CN107810401A - 用于测量机动车辆的汽缸中的主导压力的传感器 - Google Patents

Abstract

本发明的主题是一种测量机动车辆的汽缸中的主导压力的测量传感器（10），该传感器（10）包括管状本体（20）和安装在该管状本体（20）中的对于压力的变化敏感的敏感元件（30）。该敏感元件（30）包括法兰（30C），所述法兰包括将所述法兰（30C）固定到所述管状本体（20）上的固定部分（30C‑3）、管状部分（30C‑1）和在连接区域（30C‑12）处固定到所述管状部分（30C‑1）上的膜（30C‑2）。所述传感器（10）的特征在于，所述连接区域（30C‑12）和所述固定部分（30C‑3）沿着纵向轴线（X₁₀）分隔开非零的距离，并且所述法兰（30C）在连接区域（30C‑12）和固定部分（30C‑3）之间包括用于吸收机械变形的吸收部分。

Description

用于测量机动车辆的汽缸中的主导压力的传感器

技术领域

本发明涉及电子测量传感器领域，且更具体地涉及一种压力测量传感器和包括此类传感器的机动车辆。

本发明特别适用于安装在机动车辆的发动机汽缸上的压力测量传感器的领域。

背景技术

在包括由汽缸盖封闭的用于燃烧燃料的汽缸的机动车辆中，已知的是，对于每个汽缸经由汽缸盖中的孔安装传感器，该传感器用于测量所述汽缸中的气体压力，并生成表示该压力值随时间的变化的信号。

该信号被发送到车辆的计算机以便于控制各种参数。例如，计算机可以使用该信号以确定向汽缸内喷射燃料的最佳时间，以便于改善发动机的运行和/或减少污染物的排放。

如图1所示，该压力测量传感器1包括沿着纵向轴线X₁延伸的管状本体2和安装在所述管状本体2中的对压力变化敏感的敏感元件3。

敏感元件3包括用于将机械应力转换成电压的压电模块3A，用于将所述机械应力传递到压电模块3A的传递部件3B，以及容纳压电模块3A和传递部件3B的法兰3C。

该法兰3C包括管状部分3C-1、可弹性变形膜3C-2和肩部3C-3。

压电模块3A和传递部件3B容纳在管状部分3C-1中，该管状部分3C-1以同轴方式安装在本体2中。

膜3C-2包括圆形部分3C-21，该圆形部分3C-21在管状部分3C-1中横向延伸以阻塞该管状部分3C-1，以及连接突起部3C-22从所述圆形部分3C-21的中心沿着纵向轴线X₁延伸以便将膜3C-2连接到传递部件3B。

肩部3C-3从管状部分3C-1相对于纵向轴线X₁径向地延伸，以能够在第一焊缝S₁处通过焊接将法兰3C固定到本体2上。

最后，传感器1包括在第二焊缝S₂处通过焊接固定到肩部3C-3的裙部4。该裙部4具有锥形形状，从而能够将测量传感器1以压配方式安装到车辆的汽缸盖的孔中。

当传感器1工作时，膜3C-2在汽缸内的主导压力的作用下变形，从而生成机械应力，传递部件3B将该机械应力传递到压电模块3A，该压电模块3A将机械应力转换成表示汽缸内的主导压力的电压。

然而，此类传感器1具有多个缺点。

首先，此类安装一方面需要将肩部3C-3通过激光焊接到本体2上，且另一方面需要将裙部4通过激光焊接到肩部3C-3上，现实证明这会是复杂的、耗时的且昂贵的。

此外，汽缸盖可能由于发动机的温度和应力的作用而变形，这又会导致传感器1且尤其是膜3C-2的变形。膜3C-2的这种变形容易干扰膜3C-2和压电模块3A之间的机械应力的传递，并因此干扰传感器1的工作。

