專利名稱：直接連接氧傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種傳感器，該傳感器用于測量穿過汽車動力系和排氣系統(tǒng)的流體中的氧(O2)比例，且尤其涉及連接器布置，其用于可操作地將氧傳感器連接至能夠利用由該傳感器產(chǎn)生的信號的裝置。
背景技術(shù)：
幾乎所有傳統(tǒng)的機(jī)動車輛，例如現(xiàn)代車輛，包括用于排出和減少車輛內(nèi)燃機(jī)(ICE) 正常操作產(chǎn)生的副產(chǎn)物的排氣系統(tǒng)。多數(shù)排氣系統(tǒng)包括催化轉(zhuǎn)化器和類似的排氣后處理裝置，其通過流體管道或“排氣管”接收來自發(fā)動機(jī)排氣歧管(或頭部器)的輸出，并還原和氧化排氣排放物。消聲器組件或類似裝置，通常定向于催化轉(zhuǎn)化器的下游，以消弱排氣排放過程產(chǎn)生的噪聲。電子傳感器用于各種需要做定性和定量流體分析的應(yīng)用中。在汽車行業(yè)中，例如， 氧傳感器，通俗地稱為“02傳感器”，用于內(nèi)燃控制系統(tǒng)，以提供汽車排氣中精確的氧濃度測量值。發(fā)動機(jī)排氣中的氧濃度與提供給發(fā)動機(jī)的燃料混合物的空燃比具有直接的聯(lián)系。由此，O2傳感器獲取的測量值可用于確定最有利的燃燒條件、優(yōu)化空燃比、使燃料經(jīng)濟(jì)性最大化以及控制排氣排放。多種氧傳感器商業(yè)化地用于汽車應(yīng)用中。典型地，用于汽車應(yīng)用的電化學(xué)類型的氧傳感器利用了套筒型電化學(xué)原電池，其在“電位模式(potentiometricmode) ”下運(yùn)行以確定，或感測發(fā)動機(jī)排氣流中存在的氧的相對含量。這種類型的氧傳感器包括離子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)材料，典型地，氧化鈦和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(yttria stabilized zirconia)，暴露在排氣流中的涂覆于傳感器外部的多孔電極，以及暴露于已知濃度的參照氣體(reference gas)的涂覆于傳感器內(nèi)部的多孔電極。針對氧氣而言，固體電解質(zhì)傳感器用來測量在未知?dú)怏w試樣和已知?dú)怏w試樣之間的氧活度差異。在汽車排氣應(yīng)用中，例如，未知?dú)怏w是排氣而已知的參照氣體通常是大氣空氣，因?yàn)榭諝庵械难鹾渴窍鄬愣ㄇ乙子讷@得的。經(jīng)過固體電解質(zhì)的氣體濃度梯度產(chǎn)生伽伐尼電位。也就是說，當(dāng)這個(gè)原電池的相對表面暴露在不同的氧分壓下，根據(jù)能斯脫方程 (Nernst equation)在電極之間產(chǎn)生電動勢(“emf”)E = ΑΤ1η(Ρ1/Ρ2)其中，E是單元的還原電勢或“伽伐尼電壓”，T是氣體的絕對溫度，Ρ1/Ρ2是兩個(gè)電極處參照氣體的氧分壓的比值，和A = R/4F，這里R是通用的氣體常數(shù)(R = 8. 314472J · Γ1 · moF1)，而 F 是法拉第常數(shù)(F = 96485. 3399C/mol)。濃差型氧傳感器(potentiometric oxygen sensor)通常用于ICE的排氣系統(tǒng)， 從而與化學(xué)計(jì)量相比較，量化地判定發(fā)動機(jī)是在富燃條件(空燃比是帶有未燃燃料的“富的”)或是在貧燃條件(空燃比具有過量的氧氣)下運(yùn)行。達(dá)到平衡之后，由在這兩個(gè)運(yùn)行條件下運(yùn)行的發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的排氣具有兩個(gè)較大差異的氧分壓。這個(gè)信息被提供到空燃比控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)試圖提供在兩個(gè)極端條件之間的平均化學(xué)計(jì)量空燃比。在空燃比化學(xué)計(jì)量
4點(diǎn)下，氧濃度會變化若干數(shù)量級。因此，濃差型氧傳感器能夠量化地指示發(fā)動機(jī)是在富燃或是在貧燃條件下運(yùn)行，而不必提供關(guān)于實(shí)際空燃比的更具體信息。由于對提高燃料經(jīng)濟(jì)性和改進(jìn)排放控制的日益增長的需求，開發(fā)了寬范圍氧傳感器，它們能夠準(zhǔn)確地確定發(fā)動機(jī)在富燃和貧燃條件下運(yùn)行時(shí)排氣中的氧分壓。這些條件要求氧傳感器能夠以足夠的靈敏度精確地判定在富燃和貧燃條件下的氧分壓的同時(shí)，快速響應(yīng)氧分壓的幾個(gè)數(shù)量級的變化。氧傳感器會產(chǎn)生與空燃比成比例的輸出，從而為發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)提供額外的性能優(yōu)勢。在擴(kuò)散極限電流模式下工作的氧傳感器可產(chǎn)生這樣的比例輸出，該輸出提供了充分的分辨率以確定空燃比在富燃或貧燃的條件下。通常，擴(kuò)散極限電流氧傳感器具有用于產(chǎn)生內(nèi)部氧參考值的泵送單元和氧儲存單元。