專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的爆震傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的爆震傳感器。
背景技術(shù)：
一種在前提出的非共振爆震傳感器(在下文中簡(jiǎn)稱為爆震傳感器)具有螺栓接收孔，該爆震傳感器通過該螺栓接收孔利用通過螺栓接收孔接收的螺栓安裝到內(nèi)燃機(jī)的氣缸體(例如，參見 JP2002-055013A)。參照?qǐng)D4，這種爆震傳感器具有底座(支撐元件)101，其由鐵基金屬制成并構(gòu)造為圓柱管狀形式。螺栓通過底座101的螺栓接收孔102接收，并與形成在內(nèi)燃機(jī)的安裝座中的螺紋孔螺紋嚙合。底座101包括套筒103，其構(gòu)造為圓柱管狀形式并設(shè)置圍繞螺栓。構(gòu)造為環(huán)狀形式的凸緣104形成在套筒103的端部，以致凸緣104沿著垂直于套筒103的軸向方向的徑向方向徑向地向外延伸。由金屬制成并與重物106 —體形成的螺母107螺紋地嚙合套筒103的公螺紋105。重物6按壓(推動(dòng))安裝到套筒103并圍繞套筒103的外周部的傳感器主體。傳感器主體包括壓電元件109、兩個(gè)電極板111、112和兩個(gè)介電板(絕緣板)113、114。壓電兀件109構(gòu)造為環(huán)狀形式并向外輸出對(duì)應(yīng)于內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)的傳感器輸出信號(hào)(電壓信號(hào))。電極板111重疊并接觸壓電元件109的一端部。電極板112重疊并接觸與壓電元件109的所述一端部相反的壓電元件109的另一端部。介電板113將重物106和螺母107與電極板111電絕緣。介電板114將底座101的凸緣104與電極板112電絕緣。如上所述，爆震傳感器包括安裝在底座101的凸緣104上的傳感器主體。螺母107與套筒103的公螺紋105螺紋緊配合，以便包括壓電元件109的傳感器主體牢固地夾緊在具有與其一體形成的螺母107的重物106和底座101的凸緣104之間。然后，該組件利用樹脂材料被樹脂模塑，形成樹脂模塑體115。此處，如圖5A和5B所示，底座101具有座表面?zhèn)冉佑|表面121。座表面?zhèn)冉佑|表面121圍繞底座101的螺栓接收孔102的開口形成，以致構(gòu)造為環(huán)狀形式的座表面?zhèn)冉佑|表面121接觸構(gòu)造為環(huán)狀形式并圍繞安裝座的螺紋孔形成的安裝座的座表面(安裝座表面)。構(gòu)造為環(huán)狀形式的座表面?zhèn)让撾x表面122圍繞座表面?zhèn)冉佑|表面121形成，以致間隙形成在座表面?zhèn)让撾x表面122和內(nèi)燃機(jī)的安裝座表面之間。座表面?zhèn)冉佑|表面121從座表面?zhèn)让撾x表面122朝向內(nèi)燃機(jī)的安裝座表面軸向地突起一個(gè)臺(tái)階。從而，環(huán)狀臺(tái)階123形成在座表面?zhèn)冉佑|表面121和座表面?zhèn)让撾x表面122之間。在座表面?zhèn)冉佑|表面121和臺(tái)階123之間的角(邊緣)124的橫截面限定直角(即，90 度)。相反，在座表面?zhèn)让撾x表面122和臺(tái)階123之間的角125的橫截面構(gòu)造為具有圍繞對(duì)應(yīng)中心點(diǎn)的預(yù)定曲率半徑的彎曲凹進(jìn)表面(遠(yuǎn)離內(nèi)燃機(jī)的安裝座表面凹進(jìn)的弓形彎曲表面)。底座101的表面被鍍層(例如，鍍鋅)來提高底座101的表面的防銹性和防腐蝕性。
具有上述結(jié)構(gòu)(底座包括具有直角的角)的爆震傳感器利用螺栓固定到內(nèi)燃機(jī)的氣缸體。此后，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的氣缸體的振動(dòng)通過底座101傳導(dǎo)到壓電元件109時(shí)，具有對(duì)應(yīng)于內(nèi)燃機(jī)氣缸體振動(dòng)的波形的爆震傳感器輸出信號(hào)(電壓信號(hào))從壓電兀件109向外輸出。為了限制利用爆震傳感器對(duì)內(nèi)燃機(jī)的爆震的錯(cuò)誤感知并從而提高爆震感知精確度，期望的是爆震傳感器的輸出電壓在特定頻率范圍內(nèi)(尤其在高頻率范圍內(nèi))不變得顯著大,并且爆震傳感器的輸出電壓相對(duì)于振動(dòng)頻率大致變平。為了從爆震傳感器獲得穩(wěn)定的輸出電壓，S卩，相對(duì)于振動(dòng)頻率大致平的輸出電壓，需要利用螺栓將爆震傳感器固定到內(nèi)燃機(jī)，而不能不完全地將爆震傳感器安裝到內(nèi)燃機(jī)氣缸體的安裝座表面(例如，不能相對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的安裝座表面傾斜爆震傳感器的底座101的下表面，更具體地是底座101的凸緣104的座表面?zhèn)冉佑|表面121)。但是，在JP2002-055013A的爆震傳感器中，形成安裝到內(nèi)燃機(jī)的安裝座表面的安裝表面的機(jī)殼由鐵制成。