专利名称：氧探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氧探测器(oxygen sensor)，更具体地说，涉及一种用于汽车的氧探测器，其安装在汽车上用于测量排放气体中的氧浓度。
通常，一种在汽车上用于注入燃油的电装置，通过利用注油器(injector)和用于控制注入发动机的燃油量的电控装置(下称ECU)，向发动机提供燃油和空气的混合物。用于注入燃油的装置利用探测器(sensor)检测发动机的转速、提供给发动机的空气量、冷却水温度、吸入空气温度以及发动机的状态。然后，用于注入燃油的装置计算燃油量，并精确地提供在运行状态下适当的燃油和空气的混合物。
如上所述，用于注入燃油的装置装有一种具有各种功能的探测器。下文将解释各种探测器中的氧探测器。
通常，在一具有三维触媒(catalysis)的汽车中需要氧探测器，以便以电方式检测排放气体中的氧浓度。为了使三维触媒在清洁燃油方面具有优异的性能，在汽车的任何运行状态下都需要将空气对燃油的比例控制在空气对燃油的理论上的比率。因此，重要的是在排放气体进入三维排气净化器(convertor)之前严格检测排放气体中的氧浓度，以及将所检测的信号传输到ECU，以便使注入燃油的数量总能保持到接近理论上的空气和燃油的比例。
即，当氧探测器的温度升高时，由于铂的触媒作用使得在空气对燃油的理论比率的边界处电动势迅速变化，氧探测器就具有这样独特的特性。因此，将氧探测器量安装在排气管中，使得氧探测器的外侧部分与排放气体相接触，同时将排放气体引入氧探测器的内侧部分。因此，通过检测电动势的变化，氧探测器可以测量排放气体中的氧浓度。
4507192号和4624770号美国专利公开了一种例如上面介绍的氧探测器，下面参照附图解释其公开的方案。
如在
图1到3中所示，根据在先技术的氧探测器可以分成一用作主体的六角形固定座1以及一保护管11，其与固定座1组装在一起，保护探测器元件和陶瓷式加热器不受包含在排放气体中的外部物质的作用。
六角形固定座1具有一形成在其表面上的螺纹，以便使之能固定到排气管上(未表示)，并具有一陶瓷探测器元件3，在其内侧部分的下端。
保护管11在一表面上具有多个半圆形板12，它们彼此隔开一定距离并弯向内侧部分。形成有多个排气孔13，由于半圆形板12是弯曲的，排气孔13将内侧部分和保护管11的外侧部分相连通。
半圆形板12在保护管11的内侧部分中沿一定方向弯曲，使得能将排放气体平稳地引入保护管11的内侧部分。
由于通常半圆形板12是通过冲孔形成的，形成半圆形板12的操作需要单独的压模和冲模。
保护管11与六角形固定座1在固定座1的下端组装在一起，然后利用点焊或激光焊接固定到固定座1上，以保护陶瓷探测器元件3。
图中的A部分表示在点焊或激光焊接后的焊接点。
由于按照上述构成的根据在先技术的用于汽车的氧探测器安装在一从中排出排放气体的通道中，沿该通道通过保护管11排出的排放气体，以这样一种方式，即利用形成在周边表面上的半圆形板12，在排放气体通过吸入孔口被引入保护管11的内侧部分之前对排放气体进行导向。
这时，由于在保护管11的内侧表面11中沿一定方向排列的半圆形板12的作用，在排放气体通过保护管11时会出现涡流，于是排放气体与陶瓷探测器元件3相接触。陶瓷探测器元件3检测排放气体中的氧浓度并将氧浓度值传输到ECU。因此，将氧浓度的数值用于不断控制在发动机燃烧室中的空气对燃油比率。
由于陶瓷探测器元件3容纳在保护管11的内侧部分，可以防止由于排放气体和陶瓷探测器元件3直接接触而使陶瓷探测器元件3冷却，以及防止陶瓷探测器元件3与包含在排放气体中的异物相接触。
此外，4683049号美国专利公开了一种与根据常规技术的氧探测器具有不同结构的氧探测器。下面介绍该氧探测器的结构。如图4和5中所示，该氧探测器可以分成六角形固定座21，其主要用作主体；以及保护管30，其具有双层结构，以防止探测器元件和陶瓷式加热器与包含在排放气体中的异物相接触。
