝缘件93接收引线912，引线912在其一端与传感元件910电连接。

外盖94安装在空气罩92的底部上。该外盖94在三个轴向间隔的颈缩部分(calking portion)940处沿径向被颈缩成形。

此外，具有防水特性的透气过滤器95保持在空气罩92和外盖94之间，并通过两个颈缩部分940被卷曲成褶皱。作为参考气体的空气从外盖94中的通孔941，通过透气过滤器95被导入到空气罩92的通气921中。然后，空气被导入到气体传感器9中。

然而，在这种传统的气体传感器9中，由于透气过滤器95被保持在空气罩92和外盖94之间，透气过滤器95容易通过空气罩92或外盖94接受到热。因此，当气体传感器9在内燃机的排气***中多次使用的时候，透气过滤器95会受热老化，并且保持透气过滤器95的颈缩部分940的防水性可能失效。因此，这就担心外部的水将通过通气孔921渗透到气体传感器9中。

发明内容

鉴于上文所述的问题，本发明的目的是提供一种改进了的气体传感器结构，其具有始终保持其防水性能的透气部件。

根据本发明的一个方面，在此提供一种气体传感器，其特征在于透气性部件。该气体传感器包括：检测包含在测量气体中特定气体浓度的传感元件；夹持所述传感元件的壳体；安装在所述壳体一端上的空气罩；使得于所述传感元件电连接的引线；具有引线***孔用于接收所述引线并密封所述空气罩底部的弹性绝缘件；其中所述弹性绝缘件具有纵向孔，该孔形成于其轴向上并在其端部开口，通道部分在所述纵向孔和其外侧之间连通；形成于内部空间中的管状件开口于其一端上，并具有贯穿于所述内部空间和所述管状件外侧之间的通孔，该通孔被设置在所述的纵向孔之中；透气过滤器围绕在所述关装组件的外圆周上，并且在所述弹性绝缘件和所述管状件之间打褶，所述空气盖被径向装嵌在多个轴向隔开的装嵌部分上以保持所述的弹性绝缘件和通气孔，通过空气盖，被引入到所述弹性绝缘件的所述通道部分中的空气被置于所述的多个装嵌部分之间。

附图说明

通过参照附图的下文的详细说明，本发明的其他目的、特征和优点将变得更加明确，其中：

图1是根据本发明第一示例性实施例的气体传感器的纵向截面图；

图2是图1中气体传感器基部的纵向截面图；

图3是沿与图2中垂直的方向的气体传感器基部的纵向截面图；

图4是图2中沿IV-IV线气体传感器基部的横截面图；

图5是图2中沿V-V线气体传感器基部的横截面图；

图6是根据本发明的第一实施例的气体传感器的弹性绝缘件、管状件和透气过滤器装配情况的纵向截面图；

图7是根据本发明的第一实施例的气体传感器装配好的弹性绝缘件、管状件和透气过滤器的纵向截面图；

图8是根据本发明第一实施例的气体传感器的装配好的弹性绝缘件、管状件和透气过滤器的侧视图；

图9是根据本发明第二实施例的气体传感器的纵向截面图；

图10是根据本发明第三实施例的气体传感器的弹性绝缘件、管状件和透气过滤器的纵向截面图；

图11是根据本发明的第四实施例的气体传感器的弹性绝缘件、管状件和透气过滤器的纵向截面图；

图12是根据本发明的第四实施例的气体传感器的弹性绝缘件的两个部件的分解正视图；

图13是根据本发明第四实施例的气体传感器的弹性绝缘件、管状件和透气过滤器的纵向截面图；

图14是沿图13中XIV-XIV线的径向横截面图；

图15是根据本发明第五实施例的气体传感器的基部的部分纵向截面图；

图16是根据本发明第六实施例的气体传感器的基部的部分纵向截面图；

图17是根据第一比较例的气体传感器的基部的部分纵向截面图；

图18是根据第一比较例的气体传感器的基部的另一个部分纵向截面图；

图19是根据第二比较例的气体传感器的底部部分的部分纵向截面图；及

图20是根据已有技术的气体传感器的纵向截面图。

具体实施方式

在本申请中，用于各种车辆的内燃机的排气管中的安装侧限定为顶端侧，并且相反一端限定为底端侧。

(实施例1)