在儲存單元和泵送單元之間保持恒定的電動勢，使得泵送電流的大小和極性可被檢測作為排氣組分的表示。當(dāng)前的O2傳感器設(shè)計(jì)成包括兩個(gè)電連接點(diǎn)，用于將氧傳感器電連接至電子裝置， 例如車載發(fā)動機(jī)控制模塊(ECM)，該模塊利用傳感器產(chǎn)生的信號。一個(gè)連接點(diǎn)相對于傳感器在內(nèi)部，而第二、外連接點(diǎn)與線束電連通。在這種設(shè)計(jì)中，細(xì)長的“絞編組件(pigtail assembly) ”電連接這兩個(gè)電連接點(diǎn)。絞編組件在其各個(gè)相對的端部具有截然不同的電連接器第一金屬連接器夾用于連接至傳感器內(nèi)部的連接點(diǎn)，而第二、便宜的塑料連接器夾用于將絞編組件附連至車輛線束。通過利用絞編組件來分離這兩個(gè)連接點(diǎn)以隔離外連接點(diǎn)，并將其封裝遠(yuǎn)離非常熱的環(huán)境，O2傳感器在該環(huán)境下被正常封裝。氧傳感器位于在正常傳感器使用期間非常熱而在某些運(yùn)行狀態(tài)下非常冷的環(huán)境下。傳感器在其伸入排氣管的位置可達(dá)到850°C以上的溫度。另外，氧傳感器處的電連接經(jīng)受不利的道路狀況，它們可包括鹽霧，潮濕，水，油，油脂和排氣本身。絞編塑性連接器夾并未設(shè)計(jì)經(jīng)受這樣苛刻的工作環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種直接連接的氧傳感器組件，用于測量經(jīng)過的流體中氧的比例并將其指示信號傳遞至控制器。所述氧傳感器組件包括氧傳感器，其構(gòu)造成可操作地連接至流體管道，例如發(fā)動機(jī)排氣歧管或其下游的排氣管。所述氧傳感器具有傳感器殼體，該傳感器殼體具有至少部分地從其一端伸出的氧-感測元件，所述氧傳感器還具有位于所述傳感器殼體的相反端的第一電接線端。電導(dǎo)體將所述氧-感測元件與所述第一電接線端電耦接。所述氧傳感器組件還包括具有連接器殼體的連接器組件，該連接器殼體具有從其伸出的一根或多根導(dǎo)線。所述導(dǎo)線可操作地連接至所述控制器。第二電接線端安裝于所述連接器殼體并電耦接至所述導(dǎo)線。所述第二電接線端構(gòu)造成與所述第一電接線端相匹配并與之電連接。所述連接器殼體由具有至少200攝氏度(°C )工作溫度的材料制成，例如不銹鋼。理想地，所述連接器殼體由與所述傳感器殼體相同的材料制成，但也可由其他熱彈性材料制成。本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)中的氧傳感器和電連接器布置具有諸多優(yōu)勢。本設(shè)計(jì)考慮到了直接連接的氧傳感器概念，其從熱、振動和封裝的觀點(diǎn)是實(shí)用的。上述的氧傳感器組件比現(xiàn)有技術(shù)的組件小許多，由此需要顯著減小的封裝空間。另外，該設(shè)計(jì)不需要產(chǎn)生電流的絞編組件和外連接器。實(shí)際上，該設(shè)計(jì)不需要在所述氧傳感器和電連接器之間任何附加的電連接點(diǎn)。取消這些非必須的額外部件減少了工程、封裝、運(yùn)輸和安裝的成本，最小化了保修問題并簡化了設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、和發(fā)行過程。根據(jù)該具體實(shí)施方式
的一個(gè)方面，所述氧傳感器的電接線端包括多個(gè)電插腳或多個(gè)互補(bǔ)的母連接器。在這種情況下，連接器組件的電接線端包括多個(gè)電插腳和母連接器的另一個(gè)。每個(gè)母連接器設(shè)計(jì)成可接納并電連接至多個(gè)電插腳中的相應(yīng)一個(gè)。根據(jù)該實(shí)施方式的另一方面，所述傳感器殼體包括大體上圓柱形主體部分，其具有從其一端軸向伸出的大體上圓柱形的保護(hù)套管。所述氧-感測元件被裝入在所述保護(hù)套管和所述主體部分中。理想地，所述保護(hù)套管限定至少一個(gè)孔，從而使得未知的流體樣本 (例如，排氣)可操作地與所述氧-感測元件相互作用。作為另一方面的一部分，所述連接器殼體包括連接器罩，其具有從其一側(cè)伸出的接線端遮護(hù)罩。所述接線端遮護(hù)罩包圍所述連接器組件接線端。在該具體情況中，當(dāng)所述連接器組件附連至所述氧傳感器時(shí)，所述接線端遮護(hù)罩布置在所述氧傳感器的電接線端內(nèi)部，且所述連接器罩沿著所述氧傳感器電接線端的外表面布置。作為該實(shí)施方式另一方面的一部分，優(yōu)選地，所述第一電接線端包括一個(gè)或多個(gè)從其內(nèi)表面伸出的齒。所述連接器殼體接線端遮護(hù)罩限定了相應(yīng)數(shù)量的鍵槽，每個(gè)鍵槽設(shè)計(jì)成可接納其中一個(gè)所述齒。在將所述氧傳感器與所述連接器組件連接時(shí)，所述齒和鍵槽特征保證所述第一和第二接線端適當(dāng)?shù)貙R。根據(jù)另一方面，所述氧傳感器組件包括扭鎖特征。所述第一電接線端包括一個(gè)或多個(gè)從其外表面向外伸出的翼片。而另一方面，所述連接器殼體限定了對應(yīng)數(shù)量的槽，每個(gè)槽被構(gòu)造成可在其中接納所述翼片。通過將所述翼片插入到它們相應(yīng)的槽中，將所述連接器殼體與所述氧傳感器殼體壓在一起，且隨后沿相反的方向旋轉(zhuǎn)兩殼體，從而將連接器組件鎖定于氧傳感器。