發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器的制造方法
【專利摘要】具有：殼體單元（2），其由外筒部（2e）和內(nèi)筒部（2i）構(gòu)成，所述外筒部（2e）和內(nèi)筒部（2i）在軸向（Fs）的中間部（Xm）形成有具有軸向（Fs）的彈性的彈性部位（2es、2is）；受壓環(huán)塊部（3），其氣密地固定在位于彈性部位（2es、2is）的前方的外筒部（2e）和內(nèi)筒部（2i）之間，且通過該彈性部位（2e、2i）而面對彈性部位（2e、2i）的后方，并且前表面（3f）成為受壓面；至少一個以上的壓力檢測元件（5a、5b、5c...），其與在該受壓環(huán)塊部（3）的后表面（3r）設(shè)置的一個電極部（4）接觸，被受壓環(huán)塊部（3）施加內(nèi)壓（Pc），且配置在周向（Ff）的預定位置；以及支承環(huán)塊部（6），其固定在外筒部（2e）和內(nèi)筒部（2i）之間，且前表面（6f）成為支承壓力檢測元件（5a...的支承面，并且，所述支承環(huán)塊部（6）兼用作另一個電極（7）。
【專利說明】發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及適合在檢測氣缸的內(nèi)壓時使用的構(gòu)成為環(huán)形的發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]一般來說，已知通過面對發(fā)動機的燃燒室來檢測氣缸的內(nèi)壓(燃燒壓)的發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器，但這種氣缸內(nèi)壓傳感器需要通過高氣密性結(jié)構(gòu)獨立地安裝于在氣缸的預定位置形成的貫穿孔。因此，還已知如下這樣的氣缸內(nèi)壓傳感器:氣缸內(nèi)壓傳感器構(gòu)成為環(huán)形，且構(gòu)成為能夠一體地安裝于作為附設(shè)于發(fā)動機的其他功能部件的火花塞的末端部外周面，從而能夠與該火花塞一起安裝于氣缸。
[0003]以往，作為這樣的構(gòu)成為環(huán)形的氣缸內(nèi)壓傳感器，已知專利文獻I所公開的燃燒壓力傳感器、專利文獻2所公開的壓力傳感器和專利文獻3所公開的內(nèi)置有壓力傳感器的
火星塞。
[0004]專利文獻I的燃燒壓傳感器是內(nèi)置于火星塞的燃燒壓力傳感器，所述火星塞具備絕緣體和墊圈部件，所述絕緣體形成于中心電極的周圍，所述墊圈部件與側(cè)方電極電連接且形成于絕緣體的周圍，其中，所述燃燒壓傳感器構(gòu)成為具備由鈮酸鋰構(gòu)成的壓電元件，所述壓電元件設(shè)置在絕緣體和墊圈部件之間且在中心電極和側(cè)方電極之間的點火間隙附近。另外，專利文獻2的壓力傳感器是共同緊固于安裝孔來取代火星塞的密封墊的壓力傳感器，該壓力傳感器具有如下這樣的結(jié)構(gòu):殼體的安裝面被壓接于氣缸蓋，在殼體固定有散熱翅片。再有，專利文獻3的內(nèi)置有壓力傳感器的火星塞具有:座部，在壓力傳感器內(nèi)置火星塞安裝于內(nèi)燃機時該座部與設(shè)于內(nèi)燃機的火花塞安裝面對置；收納部件，其內(nèi)置于該座部，且在座部的內(nèi)壁面的周向以預定的間隔保持有多個壓電元件；電極板，該電極板形成為與該收納部件對應(yīng)的平板形狀，并且，在該電極板形成有使切入的部分向上方彎折而成的端子，并且該電極板在通過該彎折而形成的切口部不與壓電元件重疊的狀態(tài)設(shè)在收納部件的上表面；絕緣板，該絕緣板形成為與該電極板對應(yīng)的平板形狀，并且，在該絕緣板形成有切口部，該絕緣板在使電極板的端子從該切口部向上方突出的狀態(tài)下設(shè)于電極板的上表面；以及輸出部件，其與從該絕緣板的切口部突出的端子連接，以輸出壓電兀件的功率。
[0005]在先技術(shù)文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開平4-34327號公報
[0008]專利文獻2:日本特開平11-94675號公報
[0009]專利文獻3:日本特開2000-277233號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明要解決的課題
[0011]可是，在上述的構(gòu)成為環(huán)形的現(xiàn)有的發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器中存在下面的問題。
[0012]即，由于這種氣缸內(nèi)壓傳感器檢測發(fā)動機的燃燒壓，因此，對于使用的壓力檢測元件，優(yōu)選具有高耐熱性并且即使在高溫環(huán)境下也具有良好的壓電轉(zhuǎn)換特性的單晶材料。另一方面，由于單晶材料的脆性大，因此，為了切削單晶材料來切出上述的專利文獻I和2那樣的環(huán)形的壓力檢測元件，要求高超的加工技術(shù)等，不容易制造。結(jié)果是，導致成品率降低和量產(chǎn)性下降，并且，作為成本上升的重要原因，也無法忽視。而且，由于需要使整體形成為細小的環(huán)形，因此，在附設(shè)于振動大的發(fā)動機的情況下，可能會發(fā)生破裂等不良情況，未必談得上可靠性高的壓力檢測元件。
[0013]另一方面，在專利文獻3中，壓力檢測元件形成為長方體形的片體，并且將多個片體呈環(huán)形排列而構(gòu)成，因此，不會發(fā)生在上述的一體形成為環(huán)形的情況下的制造(加工)上的問題，但另一方面，各片體的尺寸和角度上的偏差會直接影響氣缸內(nèi)壓傳感器的特性(性能)，由此存在容易產(chǎn)生檢測精度的降低和產(chǎn)品偏差這樣的難點。