参照附图，在各个附图中相同的附图标记表示相同的部件，特别是在图1中，示出了根据本发明的第一实施例的气体传感器1。

该气体传感器包括：检测包含在测量气体中的特定气体浓度的传感元件10，容纳该传感元件10的壳体11，安装在壳体11的基部上的空气盖2，与传感元件10电接触的引线12，引线12从中穿过并且密封空气盖2的基部的弹性绝缘件3。

如图1-5所示，弹性绝缘件3具有：沿其轴线方向形成并开口于其顶端部分的纵向孔30，与纵向孔30连通的通道部分31，以及容纳四个引线12的四个引线***孔32。

如图1-8所示，管状件4设置在纵向孔30之中，该管状件4具有穿过其内部空间400和外侧面之间的两个通孔。管状的透气过滤器5环绕着管状元件4的外周，以***到管状件4和纵向孔30之间。如图8所示，透气过滤器5被卡紧以便夹持在弹性绝缘件3和管状件4之间。

作为示例，透气过滤器5具有透气性能，并且由多孔的聚四氟乙烯(PTFE)制成。

该透气过滤器5可以具有优良的防水性、耐热性和抗化学腐蚀性以保持空气的导入。

如图1-3所示，空气盖2具有两个轴向间隔的颈缩部分20，在此其径向地颈缩于弹性绝缘件3。在颈缩部分之间形成有两个通气孔21。这两个通气孔21连通弹性绝缘件3的两个通道部分31。

虽然两个通气孔和两个通道部分在该实施例中都是举例说明，可以设置更多或更少的通气孔和通道，并且通气孔的数量和通道的数量不必相等。

如图1所示，第一绝缘陶瓷131保持在壳体11中，且第二绝缘陶瓷132设置在壳体11的底侧。

传感元件10被***以通过第一绝缘陶瓷131来保持，并且传感元件10的底部被第二绝缘陶瓷132所围绕。另一方面，突出于传感元件10的顶部的元件盖15安装在壳体11的顶部上。

传感元件10包括：用于检测特定气体的浓度的检测部分，用于加热检测部分的加热器，与检测部分和加热器(未示出)电连接的接线端。

接线端通过连接端子120与四个引线12相连。连接端子120设置在第二绝缘陶瓷132中。

引线12通过形成于弹性绝缘件3中的引线***孔32伸出到气体传感器1的外侧，弹性绝缘件3设置在空气盖2的基部中。

该空气盖2是由不锈钢制成的，并且如上文具有颈缩部分20，所述颈缩部分20在两个轴向间隔开的位置上径向地颈缩入弹性绝缘件3。颈缩部分20确保弹性绝缘件3的引线***孔32紧固引线12。

如图1-3和图6-8所示，在该实施例中，弹性绝缘件3包括两个轴向叠置的组件3a、3b，两个通道部分31形成于两个组件3a、3b之间。换句话说，如图7-8所示，具有半圆的横截面形状的凹槽31a、31b形成于两个组件3a、3b上。通过相互组合凹槽31a、31b形成通道部分31。

如图2-8所示，弹性绝缘件3具有连续地形成在其整个外周上的外空气路径槽311，并且通道部分31的外开口312设置在所述外空气路径槽311中。此外，如图2和图4-7所示，弹性绝缘件3具有连续形成在其纵向孔30的整个内圆周上的内空气路径槽314，并且通道部分31的内开口313设置在内空气路径槽314上。