为了部分地减轻此类缺点，已知将膜3C-2安装在肩部3C-3处，以便使其硬化，且从而限制传感器1变形对膜3C-2的影响。

然而，在此类情况下，当将肩部3C-3焊接在本体2上（焊缝S₁）并将裙部4焊接在肩部3C-3上（焊缝S₂）时，这种焊接在肩部3C-3处释放的热会被传递到膜3C-2并可能导致其变形，这又会导致上述缺点。

而且，将传感器1以压配方式安装到汽缸盖的孔中会导致裙部4和肩部3C-3由于力E的作用而发生机械变形，从而使膜3C-2变形，这又会导致上述缺点。

因此需要一种易于组装且膜没有变形风险的压力传感器。

发明内容

为此，本发明涉及一种用于测量机动车辆的汽缸中的主导压力的传感器，所述传感器包括沿着纵向轴线延伸的管状本体和安装在所述管状本体中的对所述压力的变化敏感的敏感元件，所述敏感元件包括用于将机械应力转换成表示汽缸内的主导压力的值的电压的压电模块、用于将所述机械应力传递到压电模块的部件以及容纳压电模块和传递部件的法兰，所述法兰包括：

• 管状部分，以同轴的方式安装在本体中并且在该管状部分中容纳传递部件和压电模块，

• 膜，其在所述压力的作用下能弹性变形以生成机械应力，所述膜在所述管状部分的中心处延伸，并且所述膜一方面在连接区域处连接到所述管状部分，且另一方面通过所述传递部件连接到所述压电模块，以及

• 固定部分，其用于将所述法兰固定到所述本体上，所述固定部分从所述管状部分相对于所述纵向轴线径向地延伸，

所述传感器的特征在于，连接区域和固定部分沿着纵向轴线分隔开非零的距离，并且法兰在连接区域和固定部分之间包括用于吸收机械变形的吸收部分。

由于根据本发明的传感器，当法兰受力时，吸收部分变形。因为吸收部分位于膜的连接区域和用于将法兰固定到本体上的固定部分之间，所以能保护膜免受固定部分所经受到力。因此，此类传感器能受到保护使其免受与从膜传递机械应力有关的故障的影响。

优选地，连接区域和固定部分分隔开的距离大于1.5 mm，以便于保护膜免受固定部分的温度变化的影响。

另外优选地，吸收部分具有小于位于连接区域处的管状部分的厚度的至少一个厚度，以便当管状部分受到力时使其在吸收部分处变形，从而保护膜免于变形。

有利的是，吸收部分具有的最小厚度小于0.5 mm。

另外有利的是，吸收部分沿着纵向轴线在大于0.5 mm的距离上延伸。

根据本发明的一个特征，固定部分和吸收部分与管状部分是整体的，以便易于制造。

在第一实施例中，传感器包括焊接到固定部分的锥形的裙部，固定部分沿着纵向轴线延伸小于0.5 mm的厚度，以通过单次激光焊接将裙部和固定部分焊接至本体。

在第二实施例中，传感器包括锥形裙部，所述裙部与固定部分是整体的，以便易于制造。

本发明还涉及一种包括汽缸盖的车辆，该车辆包括至少一个汽缸和至少一个如上所述的用于测量所述汽缸内部的压力的传感器，所述传感器安装在所述汽缸盖中。

本发明还涉及一种组装如上所述的测量传感器的方法，其包括将裙部和固定部分焊接到管状本体上的单个步骤。单次激光焊接有利地使得传感器的制造是容易且快速的，同时限制了在焊接过程中所释放的热造成膜变形的风险。

附图说明

通过阅读下面的描述，将更好地理解本发明，下面的描述参照附图且仅以示例的方式提供，其中：

- 图1是根据现有技术的压力传感器的纵向截面的示意图，

- 图2是根据本发明的压力传感器的实施例的纵向截面的示意图，

- 图3是根据本发明的传感器的第二实施例的纵向截面的示意图。

具体实施方式

应当注意到，附图详细地公开了本发明以便实施本发明，在必要的情况下，这些附图当然能用于更清楚地限定本发明。

根据本发明的传感器设计成安装在机动车辆的汽缸盖上，以便测量所述汽缸盖的汽缸中容纳的气体的压力。为此，传感器配置成被引入到汽缸盖的孔（未示出）中，该孔的一侧通向汽缸中且另一侧通向汽缸盖的外部。