[0014]而且，是無論在任何情況下都要對發(fā)動機的燃燒壓進行檢測的裝置，因此，需要盡可能保護壓力檢測元件和電極等內(nèi)部結(jié)構(gòu)免受嚴酷的溫度環(huán)境和振動環(huán)境的損害，但在整體的檢測結(jié)構(gòu)中，很難說能夠充分應(yīng)對，從確保氣缸內(nèi)壓傳感器的穩(wěn)定的安裝和穩(wěn)定的工作的觀點出發(fā)，還存在進一步改善的余地。
[0015]本發(fā)明的目的在于提供一種解決了這樣的在【背景技術(shù)】中存在的課題的發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器。
[0016]用于解決問題的方案
[0017]本發(fā)明的特征在于，為了解決上述的課題，發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器I構(gòu)成為環(huán)形，通過安裝于與發(fā)動機的燃燒室Rb面對的功能部件Ma、Mb的末端部外周面Mas、Mbs來檢測氣缸Ec的內(nèi)壓Pc,在構(gòu)成該發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器I時,所述發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器I具有:殼體單元2，所述殼體單元2由外筒部2e和內(nèi)筒部2i構(gòu)成，所述外筒部2e和內(nèi)筒部2i在軸向Fs的中間 部Xm形成有具有軸向Fs的彈性的彈性部位2es、2is ;受壓環(huán)塊部3，所述受壓環(huán)塊部3氣密地固定在位于彈性部位2es、2is的前方的外筒部2e和內(nèi)筒部2i之間，且通過該彈性部位2e、2i而面對彈性部位2e、2i的后方，并且所述受壓環(huán)塊部3的前表面3f成為受壓面；至少一個以上的壓力檢測元件5a、5b、5c.…，所述壓力檢測元件5a、5b、5c...與在該受壓環(huán)塊部3的后表面3r設(shè)置的一個電極部4接觸，且被受壓環(huán)塊部3施加內(nèi)壓Pc，并且，配置在周向Ff的預定位置；以及支承環(huán)塊部6，所述支承環(huán)塊部6固定在外筒部2e和內(nèi)筒部2i之間，且所述支承環(huán)塊部6的前表面6f成為支承壓力檢測元件5a...的支承面，并且，所述支承環(huán)塊部6兼用作另一個電極7。
[0018]在這種情況下，根據(jù)發(fā)明的優(yōu)選的方式，優(yōu)選的是，在與受壓環(huán)塊部3的后表面部位接觸且除了壓力檢測元件5a...之外的部位，配置沿著周向Ff的一個或兩個以上的間隔體IOa...UOas...UOat0此時，更加優(yōu)選的是，壓力檢測元件5a...和間隔體IOa...、IOas...、10at沿著受壓環(huán)塊部3的周向Ff交替地配置，并且，與壓力檢測元件5a...的軸向Fs的長度對應(yīng)地選定間隔體10a...UOas...UOat的軸向Fs的長度。另一方面，彈性部位2es、2is能夠通過在外筒部2e和內(nèi)筒部2i的中間部Xm形成彎折部(或彎曲部)lie、Ili來設(shè)置。另外，受壓環(huán)塊部3能夠由受壓環(huán)主體部12和絕緣塊部13構(gòu)成，所述受壓環(huán)主體部12配置于前側(cè)，所述絕緣塊部13配置于后側(cè)而與該受壓環(huán)主體部12抵接，并且，能夠?qū)毫z測元件5a...采用單晶材料。
[0019]另一方面，能夠在壓力檢測兀件5a...的前表面5af...、受壓環(huán)塊部3的后表面3r、壓力檢測元件5a...的后表面5ar...、支承環(huán)塊部6的前表面6f涂敷接合層C，所述接合層C由成為密合強化層的內(nèi)層C1、成為防擴散層的中間層Cm和成為擴散層的外層Ce構(gòu)成。另外，能夠在受壓環(huán)塊部3的后表面3r、支承環(huán)塊部6的前表面6f、壓力檢測元件5a...的前表面5af...或壓力檢測元件5a...的后表面5ar...設(shè)置針對壓力檢測元件5a...的校準調(diào)整層14，所述校準調(diào)整層14采用具有預定厚度Ls的熔融類接合層。此外，能夠在一個電極4的不存在壓力檢測元件5a...的部位設(shè)置用于連接引線15的連接器部16，此時，能夠在連接器部16設(shè)置壓縮的彈簧17，所述彈簧17介于引線15與一個電極4之間。另外，對于功能部件(Ma、Mb)，能夠應(yīng)用向氣缸Ec內(nèi)噴射燃料的噴射器Ma或?qū)飧譋c內(nèi)的燃料進行點火的火花塞Mb。
[0020]發(fā)明效果
[0021]根據(jù)這樣的本發(fā)明的發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器1，起到下述這樣的顯著效果。
[0022](I)殼體單元2由外筒部2e和內(nèi)筒部2i構(gòu)成，外筒部2e和內(nèi)筒部2i在軸向Fs的中間部Xm形成有具有軸向Fs的彈性的彈性部位2es、2is，相對于該殼體單元2，構(gòu)成為在該外筒部2e和內(nèi)筒部2i之間，從前側(cè)依次配置有受壓環(huán)塊部3、一個電極4、至少一個以上的壓力檢測元件5a...和兼用作另一個電極7的支承環(huán)塊部6，因此，由受壓環(huán)塊部3承受的壓力能夠通過伸縮的彈性部位2es、2is向各壓力檢測元件5a...穩(wěn)定(均勻)且可靠地傳遞，從而能夠進行精度聞的壓力檢測。
[0023](2)由于使用了至少一個以上的壓力檢測元件5a...，所述壓力檢測元件5a...與在受壓環(huán)塊部3的后表面3r設(shè)置的一個電極部4接觸，并沿周向Ff以等間隔配置，所述受壓環(huán)塊部3的前表面3f成為受壓面，因此，即使在使用脆性大的單晶材料作為壓力檢測元件5a...，并構(gòu)成安裝于與發(fā)動機的燃燒室Rb面對的功能部件Ma、Mb的末端部外周面Mas、Mbs的環(huán)形的氣缸內(nèi)壓傳感器I的情況下，壓力檢測元件5a...的制造(加工)也比較容易，從而能夠有助于提高成品率和量產(chǎn)性，進而能夠有助于降低成本，并且，不易發(fā)生破裂等不良情況，從而還能夠有助于提高可靠性。
