CN111033205B - 压力传感器 - Google Patents

Abstract

抑制受热部从隔膜脱落。压力传感器具备：筒状的壳体；隔膜，堵塞壳体的前端侧的开口，根据从自身的前端侧受到的压力而挠曲；及传感器元件，输出信号根据隔膜的挠曲的量而变化，所述压力传感器的特征在于，隔膜形成有从自身的前端面向后端侧延伸的孔，压力传感器具备受热部，该受热部具有配置于孔内的第一部和与第一部的前端侧相邻并将隔膜的前端面的至少一部分覆盖的第二部，第一部与第二部一体形成，第一部与隔膜的形成孔的内表面连接。

Description

压力传感器

技术领域

本公开涉及测定内燃机的燃烧室内的压力的压力传感器。

背景技术

作为压力传感器，已知有具备筒状的壳体、堵塞壳体的前端侧的开口并根据从前端侧受到的燃烧气体产生的压力而挠曲的隔膜、输出信号根据隔膜的挠曲的量而变化的传感器元件的压力传感器。

另外，作为压力传感器，已知有为了减少高温的燃烧气体产生的隔膜的热变形量而在隔膜的前端面设置有受热部的压力传感器。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7-19981

专利文献2：日本特开2017-40516

发明内容

发明的概要

发明要解决的课题

然而，关于隔膜与受热部的连接方法，未进行充分的钻研，在安装于内燃机使用时，受热部可能会从隔膜脱落。

本公开公开一种通过改善隔膜与受热部的连接方法而能够抑制受热部从隔膜脱落的技术。

用于解决课题的方案

本公开例如公开了以下的应用例。

[应用例1]

一种压力传感器，具备：

筒状的壳体；

隔膜，堵塞壳体的前端侧的开口，根据从自身的前端侧受到的压力而挠曲；及

传感器元件，输出信号根据隔膜的挠曲的量而变化，

所述压力传感器的特征在于，

隔膜形成有从自身的前端面向后端侧延伸的孔，

压力传感器具备受热部，该受热部具有配置于孔内的第一部和与第一部的前端侧相邻并将隔膜的前端面的至少一部分覆盖的第二部，第一部与第二部一体形成，

第一部与隔膜的形成孔的内表面连接。

根据本结构，第一部与第二部一体成形，因此第一部与第二部不通过焊接等而接合，原本第一部与第二部就不会分离。而且，第一部与隔膜中的形成从前端面朝向后端侧延伸的孔的内表面连接，因此隔膜与受热部的连接部难以曝露于燃烧气体。其结果是，能够减小燃烧气体对于隔膜与受热部的连接部的影响，燃烧气体引起的连接部的劣化、破损难以发生，能够抑制受热部从隔膜脱落。

[应用例2]

根据应用例1记载的压力传感器，其特征在于，

隔膜的自身的后端部配置于壳体内，

孔具有配置于后端部的孔后端部，

第一部与孔后端部的隔膜的内表面连接。

根据该结构，设置于隔膜的孔具有在配置于壳体内的后端部配置的孔后端部，受热部与隔膜中的形成孔后端部的内表面连接，因此受热部与隔膜的连接部设置于更远离隔膜的前端面的位置。其结果是，能够进一步减小燃烧气体对受热部与隔膜的连接部的影响。其结果是，燃烧气体引起的连接部的劣化、破损难以发生，能够进一步抑制受热部从隔膜脱落。

[应用例3]

根据应用例1或2记载的压力传感器，其特征在于，

隔膜具有：

杆部，从前端侧朝向后端侧延伸；及

凸缘部，从杆部的周围向径向外侧延伸，根据从自身的前端侧受到的压力而挠曲，

第二部将凸缘部的前端面的至少一部分覆盖，

孔形成于杆部，并从杆部的前端面向比凸缘部的后端面靠后端侧延伸，

第一部与孔中的比凸缘部的后端面靠后端侧的部分的隔膜的内表面连接。

根据该结构，受热部与孔中的比凸缘部的后端面靠后端侧的部分的隔膜的内表面连接，因此受热部与隔膜的连接部设置于更远离隔膜的前端面的位置。其结果是，能够进一步减小燃烧气体对受热部与隔膜的连接部的影响。其结果是，燃烧气体引起的连接部的劣化、破损难以发生，能够进一步抑制受热部从隔膜脱落。

[应用例4]

根据应用例1～3中任一记载的压力传感器，其特征在于，

隔膜经由连接部连接于壳体的前端侧，

在将隔膜的前端面及连接部投影到与隔膜的前端面平行的投影面上的情况下，

在投影面上，将由连接部包围的区域的面积设为包围面积Sd时，包围面积Sd和隔膜的孔的开口面积Sn为0.15≤(Sn/Sd)≤0.25。

根据该结构，相对于连接部的包围面积Sd，孔的开口面积Sn所占的比例不会过大，因此能够在不抑制隔膜的挠曲(变形)的情况下，高精度地检测燃烧室的压力。

另外，根据该结构，相对于包围面积Sd，孔的开口面积Sn所占的比例不会过小，因此能够充分地确保隔膜与受热部的连接区域。其结果是，能够减小对隔膜与受热部的连接部的负荷，能够进一步抑制受热部从隔膜脱落。