根據(jù)該實(shí)施方式的其他特征，可包括連接器定位保險(xiǎn)(CPA)銷。CPA銷可構(gòu)造成與氧傳感器和連接器組件相匹配，并保證第一和第二電接線端之間適當(dāng)?shù)碾娺B接。例如，CPA 銷可具有U形設(shè)計(jì)，該銷具有基部，該基部具有從其相反端伸出的支腳。連接器罩可限定兩個(gè)容納通道，每個(gè)通道構(gòu)造成僅當(dāng)傳感器和連接器殼體適當(dāng)附連時(shí)容納并與相應(yīng)的支腳相匹配。該實(shí)施方式的另一個(gè)特征包括在第一和第二電接線端的熱彈性密封件，例如聚四氟乙烯密封環(huán)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供一種氧傳感器組件，用來感測從內(nèi)燃機(jī)排出的排氣中氧的比例，并將表示其的信號傳遞至發(fā)動機(jī)控制模塊。所述氧傳感器組件包括氧傳感器和連接器組件。所述氧傳感器構(gòu)造成至少部分地安裝在車輛排氣管中。所述氧傳感器具有金屬殼體，氧-感測元件設(shè)置在該金屬殼體中并至少部分地從其一端伸出。所述氧傳感器還包括電連線端，其具有從所述傳感器殼體相反端伸出的多個(gè)電插腳。設(shè)置于所述傳感器內(nèi)的電導(dǎo)體將所述氧-感測元件與多個(gè)電插腳電耦接。所述連接器組件具有金屬連接器殼體，該連接器殼體構(gòu)造成與所述氧傳感器殼體相匹配并與之附連。所述連接器殼體包括多條直接連接到所述發(fā)動機(jī)控制模塊并從其一側(cè)向外延伸的絕緣導(dǎo)線。所述連接器組件還具有帶有多個(gè)母連接器的電接線端，所述母連接器從連接器殼體的相對側(cè)伸出。所述多個(gè)母連接器中的每個(gè)都電連接至相應(yīng)的一個(gè)導(dǎo)線且構(gòu)造成容納從所述氧傳感器接線端伸出的相應(yīng)電插腳。所述連接器殼體由在200°C不會顯著熔化或彎曲的金屬材料制成。技術(shù)方案1 提供一種氧傳感器組件，用來測量經(jīng)過的流體流中的氧的比例并將表示其的信號傳遞至控制器，所述氧傳感器組件包括氧傳感器，其構(gòu)造成可操作地連接至流體管道，所述氧傳感器具有傳感器殼體， 氧-感測元件至少部分地從其一端伸出；第一電接線端，其可操作地位于所述傳感器殼體的相反端；以及至少一個(gè)電導(dǎo)體，其將所述氧-感測元件與所述第一電接線端電耦接；以及連接器組件，其具有連接器殼體，至少一個(gè)導(dǎo)線從所述連接器殼體伸出以可操作地與所述控制器連接；和第二電接線端，其可操作地安裝于所述連接器殼體并與所述至少一個(gè)導(dǎo)線電連接，所述第二電接線端構(gòu)造成與所述第一電接線端相匹配并與之電連接；其中，所述連接器殼體由具有至少200攝氏度工作溫度的材料制成。技術(shù)方案2 根據(jù)技術(shù)方案1所述的氧傳感器組件，其中所述傳感器殼體和連接器殼體至少部分地由不銹鋼構(gòu)成。技術(shù)方案3 根據(jù)技術(shù)方案1所述的氧傳感器組件，其特征在于省去了將所述氧傳感器電連接至所述控制器的絞編組件。技術(shù)方案4 根據(jù)技術(shù)方案1所述的氧傳感器組件，其中所述連接器組件的特征在于，省去了所述第二電接線端和所述控制器之間的額外電連接點(diǎn)。技術(shù)方案5 根據(jù)技術(shù)方案1所述的氧傳感器組件，其中所述第一電接線端包括多個(gè)電插腳和多個(gè)母連接器中的一種，且其中所述第二電接線端包括多個(gè)電插腳和多個(gè)母連接器中的另一種，所述多個(gè)母連接器中的每一個(gè)均被構(gòu)造成容納所述多個(gè)電插腳中的相應(yīng)一個(gè)。技術(shù)方案6 根據(jù)技術(shù)方案1所述的氧傳感器組件，其中所述傳感器殼體包括大體圓柱形的主體部分，其具有從其一端軸向伸出的大體圓柱形的保護(hù)套管，所述氧-感測元件裝在所述保護(hù)套管和所述主體部分中。技術(shù)方案7 根據(jù)技術(shù)方案1所述的氧傳感器組件，其中所述連接器殼體包括連接器罩，其具有從其一側(cè)伸出的接線端遮護(hù)罩，其中當(dāng)所述連接器組件附連至所述氧傳感器時(shí)，所述接線端遮護(hù)罩設(shè)置在所述第一電接線端內(nèi)且所述連接器罩沿著所述第一電接線端的外表面布置。技術(shù)方案8 根據(jù)技術(shù)方案7所述的氧傳感器組件，其中所述第一電接線端包括至少一個(gè)從其內(nèi)表面伸出的齒，并且其中所述連接器殼體接線端遮護(hù)罩限定了至少一個(gè)鍵槽，所述鍵槽用于接納所述至少一個(gè)齒并由此在所述氧傳感器與所述連接器組件連接時(shí)， 保證所述第一和第二接線端適當(dāng)?shù)貙R。技術(shù)方案9 根據(jù)技術(shù)方案1所述的氧傳感器組件，其中所述第一電接線端包括至少一個(gè)從其外表面伸出的翼片，且其中所述連接器殼體限定至少一個(gè)槽，所述槽被構(gòu)造成可在其中接納所述至少一個(gè)翼片并由此將所述連接器組件鎖定至所述氧傳感器。技術(shù)方案10 根據(jù)技術(shù)方案1所述的氧傳感器組件，還包括連接器定位保險(xiǎn)銷， 其可構(gòu)造成與所述氧傳感器和連接器組件之一相匹配，并由此保證第一和第二電接線端之間適當(dāng)?shù)碾娺B接。