[0024](3)由于通過圓筒形(環(huán)形)的殼體單元2來覆蓋壓力檢測元件5a...和電極4及7等整體檢測結(jié)構(gòu)，因此，能夠有效地保護全部檢測結(jié)構(gòu)免受檢測發(fā)動機的燃燒壓時的嚴酷的溫度環(huán)境和振動環(huán)境損害，從而能夠確保相對于氣缸Ec的穩(wěn)定安裝和穩(wěn)定工作，并且，能夠容易地安裝于噴射器Ma或火花塞Mb等各種功能部件，從而能夠得到高通用性的氣缸內(nèi)壓傳感器I。
[0025](4)根據(jù)優(yōu)選的方式，如果在與受壓環(huán)塊部3的后表面部位接觸且除了壓力檢測元件5a...之外的部位配置沿著周向Ff的一個或兩個以上的間隔體10a...UOas...、10at，則能夠通過間隔體IOa...UOas...、IOat來填滿壓力檢測元件5a...之間的空間，因此，能夠?qū)M裝時的壓力檢測元件5a...的校準調(diào)整進行輔助，從而能夠準確且容易地進行校準調(diào)整，并且，能夠可靠且穩(wěn)定地進行。而且，能夠?qū)崿F(xiàn)機械的強度的提高，并且還有助于實現(xiàn)與壓力檢測元件5a...的數(shù)量削減相伴隨的成本降低。
[0026](5)根據(jù)優(yōu)選的方式，如果沿受壓環(huán)塊部3的周向Ff交替地配置壓力檢測元件5a...和間隔體10a...UOas...、10at，則能夠?qū)崿F(xiàn)對校準調(diào)整進行輔助時的應(yīng)力平衡，并且，從實現(xiàn)調(diào)整作用的穩(wěn)定化的觀點出發(fā)，能夠以最優(yōu)選的方式來實施。
[0027](6)根據(jù)優(yōu)選的方式，如果對應(yīng)于壓力檢測元件5a...的軸向Fs的長度來選定間隔體10a...、IOas...、10at的軸向Fs的長度，則能夠最有效地發(fā)揮通過配置間隔體10a...、IOas...、IOat 所起的作用(功能)。
[0028](7)根據(jù)優(yōu)選的方式，如果通過在外筒部2e和內(nèi)筒部2i的中間部Xm形成彎折部(或彎曲部)IleUli來設(shè)置彈性部位2es、2is，則能夠分別利用外筒部2e的一部分和內(nèi)筒部2i的一部分一體形成彈性部位2es、2is，因此在制造上能夠通過容易且最佳的方式來實施。
[0029](8)根據(jù)優(yōu)選的方式，如果在壓力檢測元件5a...的前表面5af...、受壓環(huán)塊部3的后表面3r、壓力檢測元件5a...的后表面5ar...、支承環(huán)塊部6的前表面6f涂敷接合層C，所述接合層C由成為密合強化層的內(nèi)層C1、成為防擴散層的中間層Cm和成為擴散層的外層Ce構(gòu)成，則能夠通過夾設(shè)接合層C...來將材質(zhì)不同的三個部件即受壓環(huán)塊部3、壓力檢測元件5a...和支承環(huán)塊部6可靠地結(jié)合。
[0030](9)根據(jù)優(yōu)選的方式，如果在受壓環(huán)塊部3的后表面3r、支承環(huán)塊部6的前表面6f、壓力檢測元件5a...的前表面5af...或壓力檢測元件5a...的后表面5ar...設(shè)置針對壓力檢測元件5a...的校準調(diào)整層14，該校準調(diào)整層14采用具有預定厚度Ls的熔融類接合層，則能夠利用受壓環(huán)塊部3的后表面3r和支承環(huán)塊部6的前表面6f進而利用校準調(diào)整層14來容易地對各壓力檢測元件5a...進行準確的校準調(diào)整。因此，即使在使用至少一個以上的壓力檢測元件5a...的情況下，也能夠吸收尺寸和角度上的偏差從而進一步提高檢測精度。
[0031](10)根據(jù)優(yōu)選的方式，如果在一個電極4的不存在壓力檢測元件5a...的部位設(shè)置用于連接該電極4和引線15的連接器部16，并且，此時在連接器部16設(shè)置有介于引線15和電極4之間的壓縮的彈簧17，則能夠可靠地進行引線15與電極4的連接，并且能夠進行高可靠性的連接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是將本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的氣缸內(nèi)壓傳感器應(yīng)用于噴射器的情況下的側(cè)視剖視圖。
[0033]圖2是沿圖1中的A-A線的俯視剖視圖。
[0034]圖3是包括圖1中的壓力檢測元件的部分的抽出放大圖。
[0035]圖4是包括圖1中的連接器部的部分的抽出放大圖。
[0036]圖5是該氣缸內(nèi)壓傳感器的分解立體圖。
[0037]圖6是該氣缸內(nèi)壓傳感器的外觀立體圖。
[0038]圖7是對該氣缸內(nèi)壓傳感器中的接合層進行明示的示意性剖視圖。
[0039]圖8是對該氣缸內(nèi)壓傳感器中的壓力檢測元件進行校準調(diào)整時的說明圖。
[0040]圖9是本發(fā)明的變更實施方式的氣缸內(nèi)壓傳感器的沿圖1中的A-A線的俯視剖視圖。
[0041]圖10是將本發(fā)明的其他變更實施方式的氣缸內(nèi)壓傳感器應(yīng)用于火花塞的情況下的側(cè)視剖視圖。[0042]圖11是本發(fā)明的其他變更實施方式的氣缸內(nèi)壓傳感器的與圖1中的A-A線位置相對應(yīng)的俯視剖視圖。
[0043]圖12是圖11中的氣缸內(nèi)壓傳感器的分解立體圖。
[0044]圖13是對圖11中的氣缸內(nèi)壓傳感器的壓力檢測元件進行校準調(diào)整時的說明圖。
[0045]圖14是本發(fā)明的其他變更實施方式的氣缸內(nèi)壓傳感器的與圖1中的A-A線位置相對應(yīng)的俯視剖視圖。