如图2、3、6和7所示，管状件4的底部形成为头部40，该头部40的外径稍大于管状件4的其他部分的外径。该头部40直接接触透气过滤器5的端部501。

由于透气过滤器5的底端501是不防水的，配合上面的结构，防止水从透气过滤器5的底端501渗入到气体传感器1中。

此外，如图4和5所示，通气孔21、通道部分31和通孔41都不设置在一条直线上。更具体地，在该实施例中，弹性绝缘件3设置在空气盖2的内侧，使得通道部分31的轴线从通气孔21方向偏置90°。

尽管空气盖2的通气孔21并不成直线地对着通道部分31的外开口312，来自通气孔21的空气能够容易地通过外空气路径槽311进入到通道部分31的外开口312。

另一方面，管状件4***到纵向孔30中，以便通孔41的方向从通道部分31的轴线偏置大约90°。

尽管通道部分31的内开口313并不成直线地面对管状件4的通孔41，来自通道部分31的空气能够容易地通过内空气路径槽314和透气过滤器5进入到通孔41中。

偏置通气孔21、通道部分31和通孔41的优点在于：外来物体不容易到达通孔41上的透气过滤器5，这样可以减少堵塞。

接着，将描述该实施例中气体传感器1的导入空气的路径。

从空气盖2的通气孔21导入的空气被导入到形成于弹性绝缘件3的外表面上外空气路径槽311。这些空气接着通过外部孔312被导入到通道部分31。接着空气从内口313被导入到内空气路径槽314。然后来自内空气路径槽314的空气通过透气过滤器5并通过通孔41被导入到管状件4的内部空间400中。

由于管状件4在其顶端侧具有开口，从管状件4的内部空间400导入的空气被导入到形成于传感元件10中形成的参考气体空间。

下面将描述根据上文所描述的实施例的效果及运行情况。

如图1-5所示，透气过滤器5通过夹紧被保持在弹性绝缘件3和管状件4之间。因此，当气体传感器1使用的时候，即使透气过滤器5由于受热而恶化，如收缩，透气过滤器5和弹性绝缘件3之间的封闭粘性仍然是可靠的。

更具体地说，即使透气过滤器5受到热损害，弹性绝缘件3抵着管状件4的弹性能力通过跟随透气过滤器5的变形仍然能保持在透气过滤器5和弹性绝缘件3边缘处的紧密粘结。结果，外侧空气导入路径的透气部分将不会导致组件的防水特性的恶化。因此，通过弹性绝缘件3的弹性补偿了透气过滤器5的热退化。

此外，如图1-7所示，透气过滤器5被保持在弹性绝缘件3的纵向孔30之中，它的导热系数很小。因此，气体传感器1外面的热量不会容易地从空气盖向着透气过滤器传导，这样在第一位置就能够避免透气过滤器5本身的热损害。

如图1-3所示及上文的方法，在多个轴向间隔的位置上空气盖2具有颈缩部分20，并且通气孔21形成于多个颈缩部分之间。因此，空气能够容易地从通气孔21导入，并且能够防止从空气盖2和弹性绝缘件3之间的间隙中渗入水。

此外，气体传感器1沿着弹性绝缘件3的轴线至少在两个位置上保持引线12。因此，气体传感器1外侧引线12的波动不容易被传输至气体传感器1，结果，防止了引线12造成气体传感器1内部的振动。另外，由于颈缩部分是在几个位置上的，由于引线12的波动引起颈缩部分20内部的引线12的弯曲应力能够被减小。

如图1-3和6-8所示，由于弹性绝缘件3包括两个轴向层叠的组件3a、3b，并且因为两个通道部分31被限定在两个组件3a和3b之间，弹性绝缘件3无需困难的制造工艺就能够容易地制成。