技術(shù)方案11 根據(jù)技術(shù)方案1所述的氧傳感器組件，還包括設(shè)置在第一和第二電接線端之間的密封件。技術(shù)方案12 提供一種氧傳感器組件，用來感測從內(nèi)燃機(jī)排出的排氣中氧的比例并將表示其的信號傳遞至發(fā)動機(jī)控制模塊，所述氧傳感器組件包括氧傳感器，其構(gòu)造成至少部分地安裝在車輛排氣管中，所述氧傳感器具有金屬傳感器殼體，該殼體具有設(shè)置在其中并至少部分地從其一端伸出的氧-感測元件；第一電連線端，其具有從所述傳感器殼體的相反端伸出的多個(gè)電插腳；以及至少一個(gè)電導(dǎo)體，其設(shè)置于所述傳感器殼體內(nèi)并將所述氧-感測元件與所述多個(gè)電插腳電耦接；和連接器組件，其具有金屬連接器殼體，所述連接器殼體具有多條直接連接到所述發(fā)動機(jī)控制模塊并從所述連接器殼體的一側(cè)向外延伸的絕緣導(dǎo)線；和第二電接線端，其具有從所述連接器殼體的相反側(cè)伸出的多個(gè)母連接器，其中，所述多個(gè)母連接器中的每個(gè)都電連接至所述多根導(dǎo)線中的相應(yīng)一個(gè)且構(gòu)造成容納所述多個(gè)插腳中的相應(yīng)一個(gè)，所述連接器殼體構(gòu)造成與所述氧傳感器殼體相匹配并與之附連，其中，所述連接器殼體由在200攝氏度不會顯著熔化或彎曲的金屬材料制成。技術(shù)方案13 根據(jù)技術(shù)方案12所述的氧傳感器組件，其中所述傳感器殼體包括大體圓柱形的主體部分，其具有從其一端軸向伸出的大體圓柱形的保護(hù)套管，所述氧-感測元件裝入在所述保護(hù)套管和所述主體部分中，所述保護(hù)套管限定至少一個(gè)孔，從而使得排氣可操作地與所述氧-感測元件相作用。技術(shù)方案14 根據(jù)技術(shù)方案13所述的氧傳感器組件，其中所述連接器殼體包括大體圓柱形的連接器罩，其具有從其一側(cè)伸出并包圍所述多個(gè)母連接器的管狀接線端遮護(hù)罩，其中當(dāng)所述連接器組件附連至所述氧傳感器時(shí)，所述接線端遮護(hù)罩設(shè)置在包圍所述多個(gè)電插腳的所述第一電接線端內(nèi)，而所述連接器罩包圍所述第一電接線端的外表面。技術(shù)方案15 根據(jù)技術(shù)方案14所述的氧傳感器組件，其中所述第一電接線端包括一系列從其外表面伸出的翼片，且其中所述連接器殼體限定一系列槽，每個(gè)所述槽均被構(gòu)造成接納相應(yīng)的翼片，其中將所述一系列翼片插入所述一系列槽中并相對所述傳感器殼體旋轉(zhuǎn)所述連接器殼體，由此將所述氧傳感器鎖定至所述連接器組件。技術(shù)方案16 根據(jù)技術(shù)方案13所述的氧傳感器組件，其中所述第一電接線端包括多個(gè)從其內(nèi)表面伸出的齒，并且其中所述連接器殼體接線端遮護(hù)罩限定多個(gè)鍵槽，每個(gè)鍵槽均構(gòu)造成接納相應(yīng)的齒，并由此在所述氧傳感器與所述連接器組件連接時(shí)，保證所述第一和第二接線端適當(dāng)?shù)貙R。技術(shù)方案17 根據(jù)技術(shù)方案17所述的氧傳感器組件，還包括U形連接器定位保險(xiǎn)銷，該銷具有帶有從其相反端伸出的支腳的基部，其中所述連接器罩限定兩個(gè)容納通道， 每個(gè)所述容納通道構(gòu)造成當(dāng)所述氧傳感器附連至所述連接器組件時(shí)容納相應(yīng)的支腳并與之相匹配，從而確保所述第一和第二電接線端之間適當(dāng)?shù)碾娺B接。技術(shù)方案18 根據(jù)技術(shù)方案17所述的氧傳感器組件，還包括設(shè)置在第一和第二電接線端之間的聚四氟乙烯密封環(huán)。當(dāng)結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求，通過隨后詳細(xì)說明實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式和最佳模式，上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的氧傳感器組件的局部示意的分解側(cè)視圖；圖2是示例性氧傳感器的局部剖面的側(cè)視圖；圖3是圖1所示的氧傳感器組件的分解透視圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖，其中相同的附圖標(biāo)記在整個(gè)附圖中表示相同的部件，如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的氧傳感器組件總體用10來表示。圖1也示出了可實(shí)施本發(fā)明的示例性的應(yīng)用場合。然而，本發(fā)明決不局限于圖1所示的應(yīng)用或布置。而其，盡管氧傳感器組件10旨在用于傳統(tǒng)的騎車，例如但不局限于，標(biāo)準(zhǔn)客車、運(yùn)動型多功能車(SUV)、輕卡、小型貨車等類似車型，其也可結(jié)合于任意的機(jī)動車輛應(yīng)用中，包括但當(dāng)然不局限于，公共汽車、重型車輛、拖拉機(jī)、船和私人游艇，飛機(jī)等。另外，這里示出的附圖并不是按比例的，而僅是為了示意的目的。