[0046]標號說明
[0047]1:發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器；2:殼體單元；2e:外筒部；21:內(nèi)筒部；2es:彈性部位；2is:彈性部位；3:受壓環(huán)塊部；3f:受壓環(huán)塊部的前表面；3r:受壓環(huán)塊部的后表面；4:一個電極部；5a、5b、5c...:壓力檢測兀件；5af...:壓力檢測兀件的前表面；5ar...:壓力檢測元件的后表面；6:支承環(huán)塊部；6f:支承環(huán)塊部的前表面；7:另一個電極；10a...:間隔體；10as...:間隔體；10at:間隔體；lle:彎折部(或彎曲部)；ll1:彎折部(或彎曲部)；12:受壓環(huán)主體部；13:絕緣塊部；14:校準調(diào)整層；15:引線；16:連接器部；17:彈簧；Ec:發(fā)動機的氣缸；Ma:功能部件(噴射器)；Mb:功能部件(火花塞)；Mas:功能部件的末端部外周面；Mbs:功能部件的末端部外周面；Pc:內(nèi)壓；Fs:軸向；Ff:周向；Xm:中間部；C1:內(nèi)層；Cm:中間層；Ce:外層；Ls:預定厚度；發(fā)動機的燃燒室Rb。
【具體實施方式】
[0048]接下來，列舉本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并基于附圖詳細地進行說明。
[0049]首先，參照圖1~圖8對本實施方式的氣缸內(nèi)壓傳感器I的結(jié)構(gòu)進行說明。
[0050]圖1示出了氣缸內(nèi)壓傳感器I的重要部位的結(jié)構(gòu)。2是殼體單元，具有大直徑的外筒部2e和小直徑的內(nèi)筒部2i。外筒部2e和內(nèi)筒部2i分別由耐熱性優(yōu)異的合金材料等一體形成，外筒部2e和內(nèi)筒部2i在軸向Fs的中間部Xm分別設(shè)有具有軸向Fs的彈性的彈性部位2es和2is。如圖1所示，中間部Xm選定為殼體單元2的靠前位置，優(yōu)選選定為從殼體單元2的前端向后方幾毫米左右的位置。并且，圖1中，下方成為前方。另外，如圖3所示，彈性部位2es、2is分別由彎折部IleUli形成。即，外筒部2e的彈性部位2es由使中間部Xm的外周面向中心方向鼓出而成的彎折部Ile形成，且在外周面沿周向Ff呈環(huán)狀地設(shè)有截面為梯形(矩形)狀的凹槽，內(nèi)筒部2i的彈性部位2is由使中間部Xm的內(nèi)周面向放射方向鼓出而成的彎折部Ili形成，且在內(nèi)周面沿周向Ff呈環(huán)狀地設(shè)有截面為梯形(矩形)狀的凹槽。在該情況下，外筒部2e和內(nèi)筒部2i從中間部Xm至前端形成為薄壁，從而至少使中間部Xm具有軸向Fs的彈性(彈性)。由此，在殼體單元2的中間部Xm設(shè)有中間變窄狀(波紋管狀)的彈性部位2es、2is。這樣，如果通過在外筒部2e和內(nèi)筒部2i的中間部Xm形成彎折部116、111來設(shè)置彈性部位2es、2is，則能夠利用外筒部26和內(nèi)筒部21的一部分一體地形成彈性部位2es、2is，因此具有在制造上能夠通過容易且最佳的方式來實施的優(yōu)點。
[0051]另一方面，設(shè)有受壓環(huán)塊部3，該受壓環(huán)塊部3氣密地固定在位于彈性部位2es、2is的前方的外筒部2e和內(nèi)筒部2i之間，并且通過該彈性部位2e、2i而到達彈性部位2e、2i的后方。受壓環(huán)塊部3由受壓環(huán)主體部12和絕緣塊部13構(gòu)成，該受壓環(huán)主體部12配置在前側(cè)，該絕緣塊部13配置在后側(cè)而與該受壓環(huán)主體部12抵接。由此，受壓環(huán)主體部12的前表面成為受壓環(huán)塊部3的前表面3f，該前表面3f成為承受內(nèi)壓Pc的受壓面。[0052]受壓環(huán)主體部12全部由耐熱性優(yōu)異的合金材料等一體形成為環(huán)狀，并且，如圖3所示，截面由寬幅部分和窄幅部分形成為T形。并且，受壓環(huán)主體部12中的寬幅部分被收納成嵌入于殼體單元2的比中間部Xm位于前方的外筒部2e和內(nèi)筒部2i之間，并通過使用激光焊接等的焊接部21、22氣密地固定于外筒部2e的內(nèi)周面和內(nèi)筒部2i的外周面，以免燃燒室Rb內(nèi)的燃燒氣體進入到氣缸內(nèi)壓傳感器I的內(nèi)部。此時,受壓環(huán)主體部12中的窄幅部分通過彈性部位2e和2i之間而到達該彈性部位2e、2i的后方。
[0053]另外，絕緣塊部13由具有剛性的絕緣材料一體形成為環(huán)狀，截面呈矩形。因此，絕緣塊部13的后表面成為受壓環(huán)塊部3的后表面3r。此外，在受壓環(huán)塊部3的后表面3r設(shè)有一個電極部4。在這種情況下，如圖7所示，在受壓環(huán)塊部3的后表面3r即絕緣塊部13的后表面涂敷有接合層C，該接合層C由成為密合強化層的采用了 Ti (鈦)的內(nèi)層C1、成為防擴散層的采用了 Pt (鉬)的中間層Cm以及成為擴散層的采用了 Au (金)的外層Ce構(gòu)成，并且，在該接合層C上通過涂敷而設(shè)有成為采用Au-Sn (金-錫)的具有預定厚度Ls的熔融類接合層的校準調(diào)整層14。該校準調(diào)整層14具有吸收后述的三個壓力檢測元件5a...的尺寸和角度等的偏差的校準調(diào)整功能，并且兼用作壓力檢測元件5a...的一個電極部4。因此，校準調(diào)整層14的厚度Ls選定為能夠吸收三個(至少一個以上)壓力檢測元件5a...的尺寸和角度等的偏差的尺寸。