六角形固定座21的结构适于固定到排气管(未表示)上。并且在其内侧部分的下端具有探测器元件22。
此外，保护管30具有双层结构，即内管31和外管32，它们分别通过点焊固定到六角形固定座21的外表面上。
内管31和外管32彼此按照预定的距离固定，并且分别具有彼此在不同高度形成的多个吸入孔口31a和32a。
按照上述构成的根据在先技术的氧探测器安装在一通过排放气体的通道中。沿该通道排出的排放气体通过外管32中的吸入孔口32a和内管31中的吸入孔口31a引入具有双层结构的保护管30的内侧部分。
在具有双层结构的保护管30的内侧部分排出的排放气体与探测器元件22相接触。因此，探测器元件22检测排放气体中的氧浓度并将氧浓度值传输到ECU，以便不断控制空气对燃油的比率。
这时，形成在内管31和外管32中的吸入孔口31a和32a彼此具有不同的高度，使得可以防止排放气体直接接触探测器元件22。
然而，如上所述，在根据在先技术的各种类型的氧探测器中，难于组装氧探测器。因此，制造成本上升，制造能力下降。
在4507192和4624770号美国专利的实例中，在组装过程中要分别通过压力加工制造六角形固定座1和保护管11，并将固定座1和保护管11组装在一起是困难的。在4683049号美国专利中，还由于内管11和外管12必须与六角形固定座21组装，带来的问题是，难于制造具有双层结构的保护管30，以及需要单独的组装操作。
此外在4507192号和4624770号美国专利的实例中，多排半圆形板12和多个吸入孔口13不规则地形成在保护管11中，排放气体通过半圆形板12和吸入孔口13引入到固定座中。存在的问题是，当排放气体引入固定座中时，由于缺乏涡流产生很大化学噪声(chemical noise)，并且由于根据实验，空气对燃油之比有很大的变化范围14.457-14.416，故难于得到稳定信号特性的数值。
因此，本发明的一个目的是提供一种氧探测器，其中的保护管与六角形固定座成一整体，该六角形固定座具有一探测器组件，此探测器组件组装到固定座的底部部分，因此使得制造氧探测器的方法简单，以此提高了制造能力，并改进了探测器的输出特性。
为了实现本发明的上述目的，所提供的氧探测器包含一探测器组件，其与排放气体相接触，用于测量排放气体中的氧浓度；以及一固定座，具有六角形的横断面，包含一其中安装有该探测器组件的主体和一保护管，此保护管与该主体成一整体，在其周边表面具有多个吸入孔口，以便使排放空气接触该探测器组件，并具有一封闭端。
吸入孔口相对于径向轴按预定角度倾斜。最好，吸入孔口的倾斜角度为30°～60°。另外，各吸入孔口形成彼此具有不同的高度。
此外，至少一个排放孔口形成在保护管的底部部分，将保护管的内侧部分和外侧部分相连通。
根据本发明，探测器组件包含一探测器元件，其由一种氧化钇稳定的氧化锆(yttria stabilized zirconia)构成；以及一陶瓷式加热器，其以与探测器元件平行的方式紧密固定，其中该探测器元件和陶瓷式加热器伸出保护管，而具有的高度为探测器元件和陶瓷式加热器的直径之和的1～2倍。
根据本发明，六角形保护罩固定在固定座的下部，与保护管同轴线将保护管封住。一些吸入孔口形成在保护罩中，与在保护管的吸入孔口具有不同的高度。
根据本发明的一个方面，氧探测器包含一探测器组件，其与排放气体接触，用于测量排放气体中的氧浓度；一固定座，其具有六角形横断面，包含一其中安装探测器组件的主体和由多个保护管零件形成的保护管，这些零件形成在主体的底部，彼此隔开并具有预定的宽度和高度，以及一保护罩，其中形成有多个将其内侧部分和外侧部分相连通的吸入孔口，该保护罩在其一端组装到主体上，在另一个端封闭，包围保护管，与保护管同轴线。
至少一个排放孔口形成在保护罩的底部部分，将内侧部分和外侧部分相连通。