同樣地，附圖中示出的具體的和相對的尺寸及方位不應(yīng)被認(rèn)為是限制的。最后，這些技術(shù)術(shù)語如“感測”、“檢測”、“測量”、“計(jì)算”和“確定”的使用并不在于限定，而應(yīng)該對應(yīng)地理解為是相對可互換的。本發(fā)明的氧傳感器組件10包括兩個(gè)主要的部件氧傳感器12和連接器組件14。 然而，根據(jù)以下詳細(xì)說明可以容易地理解，其他部件可包括于氧傳感器組件10內(nèi)，或?qū)ζ渌鞯淖冃投悸湓诹怂綑?quán)利要求的范圍中。氧傳感器12是檢測、測量或以其他方式感測例如為由內(nèi)燃機(jī)(ICE)組件16或類似裝置產(chǎn)生的排氣之類的流體中氧的量或比例的裝置。圖1示出了代表性的應(yīng)用，其可以結(jié)合并利用本發(fā)明的氧傳感器組件10。ICE組件16包括進(jìn)氣系統(tǒng)，在本文中進(jìn)氣系統(tǒng)由進(jìn)氣歧管18來表示，其與節(jié)氣門主體20 (也稱為 “節(jié)氣門”)下游流體連通?？諝馔ㄟ^進(jìn)氣歧管18被吸入ICE16。節(jié)氣門主體20操作以調(diào)節(jié)被吸入發(fā)動機(jī)16中的空氣量。進(jìn)氣歧管18負(fù)責(zé)均勻地分配燃料/空氣混合物至ICE16 的各個(gè)不同容積燃燒室26的進(jìn)氣口(未示出)。ICE16還包括排氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)操作以接收和排出來自燃燒室沈的排氣。這里排氣系統(tǒng)由排氣歧管22來表示(現(xiàn)有技術(shù)中也稱為“排氣頭”)，其將發(fā)動機(jī)16流體連接至排氣管對。在ICE16工作期間，排氣歧管22收集從各個(gè)燃燒室沈排出的排氣，而管道M 將氣體傳送遠(yuǎn)離ICE16。值得注意的是，圖1所示的ICE，進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)都被大大簡化，可以理解的是，關(guān)于這些系統(tǒng)的功能和應(yīng)用的其他信息可以在現(xiàn)有技術(shù)中得到。氧傳感器12可操作地連接至排氣管M以提供輸出信號至例如為發(fā)動機(jī)控制模塊 (ECM) 28的電子控制單元(或“控制器”)，該信號優(yōu)選地與ICE16的排氣混合物中的氧分壓成比例。在圖2的實(shí)施例中，氧傳感器12包括傳感器殼體30，該殼體包括細(xì)長的、大體為圓柱形的中空金屬傳感器主體32，該主體同軸地鄰近于大體為圓柱形的管狀金屬保護(hù)套管34。保護(hù)套管34被壓配合，緊固或附著于傳感器主體32的一端。傳感器主體32優(yōu)選地由不銹鋼或其他熱彈性材料制成，其包括帶螺紋的外表面36，用以將氧傳感器12螺紋地嚙合并固定于車輛排氣系統(tǒng)，也就是排氣管M，這樣保護(hù)套管34的末端就暴露于流動的排氣流。為了牢固地將傳感器12擰入其配套的排氣管M中的接收凸臺，設(shè)置六角部分38以傳遞轉(zhuǎn)矩例如從轉(zhuǎn)矩扳手38到傳感器殼體30的主體?？梢岳斫獾氖?，可以使用將氧傳感器 12緊固至排氣管M的其他措施。
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特別參照圖2，以示例的結(jié)構(gòu)示出了氧傳感器12。氧傳感器12包括氧-感測元件 40，其通過例如一個(gè)或多個(gè)支撐管42支撐于殼體30之中。氧-感測元件40可為任何已知的類型。例如，當(dāng)然并不限于，氧-感測元件40可以是窄帶型或?qū)拵汀Ｕ瓗а鮽鞲衅?，例如錐形氧化鋯傳感器，基于排氣中的氧含量產(chǎn)生非-線性(即二進(jìn)制)輸出電壓。由窄帶氧傳感器產(chǎn)生的輸出電壓可用于判定發(fā)動機(jī)16是在如上所述的“貧”還是在“富”狀態(tài)下運(yùn)行。寬帶傳感器，例如平面氧化鋯傳感器，基于排氣中的氧含量產(chǎn)生基本上線性的輸出電壓。由此，寬帶傳感器可用于確定排氣中的特定氧含量以及發(fā)動機(jī)是在貧燃還是在富燃狀態(tài)下運(yùn)行。示出的氧-感測元件40為大體扁平的細(xì)長件，在傳感器殼體30內(nèi)軸向延伸。感測元件44設(shè)置于氧-感測元件40的一端上，封裝在由保護(hù)套管34限定的感測腔室48內(nèi)。 在圖2示例性的實(shí)施例中，感測元件44包括可選的、整體構(gòu)成的加熱元件46。包括加熱元件46以提供補(bǔ)充的熱量來將感測元件44加熱至其靈敏度溫度以上的溫度范圍內(nèi)。例如， 加熱元件46可用來將感測元件44加熱到350攝氏度(°C )以上的溫度。氧-感測元件40 的其他布置在本發(fā)明的范圍內(nèi)是可以預(yù)見的。圖2中整體由附圖標(biāo)記50指示的第一電接線端在與保護(hù)套管34相對的一端從傳感器主體32伸出。電導(dǎo)體52設(shè)置于傳感器殼體30的傳感器主體部分32內(nèi)。電導(dǎo)體52用于將氧-感測元件40，感測元件44和加熱元件46與多個(gè)電插腳M電耦接。在傳感器殼體 30內(nèi)縱向延伸的插腳M在一端固定于電導(dǎo)體52，而在相對端暴露，該相對端經(jīng)過第一電接線端50延伸至其開口端。