[0054]并且,對成為密合強化層的內(nèi)層Ci,除此之外還能夠選擇采用N1、Cr、Zr、In、B1、Y等，對成為防擴散層的中間層Cm,除此之外還能夠選擇采用Cu、Sn、N1、Fe、Cr、V、Ti等，對成為擴散層的外層Ce，除此之外還能夠選擇采用Ag、Pd、Sn、Ge、Cu等。在這種情況下，各層C1、Cm、Ce可以由單一元素構(gòu)成，也可以由含有單一元素的合金構(gòu)成。另外，對成為熔融類接合層的校準調(diào)整層14,除此之外還能夠采用Ag-Cu-Sn、Au-Ge、Au-Pd、Ag-Pd、Ag-Sn、Cu-Sb等具有共晶現(xiàn)象的金屬(合金)。所述各層可以作為焊錫使用，也可以作為釬料使用。因此，成為熔融類接合層的校準調(diào)整層14和成為擴散層的外層Ce需要進行組合，例如，在對校準調(diào)整層14采用Au-Sn的情況下，需要對外層Ce采用Au或Sn，在對校準調(diào)整層14采用Ag-Pd的情況下，需要對外層Ce采用Ag或Pd等，需要將擴散層(外層Ce)的材料選定為構(gòu)成校準調(diào)整層14的材料中的單一材料或復合材料。
[0055]另一方面,5a、5b、5c表不三個壓力檢測兀件(壓電兀件)。各壓力檢測兀件5a...采用耐熱性優(yōu)異且即使在較寬的溫度范圍也能夠得到穩(wěn)定的壓電轉(zhuǎn)換特性的不存在居里點的具有自發(fā)極化性的單晶材料，具體來說，采用以LTG (La3Taa5Ga5.5014)、LTGA(La3Ta0.5Ga4.8Al0.2014)、LGS (La3Ga5SiO14)的單晶材料為代表的 LNG、LGSA, LNGA, CAAS, CTGS等單晶材料制作而成。另外，各壓力檢測元件5a...呈三明治狀夾在前述的絕緣塊部13和后述的支承環(huán)塊部6之間，并且前表面和后表面分別與絕緣塊部13的后表面(校準調(diào)整層14)和支承環(huán)塊部6的前表面接合，因此，如圖7所示，在各壓力檢測元件5a...的前表面5af...和后表面5ar...分別涂敷有由上述的內(nèi)層C1、中間層Cm、外層Ce構(gòu)成的接合層C。
[0056]并且，在組裝壓力檢測元件5a、5b、5c時，如圖8 (a)所示，將在加熱處理前的絕緣塊部13的后表面3r設(shè)置的校準調(diào)整層14朝上地配置，并如圖2所示那樣將三個壓力檢測元件5a、5b、5c以等間隔載置于該校準調(diào)整層14上。接下來，將支承環(huán)塊部6的前表面6f與各壓力檢測元件5a...的后表面5aK上表面)抵接，從上方對各壓力檢測元件5a...以施加均勻的力的方式進行加壓，并通過被設(shè)定為預定的溫度環(huán)境的連續(xù)回流爐進行加熱。由此，如圖8 (b)所示，各壓力檢測元件5a...的前表面5af...(下表面)進入到適度地熔融的校準調(diào)整層14中，各壓力檢測元件5a...的后表面5ar...(上表面)分別與支承環(huán)塊部6的前表面6f面接觸。即，進行借助校準調(diào)整層14吸收各壓力檢測元件5a、5b、5c的尺寸和角度等的偏差的校準調(diào)整。另外，與此同時，在各壓力檢測元件5a...的前表面5af...設(shè)置的接合層C...熔接于校準調(diào)整層14，并且，在各壓力檢測元件5a...的后表面5ar...設(shè)置的接合層C...熔接于在支承環(huán)塊部6的前表面6f設(shè)置的接合層C。
[0057]因此，在校準調(diào)整層14和接合層C...固化后，絕緣塊部13、各壓力檢測元件5a...和支承環(huán)塊部6接合成一體。即，校準調(diào)整工序和組裝工序一起(同時)進行。此時，支承環(huán)塊部6的前端部收納在外筒部2e的后端部與內(nèi)筒部2i的后端部之間，并通過焊接部23、24固定于外筒部2e的內(nèi)周面和內(nèi)筒部2i的外周面。通過以上的組裝工序，將支承環(huán)塊部6如圖1所示那樣封閉于外筒部2e和內(nèi)筒部2i之間的后端，并且，在殼體單元2的后端固定的支承環(huán)塊部6的前表面6f成為支承各壓力檢測元件5a、5b、5c的支承面。另外，支承環(huán)塊部6兼用作各壓力檢測元件5a、5b、5c的另一個電極7 (接地)。
[0058]這樣，如果在壓力檢測元件5a...的前表面5af...、受壓環(huán)塊部3的后表面3r、壓力檢測元件5a...的后表面5ar...、支承環(huán)塊部6的前表面6f涂敷由內(nèi)層C1、中間層Cm、外層Ce構(gòu)成的接合層C，則能夠通過夾設(shè)接合層C...來將材質(zhì)不同的三個部件即受壓環(huán)塊部3、壓力檢測元件5a...和支承環(huán)塊部6可靠地接合。另外，如果在受壓環(huán)塊部3的后表面3r設(shè)置針對壓力檢測元件5a...的校準調(diào)整層14，該校準調(diào)整層14采用具有預定厚度Ls的Au-Sn等熔融類接合層，則能夠利用受壓環(huán)塊部3的后表面3r和支承環(huán)塊部6的前表面6f進而利用校準調(diào)整層14來容易地對各壓力檢測元件5a...進行準確的校準調(diào)整。因此，即使在使用三個(至少一個以上)壓力檢測元件5a...的情況下，也能夠吸收尺寸和角度上的偏差從而進一步提高檢測精度。
[0059]另一方面，校準調(diào)整層14還作為在受壓環(huán)塊部3的后表面3r設(shè)置的一個電極部4發(fā)揮功能。因此，對固化后的校準調(diào)整層14 (電極4)連接向外部導出的引線(屏蔽線纜)
14。在這種情況下，電極4和引線14經(jīng)由連接器部16連接。圖4將引線15和電極4的連接結(jié)構(gòu)放大后示出。從外部導入的引線15貫穿支承環(huán)塊部6，且末端面對電極4。此時，如圖4所示，貫穿支承環(huán)塊部6的引線15由鉚接用管25和絕緣管26保持。另外，在絕緣管26的末端安裝有連接器部16的與引線15的末端連接的彈簧保持端子27。如圖2所示，該彈簧保持端子27配置于支承環(huán)塊部6與絕緣塊部13之間的不存在壓力檢測元件5a...的空間，且面對電極4。并且，將處于壓縮狀態(tài)的彈簧17的一端安裝于彈簧保持端子27，并使彈簧17的另一端壓接于電極4的上表面。因此，如果設(shè)置這樣的連接器部16，則能夠可靠地進行引線15與電極4的連接，并且能夠進行可靠性高的連接。
