ДАТЧИК Российский патент 2001 года по МПК G01N27/407 

Настоящее изобретение относится к датчику, в частности для определения содержания кислорода в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.

Из EP A1 624791 (US 5329806) известен газовый датчик, у которого в трубчатом металлическом корпусе герметично закреплен чувствительный элемент. В нижней части трубчатого корпуса имеется выступающий радиально наружу буртик, образующий уплотнительный фланец. Газовый датчик вставляется в отверстие трубопровода системы выпуска ОГ, причем буртик опирается на образованную в отверстии уплотнительную поверхность. На корпусе установлен перемещаемый по нему полый винт, который ввинчивается в резьбу в отверстии и при этом герметично соединяет буртик с трубопроводом системы выпуска ОГ. Однако такая конструкция имеет определенный недостаток, заключающийся в том, что при сдавливании, соответственно при обжатии сравнительно тонкостенного материала корпуса на буртике могут образоваться микротрещины, которые приводят к разгерметизации корпуса.

Краткое описание изобретения
Преимущество настоящего изобретения согласно отличительным признакам, указанным в главном пункте формулы изобретения, в сравнении с уровнем техники состоит в том, что уплотнительный фланец абсолютно газонепроницаем. Состоящий из двух частей корпус с уплотнительным фланцем на той его части, которая расположена со стороны контактных выводов, прост в изготовлении и удобен при монтаже.

Предпочтительные варианты указанного в п. 1 формулы изобретения датчика представлены в зависимых пунктах формулы изобретения. Наиболее целесообразным оказалось изготовление уплотнительного фланца способом ротационной ковки. Далее целесообразно закрепить на выпускном трубопроводе соединительную деталь, которая образует на торцевой поверхности уплотнительную поверхность для уплотнительного фланца. Благодаря применению накидной гайки, надетой на уплотнительный фланец, и ее взаимодействию с предусмотренной на соединительной детали резьбой обеспечивается газонепроницаемое соединение уплотнительного фланца с соединительной деталью.

Ниже изобретение подробнее поясняется на примере его выполнения со ссылкой на прилагаемый чертеж. На чертеже показан продольный разрез вставленного в выпускной трубопровод газового датчика.

Пример выполнения
Газовый датчик 10, например, электрохимический кислородный датчик, вставлен в выпускной трубопровод 11 и имеет корпус 14, состоящий из расположенной с газоаналитической стороны датчика металлической части 12 (далее по тексту "газоаналитическая часть корпуса") и расположенной со стороны контактных выводов датчика или его присоединений металлической части 13 (далее по тексту "присоединительная часть корпуса"). В корпусе 14 герметично закреплен плоский чувствительный элемент 16, имеющий участок 17, расположенный с газоаналитической стороны датчика (далее по тексту "газоаналитический участок чувствительного элемента"), и участок 18, расположенный со стороны контактных выводов датчика (далее по тексту "присоединительный участок чувствительного элемента").

Газоаналитическая часть 12 корпуса представляет собой, например, открытый с обеих сторон трубчатый элемент с внутренней цилиндрической стенкой 21. Газоаналитическая часть 12 имеет на своем присоединительном конце участок 22, который, например, имеет меньший наружный диаметр и меньший внутренний диаметр. Благодаря этому на трубчатом элементе образуются наружная кольцевая поверхность 23 и внутренняя кольцевая поверхность 24. Далее газоаналитическая часть 12, например, имеет на своем конце, расположенном ближе к газоаналитической стороне датчика, цилиндрическую гильзу 34, выступающую за газоаналитический конец чувствительного элемента 16 и благодаря этому образующую наружную защитную гильзу 36 для газоаналитического участка 17 чувствительного элемента 16.

В гильзе 34 расположена внутренняя защитная гильза 38, которая окружает, оставляя некоторое расстояние до него, газоаналитический участок 17 чувствительного элемента 16 и внутри образует камеру 40 для анализируемого газа. Внутренняя защитная гильза 38 имеет дно 42, в котором выполнено первое отверстие 43 для впуска и/или выпуска газа. На противоположном от дна 42 конце внутренняя защитная гильза 38 выполнена с фланцем 45, в котором предусмотрены другие отверстия 46 для впуска и/или выпуска газа. Внутренняя защитная гильза 38 приварена фланцем к наружной защитной гильзе 36, например, круговым сварным швом 48. Однако гильзу 34 в виде отдельной детали можно также соединять с внутренней защитной гильзой 38 и таким образом предварительно смонтированную двойную защитную трубу сваривать с трубчатым элементом.