在附圖的不同視圖中僅示出了兩個(gè)電插腳M ；然而根據(jù)感測元件44和加熱元件46的具體結(jié)構(gòu)，以及氧傳感器12期望應(yīng)用的特殊設(shè)計(jì)要求，電接線端50 可包括少于或多于兩個(gè)的插腳。插腳M也可鍍金或鍍銀以提高其導(dǎo)電特性。在感測元件44上，基于經(jīng)過排氣管M的排氣中氧的濃度形成電壓。這個(gè)電壓經(jīng)接線端50從氧傳感器12輸出。發(fā)動機(jī)控制模塊(ECM)觀接收氧傳感器12的輸出信號以及來自圖1中共同用四表示的其他傳感器的信號。其他傳感器四可包括，例如，質(zhì)量空氣流量(MAF)傳感器，歧管絕對壓力(MAP)傳感器，發(fā)動機(jī)冷卻劑溫度(ECT)傳感器，節(jié)氣門位置(TPQ傳感器等。ECiCS至少部分地基于氧傳感器12和其他傳感器四的輸出調(diào)節(jié)分配至發(fā)動機(jī)16的空氣-燃料混合物。在圖1示出的示例性實(shí)施例中，ECiCS通過操作節(jié)氣門主體20中節(jié)氣門的位置以增加或減少經(jīng)進(jìn)氣歧管18被吸入發(fā)動機(jī)16中的空氣量，從而調(diào)節(jié)空氣-燃料混合物。 ECM28也通過指示燃料噴射系統(tǒng)(未示出)增加或減少空氣-燃料混合物中的燃料含量，來調(diào)節(jié)空氣-燃料混合物。通過測量殘余排氣中氧的比例，以及尤其是已知進(jìn)入氣缸的空氣體積和溫度，ECiCS可確定以化學(xué)計(jì)量比(14.7 1，就汽油而言的燃料空氣燃料質(zhì)量比) 燃燒所需要的燃料的量，例如使用專門的查詢表以保證完全燃燒。傳感器12和流體導(dǎo)管(排氣管24)之間的操作連接，無論其是直接的(如圖1所示)還是以其他方式，都使氧-感測元件40與排氣處于流體連通。優(yōu)選地由不銹鋼或其他熱彈性材料制成的保護(hù)套管；34，設(shè)計(jì)成可防護(hù)感測元件40被排氣直接沖擊，并防止感測元件44遭受排氣中帶有的水或其他液體。在圖2所示的示例性結(jié)構(gòu)中，例如，保護(hù)套管34包括管狀內(nèi)護(hù)罩56，其由同心定向的管狀外護(hù)罩58環(huán)繞。內(nèi)護(hù)罩和外護(hù)罩56，58單獨(dú)且共同地分別限定了三個(gè)開口，例如，第一、第二和第二開口 60、62和64，通過它們排氣可進(jìn)入腔室48。開口 60、62、64可為不同的尺寸和形狀。開口 60、62、64可定位并定尺寸為，產(chǎn)生氧-感測元件40對排氣中氧含量的變化的具體響應(yīng)。另外，開口 60、62、64可定位并定尺寸為，影響氧-感測元件40對液態(tài)水沖擊的熱響應(yīng)。換句話說，液態(tài)水可接觸氧-感測元件40的量和位置可取決于開口 60、62、64的位置和尺寸，這由此影響了氧-感測元件40的熱響應(yīng)?，F(xiàn)返回到圖1，旨在作為車輛標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)線束的直接擴(kuò)展的連接器組件14，用來直接地將氧傳感器12可操作連接(即電耦接)至ECM28。連接器14通常包括連接器殼體70， 該殼體具有從其后側(cè)伸出的一系列絕熱導(dǎo)線72。導(dǎo)線72包覆在套管74內(nèi)并由其絕緣，該套管可以是熱電絕緣的硅樹脂彈性聚合體、纖維-加固聚合體或其他合適的材料。如以下詳細(xì)說明的那樣，與大多數(shù)傳統(tǒng)的電連接器布置不同，導(dǎo)線72直接地連接到發(fā)動機(jī)控制模塊觀。為滿足氧傳感器組件10期望應(yīng)用的具體需求，可定制導(dǎo)線72的數(shù)量和規(guī)格。連接器殼體70包括大體圓柱形的帽狀連接器罩76，該連接器罩具有從其前側(cè)伸出的同心定向地、大體圓柱形接線端遮護(hù)罩78，該遮護(hù)罩相對于導(dǎo)線72相對間隔開。連接器殼體70由工作溫度至少200攝氏度(°C)的材料制造。也就是說，連接器殼體70由一種材料制造，該材料在高達(dá)20(TC，且優(yōu)選高達(dá)230°C或更高溫度下，不會產(chǎn)生顯著的變形、熔化或彎曲，且由此保持完整的功能。理想地，連接器殼體70由與傳感器殼體30相同的材料來制造，例如，不銹鋼，但也可由其他熱彈性材料來制造。例如，接線端遮護(hù)罩78可由含氟聚合物，例如聚四氟乙烯，其他鐵金屬等。接線端遮護(hù)罩78環(huán)繞第二電接線端，其在圖1中總體由80來表示，通常包括多個(gè)母連接器(它們中的兩個(gè)在圖1的82處以隱藏的方式示出)，它們從連接器殼體70的前側(cè)正交地伸出。每個(gè)母連接器82電連接到導(dǎo)線72(例如，通過卷邊、錫焊、夾子等)中的相應(yīng)一個(gè)，并且構(gòu)造成接納從氧傳感器接線端50伸出的電插腳M中的相應(yīng)一個(gè)。在圖1所示的示例性結(jié)構(gòu)中，母連接器82包括金屬主體，該主體限定了具有與插腳M的接口部分相匹配的輪廓的腔室。當(dāng)連接器組件14附接至氧傳感器12時(shí)，如以下所述，母連接器82被定位成可滑動地容納插腳54。