[0060]這樣，本實施方式的氣缸內(nèi)壓傳感器I具有使用了三個(至少一個以上)壓力檢測元件5a...的基本結(jié)構(gòu)，所述三個(至少一個以上)壓力檢測元件5a...與在受壓環(huán)塊部3的后表面3r設(shè)置的一個電極部4接觸，并且沿周向Ff以等間隔配置，所述受壓環(huán)塊部3的前表面3f成為受壓面，因此，即使在使用脆性大的單晶材料作為壓力檢測元件5a...，并且構(gòu)成在如后述那樣附設(shè)于氣缸Ec的噴射器Ma的末端部外周面Mas安裝的環(huán)形的氣缸內(nèi)壓傳感器I的情況下，壓力檢測元件5a...的制造(加工)也比較容易，從而能夠有助于提高成品率和量產(chǎn)性，進而能夠有助于降低成本，并且，不易發(fā)生破裂等不良情況，從而還能夠有助于提高可靠性。
[0061]接下來，參照圖1-圖8對本實施方式的氣缸內(nèi)壓傳感器I的使用方法和動作(功能)進行說明。
[0062]首先，如圖6所示，氣缸內(nèi)壓傳感器I全部由圓筒形(環(huán)形)的殼體單元2等覆蓋，因此，有效地保護壓力檢測元件5a...和電極4及7等全部檢測結(jié)構(gòu)免受檢測發(fā)動機的燃燒壓時的嚴酷的溫度環(huán)境和振動環(huán)境損害，并且，確保相對于氣缸Ec的穩(wěn)定安裝和穩(wěn)定工作。因此，如圖1的假想線所示，能夠容易地安裝至噴射器Ma的末端部外周面Mas，所述噴射器Ma面對機動車等的發(fā)動機的燃燒室Rb并且向氣缸Ec的內(nèi)部噴射燃料。即，在將噴射器Ma組裝至氣缸Ec時，能夠?qū)飧變?nèi)壓傳感器I也作為噴射器Ma的一部分而一起組裝至噴射器Ma。即，不需要在氣缸Ec的預定位置形成另外的貫穿孔來通過高氣密性結(jié)構(gòu)將氣缸內(nèi)壓傳感器I獨立地安裝至該貫穿孔。
[0063]另一方面，在檢測氣缸Ec中的內(nèi)壓Pc時，內(nèi)壓Pc施加于受壓環(huán)塊部3的受壓面(前表面3f )，因此，該內(nèi)壓Pc經(jīng)由受壓環(huán)主體部12和絕緣塊部13作用于各壓力檢測元件5a、5b、5c。此時，構(gòu)成受壓環(huán)塊部3的受壓環(huán)主體部12被具有軸向Fs的彈性的伸縮性的彈性部位2es、2is支承，因此，由內(nèi)壓Pc引起的受壓環(huán)主體部12的位移(壓力)被伸縮的彈性部位2es、2is穩(wěn)定(均勻)且可靠地傳遞至各壓力檢測元件5a...，從而進行高精度的壓力檢測。而且，各壓力檢測元件5a、5b、5c被校準調(diào)整層14校準調(diào)整，因此，如例示那樣，在使用三個壓力檢測元件5a...的情況下，也吸收尺寸和角度上的偏差，從而進一步提高檢測精度。
[0064]接下來，參照圖9-圖14對本發(fā)明的變更實施方式的氣缸內(nèi)壓傳感器I進行說明。
[0065]在圖9所示的變更實施方式中，對使用的壓力檢測元件5a...的數(shù)量進行了變更。前述的圖2所示的實施方式對采用三`個壓力檢測元件5a...的情況進行了例示，但在圖9所示的變更實施方式中，通過使用六個壓力檢測元件5a、5b、5c、5d、5e、5f來沿周向Ff等間隔地配置。這樣，在本發(fā)明的氣缸內(nèi)壓傳感器I中，能夠使用至少一個以上的任意數(shù)量的壓力檢測元件5a...。并且，在偶數(shù)的情況下，也能夠使用二個壓力檢測元件5a..?，并將剩余的壓力檢測元件構(gòu)成為大小一致的臨時件(dummy ),這樣的臨時件也包含于壓力檢測元件5a...的數(shù)量。
[0066]在圖10所示的變更實施方式中，變更了氣缸內(nèi)壓傳感器I的用途，即變更了用于附設(shè)氣缸內(nèi)壓傳感器I的功能部件。在圖1所不的實施方式中，對將氣缸內(nèi)壓傳感器I安裝于向氣缸Ec內(nèi)噴射燃料的噴射器Ma的情況進行了例示，但在圖10所示的變更實施方式中，示出了安裝于對氣缸Ec內(nèi)的燃料進行點火的火花塞Mb的末端部外周面Mbs的情況。另外，在氣缸內(nèi)壓傳感器I的形狀與火花塞Mb的末端部外周面Mbs不同的情況下，只要變更殼體單元2的內(nèi)筒部2i的形狀以與作為安裝對象的火花塞Mb的形狀匹配即可。這樣，氣缸內(nèi)壓傳感器I能夠容易地安裝于噴射器Ma和火花塞Mb等各種功能部件，從而能夠獲得高通用性的氣缸內(nèi)壓傳感器I。
[0067]在圖11-圖13所示的變更實施方式中，對壓力檢測元件5a...的安裝形態(tài)進行了變更，如圖12所示，在與受壓環(huán)塊部3的后表面3r即絕緣塊部13的后表面部位(包括校準調(diào)整層14)接觸且除了壓力檢測元件5a...之外的部位，配置沿著周向Ff的間隔體10a...。如果配置這樣的間隔體10a...，則如圖13所示，能夠利用間隔體10a...UOas...、IOat填滿壓力檢測元件5a...之間的空間，因此，能夠?qū)M裝時的壓力檢測元件5a...的校準調(diào)整進行輔助，從而能夠準確且容易地進行校準調(diào)整，并且能夠可靠且穩(wěn)定地進行。
[0068]例子示出了使用由陶瓷原材料形成的三個間隔體10a、10b、IOc的情況。并且，使各間隔體IOa...的寬度與受壓環(huán)塊部3的寬度大致一致，并且，與壓力檢測元件5a...的軸向Fs的長度相對應(yīng)地選定各間隔體IOa...的軸向Fs的長度。在這種情況下，優(yōu)選使軸向Fs的長度與壓力檢測元件5a...的軸向Fs的長度一致，但也不一定需要一致，能夠根據(jù)校準調(diào)整層14的厚度和間隔體IOa...的原材料進行變更。由于例示的間隔體IOa...的原材料采用了剛性體(陶瓷原材料)，因此將間隔體IOa...的厚度選定為比壓力檢測元件5a...的厚度(0.9 (mm))稍薄的厚度(0.89 (mm))。另外，間隔體10a...的原材料并不限定于剛性體，也可以利用具有一定程度的彈性的原材料。因此，間隔體IOa...的厚度也可以根據(jù)需要比壓力檢測元件5a...的厚度厚。如果像這樣對應(yīng)于壓力檢測元件5a...的軸向Fs的長度來選定間隔體IOa...的軸向Fs的長度,則能夠最有效地發(fā)揮通過配置間隔體IOa...所起的作用(功能)。此外，圖11中，標號IObh表示用于供彈簧保持端子27和彈簧17貫穿插入的貫穿插入孔。