為了提高防銹性和防腐蝕性，鍍鋅層(涂層)126形成在機(jī)殼的表面上。更進(jìn)一步地，在底座101的座表面?zhèn)冉佑|表面121和臺(tái)階123之間的角124的橫截面限定直角。即，底座101的座表面?zhèn)冉佑|表面121的角限定直角。因此，在鍍鋅層126形成在底座101的座表面?zhèn)冉佑|表面121上的情況下，形成在座表面?zhèn)冉佑|表面121和臺(tái)階123之間的角124上的鍍鋅層126形成朝向內(nèi)燃機(jī)氣缸體的安裝座表面突起的突起。即，鍍鋅層126的突起形成在底座101的角124處。當(dāng)施加在底座101的表面上的鍍鋅層126的部分突起時(shí)，內(nèi)燃機(jī)氣缸體的安裝座表面和底座101的座表面?zhèn)冉佑|表面121不能準(zhǔn)確地彼此匹配，以致爆震傳感器到內(nèi)燃機(jī)氣缸體的安裝座表面的裝配變得不穩(wěn)定。從而，如圖3中虛線所示，出現(xiàn)顯著增加爆震傳感器的輸出信號(hào)(電壓)的現(xiàn)象(共振現(xiàn)象)。因而，在特定頻率范圍(例如，高頻率范圍)內(nèi)在爆震傳感器的輸出電壓中產(chǎn)生異常。即，爆震傳感器的輸出電壓在特定頻率范圍(例如，高頻率范圍)內(nèi)不再是大致平的輸出電壓。因此，在特定頻率范圍(例如，高頻率范圍)內(nèi)，在內(nèi)燃機(jī)中產(chǎn)生的振動(dòng)可能被爆震傳感器錯(cuò)誤地感知為爆震振動(dòng)，并因而爆震傳感器的爆震感知范圍被不利地變窄。在此，可以想象，通過將底座101的基金屬從鐵基金屬改變到銅基金屬而取消鍍鋅層126的應(yīng)用來避免鍍鋅層126的突起。但是，利用銅基金屬替代具有鍍鋅層126的鐵基金屬將造成成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本公開克服了以上缺陷。因而，本公開的一個(gè)目的是提供一種爆震傳感器，其通過改進(jìn)從爆震傳感器向外輸出的輸出信號(hào)而具有感知內(nèi)燃機(jī)的爆震的改進(jìn)的感知精確度。本公開的另一個(gè)目的是提供一種爆震傳感器，其能夠通過提高爆震傳感器的感知精確度來擴(kuò)大爆震傳感器的爆震感知范圍，以致爆震傳感器能夠感知整個(gè)寬頻率范圍的爆震。更進(jìn)一步地，本公開的另一個(gè)目的是提供一種爆震傳感器，其能夠通過減小在特定頻率范圍內(nèi)輸出信號(hào)的振動(dòng)來減小或最小化從爆震傳感器向外輸出的輸出信號(hào)中的異堂
巾O根據(jù)本公開，提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的爆震傳感器。爆震傳感器包括傳感器主體和傳感器支撐體。傳感器主體包括壓電兀件。壓電兀件響應(yīng)從內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)輸出信號(hào)。傳感器支撐體構(gòu)造為管狀形式并支撐傳感器主體。傳感器支撐體具有螺栓接收孔，其穿過傳感器支撐體延伸并接收螺栓來利用螺栓固定傳感器支撐體倚靠?jī)?nèi)燃機(jī)座表面。防銹或防腐蝕的保護(hù)涂層形成在傳感器支撐體的整個(gè)表面上。傳感器支撐體包括接觸表面、脫離表面和臺(tái)階。接觸表面圍繞螺栓接收孔的開口的外周邊緣圓周向延伸并接觸內(nèi)燃機(jī)的座表面。脫離表面沿接觸表面圓周向延伸。脫離表面遠(yuǎn)離接觸表面軸向地凹進(jìn)并在脫離表面和內(nèi)燃機(jī)的座表面之間限定間隙。臺(tái)階徑向地放置在接觸表面和脫離表面之間并沿接觸表面和脫離表面圓周向延伸。在接觸表面和臺(tái)階之間的角的表面是彎曲的或限定鈍角。


下文所述附圖僅僅用于說明目的，并無論如何不用來限定本公開的范圍。圖1是根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例安裝到內(nèi)燃機(jī)氣缸體的爆震傳感器的剖視圖；圖2A是圖1中區(qū)域IIA的局部放大視圖；圖2B是圖2A中區(qū)域IIB的局部放大視圖；圖3是示出了對(duì)于本實(shí)施例的爆震傳感器和現(xiàn)有技術(shù)的爆震傳感器中的每個(gè)，輸出電壓和振動(dòng)頻率之間的關(guān)系的圖表；圖4是現(xiàn)有技術(shù)的爆震傳感器的剖視圖；圖5A是圖4中區(qū)域VA的放大剖視圖；以及圖5B是圖5A中區(qū)域VB的放大剖視圖。
具體實(shí)施例方式將參照?qǐng)D1-3說明本公開的一個(gè)實(shí)施例。圖1-2B示出了本實(shí)施例的爆震傳感器的安裝結(jié)構(gòu)。圖3示出了爆震傳感器的振動(dòng)頻率和輸出電壓之間的關(guān)系。本實(shí)施例的爆震感知裝置包括非共振爆震傳感器和內(nèi)燃機(jī)控制設(shè)備(下文中稱為ECU的電子控制單元)。ECU基于響應(yīng)從內(nèi)燃機(jī)100產(chǎn)生的振動(dòng)從爆震傳感器輸出的爆震傳感器輸出信號(hào)(諸如電壓信號(hào)的電氣信號(hào))來感知內(nèi)燃機(jī)100的爆震。爆震傳感器利用螺栓3緊固到內(nèi)燃機(jī)100的氣缸體I的安裝座表面2。