保护罩的各吸入孔口在保护管的各部件中是彼此面对(be opposite to)的。
当结合附图分析时，通过参照如下的详细介绍，将会更完整地认识本发明，以及它的很多其它优点将会变得更明显，更容易理解，在各附图中，相同的标号代表相同或相似的组成部分，其中图1是根据在先技术的一个实施例的氧探测器的断面图；图2是图1中所示氧探测器中的保护管的正面图；图3是沿图2中的断面线A-A所取的保护管的断面图；图4是根据在先技术的另一实施例的用于汽车的氧探测器的护罩部分的正面图；图5是沿图4中的断面线B-B所取的氧探测器护罩部分(housing portion)的断面图；图6是根据本发明的一个实施例的氧探测器的纵向断面图；图7是沿图6中的断面线C-C所取的氧探测器断面图；图8是根据本发明的另一实施例的氧探测器的纵向断面图；图9是根据本发明的再一实施例的氧探测器的纵向断面图；图10是沿断面线D-D所取的氧探测器的断面图；图11是根据本发明的再一实施例的氧探测器的分解透视图；显示了与氧探测器中的保护管成一整体的六角形固定座；图12是该氧探测器中的一部分的纵向断面图，显示了与保护管组装的固定座；图13是沿断面线E-E所取的氧探测器的断面图。
下面，参照附图详细介绍根据本发明的优选实施例的氧探测器。
图6和7表示根据本发明的一个实施例的氧探测器的结构，其中图6是该氧探测器的纵向断面图，图7是沿图6中的断面线C-C所取的氧探测器的断面图。
图6和7中所示的氧探测器是一用于汽车的板型(plate type)氧探测器，在该氧探测器的结构的视图中，一探测器组件50配置在并组装到六角形固定座40中，该固定座40包含主体42，主体42构成固定座40的上部分；以及保护管41，保护管41构成固定座40的下部分。主体42和保护管41是作为一件整体构成的。
多个吸入孔口43形成在六角形固定座40的保护管41中，孔口方向是倾斜的，相对于从中心点O径向延伸的一条直线成预定角度Z。
倾斜角Z是一锐角，最好约30°～60°。
如图中所法，各吸入孔口43最好按三排形成，具有预定的高度差。然而，应理解，不限于三排，可以在保护管上形成三排以下或以上的吸入孔口。
包含保护管的六角形固定座40是由耐热和耐腐蚀材料例如SUS构成。
吸入孔口43按通常的加工方式或冲孔形成。然而，在本发明中吸入孔口43的形成方式并不是专门限定的，吸入孔口43可以任何适宜方式形成。
此外，一排放孔口44形成在保护管41的底部，将保护管41的内侧部分和外侧部分连通。
形成在保护管41底部的排放孔口44是按与保护管41的底表面垂直(normal)的方式形成的，并呈与吸入孔口43不同的圆柱形。
一螺纹部分45形成在六角形固定座42的下部周边表面上，以便将排放管和六角形固定座42相连接；以及第一和第二阶梯状部分46和47形成在六角形固定座42的上部，以便将外盖61和内盖62相连接。
另一方面，氧探测器50包含一陶瓷管51，其配置在六角形固定座40的内侧部分中；一氧化钇稳定的氧化锆探测器元件52和陶瓷式加热器53彼此平行配置，且两者由陶瓷管51向下延伸预定的距离，玻璃粉末54，其填充在陶瓷管51中；以及一种陶瓷粘接剂55，填充陶瓷管51中的上部，以便封装陶瓷管51的上部分。
内盖62的内侧部分最好填充陶瓷粘接剂55。
标号56和57分别代表一橡胶封装件和引线，以便传输信号和向加热器提供电压。
在按上述构成的根据本发明的其中一个实施例的氧探测器中，排放气体沿该用于排放气体的通道排放并通过六角形固定座40中的保护管41，同时利用形成在保护管41中的多个吸入孔口43使排放气体通过保护管41的内侧部分。
由于吸入孔口43形成在保护管41的底部，以便相对于由保护管41的底部的中心点O径向延伸的一条直线按30°-60°角度Z倾斜，使排放气体能平稳地利用涡流引入保护管41的内侧部分，同时与氧化钇稳定的氧化锆探测器元件52和陶瓷式加热器53相接触。因此，氧探测器检测排放气体中的氧浓度，按照氧探测器的输出特性提供想要数值的电信号。