這時(shí)，接線端遮護(hù)罩78設(shè)置在氧傳感器的電接線端50內(nèi)側(cè)，大體上環(huán)繞電插腳54，同時(shí)連接器罩76包圍氧傳感器的電接線端50，設(shè)置成大體上環(huán)繞接線端50的外表面。類似于插腳M，母連接器82可鍍金或鍍銀，以提高其導(dǎo)電特性。連接器殼體70構(gòu)造成與氧傳感器殼體30相匹配并附接至其。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，氧傳感器組件10包括“扭鎖特征”。傳感器主體32包括一個(gè)或多個(gè)翼片84，所述翼片圍繞第一電接線端50的外表面周向間隔并從該外表面徑向朝外伸出。另一方面，連接器殼體70限定了相應(yīng)數(shù)量的凹通道或槽(它們中的兩個(gè)在圖3中的86處以隱蔽方式示出)， 每個(gè)凹通道或槽被構(gòu)造成可在其中接納翼片84。將翼片84插入對應(yīng)的通道86，通過壓入、 推入或其他方式將傳感器和連接器殼體30，70平移在一起，隨后扭轉(zhuǎn)一個(gè)或兩個(gè)殼體(圖 3中箭頭A表示)，連接器組件14將與氧傳感器12鎖合。在第一和第二電接線端50，80之間設(shè)置熱彈性密封件，例如聚四氟乙烯密封環(huán) 88。密封環(huán)88具有260°C的工作溫度，以便在氧傳感器12和連接器組件14之間提供不受氣候影響、防水和熱彈性密封。在一個(gè)可替代的實(shí)施例中，翼片84可由螺紋外表面取代，其與連接器罩76的螺紋內(nèi)表面螺紋連接地相匹配，在接合時(shí)，就可機(jī)械地將氧傳感器殼體30固定至連接器殼體70。在另一個(gè)示例中，這里示出的扭鎖特征可以由“快接，，接口來替換。 一系列柔性指夾(fingergrip)90圍繞連接器罩76的外周圓周地間隔開，從而形成更易“夾取的”、便于使用者的表面，用于將氧傳感器殼體30與連接器殼體70螺旋連接在一起。氧傳感器組件10也可制造成具有齒-鍵特征，該特征設(shè)計(jì)成在氧氣傳感器12與連接器組件14連接時(shí)確保第一和第二接線端50、80適當(dāng)對齊。傳感器主體32優(yōu)選地包括一個(gè)或多個(gè)齒(它們中的兩個(gè)在圖2的90處示出)，它們圍繞第一電接線端50的內(nèi)表面周向間隔開并從該內(nèi)表面徑向朝里伸出。如圖3所示，連接器殼體接線端遮護(hù)罩78限定相應(yīng)數(shù)量的細(xì)長鍵槽92，每個(gè)鍵槽的大小和位置設(shè)定成，在第一和第二接線端50，80，也就是電插腳M和母連接器82適當(dāng)定向時(shí)，接納齒90中的相應(yīng)一個(gè)。連接器位置保險(xiǎn)(CPA)銷94也可包括在內(nèi)。CPA銷94可構(gòu)造成與氧傳感器12和連接器組件14相匹配，并保證第一和第二電接線端50，80之間適當(dāng)?shù)碾娺B接。例如，CPA銷可為U形設(shè)計(jì)，該銷具有帶有從其相對端伸出的支腳98的基部96。在圖3所示的實(shí)施例中，例如，連接器罩76限定兩個(gè)接收通道100(圖1中可看到1個(gè)而圖3中有1個(gè))。每個(gè)通道100構(gòu)造成，只有當(dāng)傳感器和連接器殼體30，70適當(dāng)?shù)馗竭B時(shí)，才容納并與相應(yīng)的支腳 98相匹配。通常，除非并且直到連接器組件14全部扭轉(zhuǎn)進(jìn)入其就位位置，CPA銷94才能接合。CPA銷94為操作者提供了它們正確連接的保證，并允許其他人(例如，質(zhì)量點(diǎn)檢查員) 來進(jìn)行肉眼檢查以確保完全就位的連接器。這里提出的直接連接設(shè)計(jì)會考慮到每項(xiàng)技術(shù)的一部分，消除了現(xiàn)有技術(shù)在氧傳感器組件10和ECiCS之間的絞編和所有斷續(xù)的連接點(diǎn)。這會大大提高制造更多單一零部件的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。本發(fā)明將允許傳感器12以其最簡單的形式安裝、維護(hù)、封裝和處理。與本發(fā)明不同，整體絞編設(shè)計(jì)意味著維修時(shí)必須更換傳感器加上絞編組件，而不光是傳感器。這樣就會降低保證并大大簡化設(shè)計(jì)及發(fā)行的過程。這將極大地減少零件整體數(shù)量并增加維修響應(yīng)時(shí)間。盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了實(shí)施本發(fā)明的最佳模式，但本領(lǐng)域技術(shù)人員在所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)可直到實(shí)施本發(fā)明的各種替換設(shè)計(jì)和實(shí)施方式。
1權(quán)利要求