螺栓3是緊固件，其通過將螺栓3擰緊到內(nèi)燃機(jī)100的氣缸體I而將爆震傳感器固定到氣缸體I的安裝座表面2。爆震傳感器包括傳感器主體10、底座(傳感器支撐體)5、重物6和傳感器連接器7。傳感器主體10包括鋯鈦酸鉛(PZT)元件4，其向諸如ECU和電源電路的也稱為外部電路的外部設(shè)備輸出對(duì)應(yīng)于內(nèi)燃機(jī)10的振動(dòng)的爆震傳感器輸出信號(hào)。底座5構(gòu)造為圓柱管狀形式并支撐傳感器主體10。重物6和底座5夾緊其間的傳感器主體10。傳感器連接器7將PZT元件4電連接到外部設(shè)備。底座5包括套筒11和凸緣12。套筒11構(gòu)造為沿著對(duì)著內(nèi)燃機(jī)3氣缸體I擰緊的螺栓3的擰緊方向(安裝方向)線性地延伸的圓柱管狀形式。螺栓3的擰緊方向與也是傳感器主體10的軸向方向的螺栓3的軸向方向重合。凸緣12構(gòu)造為沿著垂直于螺栓3的擰緊方向(軸向方向)的徑向方向向外延伸的環(huán)形。公螺紋14形成在套筒11的外周表面上。與重物6 —體形成并具有母螺紋的螺母13對(duì)著公螺紋14螺紋地?cái)Q緊。具有圓形橫截面的螺栓接收孔15穿過套筒11和凸緣12形成來軸向地接收螺栓
3。螺栓3具有公螺紋軸部3a，其螺紋地嚙合形成在安裝座表面2中的氣缸體I的螺紋孔(母螺紋孔)2a。因而，本實(shí)施例的爆震傳感器形成中心孔類型的爆震傳感器，其中螺栓接收孔15在傳感器組成部件(例如，傳感器主體10、底座5和重物6)的中心處延伸。以下將說明底座5的細(xì)節(jié)。傳感器主體10包括作為它的主要部件的PZT元件4。傳感器主體10還包括第一電極板(也稱為第一電極)21、第二電極板(也稱為第二電極)22、第一介電板(也稱為第一絕緣板或第一絕緣元件)23和第二介電板(也稱為第二絕緣板或第二絕緣元件)24。PZT元件4由能夠產(chǎn)生壓電效應(yīng)的材料(鋯鈦酸鉛)制成。代替PZT元件4，可以替換地設(shè)置由能夠產(chǎn)生壓電效應(yīng)的其它類型材料制成的其它類型的壓電元件，例如這種材料可以是陶瓷(例如鈦酸鋇)、結(jié)晶材料(例如，石英)或有機(jī)材料(例如，聚偏二氟乙烯)。PZT元件4放置在圖1中底座5的凸緣12的上端面(上表面)側(cè)。PZT元件4是感知元件(測(cè)量元件)，其感知從氣缸體I通過底座5傳送到PZT元件4的軸向振動(dòng)并輸出對(duì)應(yīng)于所感知振動(dòng)的對(duì)應(yīng)爆震傳感器輸出信號(hào)(電壓信號(hào))。第一電極板21是放置來接觸PZT元件4的一個(gè)軸向端部(一個(gè)軸向端面)的電極。因而，第一電極板21電連接到PZT元件4的該一個(gè)軸向端部。第二電極板22是放置來接觸與PZT元件4的該一個(gè)軸向端部相反的PZT元件4的另一個(gè)軸向端部(另一個(gè)軸向端面)的電極。因而，第二電極板22電連接到PZT元件4的另一個(gè)軸向端部。第一介電板23是構(gòu)造為環(huán)形片形式并放置來接觸第一電極板21并在重物6和第一電極板21之間電絕緣的介電體(絕緣體，介電片)。第二介電板24是構(gòu)造為環(huán)狀片形式并放置來接觸第二電極板22并在底座5的凸緣12和第二電極板22之間電絕緣的介電體(絕緣體，介電片)。重物6構(gòu)造為環(huán)狀形式并由鐵基金屬(例如，碳鋼)制成。重物6構(gòu)造為環(huán)狀形式，例如通過鑄造工藝、鍛造工藝、加壓工藝、切削工藝和研磨工藝。參照?qǐng)D1，構(gòu)造為環(huán)狀形式的螺母13與重物6的上部一體形成。螺母13的內(nèi)周表面具有與形成在底座5的套筒11中的公螺紋14螺紋嚙合的母螺紋。螺母13具有多邊形橫截面(例如，六邊形橫截面)。換句話說，螺母13的外周表面構(gòu)造為多邊形形式(例如，六邊形形式)。因此，螺母13能夠利用工具(例如，扳手)通過對(duì)著底座5的套筒11的公螺紋4螺紋地?cái)Q緊螺母13的母螺紋來牢固地固定到底座5的套筒11。設(shè)置重物6來通過夾緊重物6和凸緣12之間的PZT元件4對(duì)PZT元件4施加負(fù)載。重物6具有位于底座5的凸緣12的上端面所定位的軸向側(cè)的相對(duì)部(圖1中下端部)。凸緣12的上端面位于與內(nèi)燃機(jī)100軸向相反更具體地與內(nèi)燃機(jī)00的氣缸體I的安裝座表面2軸向相反的軸向側(cè)。重物6的相對(duì)部與底座5的凸緣12的上端面軸向相對(duì)。在下文中，凸緣12的上端面也可以簡(jiǎn)單地稱為凸緣12的上表面。重物6的相對(duì)部與凸緣12的上端面軸向地間隔預(yù)定軸向距離。在此,重物6放置在第一電極板21的上表面上,其是第一電極板21的沿著第一電極板21的厚度方向，即沿著底座5的軸向方向的一個(gè)端面。重物6構(gòu)造為圓周向圍繞套筒11的外周部的環(huán)狀形式(或圓柱管狀形式)。傳感器連接器7包括第一和第二傳感器端子(第一和第二導(dǎo)電體)61、62以及樹脂模塑體32。第一和第二端子61、62通過多個(gè)導(dǎo)電線(例如，線束)電連接到例如為外部電路的ECU的A/D轉(zhuǎn)換器電路和電源電路。樹脂模塑體32保持第一和第二傳感器端子61、62的每個(gè)的傳感器導(dǎo)線51、52。傳感器連接器7的樹脂模塑體32包括在樹脂模塑體32中一體形成的樹脂填充部