В газоаналитической части 12 находятся керамическая фасонная деталь 26, расположенная ближе к газоаналитической стороне датчика, керамическая фасонная деталь 28, расположенная ближе к присоединительной стороне датчика, и уплотнительный элемент 30, расположенный между ними. Керамические фасонные детали 26 и 28 выполнены, например, из Al₂O₃ и имеют по сквозному отверстию для чувствительного элемента 16, которые подробно не поясняются. Уплотнительный элемент 30 выполнен, например, из стеатита, также снабжен сквозным отверстием для чувствительного элемента 16 и вставляется в соответствующую часть корпуса в предварительно спрессованном состоянии.

Крепление чувствительного элемента 16 в газоаналитической части 12 корпуса производится следующим образом. Керамическую фасонную деталь 28, расположенную ближе к присоединительной стороне, уплотнительный элемент 30 в спрессованном состоянии и керамическую фасонную деталь 26, расположенную ближе к газоаналитической стороне, вставляют в указанной последовательности в газоаналитическую часть 12 корпуса. При этом керамическая фасонная деталь 28 прилегает к внутренней кольцевой поверхности 24. Подробно не поясняемые сквозные отверстия для чувствительного элемента находятся при этом на одной прямой друг над другом. Затем чувствительный элемент 16 вставляется через предусмотренные для него отверстия, пока он не займет свое заданное осевое положение. После этого с газоаналитической стороны датчика на керамическую фасонную деталь 26 воздействуют пуансоном с такой прижимной силой, что предварительно спрессованный уплотнительный элемент 30 в определенной степени расплющивается, в результате чего порошковые компоненты прижимаются как к чувствительному элементу 16, так и к внутренней стенке 21. Во время силового воздействия на керамическую фасонную деталь 26 одновременно обжимают трубчатый элемент с образованием по его окружности кольцевой канавки 32 с внутренним выступом в том месте, где находится конец указанной керамической фасонной детали 26. Благодаря этому расположенная ближе к газоаналитической стороне датчика керамическая фасонная деталь 26 удерживается в положении, в котором она прижата к уплотнительному элементу 30.

Присоединительная часть 13 корпуса 14 выполнена цилиндрической формы и имеет сужающийся участок 52 с отверстием 53. В отверстие 53 вварена, например, металлическая трубчатая оболочка 55. Через оболочку 55 пропущен присоединительный кабель 57 для чувствительного элемента 16. Присоединительный кабель 57 соединен с контакт-деталями 59, контактирующими с подробно не поясняемыми присоединительными контактами, расположенными на присоединительном участке 18 чувствительного элемента 16. Подключение чувствительного элемента 16 можно осуществлять, например, с помощью зажимов или путем неразъемного соединения. Кабельный вывод через отверстие 53 может быть выполнен также из термостойкого политетрафторэтилена.

На расположенном ближе к чувствительному элементу конце присоединительная часть 13 корпуса имеет проходящий радиально по всей окружности уплотнительный фланец 60 с верхней кольцевой поверхностью 61 и нижней кольцевой поверхностью 62. Уплотнительный фланец 60 в данном примере выполнен из материала присоединительной части 13. Уплотнительный фланец 60 может быть изготовлен различными способами формообразования. Наиболее пригодным способом, с помощью которого из материала присоединительной части 13 может быть изготовлен жесткий уплотнительный фланец 60, является ротационная ковка. Альтернативно этому к цилиндрической присоединительной части 13 корпуса также можно приварить кольцо, которое в этом случае образует уплотнительный фланец 60.

После замыкания контактов чувствительного элемента 16 с контакт-деталями 59 присоединительную часть 13 насаживают на участок 22 газоаналитической части 12, причем наружная кольцевая поверхность 23 газоаналитической части 12 служит осевым упором. Затем присоединительную часть 13 сваривают с газоаналитической частью 12 проходящим радиально по всей окружности сварным швом 65 с образованием газонепроницаемого соединения.