1.一種氧傳感器組件，用來測量經(jīng)過的流體流中的氧的比例并將表示其的信號傳遞至控制器，所述氧傳感器組件包括氧傳感器，其構(gòu)造成可操作地連接至流體管道，所述氧傳感器具有傳感器殼體， 氧-感測元件至少部分地從 其一端伸出；第一電接線端，其可操作地位于所述傳感器殼體的相反端；以及至少一個(gè)電導(dǎo)體，其將所述氧-感測元件與所述第一電接線端電耦接；以及連接器組件，其具有連接器殼體，至少一個(gè)導(dǎo)線從所述連接器殼體伸出以可操作地與所述控制器連接；和第二電接線端，其可操作地安裝于所述連接器殼體并與所述至少一個(gè)導(dǎo)線電連接，所述第二電接線端構(gòu)造成與所述第一電接線端相匹配并與之電連接；其中，所述連接器殼體由具有至少200攝氏度工作溫度的材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器組件，其中所述傳感器殼體和連接器殼體至少部分地由不銹鋼構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器組件，其特征在于省去了將所述氧傳感器電連接至所述控制器的絞編組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器組件，其中所述連接器組件的特征在于，省去了所述第二電接線端和所述控制器之間的額外電連接點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器組件，其中所述第一電接線端包括多個(gè)電插腳和多個(gè)母連接器中的一種，且其中所述第二電接線端包括多個(gè)電插腳和多個(gè)母連接器中的另一種，所述多個(gè)母連接器中的每一個(gè)均被構(gòu)造成容納所述多個(gè)電插腳中的相應(yīng)一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器組件，其中所述傳感器殼體包括大體圓柱形的主體部分，其具有從其一端軸向伸出的大體圓柱形的保護(hù)套管，所述氧-感測元件裝在所述保護(hù)套管和所述主體部分中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器組件，其中所述連接器殼體包括連接器罩，其具有從其一側(cè)伸出的接線端遮護(hù)罩，其中當(dāng)所述連接器組件附連至所述氧傳感器時(shí)，所述接線端遮護(hù)罩設(shè)置在所述第一電接線端內(nèi)且所述連接器罩沿著所述第一電接線端的外表面布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氧傳感器組件，其中所述第一電接線端包括至少一個(gè)從其內(nèi)表面伸出的齒，并且其中所述連接器殼體接線端遮護(hù)罩限定了至少一個(gè)鍵槽，所述鍵槽用于接納所述至少一個(gè)齒并由此在所述氧傳感器與所述連接器組件連接時(shí)，保證所述第一和第二接線端適當(dāng)?shù)貙R。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器組件，其中所述第一電接線端包括至少一個(gè)從其外表面伸出的翼片，且其中所述連接器殼體限定至少一個(gè)槽，所述槽被構(gòu)造成可在其中接納所述至少一個(gè)翼片并由此將所述連接器組件鎖定至所述氧傳感器。
10.一種氧傳感器組件，用來感測從內(nèi)燃機(jī)排出的排氣中氧的比例并將表示其的信號傳遞至發(fā)動機(jī)控制模塊，所述氧傳感器組件包括氧傳感器，其構(gòu)造成至少部分地安裝在車輛排氣管中，所述氧傳感器具有金屬傳感器殼體，該殼體具有設(shè)置在其中并至少部分地從其一端伸出的氧-感測元件；第一電連線端， 其具有從所述傳感器殼體的相反端伸出的多個(gè)電插腳；以及至少一個(gè)電導(dǎo)體，其設(shè)置于所述傳感器殼體內(nèi)并將所述氧-感測元件與所述多個(gè)電插腳電耦接；和連接器組件，其具有金屬連接器殼體，所述連接器殼體具有多條直接連接到所述發(fā)動機(jī)控制模塊并從所述連接器殼體的一側(cè)向外延伸的絕緣導(dǎo)線；和第二電接線端，其具有從所述連接器殼體的相反側(cè)伸出的多個(gè)母連接器，其中，所述多個(gè)母連接器中的每個(gè)都電連接至所述多根導(dǎo)線中的相應(yīng)一個(gè)且構(gòu)造成容納所述多個(gè)插腳中的相應(yīng)一個(gè)，所述連接器殼體構(gòu)造成與所述氧傳感器殼體相匹配并與之附連，其中，所述連接器殼體由在200攝氏度不會顯著熔化或彎曲的金屬材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及直接連接氧傳感器，提供一種直接連接氧傳感器組件，用于測量流體流中氧的比例并將表示其的信號傳遞至控制器。所述組件包括具有殼體的氧傳感器，該殼體具有至少部分地從其一端伸出的氧-感測元件，和位于所述傳感器殼體的相反端的第一電接線端。電導(dǎo)體將所述第一電接線端電歐界至所述氧-感測元件。所述氧傳感器組件也包括帶有殼體的連接器組件，該殼體具有從其伸出的、直接連接至所述控制器的一根或多根導(dǎo)線。第二電接線端安裝于所述連接器殼體并電連接至所述導(dǎo)線。所述第二電接線端設(shè)計(jì)成與所述第一電接線端相匹配并與之電連接。所述連接器殼體由具有至少200攝氏度工作溫度的材料制成。
文檔編號F02D41/02GK102155280SQ20101013977
公開日2011年8月17日 申請日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月12日
發(fā)明者A·W·鮑爾, B·吉布森, J·A·塞爾, T·L·舒爾克 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司