33、連接器外殼34、端子接收部(導(dǎo)體接收部)35和傳感器覆蓋部36。樹脂填充部33構(gòu)造為圓柱管狀形式。連接器外殼34構(gòu)造為四邊形管形式(例如，矩形或方形管形式)。連接器外殼34的罩部沿著配合方向(連接方向)延伸，連接器外殼34沿該配合方向配合到即連接到與外部電路連接的對(duì)應(yīng)外部連接器。端子接收部35是保持第一和第二傳感器端子61、62的傳感器導(dǎo)線51、52的部分。傳感器覆蓋部36是覆蓋底座5的套筒I的外周部和傳感器主體10的外周部的部分。第一和第二傳感器端子61、62通過利用模塑材料(例如，具有介電特性的合成樹月旨)插入模塑而牢固地保持在樹脂模塑體32的端子接收部35中。第一傳感器端子61包括第一電極板21和傳感器導(dǎo)線51。第一電極板21重疊并接觸位于軸向方向(PZT元件4的按壓方向)的一個(gè)軸向端側(cè)上的PZT元件4的一個(gè)軸向端部(一個(gè)軸向端面)。第一傳感器端子61的傳感器導(dǎo)線51從第一電極板21徑向向外延伸。第一傳感器端子61的傳感器導(dǎo)線51是連接到外部電路的第一端子部。第二傳感器端子62包括第二電極板22和傳感器導(dǎo)線52。第二電極板22重疊并接觸位于軸向方向(PZT元件4的按壓方向)的另一端側(cè)上的PZT元件4的另一個(gè)軸向端部(另一個(gè)軸向端面)。第二傳感器端子62的傳感器導(dǎo)線52從第二電極板22徑向向外延伸。第二傳感器端子62的傳感器導(dǎo)線52是連接到外部電路的第二端子部。第一傳感器端子61的傳感器導(dǎo)線51和第二傳感器端子62的傳感器導(dǎo)線52插入模塑在樹脂模塑體32的端子接收部35中。更進(jìn)一步地，第一傳感器端子61的傳感器導(dǎo)線51的遠(yuǎn)端部和第二傳感器端子62的傳感器導(dǎo)線52的遠(yuǎn)端部暴露在形成于樹脂模塑體32的連接器外殼34的內(nèi)部中的內(nèi)部空間中。第一傳感器端子61的傳感器導(dǎo)線51和第二傳感器端子62的傳感器導(dǎo)線52通過電阻器(阻抗元件)37彼此電連接。PZT元件4、第一和第二電極板21、22以及第一和第二介電板23、24分別構(gòu)造為圓周向延伸并圍繞底座5的套筒11的外周部并位于底座5的套筒11的徑向外側(cè)的環(huán)狀形式(或者圓柱管狀形式)。第一介電板23、第一電極板21、PZT兀件4、第二電極板22和第二介電板24按照這個(gè)順序從重物6側(cè)沿著軸向方向依次布置并夾緊在底座5的凸緣12和重物6的相對(duì)部之間。通過調(diào)整重物6與底座5的套筒11的公螺紋14的螺紋嚙合量(通過調(diào)整嚙合位置)，調(diào)整施加到夾緊在底座5的凸緣12和重物6的相對(duì)部之間的第一介電板23、第一電極板
21、PZT元件4、第二電極板22和第二介電板24的負(fù)載量。底座5、PZT兀件4、重物6、第一和第二電極板21、22以及第一和第二介電板23、24的外周部覆蓋有樹脂模塑體32的傳感器覆蓋部36。多個(gè)徑向凹槽(徑向延伸的凹槽或交叉凹槽)39形成在重物6的下表面(重物6的位于PZT元件4側(cè)的環(huán)狀端面)，以便在重物6的內(nèi)周部和外周部之間徑向地連通。因而，在模塑工藝中，形成樹脂模塑體32的模塑樹脂材料也填充徑向地限定在傳感器主體10(包括PZT元件)和重物6的內(nèi)周部與套筒11的外周表面之間的圓筒形間隙，以便形成樹脂填充部33。在此，本實(shí)施例的非共振爆震傳感器在安裝后使用，以致由鐵基金屬(例如，碳鋼)制成的底座5的下表面接觸內(nèi)燃機(jī)100的氣缸體I的安裝座表面2。按照這種方式，底座5電連接到氣缸體I。更進(jìn)一步地，直接安裝到底座5的套筒11的重物6通過底座也電連接到氣缸體I。因此，在本實(shí)施例的非共振爆震傳感器中，通過使用為傳感器主體10的部件的第一和第二介電板23、24, PZT兀件4以及第一和第二電極板21、22與支撐傳感器主體10 (包括PZT元件4)的底座5和施加負(fù)載到PZT元件4的重物6都電絕緣。在此，第一介電板23在重物6和第一電極板21之間電絕緣，并且第二介電板24在底座5的凸緣12和第二電極板22之間電絕緣。具有介電特性的模塑材料(樹脂填充部33)填充徑向地限定在傳感器主體10 (包括PZT元件4)和重物6的內(nèi)周部與套筒11的外周表面之間的圓筒形間隙。因而，模塑材料(樹脂填充部33)限制PZT元件4以及第一和第二電極板21、22電連接到底座5的套筒11。再者，將參照?qǐng)D1-3說明本實(shí)施例的底座5的細(xì)節(jié)。底座5構(gòu)造為圓柱管狀形式并由鐵基金屬(例如，碳鋼)制成。底座5包括套筒11和凸緣12。與螺母13的母螺紋螺紋嚙合的公螺紋14形成在套筒11的外周表面內(nèi)。螺栓接收孔15形成來穿過套筒11延伸。構(gòu)造為環(huán)狀形式的座表面16形成在套筒11的一個(gè)軸向端面內(nèi)。座表面16圍繞套筒11的螺栓接收孔15的開口圓周向延伸。螺栓3的頭部坐靠座表面16。重物6、第一介電板23、第一電極板21、PZT元件4、第二電極板22和第二介電板24按照這個(gè)順序從套筒11的一個(gè)軸向端側(cè)朝向另一個(gè)軸向端側(cè)(即，從圖1中的上側(cè)到下偵D裝配到套筒11的外周部。