如上文所述，该示例性实施例提供了一种气体传感器的改进结构，该传感器防止由于过滤器的热损害而导致透气过滤器的防水特性的退化。

尽管在上文描述的实施例中，弹性绝缘件3由两个组件3a、3b形成，但是弹性绝缘件3也可以作为一个单一组件来制成。在这种情况下，由于气体传感器1的元件数量减少，生产工序的数量也能减少。在这种情况下，可以通过钻孔来制造通道部分31。

根据该实施例提供的气体传感器可以是NO_x传感器、氧气传感器、空气燃料传感器等等。

(实施例2)

如图9所示，该实施例具有气体传感器1，气体传感器1具有带封闭端部分的空心形传感元件10。更具体地，传感元件10具有空心形的电解质体100、成对设置在电解质体100的内表面和外表面上的电极层(未示出)。此外，空气腔101形成于电解质体100之中，并且具有加热部分的加热器102设置在空气腔101之中。传感元件10、接线端子120的端部都设置成以引线12和14与加热器102和电极对连接。

其他的组成、功能和效果与实施例1中的相同。

(实施例3)

在这一实施例中，如图10所示，弹性绝缘件103的纵向孔130不是通孔，由于其在组件103a中封闭其底端。另外，该实施例的管状件104不具有头部件(图6中的元件40)。因此，管状件104的底部402和透气过滤器5底侧的端部501直接接触纵向孔130内的底面301。

此外，管状件104的内腔410在底侧和顶侧上都是张开的。

这一实施例的其它组成与实施例一中的相同。

在该实施例中，由于纵向孔130在其底侧是封闭的，即使管状件4的底侧是开口的，水也不会在管状件104处或透气过滤器5的底部501处渗入。

该实施例的其他功能和效果与实施例一中的相同。

(实施例4)

在该实施例中，如图11-14所示，组成弹性绝缘件203的多个组件203a、203b在从组件203a伸出的多个腿部33处直接接触。

更具体地，如图12和图14所示，设置在底侧上的组件203a在其顶表面上限定四个腿部33。腿部33具有这样的形状：其向着顶端面在轴向上呈锥形。在气体传感器1的径向上这样的腿部33具有基本上呈矩形的形状。此外，如图14所示，该腿部在轴向截面中呈楔形。

如图11和13所示，管状件4和透气过滤器5被***到组件203a、203b的纵向孔230中，接着管状件203a、203b被装配，这样组件203a的腿部33就直接与组件203b的底端表面相接触。在组件203a、203b之间形成的空间中于两个腿部33之间形成通道部分231。

在该实施例中，多个组件203a、203b能够直接接触同时保持接触面积很小。因此，即使多个组件203a、203b热膨胀，该多个组件203a、203b都能通过减少相互抵触的推力来避免对着透气过滤器5或空气盖的滑动。因此，气体传感器1可以具有改进了的防水性。

本实施例的其他方面与实施例一中的相同。

根据该示例性实施例，并不限制腿部33的形状和数量。事实上，腿部的数量和形状都可以改变。此外，腿部33能够从组件203b的底表面伸出，或从组件203a、203b两者上伸出。

(实施例5)

在该实施例中，如图15所示，多个通气孔21沿气体传感器1的轴向设置在不同的位置。

更具体地，在空气盖2的两个颈缩部分20之间的四个通气孔21并不是等间距的。而是，两个径向相对的通气孔21a形成于空气盖202的顶端侧，另外两个通气孔21b形成于空气盖的底端侧。

因此，相邻的通气孔21a、21b被设置在不同的轴向位置上以限定Z形图案。

在该实施例中，即使弹性绝缘件203抵着空气盖202轴向固定，从通气孔21a、21b导入到通道部分231中的水能够通过通气孔21a、21b有效地排出。因此，防止透气过滤器5被收集在通道部分231中的水浸湿。此外，能够有效地避免堵塞透气过滤器5。

本实施例的其他方面与实施例四中的相同。

(实施例6)