以已知的方式，此类传感器将汽缸中的主导压力生成的机械应力转换为表示所述压力的电信号，所述电信号被发送至车辆的车载计算机，以便于优化车辆的各种运行参数，例如其燃料消耗。

参考图2，示出了根据本发明的压力测量传感器10的第一实施例。

传感器10首先包括具有伸长形状的管状本体20，该管状本体20沿纵向轴线X₁₀在固持端（未示出）和测量端20A之间延伸，并且包括界定内部腔体20C的大致圆筒状的内表面20B。

固持端用于通过将传感器10从汽缸盖的外部拧入和拧出而将传感器10安装在汽缸盖的孔中以及从汽缸盖的孔中拆卸下来。为了实现这种安装，本体10在其外表面的一部分上具有外螺纹（未示出），该外螺纹与孔中的内螺纹配合。

测量端20A配置来接纳对汽缸内的气体压力的变化敏感的敏感元件30。

该敏感元件30既安装在测量端20A处又安装在管状本体20的内部腔体20C中。

为此，测量端20A具有圆形表面，该圆形表面用于将敏感元件30焊接到管状本体20上，该圆形表面在垂直于纵向轴线X₁₀的平面内延伸，并且特别地允许敏感元件30沿纵向轴线X₁₀在管状本体2中的锁定。

为了测量汽缸内的主导压力，敏感元件30包括压电模块30A、传递部件30B和法兰30C。

法兰30C一方面设置来接收压电模块30A和传递部件30B，且另一方面设置来接收由汽缸内的主导压力生成的机械应力。

传递部件30B沿着纵向轴线X₁₀纵向地延伸，并且设置成在法兰30C所接收的机械应力的作用下沿着所述纵向轴线X₁₀移动，以便将该机械应力传递到压电模块30A。

压电模块30A被配置为将传递部件30B所传递的机械应力转换成表示汽缸内的主导压力的值的电压。这种压电模块30A的工作对于本领域技术人员来说是已知的，因此不再详细描述。

现在将更详细地描述法兰（bride）30C。法兰30C包括管状部分30C-1、在所述管状部分30C-1内延伸的膜30C-2以及将法兰30C固定到传感器本体2的固定部分30C-3。

管状部分30C-1沿着轴线X₁₀纵向地延伸并且限定中空内部空间30C-11，在该中空内部空间30C-11中容纳传递部件30B和压电模块30A。 管状部分30C-1包括在中空内部空间30C-11中用于将膜30C-2连接到管状部分30C-1上的连接区域30C-12。优选地，管状部分30C-1在连接区域30C-12处具有大约0.8 mm的厚度，以便使膜30C-2硬化。

膜30C-2包括圆形部分30C-21，该圆形部分30C-21在管状部分30C-1中横向延伸使得阻塞该管状部分30C-1，且连接突起部30C-22从所述圆形部分30C-21的中心沿着纵向轴线X₁₀延伸，以便将膜30C-2连接到传递部件30B。圆形部分30C-21具有大约0.3 mm的小厚度，使其能够在汽缸中的主导压力的作用下发生弹性变形。

在根据本发明的传感器的优选实施例中，膜30C-2与管状部分30C-1是整体的。已经示出了与管状部分30C-1成整体的的膜30C-2，但不言而喻，膜30C-2可以是安装在管状部分30C-1的内部空间中的分开的零件，例如通过粘合、螺纹连接、焊接等进行安装。同样，膜可以具有扁平的形状，于是相对于纵向轴线X₁₀径向地延伸，或者具有凹形或凸形的形状。

固定部分30C-3从管状部分30C-1相对于纵向轴线X₁₀径向地延伸，并且允许通过焊接在焊缝S₁₀处将法兰30C紧固到本体20上。更具体地，固定部分30C-3适于与管状本体2的固定表面达到接触，以便进行焊接以组装传感器10。固定部分30C-3沿纵向轴线X₁₀的厚度小于0.8 mm，优选为大约0.4 mm。