在底座5中，為了增加樹脂模塑體32和底座5之間的接觸緊密性，底座5具有多個(gè)圓周凹槽17和多個(gè)圓周凹槽18。圓周凹槽17在套筒11的一個(gè)軸向端部(圖1中底座5的上端部)的外周表面中徑向地向內(nèi)凹進(jìn)，并且圓周凹槽18在凸緣12 (圖1中底座5的下端部)的外周表面中徑向地向內(nèi)凹進(jìn)。底座5的凸緣12設(shè)在套筒11的另一個(gè)軸向端部中。底座底部表面(以下稱為底座5的下表面)形成在位于氣缸體I的安裝座表面2所定位的那側(cè)上的凸緣12的下端面中。底座5的下表面包括座表面?zhèn)冉佑|表面41和座表面?zhèn)让撾x表面42。座表面?zhèn)冉佑|表面41構(gòu)造為環(huán)狀形式并接觸氣缸體I的安裝座表面2。更具體地，座表面?zhèn)冉佑|表面41圍繞螺栓接收孔15的開口的周邊邊緣圓周向延伸并接觸安裝座表面2。座表面?zhèn)让撾x表面42構(gòu)造為環(huán)狀形式并限定在座表面?zhèn)让撾x表面42和氣缸體I的安裝座表面2之間的小環(huán)狀間隙(微小間隙)。具體地，座表面?zhèn)让撾x表面42沿座表面?zhèn)冉佑|表面41圓周向延伸。座表面?zhèn)让撾x表面42遠(yuǎn)離座表面?zhèn)冉佑|表面41軸向地凹進(jìn)并限定在座表面?zhèn)让撾x表面42和安裝座表面2之間的間隙。環(huán)狀臺(tái)階43徑向地設(shè)置在座表面?zhèn)冉佑|表面41和座表面?zhèn)让撾x表面42之間并沿底座5中的座表面?zhèn)冉佑|表面41和座表面?zhèn)让撾x表面42圓周向延伸。具有預(yù)定涂層厚度(例如，10 μ m)的防銹防腐蝕保護(hù)涂層(鍍鋅層)8施加在底座5的整個(gè)表面上，以便提高作為底座5的基本金屬的鐵基金屬的防銹性和防腐蝕性。座表面?zhèn)冉佑|表面41沿螺栓接收孔15的開口的周邊邊緣(圓周邊緣)形成。座表面?zhèn)冉佑|表面41形成為平面表面，當(dāng)螺栓3的公螺紋軸部3a緊固地?cái)Q入氣缸體I的母螺紋孔2a時(shí)，座表面?zhèn)冉佑|表面41與氣缸體I的安裝座表面2面對(duì)面接觸。座表面?zhèn)冉佑|表面41從座表面?zhèn)让撾x表面42朝向氣缸體I的安裝座表面2軸向地突起一個(gè)臺(tái)階。座表面?zhèn)冉佑|表面41具有比螺栓3頭部的外徑略微大的外徑。形成座表面?zhèn)让撾x表面42來在座表面?zhèn)冉佑|表面41的徑向外側(cè)上圓周向圍繞座表面?zhèn)冉佑|表面41。座表面?zhèn)让撾x表面42從座表面?zhèn)冉佑|表面41朝向與安裝座表面2軸向相反的那側(cè)軸向地凹進(jìn)一個(gè)臺(tái)階。座表面?zhèn)让撾x表面42具有比螺栓3頭部的外徑略微大的內(nèi)徑。本實(shí)施例的底座5例如通過鑄造工藝、鍛造工藝、切削工藝和研磨工藝中的一種或多種來形成具有套筒11、凸緣12、座表面?zhèn)冉佑|表面41、座表面?zhèn)让撾x表面42和臺(tái)階43。在座表面?zhèn)冉佑|表面41和臺(tái)階43之間的角44被弓形倒角來形成彎曲突起表面(向外朝向安裝座表面2突起的弓形彎曲表面)。即，形成在底座5的座表面?zhèn)冉佑|表面41和臺(tái)階43之間的角44的橫截面區(qū)域被弓形彎曲(形成具有預(yù)定曲率半徑R (例如Φ0.5mm或更大)的弓形彎曲表面)，以便能夠限制鍍鋅層8的隆起，即突起。再者，將說明根據(jù)本實(shí)施例的爆震傳感器的制造方法。首先，鍛造諸如碳鋼的鐵基金屬來形成鍛塊，由鍛塊制成支撐傳感器主體10的底座(傳感器支撐體)5。然后，該鍛塊放入鍛造模具并冷鍛造(或熱鍛造)。按照這種方式，形成具有圓柱管狀套筒11和環(huán)狀凸緣12的鍛造件(基本金屬)。接著，在鍛造件上執(zhí)行切削工藝，以便在套筒11的外周表面形成將螺紋嚙合與重物6 —體形成的螺母13的公螺紋14。在此，應(yīng)該注意，穿過其接收螺栓3的圓形螺栓接收孔15可以通過在鍛造件上執(zhí)行切削工藝(例如，鉆孔工藝)來形成。更進(jìn)一步地，例如通過在圓柱管狀突起(從座表面?zhèn)让撾x表面42朝向內(nèi)燃機(jī)100向下突起的部分)的下表面中實(shí)行切削工藝和/或研磨工藝，在鍛造件的下表面形成座表面?zhèn)冉佑|表面41，所述圓柱管狀突起形成在鍛造件的下表面中并與螺栓接收孔15同心。接著，通過在基本金屬的整個(gè)表面上的電鍍工藝(鍍層工藝)形成具有預(yù)定涂層厚度(鍍層厚度)的鍍鋅層8，所述整個(gè)表面通過切削工藝和/或研磨工藝從鍛造件產(chǎn)生。按照這種方式，形成圓柱管狀底座5。
鍍鋅層8是鍍層，即由鋅或鋅合金制成并具有例如2μπι-30μπι或替換地3 μ m-15 μ m涂層厚度(鍍層厚度)的涂層(分別防銹或防腐蝕的銹保護(hù)涂層或腐蝕保護(hù)涂層)。鍍鋅層8例如可以通過常規(guī)電鍍工藝(電解鍍鋅工藝)來形成。替換地，例如可以通過酸浴(例如，硫酸鹽浴、氨浴、鉀浴)或堿浴(堿性無氰化浴、堿性氰化浴)在底座5的基本金屬上形成鍍鋅層。當(dāng)鍍鋅層的涂層厚度小于2 μ m時(shí)，由鐵基金屬(例如碳鋼)制成的底座(基本金屬)5的防銹性和防腐蝕性不能得到充分保持。更進(jìn)一步地，當(dāng)鍍鋅層的涂層厚度大于30 μ m時(shí)，鍍鋅層8容易被剝落，并且鍍層工藝所需的時(shí)間周期被不利地延長(zhǎng)。在此，鍍鋅層(層)8的表面可以涂有包括能夠比鋅更容易氧化的金屬成分的鉻酸鹽轉(zhuǎn)化涂層。按照這種方式，例如能夠避免鍍鋅層8的腐蝕和褪色。鉻酸鹽涂層可以具有