在这一实施例中，如图16所示，通气孔321的形状是长轴在气体传感器1的轴向上延伸的椭圆形。通气孔321的长轴的长度要大于通道部分31的长轴的长度。

通气孔321的底部位置比通道部分31的底部位置更靠近于底侧，并且通气孔321的顶部比通道部分31的顶部更靠近于顶侧。

在该实施例中，从通气孔321导入到通道部分31中的水能够通过通气孔31部分被有效地排出去。此外，空气能够从通气孔321导入到通道部分31中。这样，防止透气过滤器5被收集到通道部分31中的水浸湿，并且能够有效地避免透气过滤器5的堵塞。

由于通气孔的形状是椭圆形，能防止具有大直径的外部材料进入气体传感器1。

本实施例的其他方面与实施例四中的相同。

(比较例1)

在该比较例中，如图17所示，多个通气孔21设置在同一个轴向位置上并且以通道部分为中心。在图18中，弹性绝缘件203沿轴向相对空气盖2固定在偏离的位置上。

根据实施例四中的气体传感器1，图17示出了设置在精确位置的弹性绝缘件203，也就是说，通气孔21的中心与通道部分231的中心相同。此外，根据在实施例四中所示的气体传感器1中，图18所示为设置在偏离位置的弹性绝缘件203，也就是说，通气孔21的中心与通道部分231的中心不同。

如图17所示，当弹性绝缘件3设置在精确位置上的时候，即使水通过通气孔21渗入，气体传感器1能够防止水收集于通道部分31中。这样，能够避免在通道部分中水的汇集，因为水的液面水平与通气孔21的底面相比较总是在更靠近顶端侧。

然而，如图18所示，当弹性绝缘件203在已经偏离至顶端侧后被固定的时候，通道部分31的顶端侧与通气孔21的顶端侧相比设置在较低的位置。这样，从通气孔21导入的水6被汇集在通道部分31中。

由于透气过滤器5会被汇集在通道部分31中的水6浸湿，透气过滤器5可能变得堵塞。

结果，气体传感器1很难精确检测特定气体的浓度。

在极端的情况下，通气孔21的顶端侧设置得比通道部分231的顶端侧更加靠近底侧，水将充满通道部分231并为此完全封闭空气导入路径。

另一方面，当实施例五的气体传感器1(如图15所示)或实施例六的气体传感器1(如图16所示)被采用的时候，即使弹性绝缘件3相对于空气盖2稍稍偏离气体传感器1的轴向，水也能够容易地通过通气孔21a、21b、321的一部分被排出。因此，防止水汇集在通道部分31中，并防止透气过滤器5堵塞。

(比较例2)

在该比较例中，如图19所示，通气孔421为较大圆的形状，该较大圆的直径比通道部分31的轴向长度要大。

在这种情况下，类似于实施例六，即使当弹性绝缘件203在气体传感器的轴向上设置得稍偏离的时候，也能防止水汇集在通道部分31中。然而较大的外部物质能够通过通气孔421进入到气体传感器1中，并且出现过滤器堵塞。

另一方面，在实施例六中，由于通气孔21的形状是椭圆形，具有较大直径的外来物质能够被阻挡进入到气体传感器1中。

尽管本发明已经针对优选实施例参照其附图做了充分的说明，还要注意到，对本领域的普通技术人员来说各种改换及修改都是明显的。

Claims (18)

1.一种气体传感器，包括：

用于检测包含在测量气体中特定气体浓度的传感元件(10)；

用于保持所述传感元件(10)的壳体(11)；

安装于所述壳体(11)的端部上的空气盖(2)；

使得与所述传感元件(10)电接触的引线(12)；

弹性绝缘件(3、103、203)，其具有用于接收所述引线(12)的引线***孔(32)，并且密封所述空气盖(2)的底部，其中所述弹性绝缘件(3、103、203)具有沿其轴向形成并在其一端开口的纵向孔(30)，以及连通所述纵向孔(30)和其外侧的通道部分(31)；