根据本发明的一个方面，膜30C-2的连接区域30C-12和固定部分30C-3沿纵向轴线X₁₀分隔开非零的距离，优选该距离大于1.5 mm。有利地，此类分隔距离使得能够保护膜30C-2免受固定部分30C-3的任何可能的变形的影响，且特别是免受在将固定部分30C-3焊接到管状本体20期间所释放的热量的影响。

根据本发明的另一个方面，管状部分30C-1在连接区域30C-12和固定部分30C-3之间具有吸收部分30C-4。该吸收部分30C-4具有相对于位于连接区域30C-12处的管状部分3C-1的厚度减小的厚度。优选地，吸收部分30C-4处的厚度逐渐减小到小于0.5 mm的厚度。因此，管状部分30C-1的厚度在沿着纵向轴线X₁₀的大约0.5 mm的长度上减小。这样的吸收部分30C-4在固定部分30C-3经受到力的作用时允许管状部分30C-1的变形，并且防止该变形传播到膜30C-2。

为了使传感器10能够以压配方式安装到汽缸盖的孔中，传感器包括裙部40。裙部40包括用于将其固定到法兰30C的固定区域和锥形部分41，从而能够将传感器1以压配方式安装在汽缸盖的孔中。

裙部40在固定部分30C-3处在与管状本体2相对的一侧安装在法兰30C上。因此，固定部分30C-3一方面连接到管状本体2，且另一方面连接到裙部40。优选裙部40焊接到法兰30C。

为了使膜30C-2与汽缸中的气体接触，裙部40在其中心处限定了圆筒状开口42。

已经示出了安装在法兰30C上的裙部40，但是在第二实施例中，并且参照图3，裙部30C-5可以与固定部分30C-3是整体的，同时具有与上述传感器10的第一实施例相同的形状和尺寸。

在下文的描述中，介绍上述传感器10的制造方法的实施方案。

在安装根据本发明的传感器10期间，首先组装敏感元件30。为此，将压电模块30A和传递部件30B安装在法兰30C的内部空间30C-11中，传递部件30B一方面在连接突起部30C-22处与膜30C-2接触，且另一方面与压电模块30A接触。

然后将敏感元件30同轴地安装在管状本体2中，使得固定部分30C-3与本体2的测量端20A接触。

为了固定该组件，在焊缝S₁₀处通过激光焊接将固定部分30C-3和本体2焊接在一起。有利的是，膜30C-2的连接区域30C-12与固定部分30C-3分隔开，由焊缝S₁₀所释放的热量并不使所述膜30C-2变形。

在传感器10包括附接的裙部40的情况下，裙部40在固定部分30C-3处安装在法兰30C上。为此，裙部40在与本体2相对的一侧上焊接到固定部分30C-3。在激光焊接的焊缝的宽度大约为0.8 mm的情况下，固定部分30C-3的厚度有利地小于或等于0.5 mm，以便能够通过单个焊缝S₁₀将管状本体2和裙部40焊接到固定部分30C-3。因此，由于焊接期间所释放的热量的影响使膜30C-2变形的风险降低，并且传感器的组装过程是快速且容易的。

然后将以这种方式组装的传感器10通过锥形端部30C-5，41引入到汽缸盖的孔中。将管状本体2拧入所述孔中，以便将传感器10以压配方式安装到孔中。有利地，通过旋拧本体2的固持端而以压配方式安装锥形端部30C-5，41所产生的力通过法兰30C的管状部分30C-1的吸收部分30C-4的变形所吸收。而且，在该安装操作期间，膜30C-2被保护且不变形。

当传感器10工作时，膜30C-2由于压力的作用而变形，从而生成机械应力，该机械应力由传递部件30B传递到压电模块30A，该压电模块30A将机械应力转换成表示汽缸内的压力的电压。