如上面介绍的，在引入保护管41的内侧部分的排放气体与氧化钇稳定的氧化锆探测器元件52和陶瓷加热器53以涡流方式形成接触之后，该排放气体通过在保护管41底部的中心部分形成的排放孔排出保护管41。
也即，当排放气体沿保护管41的侧壁流动时，侧壁处的压力增加，保护管41的下部处的压力降低。因此，在保护管41的侧壁和下部处之间的压力差使排放气体通过排放孔口44排出保护管41。
另一方面，图8表示根据本发明的另一实施例的氧探测器。在该氧探测器中，由陶瓷管51的底表面向下伸出的氧化钇稳定的氧化锆探测器元件52和陶瓷式加热器53的长度L比氧化钇稳定的氧化锆探测器元件52和陶瓷式加热器53的宽度大1-2倍。因此，可以提高氧化钇稳定的氧化锆探测器元件52和陶瓷式加热器53的强度和使用寿命。
在上述实施例中，随着探测器元件52和陶瓷式加热器53长度的降低，最好降低保护管44的长度。
与图6中所示的本发明的该实施例的部分相同的部分在图9到10中使用相同的标号。
图9和10表示根据本发明的再一实施例的氧探测器，其中图9是氧探测器的纵向断面图，图10是沿图9中的断面线D-D所取的氧探测器的横断面图。
在图9和10所示的根据本发明的再一实施例的氧探测器中，一单独的保护罩70固定到六角形固定座40的预定部分上，以包围图6中所示的保护管41。
对该氧探测器进行更具体的介绍，保护罩70实现双隔层的功能，以防止在排放气体中的异物进入其中配置有氧化钇稳定的氧化锆探测器元件52和陶瓷式加热器53的部分。此外，最好利用点焊将一直径大于保护管41直径且呈圆柱形的保护罩70固定到在六角形固定座42的下部形成的第三阶梯状部分(step portion)48上。
然而，保护罩70的固定方式并不限于点焊。可以在第三阶梯状部分48的外圆周表面上形成阳螺纹，在保护罩70的内圆周表面上形成阴螺纹，从而利用螺纹将保护罩70和固定座42组装。
此外，最好通过在保护罩70上按预定角度形成多个排放孔口71，同时保护管41的各排放孔口43和保护罩70的各排放孔口71具有不同的高度，使排放气体与氧化钇稳定的氧化锆探测器元件52和陶瓷式加热器53形成最少接触。
对于与图6中所示的本发明的该实施例中的部分相同的部分在这些附图中使用相同的标号。
在按上述构成的根据本发明再一实施例的氧探测器中，当排放气体通过与六角形固定座40中的保护管41组装在一起的保护罩70时，排放气体借助于保护管41中的吸入孔口43和保护罩70中形成的吸入孔口71，通过保护管41的内侧部分。
这时，由于保护管41中的吸入孔口43与在保护罩70中形成的吸入孔口71具有不同的高度，可以防止氧化钇稳定的氧化锆探测器元件52和陶瓷式加热器53直接接触该排放气体。
此外，保护管41中的吸入孔口43是倾斜的，与沿一个方向由中心点O延伸的直线成-30°～60°倾斜角。排放气体以涡流形式引入保护管41内侧部分，以便与氧化钇稳定的氧化锆探测器元件52和陶瓷式加热器53相接触。因此，氧探测器可以检测排放气体中的氧浓度。然后，排放气体通过在保护管41的底部部分形成的排放孔44由保护管41排出。
由于氧化钇稳定的氧化锆探测器元件52和陶瓷式加热器53定位在由保护管41和保护罩57形成的双隔层的内侧部分，可以防止氧化钇稳定的氧化锆探测器元件52由于与排放气体直接接触而被冷却，以及防止与排放气体中的异物相接触。
图11到13表示根据本发明的再一实施例的氧探测器的结构，关于该氧探测器，多个具有预定宽度、高度和断面呈弓形的保护管零件42形成在六角形固定座40的下部部分，彼此保持恒定的距离。此外，一具有封闭端且呈圆柱形的保护罩80固定并组装到保护管41中的第三阶梯状部分48上。
多个吸入孔口81沿保护罩80的圆周表面形成在保护罩80中，同时，一排放孔口82形成在保护罩80的底部部分，以便通过保护罩80的底部部分延伸。