管状件(4、104)，其形成在一端开口的所述内部空间，并具有贯穿于所述内部空间和所述管状件(4、104)的外侧的通孔，该管状件(4、104)设置在所述纵向孔(30)中；

透气过滤器(5)，其围绕所述管状件(4、104)外圆周，并且在所述弹性绝缘件(3、103、203)和所述管状件(4、104)之间被压褶，其中所述空气盖(2)在多个轴向间隔的颈缩部分上被颈缩，以保持所述弹性绝缘件(3、103、203)；及

通气孔(21)，通过通气孔(21)空气被通入到所述弹性绝缘件(3、103、203)的所述通道部分中，该通气孔(21)被设置在多个所述颈缩部分之间。

2.根据权利要求1的气体传感器，其中所述弹性绝缘件(3、103、203)包括多个轴向层叠的组件。

3.根据权利要求2的气体传感器，其中所述通道部分(31)形成于所述多个组件之间。

4.根据权利要求2或3的气体传感器，其中包括所述弹性绝缘件(3、103、203)的所述多个组件通过多个腿部(33)直接接触，腿部(33)从所述多个组件的至少一个上伸出。

5.根据权利要求4的气体传感器，其中所述腿部(30)具有在轴向上朝向顶端侧的锥形形状。

6.根据权利要求1-3之一的气体传感器，其中所述透气过滤器设置成避免其端部暴露于大气。

7.根据权利要求6的气体传感器，其中所述管状件(4、104)的底部形成为头部，该头部的外径要大于所述管状件(4、104)的其他部分的外径；及

所述透气过滤器(5)的所述端部直接与所述头部相接触，以避免暴露于大气。

8.根据权利要求6的气体传感器，其中所述弹性绝缘件(3、103、203)的纵向孔在所述管状件(4、104)的底端封闭；及

所述透气过滤器(5)的所述端部直接接触所述纵向孔(30)的所述底端面内部，以避免暴露于空气。

9.根据权利要求1的气体传感器，其中所述通道部分(31)是在所述弹性绝缘件(3、103、203)中的径向孔，所述弹性绝缘件(3、103、203)是由单一组件制成的。

10.根据权利要求1-3之一的气体传感器，其中外部空气路径槽(311)连续地形成在所述弹性绝缘件(3、103、203)的整个外圆周上，所述通道部分的外部开口被设置在所述外部空气通道槽(311)上。

11.根据权利要求1-3之一的气体传感器，其中内部空气路径槽(314)连续地形成在所述弹性绝缘件(3、103、203)的整个内圆周上，所述通道部分的内部开口被设置在所述内部空气路径槽(314)上。

12.根据权利要求1-3之一的气体传感器，其中所述通气孔(21)、所述通道部分(31)和所述通孔(41)是非直线排列的。

13.根据权利要求1-3之一的气体传感器，其中所述透气过滤器(5)是由多孔的聚四氟乙烯制成的。

14.根据权利要求1-3之一中的气体传感器，其中多个通气孔(21)围绕所述空气盖(2)的圆周设置在不同的轴向位置。

15.根据权利要求14的气体传感器，其中所述径向相对的所述通气孔(21)中的至少一个相对于所述通道部分(31)形成于所述空气盖(2)的顶端侧；及

其他通气孔(21)中的至少一个相对于所述通道部分(31)形成于所述空气盖(2)的底端侧。

16.根据权利要求1-3之一的气体传感器，其中所述通气孔(21)的形状是椭圆形，该椭圆形具有平行于所述气体传感器(1)的轴线的长轴；及

所述通气孔(21)的长轴的长度要大于所述通道部分(31)的轴向高度。

17.根据权利要求1-3之一的气体传感器，其中所述空气盖(2)是由金属材料制成的。

18.根据权利要求1-3之一的气体传感器，其中所述通气孔(31)的数量相应于所述通道部分(31)的数量。

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