最后应注意道，本发明不限于上面说明的示例，并且可以用本领域的技术人员能力范围内的许多方式进行改变。尤其，为了说明本发明的实施例而在图中示出的连接区域30C-12、固定部分30C-3、吸收部分的形状和尺寸不应被解释为限制本发明。

Claims (10)

1.一种用于测量机动车辆的汽缸中的主导压力的测量传感器（10），所述传感器（10）包括锥形端部（30C-5，41）、沿着纵向轴线（X₁₀）延伸的管状本体（20）、所述管状本体（20）的固持端以及安装在所述管状本体（20）中的对所述压力的变化敏感的敏感元件（30），所述敏感元件（30）包括用于将机械应力转换成表示所述汽缸内的主导压力的值的电压的压电模块（30A）、用于将所述机械应力传递到所述压电模块（30A）的传递部件（30B）以及容纳所述压电模块（30A）和所述传递部件（30B）的法兰（30C），所述法兰（30C）包括：

• 管状部分（30C-1），其以同轴的方式安装在所述本体（20）中，并且沿着所述纵向轴线（X₁₀）纵向地延伸，并且限定中空内部空间（30C-1），在所述中空内部空间（30C-1）中容纳所述传递部件（30B）和所述压电模块（30A），

• 膜（30C-2），其在所述压力的作用下能弹性变形以生成机械应力，所述膜在所述管状部分（30C-1）的中心延伸，并且所述膜一方面在所述中空内部空间（30C-11）中的连接区域（30C-12）处连接到所述管状部分（30C-1），且另一方面通过所述传递部件（30B）连接到所述压电模块（30A），以及

• 固定部分（30C-3），其用于将所述法兰（30C）固定到所述本体（20），所述固定部分从所述管状部分（30C-1）相对于所述纵向轴线（X₁₀）径向地延伸，

所述传感器（10）的特征在于：

• 所述固定部分（30C-3）适于在焊缝（S₁₀）处与所述管状本体（20）的固定表面达到接触，

•所述连接区域（30C-12）和所述固定部分（30C-3）沿着所述纵向轴线（X₁₀）分隔开非零的距离，并且所述法兰（30C）在所述连接区域（30C-12）与所述固定部分（30C-3）之间包括用于吸收机械变形的吸收部分（30C-4），所述吸收部分能够通过变形吸收通过旋拧所述管状本体（20）的所述固持端而以压配方式安装所述锥形端部（30C-5）所产生的力。

2. 根据权利要求1所述的测量传感器（10），其中，所述连接区域（30C-12）与所述固定部分（30C-3）分隔开的距离大于1.5 mm。

3.根据权利要求1或2中的一项所述的测量传感器（10），其中，所述吸收部分（30C-4）具有小于位于所述连接区域（30C-12）处的所述管状部分（3C-1）的厚度的至少一个厚度。

4. 根据权利要求3所述的测量传感器（10），其中，所述吸收部分（30C-4）具有的最小厚度小于0.5 mm。

5. 根据权利要求1至4中的任一项所述的测量传感器（10），其中，所述吸收部分（30C-4）沿着所述纵向轴线（X₁₀）延伸大于0.5 mm的距离。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的测量传感器（10），其中，所述固定部分（30C-3）和所述吸收部分（30C-4）与所述管状部分（30C-1）是整体的。

7. 根据权利要求1至6中的任一项所述的测量传感器（10），其包括焊接到所述固定部分（30C-3）的锥形的裙部（40），所述固定部分（30C-3）沿着所述纵向轴线延伸小于0.5 mm的厚度。

8.根据权利要求1至6中的任一项所述的测量传感器（10），其包括锥形裙部（30C-5），所述裙部（30C-5）与所述固定部分（30C-3）是整体的。

9.一种包括汽缸盖的车辆，所述车辆包括至少一个汽缸和至少一个根据前述权利要求中的任一项所述的用于测量所述汽缸内的压力的测量传感器（10），所述传感器安装在所述汽缸盖中。

10.一种根据权利要求7所述的测量传感器（10）的组装方法，其包括将所述裙部（40）和所述固定部分（30C-3）焊接在所述管状本体（20）上的单个步骤。