В выпускном трубопроводе 11 предусмотрено отверстие 70, в которое одним концом вставлена цилиндрическая соединительная деталь 72. Соединительная деталь 72 при этом приварена по всему периметру сварным швом 74 к выпускному трубопроводу 11 с образованием газонепроницаемого соединения. На другом конце соединительная деталь 72 имеет плоскую кольцевую поверхность 76, к которой своей нижней кольцевой поверхностью 62 прилегает уплотнительный фланец 60. Кольцевая поверхность 76 образует тем самым уплотнительную поверхность для посадки уплотнительного фланца 60. На внешней окружности соединительная деталь 72 имеет резьбовой участок 78.

На присоединительную часть 13 надета перемещаемая по ней накидная гайка 80 с внутренней резьбой 81 и внутренней кольцевой поверхностью 82. Внутренняя резьба 81 навинчивается на резьбовой участок 78 соединительной детали 72, при этом внутренняя кольцевая поверхность 82 придавливается к верхней кольцевой поверхности 81 уплотнительного фланца 60. В результате затяжки накидной гайки 80 нижняя кольцевая поверхность 62 уплотнительного фланца 60 плотно прижимается к образующей уплотнительную поверхность кольцевой поверхности 76 соединительной детали 72. Благодаря этому достигается газонепроницаемое соединение газового датчика 10 с выпускным трубопроводом 11.

Однако газовый датчик 10 можно закрепить на выпускном трубопроводе 11 также с помощью иных крепежных средств. Например, крепление можно осуществлять с помощью полого винта, имеющего на наружной стороне резьбу, которой он ввинчивается во внутреннюю резьбу соединительной детали 72, причем уплотнительная поверхность для посадки уплотнительного фланца 60 должна быть снабжена дополнительной кольцевой поверхностью внутри соединительной детали 72. Между соединительной деталью 72 и полым винтом также можно предусмотреть переходник, причем в этом случае газовый датчик 10 опирается уплотнительным фланцем 60 на кольцевую уплотнительную поверхность переходника, а последний другой кольцевой уплотнительной поверхностью опирается на кольцевую поверхность соединительной детали 72.

Использование: для определения содержания кислорода в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: предложен датчик для определения содержания кислорода с герметично закрепленным в металлическом корпусе чувствительным элементом и с расположенным на корпусе уплотнительным фланцем, который опирается на образованную на выпускном трубопроводе системы выпуска отработавших газов уплотнительную поверхность. На корпус надета с возможностью перемещения по нему накидная гайка, ввинчиваемая в резьбу предусмотренного на выпускном трубопроводе отверстия и прижимающая уплотнительный фланец к уплотнительной поверхности. Корпус имеет отдельную часть, расположенную с газоаналитической стороны датчика, и отдельную часть, расположенную со стороны контактных выводов датчика, причем уплотнительный фланец предусмотрен на той части корпуса, которая расположена со стороны контактных выводов датчика, и сформован из материала этой части корпуса. Техническим результатом изобретения является устранение вероятности разгерметизации корпуса, возникающей при обжатии материала корпуса. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Датчик, в частности, для определения содержания кислорода в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, с закрепленным в корпусе чувствительным элементом, с выполненным на корпусе уплотнительным фланцем, который в смонтированном положении опирается на уплотнительную поверхность, и с крепежным элементом, установленным на корпусе с возможностью перемещения по нему и ввинчиваемым в снабженное резьбой отверстие, при этом крепежный элемент прижимает уплотнительный фланец к уплотнительной поверхности, отличающийся тем, что корпус 14 состоит из отдельной части 12, расположенной с газоаналитической стороны датчика, и отдельной части 13, расположенной со стороны контактных выводов датчика, и что уплотнительный фланец 60 предусмотрен на той части 13 корпуса, которая расположена со стороны контактных выводов датчика. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что уплотнительный фланец 60 сформован из материала той части 13 корпуса, которая расположена со стороны контактных выводов датчика. 3. Датчик по п.1 или 2, отличающийся тем, что уплотнительный фланец 60 изготовлен ротационной ковкой. 4. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что предусмотрена соединительная деталь 72, герметично окружающая отверстие 70, и что уплотнительная поверхность выполнена на соединительной детали 72 в виде плоской кольцевой поверхности 76.