0.05 μ m-0.18 μ m的涂層厚度并可以通過使用形成三價(jià)鉻酸鹽轉(zhuǎn)化涂層的工作溶液形成。下面，將說明根據(jù)本實(shí)施例的爆震傳感器的組裝工序(組裝方法)。首先，第二介電板24、第二電極板22、PZT元件4、第一電極板21、第一介電板23和重物6按照這個(gè)順序在底座5的凸緣12的上表面(安裝表面)上從下端側(cè)(所述另一個(gè)軸向端側(cè))朝向上端側(cè)(所述一個(gè)軸向端側(cè))堆疊，以便圍繞底座5的套筒11的外周部。這時(shí)，第一傳感器端子61的傳感器導(dǎo)線51和第二傳感器端子62的傳感器導(dǎo)線52通過電阻器37彼此電連接。接著，與重物6 —體形成的螺母13的母螺紋與套筒11的公螺紋14螺紋嚙合，以便傳感器主體10(第二介電板24、第二電極板22、ΡΖΤ兀件4、第一電極板21和第一介電板23)牢固地夾緊在底座5的凸緣12的上表面和重物6的相對(duì)部之間。此后，底座5和傳感器主體10放置在注射成型模具中。然后，模塑樹脂材料注射成型在注射成型模具中，以致模塑樹脂材料覆蓋底座5和傳感器主體10，因而形成樹脂模塑體32。按照這種方式，制造非共振爆震傳感器。在此，如此形成爆震傳感器，以致底座5的下表面(座表面?zhèn)冉佑|表面41、座表面?zhèn)让撾x表面42和臺(tái)階43)從樹脂模塑體32的所述另一個(gè)軸向端面，即內(nèi)燃機(jī)100側(cè)端面(所述另一個(gè)軸向端面，即圖2Α中的下表面45)露出，并且底座5的套筒11的所述一個(gè)軸向端面從樹脂模塑體32的與內(nèi)燃機(jī)100軸向相反的所述一個(gè)軸向端面(圖1中的上端面)露出。按照上述方式制造的爆震傳感器如下安裝到氣缸體I。即，將螺栓3插過延伸穿過傳感器主體10和底座5的螺栓接收孔15。然后，螺栓3的公螺紋軸部3a的公螺紋螺紋擰緊進(jìn)氣缸體I的母螺紋孔2a，以便底座5的下表面(尤其是座表面?zhèn)冉佑|表面41)與氣缸體I的安裝座表面2面對(duì)面地接觸。因而，爆震傳感器固定到氣缸體I。下面，將參照?qǐng)D1-3簡(jiǎn)要地說明根據(jù)本實(shí)施例的爆震傳感器的操作。本實(shí)施例的爆震傳感器通過在軸向方向(擰緊方向，即螺栓3的安裝方向)經(jīng)傳感器主體10和底座5接收的螺栓3固定到內(nèi)燃機(jī)100的氣缸體I的安裝座表面2。在內(nèi)燃機(jī)100中產(chǎn)生的振動(dòng)傳導(dǎo)到安裝到氣缸體I的爆震傳感器的底座5的凸緣12。傳導(dǎo)到底座5的內(nèi)燃機(jī)100的振動(dòng)經(jīng)底座5的套筒11傳導(dǎo)到重物6。
此后，傳導(dǎo)到重物6的內(nèi)燃機(jī)100的振動(dòng)通過重物6放大，然后傳導(dǎo)到PZT元件4。具體地，爆震傳感器如此安裝，以致底座5的下表面接觸氣缸體I的安裝座表面2。按照這種方式，彼此接觸的底座5和重物6隨內(nèi)燃機(jī)100的振動(dòng)一起同步地振動(dòng)。此時(shí)，與內(nèi)燃機(jī)100處產(chǎn)生的振動(dòng)加速度成比例的力施加到PZT元件4。因而，與由振動(dòng)造成的PZT元件4的變形成比例的電壓產(chǎn)生在分別位于PZT元件4的相反軸向側(cè)的第一電極板21和第二電極板22之間。S卩，施加到PZT元件4的應(yīng)力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，即爆震傳感器輸出信號(hào)(電壓信號(hào))。因此，具有類似于內(nèi)燃機(jī)100振動(dòng)波形的波形的電壓信號(hào)通過第一和第二傳感器端子61、62的傳感器導(dǎo)線51、52向外輸出。然后，ECU接收(獲得)從爆震傳感器輸出的電壓信號(hào)。當(dāng)電壓信號(hào)超過預(yù)定值時(shí)，ECU確定爆震振動(dòng)產(chǎn)生在內(nèi)燃機(jī)100中并執(zhí)行火花塞的延遲控制操作和燃料噴射器的噴射定時(shí)控制操作。下面，將說明本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，底座5的下表面的座表面?zhèn)冉佑|表面41和臺(tái)階43之間的角44的橫截面構(gòu)造為具有曲率半徑R的弓形彎曲的突起表面。因而，能夠有利地限制底座5的下表面的角44處的鍍鋅層8的隆起，即突起。按照這種方式，底座5的座表面?zhèn)冉佑|表面41能夠制造為平面表面(平表面)，以便穩(wěn)定爆震傳感器安裝到氣缸體I的安裝座表面2。結(jié)果，能夠限制顯著增大向外輸出的爆震傳感器的輸出信號(hào)(電壓信號(hào))的現(xiàn)象(共振現(xiàn)象)。