ДАТЧИК Российский патент 2003 года по МПК G01N27/407 

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к датчику прежде всего для определения содержания кислорода в отработавших газах (ОГ) двигателей внутреннего сгорания, согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Из ЕР 624791 A1 (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 буртик. Газовый датчик вставляется в отверстие трубопровода системы выпуска ОГ, при этом 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.

Преимущества изобретения
Преимущество предлагаемого в изобретении решения согласно отличительным признакам, указанным в главном пункте формулы изобретения, в сравнении с известным состоит в том, что уплотнительный буртик является абсолютно газонепроницаемым, а наклонно расположенные уплотняющие поверхности обеспечивают абсолютно газонепроницаемую плотную посадку датчика на выпускном трубопроводе. Кроме того, выполнение уплотнительного буртика полым создает дополнительный пружинящий эффект, также способствующий повышению уплотняющего эффекта этого буртика.

Предпочтительные варианты указанного в п.1 формулы изобретения датчика представлены в зависимых пунктах формулы изобретения. Так, например, согласно особо предпочтительному варианту уплотняющие поверхности предлагается выполнять с наклоном в 10-30^o, предпочтительно в 20^o. Преимущество расположения уплотнительного буртика, если смотреть с газоаналитической стороны датчика, за уплотнительным устройством для чувствительного элемента состоит в упрощении сборки датчика. При такой конструкции сначала можно оснастить чувствительный элемент керамическими деталями уплотнительного устройства. После этого на снабженный уплотнительным устройством чувствительный элемент надевают корпус. Кроме того, на выпускном трубопроводе целесообразно установить соединительную деталь, имеющую на торце уплотнительную поверхность для посадки уплотнительного буртика.

Чертежи
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - продольный разрез вставленного в выпускной трубопровод датчика и
на фиг. 2 - детальное изображение корпуса датчика по фиг.1 в продольном разрезе.

Пример выполнения изобретения
Датчик 10, например электрохимический кислородный датчик, вставлен в выпускной трубопровод 11 и имеет металлический корпус 13, в котором расположен плоский чувствительный элемент 15, 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").

Корпус 13 представляет собой открытый с обеих сторон трубчатый элемент 20, имеющий расположенный со стороны контактных выводов датчика или его присоединений концевой участок 21 (далее по тексту "присоединительный концевой участок корпуса") и расположенный с газоаналитической стороны датчика концевой участок 22 (далее по тексту "газоаналитический концевой участок корпуса"), а также внутреннюю стенку 23 и наружную стенку 24. Кроме того, трубчатый элемент 20 имеет проходящий радиально по всему его периметру уплотнительный буртик 25, образованный верхним кольцевым элементом 26 с верхней наклоненной вниз уплотняющей поверхностью 26а и нижним кольцевым элементом 27 с нижней наклоненной вверх уплотняющей поверхностью 27а. Обе уплотняющие поверхности 26а и 27а образуют с плоскостью, проходящей под прямым углом к продольной оси трубчатого элемента 20 (фиг.2), угол α, равный, например, 20^o. Уплотнительный буртик 25 со сходящимися кольцевыми элементами 26, 27 выполнен таким образом, что внутри корпуса 13 между кольцевыми элементами 26, 27 образуется полость 29. Благодаря этому оба кольцевых элемента 26, 27 действуют по типу пружинных элементов тарельчатой пружины, повышая тем самым уплотняющий эффект уплотняющих поверхностей 26а, 27а. С газоаналитической стороны перед уплотнительным буртиком 25 на внутренней стенке 23 сформована кольцевая поверхность 28, которая служит упорной поверхностью для описанного ниже уплотнительного устройства 30. Благодаря такой конструкции уплотнительный буртик 25 расположен, если смотреть с газоаналитической стороны датчика, за уплотнительным устройством 30 и тем самым сравнительно далеко отстоит от выпускного трубопровода 11.

Для формирования уплотнительного буртика 25 трубчатый элемент 20 сначала, например, подвергают осаживанию, в результате чего на этом трубчатом элементе 20 образуется скругленный выступ. Затем этот выступ обрабатывают, например, с использованием технологии ротационной ковки таким образом, чтобы получить обе расположенные наклонно уплотняющие поверхности 26а, 27а. Однако уплотнительный фланец 25 можно экономично изготавливать и по другим технологиям, например волочением с последующим осаживанием.

Размещенное в корпусе 13 уплотнительное устройство 30 состоит, например, из керамической фасонной детали 31, расположенной ближе к газоаналитической стороне датчика, керамической фасонной детали 32, расположенной ближе к присоединительной стороне датчика, и уплотнительного элемента 33, расположенного между ними. Керамические фасонные детали 31 и выполнены, например, из Аl₂O₃ и имеют по сквозному отверстию для чувствительного элемента 15, которые подробно не рассматриваются. Уплотнительный элемент 33 выполнен, например, из стеатита, также снабжен сквозным отверстием для чувствительного элемента 15 и вставляется в соответствующую часть корпуса в предварительно спрессованном или сжатом состоянии. При сборке на уплотнительное устройство 30 сначала насаживают корпус 13 до тех пор, пока кольцевая поверхность 28 не упрется в керамическую фасонную деталь 32, расположенную ближе к присоединительной стороне датчика. После этого с газоаналитической стороны датчика воздействуют пуансоном на керамическую фасонную деталь 31, расположенную ближе к газоаналитической стороне датчика, с таким прижимным усилием, чтобы в определенной степени сплющить предварительно сжатый уплотнительный элемент 33, в результате чего порошковые компоненты этого уплотнительного элемента прижимаются и к чувствительному элементу 15, и к внутренней стенке 23. В процессе приложения прижимного усилия к фасонной детали 31, расположенной ближе к газоаналитической стороне датчика, одновременно обжимают газоаналитический концевой участок 22 трубчатого элемента 20 с образованием по его окружности кольцевой канавки 35 с обращенным радиально внутрь выступом в том месте, где находится конец указанной керамической фасонной детали 31. Этот выступ удерживает расположенную ближе к газоаналитической стороне датчика керамическую фасонную деталь 31 в прижатом к уплотнительному элементу 33 положении.

