[发明专利]具有隔热罩的气体传感器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年4月19日提交的美国临时专利申请No.61/813,922和2013年7月22日提交的美国专利申请No.13/947,803的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

对于联邦政府资助的研究或开发的声明

本发明在由能源部(DepartmentofEnergy)资助的政府支持DE-EE0005975下进行。政府对本发明具有一定权利。

背景技术

本发明涉及各种气体(例如，氧气)传感器设计。当前氧传感器被设计用于高温应用场合。传感器安装在排气歧管或排气系统中，从而由于通常暴露于1030C或更高的热废气而固有地被设计成用于应对高温。对于适应低温环境(可包括各种塑料或树脂构件)，传感器本身(例如，其中被加热的感测元件)成为主要热源。在操作温度下，传统气体传感器可能扭曲、熔化或以其他方式损害原本不是针对这种热情况的邻近结构。

发明内容

一方面，本发明提供了一种气体传感器，其具有气体感测元件，所述气体感测元件至少部分地定位在本体内且在第一端部处暴露，以便测量与第一端部接触的气体。所述气体感测元件限定出轴向方向。凸缘从本体沿着横向于轴向方向的方向延伸。所述凸缘具有朝向第一端部的第一侧和朝向气体传感器的远端部的第二侧。O环被构造成将气体传感器密封地定位在孔内。气体传感器的嵌入部分由壁限定且被构造成用于保持所述O环。所述嵌入部分的所述壁在所述O环的轴向位置处与所述本体隔开一距离，以便在所述壁与所述本体之间提供间隙。

另一方面，本发明提供了一种气体传感器，其具有气体感测元件，所述气体感测元件至少部分地定位在本体内且在第一端部处暴露，以便测量与第一端部接触的气体。所述气体感测元件限定出轴向方向。凸缘从本体沿着横向于轴向方向的方向延伸。所述凸缘具有朝向第一端部的第一侧和朝向气体传感器的远端部的第二侧。O环被构造成将气体传感器密封地定位在孔内。气体传感器的嵌入部分由壁限定且被构造成用于保持所述O环。在所述O环的轴向位置处在所述嵌入部分的所述壁与所述本体之间没有径向的传热路径。

附图说明

图1是根据本发明的一个方面的气体传感器的前视图。

图2是图1的气体传感器的剖视图。

图3是根据本发明的一个方面的气体传感器的前视图。

图4是图3的气体传感器的剖视图。

图5是根据本发明的一个方面的气体传感器的前视图。

图6是图5的气体传感器的剖视图。

图7是根据本发明的一个方面的气体传感器的前视图。

图8是图7的气体传感器的剖视图。

图9是没有隔热罩的气体传感器的示意性热模型。

图10是具有隔热罩的气体传感器的示意性热模型。

具体实施方式

从金属氧传感器壳体到进气歧管或其他安装部位的直接传导通过引入间隙(例如，空气间隙)和较少量的材料与进气歧管接触而被降低。从壳体到安装区域的热量流动由对流并由通过较小横截面的传导来进行。与代表传统布置结构的图9的热模型相比，如图10的热模型所示，这降低了被传递到进气歧管和O环的热量。在本文所公开的各种构造中，O环的安装表面相对于传感器壳体移位。安装表面的温度上升由于传感器壳体与安装表面之间的间隙而被降低。如果传感器使用弹性体O环来安装和密封，则O环就被防止熔化或相对于热永久定型。

O环隔热罩可具有多种构造，其中的一些在本文中描述和示出。图1和2示出了在凸缘处和在防护管处附接至传感器的O环隔热罩件。图3和4示出了一体的凸缘和O环隔热罩，其中，类似于图1和2的O环隔热罩件还包括一体的凸缘。图5和6示出了一体的O环隔热罩和防护管，其中，类似于图1和2的O环隔热罩件还包括一体的外防护管。图7和8示出了一体的凸缘、O环隔热罩和防护管，其中，类似于图1和2的O环隔热罩件还包括类似于图3和4的一体的凸缘以及类似于图5和6的一体的外防护管。

在所有情况下，该装置可制造成单件或类似或不同材料的部件的组件。

图1和2示出了根据第一构造的气体传感器100。气体传感器100尤其适于用于例如内燃机的低温(非排放)环境、比如进气歧管20中。进气歧管20可以是非金属的，例如由塑料或树脂构造。另外，气体传感器100可用于内燃机的进气系统的其他部分中。例如，气体传感器100可用于增压空气冷却管、节气门和进气歧管上游以及接收来自涡轮增压器的压缩进气的中冷器下游。增压空气冷却管也可以是非金属的(例如，塑料或树脂)。