[0069]再有，壓力檢測元件5a...和間隔體IOa...沿受壓環(huán)塊部3的周向Ff交替地配置。通過這樣進行配置，能夠?qū)崿F(xiàn)對校準調(diào)整進行輔助時的應(yīng)力平衡，并且，從實現(xiàn)調(diào)整作用的穩(wěn)定化的觀點出發(fā)，能夠以最優(yōu)選的形態(tài)來實施。另外，雖然壓力檢測元件5a...和間隔體IOa...交替地配置是優(yōu)選的，但不一定需要交替地配置，也可以是根據(jù)需要在壓力檢測元件5a...的彼此之間不存在間隔體10a...的形態(tài)。
[0070]在圖14(a)、(b)所示的變更實施方式中，也使用了與圖11所示的間隔體IOa...同樣的間隔體IOas...、10at，且變更了壓力檢測元件5a...的數(shù)量。在圖14(a)中，使用了六個壓力檢測元件5&、513、5(3、5(1、56、56將它們沿周向？€等間隔配置，并且，與圖11同樣地將六個間隔體10as、10bs、10cs、10ds、IOesUOfs配置在各壓力檢測元件5a...彼此之間。因此，關(guān)于各間隔體IOas...，除了在周向Ff上的長度不同這一點外，能夠與間隔體IOa...同樣地來制作。另一方面，圖14 (b)示出了使用單獨的壓力檢測元件5a且將其配置在周向Ff的預定位置的情況。即使在這種情況下，如果使用整體形狀形成為C形的單獨的間隔體10at，也能夠與圖11同樣地實施。如果這樣使用間隔體10at，則即使是一個壓力檢測元件5a也能夠?qū)嵤Ｒ虼?，如果使用這樣的圖11?圖14所示的間隔體IOa...UOas...UOat,則除了前述的效果之外，還能夠提高組裝壓力檢測元件5a...時的機械強度，并且還能夠有助于實現(xiàn)與壓力檢測元件5a...的數(shù)量削減相伴隨的成本降低。此外，在圖9?圖14中，對與圖1?圖8相同的部分標記相同的標號，明確其結(jié)構(gòu)并省略詳細的說明。
[0071]以上，對優(yōu)選實施方式和變更實施方式詳細地進行了說明，本發(fā)明并不限定于這樣的實施方式，在細節(jié)部分的形狀、原材料、數(shù)量、方法等中，能夠在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)任意地變更、增加和削除。
[0072]例如，示出了形成彎折部lie、Ili來設(shè)置彈性部位2es、2is的情況，也可以由半圓形等的彎曲部形成，或者如波紋形那樣由多個彎折部(或彎曲部)He...Ul1...的組合來構(gòu)成。另外，作為功能部件，示出了應(yīng)用噴射器Ma和火花塞Mb的情況，但此外，也能夠與溫度傳感器等其他傳感器(功能部件)組合。另一方面，示出了受壓環(huán)塊部3由受壓環(huán)主體部12和絕緣塊部13的組合來構(gòu)成的情況，但受壓環(huán)塊部3也可以是一體型。另外，壓力檢測元件5a...優(yōu)選采用單晶材料，但也不能排除對壓電元件等的檢測原理不同的其他壓力檢測元件的使用。另一方面，示出了在受壓環(huán)塊部3的后表面3r設(shè)有用于對各壓力檢測元件5a...進行校準調(diào)整的校準調(diào)整層14的情況，但該校準調(diào)整層14也可以設(shè)在支承環(huán)塊部6的前表面6f，來代替設(shè)在受壓環(huán)塊部3的后表面3r。另外，示出了校準調(diào)整層14設(shè)在接合層C的上表面的情況，但在未設(shè)置接合層C的情況下，也可以直接設(shè)于受壓環(huán)塊部3的后表面3r或支承環(huán)塊部6的前表面6f。另外，雖然校準調(diào)整層14優(yōu)選設(shè)于受壓環(huán)塊部3的后表面3r或支承環(huán)塊部6的前表面6f，但也不能排除設(shè)于壓力檢測元件5a...的前表面5af...或壓力檢測元件5a...的后表面5ar...的情況。另外，關(guān)于該校準調(diào)整層14，在使用通過提高加工精度能夠忽視對尺寸和角度等的偏差的壓力檢測元件5a...的情況下，不一定需要設(shè)置該校準調(diào)整層14。另一方面，連接一個電極4和引線15的結(jié)構(gòu)并不限定于使用彈簧17的例示的結(jié)構(gòu)，只要能夠連接電極4和引線15，也不排除其他的連接結(jié)構(gòu)。另夕卜，火花塞Mb包括火星塞(spark plug)和預熱頭(glow spark)等各種火花塞,并且,對于面對發(fā)動機的燃燒室Rb的功能部件Ma、Mb，除了如例示那樣附設(shè)于氣缸Ec的情況之外，還包括附設(shè)于活塞的情況。