因而，減小在特定頻率范圍(例如，高頻率范圍)內(nèi)爆震傳感器的輸出信號(hào)的變化。按照這種方式，能夠限制在特定頻率范圍(例如，高頻率范圍)內(nèi)爆震傳感器的輸出電壓(相對(duì)于振動(dòng)頻率的輸出電壓)出現(xiàn)異常。結(jié)果，爆震傳感器的輸出電壓如圖3中實(shí)線所示變成大致平的輸出電壓。本實(shí)施例的爆震傳感器是非共振爆震傳感器，其如此固定，以致底座5的凸緣12的下表面(尤其是座表面?zhèn)冉佑|表面41)接觸氣缸體I的安裝座表面2。圖3示出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表示現(xiàn)有技術(shù)的爆震傳感器的傳感器輸出信號(hào)的電壓波形(傳感器輸出波形)和本實(shí)施例的爆震傳感器的傳感器輸出信號(hào)的電壓波形(傳感器輸出波形)。在圖3中，橫坐標(biāo)軸表示振動(dòng)頻率，并且縱坐標(biāo)軸表示傳感器輸出電壓。由圖3中實(shí)線表示的電壓波形是本實(shí)施例的爆震傳感器的傳感器輸出波形。更進(jìn)一步地，由圖3中虛線表示的電壓波形是現(xiàn)有技術(shù)的爆震傳感器的傳感器輸出波形。如通過該實(shí)驗(yàn)結(jié)果所理解，現(xiàn)有技術(shù)的爆震傳感器的傳感器輸出波形示出了在高頻率范圍內(nèi)相對(duì)于振動(dòng)頻率的變化輸出電壓的相對(duì)大的變化量。相比之下,本實(shí)施例的爆震傳感器的傳感器輸出波形示出了甚至在高頻率范圍內(nèi)相對(duì)于振動(dòng)頻率的變化輸出電壓的相對(duì)小的變化量。鑒于以上結(jié)果，本實(shí)施例的爆震傳感器的輸出電壓在特定頻率范圍內(nèi)(尤其在高頻率范圍內(nèi))沒有顯著變大，并且本實(shí)施例的爆震傳感器的輸出電壓相對(duì)于振動(dòng)頻率大致變平(即，具有大致恒定或不快速變化的電壓波形梯度的輸出電壓)。因此，本實(shí)施例的爆震傳感器能夠有利地限制由內(nèi)燃機(jī)100的爆震造成的振動(dòng)的錯(cuò)誤感知。結(jié)果，能夠提高爆震感知精確度。
因而，能夠改進(jìn)爆震傳感器的輸出電壓，從而能夠提高感知內(nèi)燃機(jī)100的爆震的感知精確度。更進(jìn)一步地，在整個(gè)寬頻率范圍能夠提高感知內(nèi)燃機(jī)100的爆震的感知精確度。因此，能夠顯著增加爆震感知范圍。此外，根據(jù)本實(shí)施例，如上所述，能夠減小特定頻率范圍(例如，高頻率范圍)內(nèi)輸出電壓的變化。因此，能夠減小從爆震傳感器向外輸出的輸出信號(hào)中的異常，即能夠減小從爆震傳感器向外輸出的輸出信號(hào)(電壓信號(hào))中的異?！，F(xiàn)在，將說明以上實(shí)施例的修改。在以上實(shí)施例中，提高底座5的防銹性和/或防腐蝕性的鍍鋅層8用作形成在作為傳感器支撐體的底座5的整個(gè)表面上的銹保護(hù)和/或腐蝕保護(hù)涂層。替換地，提高底座5的防銹性和/或防腐蝕性的鉻酸鋅鍍層能夠用作形成在傳感器支撐體的整個(gè)表面上的銹保護(hù)和/或腐蝕保護(hù)涂層。此外，提高鍍鋅層的防銹性或防腐蝕性的銹保護(hù)薄膜或腐蝕保護(hù)薄膜可以形成在鍍鋅層8的表面上。在以上實(shí)施例中，形成在底座5的凸緣12的下表面中的角44被倒角來形成具有曲率半徑R (例如Φ0.5mm或更大)的弓形彎曲突起表面。替換地，形成在底座5的凸緣12的下表面中的角44可以被錐化來形成錐面，從而制成被構(gòu)造來限定鈍角(角44的橫截面限定鈍角或鈍圓形狀)的角 44。在這種情況下，由該錐化形成的錐面(坡面)相對(duì)于座表面?zhèn)冉佑|表面41以預(yù)定錐角(大致0°〈Θ彡10° )傾斜，并相對(duì)于臺(tái)階43以預(yù)定角(大致0°〈Θ彡10° )傾斜。其它的優(yōu)點(diǎn)和修改對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此本公開按照它更廣的術(shù)語不局限于示出和說明的特定細(xì)節(jié)、代表裝置和圖解示例。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)(100)的爆震傳感器，該爆震傳感器包括: 包括壓電元件(4)的傳感器主體(10)，其中所述壓電元件(4)響應(yīng)從所述內(nèi)燃機(jī)(100)產(chǎn)生的振動(dòng)而輸出信號(hào)；以及 被構(gòu)造為管狀形式并支撐所述傳感器主體(10)的傳感器支撐體(5)，其中: 所述傳感器支撐體(5)具有螺栓接收孔(15)，其延伸穿過所述傳感器支撐體(5)并接收螺栓(3)，以利用所述螺栓(3)將所述傳感器支撐體(5)固定到所述內(nèi)燃機(jī)(100)的座表面⑵; 防銹或防腐蝕的保護(hù)涂層(8)形成在所述傳感器支撐體(5)的整個(gè)表面上； 所述傳感器支撐體(5)包括: 接觸表面(41)，其圍繞所述螺栓接收孔(15)的開口的周邊邊緣圓周向延伸并接觸所述內(nèi)燃機(jī)(100)的所述座表面 (2)； 