На газоаналитическом концевом участке 22 чувствительный элемент 15 выступает из корпуса 13 и заключен в этом месте, например, в сдвоенную защитную трубку 40 (так называемая система "трубка в трубке"). Эта сдвоенная защитная трубка 40 вставлена в газоаналитический концевой участок 22 корпуса 13 и соединена в этом месте с последним круговым сварным швом 41. В сдвоенной защитной трубке 40 имеются отверстия 42 для впуска и выпуска отработавшего/анализируемого газа. В рассматриваемом варианте выполнения сдвоенная защитная трубка 40 выполнена цельной.

Присоединительный концевой участок 21 корпуса 13 имеет сужающийся участок 45 с отверстием 46. В это отверстие 46 вварена, например, металлическая трубка 47. Через эту трубку 47 пропущены соединительные провода 48, подсоединяемые к чувствительному элементу 15. Соединительные провода 48 соединены с контакт-деталями 49, контактирующими с подробно не показанными контактными выводами, расположенными на присоединительном участке 18 чувствительного элемента 15. Подключение чувствительного элемента 15 можно осуществлять, например, с помощью зажимов или путем неразъемного соединения с использованием присадочного материала. Кабельный вывод через отверстие 46 может быть выполнен также из термостойкого политетрафторэтилена.

Для крепления датчика 10 в выпускном трубопроводе 11 предусмотрено отверстие 60, в которое вварена цилиндрическая соединительная деталь 62, имеющая плоскую кольцевую поверхность 63 и резьбовой участок 64. К кольцевой поверхности 63 прилегает нижняя уплотняющая поверхность 27а уплотнительного буртика 25. На корпус 13 надета перемещаемая по нему накидная гайка 70 с внутренней резьбой 71 и внутренней кольцевой поверхностью 72. При сборке накидная гайка 70 навинчивается на соединительную деталь 62. В результате затяжки накидной гайки уплотнительный буртик 25 плотно прижимается к кольцевой поверхности 63. Кольцевая поверхность 63 образует тем самым уплотнительную поверхность для посадки уплотнительного буртика 25.

Однако датчик 10 можно крепить на выпускном трубопроводе 11 и 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 62, при этом уплотнительная поверхность для посадки уплотнительного буртика 25 должна быть снабжена дополнительной кольцевой поверхностью внутри соединительной детали 62. Между соединительной деталью 62 и полым винтом также можно предусмотреть переходник, причем в этом случае датчик 10 будет опираться уплотнительным буртиком 25 на кольцевую уплотнительную поверхность переходника, а последний другой своей кольцевой уплотнительной поверхностью будет опираться на кольцевую поверхность соединительной детали 62.

Использование: для определения содержания кислорода в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания. Технический результат заключается в устранении возможности разгерметизации корпуса, возникающей при обжатии материала корпуса. Сущность: датчик содержит закрепленный в металлическом корпусе чувствительный элемент и сформованный на корпусе уплотнительный буртик, который опирается на образованную на выпускном трубопроводе системы выпуска отработавших газов уплотнительную поверхность. Уплотнительный буртик имеет два отформованных на корпусе и выступающих из него кольцевых элемента, каждый из которых имеет по наклонно расположенной уплотняющей поверхности, при этом между обоими кольцевыми элементами внутри корпуса образована полость. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Датчик, прежде всего для определения содержания кислорода в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, с закрепленным в корпусе чувствительным элементом, со сформованным на корпусе за одно целое с ним уплотнительным буртиком, который в смонтированном положении опирается на уплотнительную поверхность, выполненную на торце соединительной детали, установленной на выпускном трубопроводе, и с крепежным элементом, с помощью которого корпус крепится на выпускном трубопроводе, отличающийся тем, что уплотнительный буртик (25) образован двумя отформованными на корпусе (13) и выступающими из него кольцевыми элементами (26, 27), каждый из которых имеет по наклонно расположенной уплотняющей поверхности (26а, 27а), и между обоими этими кольцевыми элементами (26, 27) внутри корпуса (13) образована полость (29). 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что уплотняющие поверхности (26а, 27а) образуют с плоскостью, проходящей под прямым углом к продольной оси трубчатого корпуса (13), угол α, равный 10-30^o, предпочтительно 20^o. 3. Датчик по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в корпусе (13) расположено уплотнительное устройство (30) для чувствительного элемента (15), а уплотнительный буртик (25) расположен, если смотреть с газоаналитической стороны датчика, за этим уплотнительным устройством (30). 4. Датчик по п. 3, отличающийся тем, что на корпусе (13) выполнены одна расположенная на удалении от газоаналитической стороны датчика и одна расположенная ближе к газоаналитической стороне датчика кольцевые поверхности (28, 35), между которыми запрессовано уплотнительное устройство (30). 5. Датчик по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что соединительная деталь (62) герметично охватывает выполненное в выпускном трубопроводе (11) отверстие (60).