[0073]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0074]在對構(gòu)成以由機動車的發(fā)動機所代表的內(nèi)燃機為首的其他各種用途的內(nèi)燃機的氣缸的內(nèi)壓進行檢測時，能夠利用本發(fā)明的氣缸內(nèi)壓傳感器。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器，所述發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器構(gòu)成為環(huán)形，通過安裝于與發(fā)動機的燃燒室面對的功能部件的末端部外周面來檢測所述氣缸的內(nèi)壓， 所述發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器的特征在于， 所述發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器具有: 殼體單元，所述殼體單元由外筒部和內(nèi)筒部構(gòu)成，所述外筒部和內(nèi)筒部在軸向的中間部形成有具有軸向彈性的彈性部位； 受壓環(huán)塊部，所述受壓環(huán)塊部氣密地固定在位于所述彈性部位的前方的所述外筒部和所述內(nèi)筒部之間，且通過該彈性部位而面對比所述彈性部位靠后方的位置，并且，所述受壓環(huán)塊部的前表面成為受壓面； 至少一個以上的壓力檢測元件，所述壓力檢測元件與在該受壓環(huán)塊部的后表面設(shè)置的一個電極部接觸，且被所述受壓環(huán)塊部施加內(nèi)壓，并且，所述壓力檢測元件配置在周向的預定位置；以及 支承環(huán)塊部，所述支承環(huán)塊部固定在所述外筒部和所述內(nèi)筒部之間，且所述支承環(huán)塊部的前表面成為支 承所述壓力檢測元件的支承面，并且，所述支承環(huán)塊部兼用作另一個電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器，其特征在于， 在與所述受壓環(huán)塊部的后表面部位接觸且除了所述壓力檢測元件之外的部位，配置有沿著周向的一個或兩個以上的間隔體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器，其特征在于， 所述壓力檢測元件和所述間隔體沿著所述受壓環(huán)塊部的周向交替地配置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器，其特征在于， 與所述壓力檢測元件的軸向長度對應(yīng)地選定所述間隔體的軸向長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任意一項所述的發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器,其特征在于， 通過在所述外筒部和所述內(nèi)筒部的中間部形成彎折部或彎曲部來設(shè)置所述彈性部位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任意一項所述的發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器,其特征在于， 所述受壓環(huán)塊部由受壓環(huán)主體部和絕緣塊部構(gòu)成，所述受壓環(huán)主體部配置在前側(cè)，所述絕緣塊部配置在后側(cè)而與該受壓環(huán)主體部抵接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任意一項所述的發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器,其特征在于， 所述壓力檢測元件采用單晶材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任意一項所述的發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器，其特征在于， 在所述壓力檢測元件的前表面、所述受壓環(huán)塊部的后表面、所述壓力檢測元件的后表面以及所述支承環(huán)塊部的前表面涂敷有接合層，所述接合層由成為密合強化層的內(nèi)層、成為防擴散層的中間層和成為擴散層的外層構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任意一項所述的發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器，其特征在于， 在所述受壓環(huán)塊部的后表面、所述支承環(huán)塊部的前表面、所述壓力檢測元件的前表面或所述壓力檢測元件的后表面涂敷有針對所述壓力檢測元件的校準調(diào)整層，所述校準調(diào)整層采用具有預定厚度的熔融類接合層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中的任意一項所述的發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器，其特征在于， 所述發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器在所述一個電極的不存在所述壓力檢測元件的部位具有用于連接引線的連接器部。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器，其特征在于， 所述連接器部具有壓縮的彈簧，所述彈簧介于所述引線和所述一個電極之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中的任意一項所述的發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器，其特征在于， 所述功能部件是向所述氣缸內(nèi)噴射燃料的噴射器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-11中的任意一項所述的發(fā)動機用氣缸內(nèi)壓傳感器，其特征在于， 所述功能部件是對所述 氣缸內(nèi)的燃料進行點火的火花塞。
【文檔編號】G01L23/10GK103460005SQ201280016410
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月31日
【發(fā)明者】高橋和生, 須藤亞木, 林貴之 申請人:西鐵城精技美優(yōu)達株式會社, 西鐵城控股株式會社