沿所述接觸表面(41)圓周向延伸的脫離表面(42)，其中所述脫離表面(42)遠(yuǎn)離所述接觸表面(41)軸向地凹進(jìn)并且在所述脫離表面(42)和所述內(nèi)燃機(jī)(100)的所述座表面(2)之間限定間隙；以及 臺(tái)階(43)，其徑向地放置在所述接觸表面(41)和所述脫離表面(42)之間并沿所述接觸表面(41)和所述脫離表面(42)圓周向延伸；并且 在所述接觸表面(41)和所述臺(tái)階(43)之間的角(44)的表面是彎曲的或限定鈍角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爆震傳感器，其中所述保護(hù)涂層(8)是防銹或防腐蝕的鍍鋅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爆震傳感器，其中所述傳感器支撐體(5)具有凸緣(12)，當(dāng)所述傳感器支撐體(5)利用所述螺栓(3)固定到所述座表面(2)時(shí)，所述凸緣(12)接觸所述內(nèi)燃機(jī)(100)的所述座表面(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爆震傳感器，其中所述傳感器支撐體(5)具有沿著與所述螺栓(3)的軸向方向垂直的徑向方向徑向向外延伸的凸緣(12)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的爆震傳感器，還包括與所述傳感器支撐體(5)螺紋嚙合并緊固到所述傳感器支撐體(5 )的重物(6 )，其中所述重物(6 )在所述重物(6 )和所述凸緣(12 )之間夾緊所述傳感器主體(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的爆震傳感器，還包括與所述傳感器支撐體(5)螺紋嚙合并緊固到所述傳感器支撐體(5)的重物(6)，其中所述重物(6)朝向所述凸緣(12)推動(dòng)所述傳感器支撐體(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的爆震傳感器，其中當(dāng)所述傳感器支撐體(5)利用所述螺栓(3)固定到所述內(nèi)燃機(jī)(100)的所述座表面(2)時(shí)，所述傳感器支撐體(5)的所述接觸表面(41)與所述座表面(2)面對(duì)面地接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的爆震傳感器，其中所述接觸表面(41)從所述脫離表面(42 )朝向所述內(nèi)燃機(jī)(100 )的所述座表面(2 )突起。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的爆震傳感器，還包括將所述壓電元件(4)連接到外部設(shè)備的連接器(7)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的爆震傳感器，其中所述連接器(7)包括: 電連接到所述壓電元件(4)的一個(gè)軸向端部的第一導(dǎo)體(61)；電連接到所述壓電元件(4)的另一個(gè)軸向端部的第二導(dǎo)體(62)，所述另一個(gè)軸向端部與所述壓電元件(4)的所述一個(gè)軸向端部軸向相反；以及 由樹脂制成并保持所述第一導(dǎo)體(61)和所述第二導(dǎo)體(62)的模塑體(32)。
11.據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的爆震傳感器,其中所述傳感器主體(10)包括: 接觸所述壓電元件(4)的一個(gè)軸向端面的第一電極(21)； 接觸所述壓電元件(4)的另一個(gè)軸向端面的第二電極(22)，所述另一個(gè)軸向端面與所述壓電元件(4)的所述一個(gè)軸向端面軸向相反； 接觸所述第一電極(21)的與所述壓電元件(4)軸向相反的端面的第一介電元件(23)，以在所述第一介電元件(23)和所述壓電元件(4)之間軸向保持所述第一電極(21);以及接觸所述第二電極(22)的與所述壓電元件(4)軸向相反的端面的第二介電元件(24)，以在所述第二介電元件(24)和所述壓電元件(4)之間軸向保持所述第二電極(22)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的爆震傳感器，其中在所述接觸表面(41)和所述臺(tái)階(43)之間的所述角(44)的所述表面被倒角，以形成向外突起的彎曲表面。
全文摘要
傳感器主體(10)包括響應(yīng)從內(nèi)燃機(jī)(100)產(chǎn)生的振動(dòng)而輸出信號(hào)的壓電元件(4)。傳感器支撐體(5)構(gòu)造為管狀形式并支撐所述傳感器主體(10)。所述傳感器支撐體(5)具有螺栓接收孔(15)，其延伸穿過所述傳感器支撐體(5)并接收螺栓(3)。防銹或防腐蝕的保護(hù)涂層(8)形成在所述傳感器支撐體(5)的整個(gè)表面上。在所述傳感器支撐體(5)的接觸表面(41)和臺(tái)階(43)之間的角(44)的表面是彎曲的或限定鈍角。
文檔編號(hào)G01L23/22GK103091035SQ20121043167
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者萩尾弘文 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