最好，保护罩80中的各吸入孔口81的形成分别面对保护管41中的每一零件。
对于与图9中所示的根据本发明的氧探测器相同的部分，在各附图中使用相同的标号。
参照按上述构成的本发明的再一实施例，由于排放气体通过吸入孔口81引入与六角形固定座40的第三阶梯状部分48组装在一起的保护罩80的内侧部分，可防止撞击保护管元件42的排放气体与氧化钇稳定的氧化锆探测器元件52和陶瓷式加热器53直接接触。
如上所述，引入保护罩80内侧部分的排放气体与氧化钇稳定的氧化锆探测器元件52和陶瓷式加热器53间接接触，该气体再通过在保护罩80的底部部分中心处形成的排放孔口82排出保护罩80。
尽管是参照作为本发明的实施例的用于汽车的板型氧探测器对本发明进行介绍的，但本发明并不限于板型氧探测器，而是可以适用于各种用于汽车的氧探测器，例如可变密度或组(battery)型氧探测器、半导体型氧探测器以及选择电流型氧探测器。
此外，应理解，本发明不限于用于汽车的氧探测器，本发明可适用于触媒性能降低检测用探测器以及一氧化氮探测器。
在按如上述的本发明的氧探测器中，包围探测器组件的外露部分的保护管与六角形固定座整体形成，该固定座支承探测器组件的主体，使得制造方法可以简化。因此，带来的优点是氧探测器的制造能力可以提高，以及由于排放气体平稳流动，使氧探测器的输出特性可以明显改进。
权利要求
1一种氧探测器，包含一探测器组件，与排放气体相接触，用于测量排放气体中的氧浓度；以及一固定座，其断面呈六角形，包含一主体，其中安装该探测器组件；以及一保护管，其与该主体成一整体，在其周边表面上有多个吸入孔口，使排放气体与探测器组件相接触，并具有封闭端。
2．如权利要求1所述的氧探测器，其中所述吸入孔口相对于一径向轴线按预定角度倾斜。
3．如权利要求2所述的氧探测器，其中所述吸入孔口的倾斜角为30°～60°。
4．如权利要求3所述的氧探测器，其中形成的所述各吸入孔口彼此具有不同的高度。
5．如权利要求4所述的氧探测器，其中至少一个排放孔口形成在保护管的底部部分，以使保护管的内侧部分和外侧部分连通。
6．如权利要求1所述的氧探测器，其中所述探测器组件包含一由氧化钇稳定的氧化锆构成的探测器元件和一陶瓷式加热器，此陶瓷式加热器平行探测器元件紧密固定，其中将探测器元件和陶瓷式加热器伸出保护管，并且其高度为该探测器元件和陶瓷式加热器直径之和的1～2倍。
7．如权利要求1-6之一所述的氧探测器，其中一圆柱形保护罩固定在固定座的下部部分，与保护管同轴包围该保护管。
8．如权利要求7所述的氧探测器，其中所述吸入孔口形成在所述保护罩上，与所述保护管中的吸入孔口具有不同的高度。
9．一种氧探测器，包含一探测器组件，与排放气体相接触，用于测量排放气体中的氧浓度；一固定座，其断面呈六角表，包含一其中安装探测器组件的主体和一由多个保护零件构成的保护管，各零件形成在主体的底部部分，彼此隔开并具有预定的宽度和高度；以及一保护罩，其中形成多个吸入孔口，将该罩的内侧部分和外侧部分连通，该保护罩在其一端组装到主体上，而在其另一端是封闭的；该保护罩包围所述保护管，以便与所述保护管同轴线。
10．如权利要求9所述的氧探测器，其中至少一个排放孔口形成在保护罩的底部部分，将内侧部分和外侧部分连通。
11．如权利要求10所述的氧探测器，其中所述保护罩上形成的吸入孔口在保护管各部件中彼此而对。
全文摘要
一种氧探测器,包含:一探测器组件,其与排放气体相接触,用于测量排放气体中的氧浓度;和一固定座,其断面呈六角形,与其中安装有探测器组件的主体成一体,该固定座包含其一端封闭并且其中形成有多个吸入孔口的保护管,从而使得排放气体可与探测器组件相接触。
文档编号G01N27/416GK1221109SQ9812463
公开日1999年6月30日 申请日期1998年9月13日 优先权日1997年9月13日
发明者韩基愚 申请人:三星电机株式会社