需要说明的是，本说明书公开的技术能够以各种形态实现，例如，能够以压力传感器、搭载该压力传感器的内燃机等形态实现。

附图说明

图1是表示作为第一实施方式的压力传感器10的说明图。

图2是将压力传感器10的前端部放大表示的剖视图。

具体实施方式

A.第一实施方式：

图1是表示作为第一实施方式的压力传感器10的说明图。本实施方式的压力传感器10安装于内燃机而用于检测内燃机的燃烧室内的压力。如图1所示，压力传感器10具备筒状的第一配件20、第二配件80、第三配件35、隔膜40、受热部90、元件部50、线缆60作为主要的构成要素。中心轴CL是压力传感器10的中心轴。以下，将中心轴CL也称为轴线CL，将与轴线CL平行的方向也称为“轴线方向”。将以轴线CL为中心的圆的径向也简称为“径向”，将以轴线CL为中心的圆的周向也简称为“周向”。而且，将沿轴线CL从第一配件20朝向隔膜40的方向称为“前端方向Df”，将前端方向Df的相反方向称为“后端方向Dr”。将前端方向Df侧也称为“前端侧”，将后端方向Dr侧也称为“后端侧”。

图1中示出压力传感器10的前端侧的部分的比轴线CL靠左侧的截面结构。该截面是包含轴线CL的平截面(利用平面剖切的截面)。而且，图1中示出压力传感器10的其他的部分的外观结构。在本实施方式中，压力传感器10的中心轴CL也是第一配件20、第二配件80、第三配件35、隔膜40、受热部90、元件部50的各自的中心轴。

第一配件20、第二配件80、第三配件35的与中心轴CL垂直的截面(以下，也称为横截面)为圆环状且具有沿轴线方向延伸的筒形状。在本实施方式中，第一配件20、第二配件80、第三配件35由不锈钢形成。但是，也可以采用其他的材料(例如，低碳钢等钢、各种金属材料)。在本实施方式中，由第一配件、第二配件及第三配件形成的筒状构件相当于发明内容中记载的“壳体”。

在第一配件20形成有以中心轴CL为中心的贯通孔即轴孔21。而且，在第一配件20的后端侧外周面设有螺纹部22及工具卡合部24。螺纹部22具备用于将压力传感器10固定于内燃机的气缸盖的螺纹槽。工具卡合部24具有与在压力传感器10的安装及拆卸中使用的工具(未图示)卡合的外周形状(例如，横截面为六边形)。

在第二配件80形成有以中心轴CL为中心的贯通孔即轴孔81。在第三配件35形成有以中心轴CL为中心的贯通孔即轴孔39。第一配件20的轴孔21、第二配件80的轴孔81、第三配件35的轴孔39形成与第一配件20的轴孔21连通的连续的贯通孔。在第二配件80的轴孔81内，从前端侧朝向后端侧依次配置有元件部50和按压螺钉32。在第三配件35的轴孔39内配置隔膜40。

图2是将压力传感器10的前端部，具体而言将图1中作为区域X而表示的部位放大表示的剖视图。该截面是包含轴线CL的平截面。第三配件35配置于第二配件80的前端侧，经由接合部89接合于第二配件80。接合部89是在第二配件80与第三配件35焊接(例如，激光焊接)时熔融的部分(以下，将接合部89也称为“熔融部89”或“焊接痕89”)。在第三配件35的前端部形成有从前端侧朝向后端侧扩径的扩径部34。在压力传感器10安装于内燃机的情况下，扩径部34紧贴于内燃机的气缸盖。

隔膜40具备杆部44和凸缘部42。

杆部44是以轴线CL为中心的圆柱状的部分，朝向后端方向Dr侧延伸。

凸缘部42是从杆部44的周围向径向外侧延伸的大致圆形的膜。凸缘部42的外周侧的缘42o遍及整周地经由连接部45连接于第三配件35的前端部(例如，激光焊接)，隔膜40将筒状的壳体(具体而言，具有轴孔39的第三配件35)的前端侧的开口堵塞。

凸缘部42与杆部44使用不锈钢一体形成(例如，锻造或切削)。但是，也可以在分别形成凸缘部42和杆部44之后，通过焊接等将凸缘部42与杆部44一体化。而且，也可以采用其他的材料(例如，低碳钢等钢、各种金属材料)。

隔膜40具有曝露于燃烧室气体的前端面43。隔膜40中的凸缘部42根据从自身的前端侧受到的燃烧室的压力而挠曲(变形)。杆44根据凸缘部42的挠曲(变形)而与轴线CL方向大致平行地位移。由此，杆44将与压力Pc相应的载荷向与杆44的后端部49连接的后述的元件部50传递。

隔膜40形成有从前端面43向后端侧延伸的孔46。隔膜40在形成孔46的内表面47处与后述的受热部90接合。需要说明的是，内表面47由孔46的底面及侧面构成。

另外，在第一实施方式中，隔膜40的自身的后端部配置于壳体内(具体而言，第三配件35内)，孔46具有配置于后端部的孔后端部46r。需要说明的是，壳体内(具体而言，第三配件35内)是指在比壳体(具体而言，第三配件35)的前端靠后端侧处，由壳体包围周向的区域。并且，受热部90与孔后端部46r的隔膜40的内表面47连接。

受热部90由配置于孔46内的棒状的第一部91和与第一部91相邻且以轴线CL为中心的圆盘状的板状构件即第二部92构成。受热部90在本实施方式中使用不锈钢形成，但也可以使用其他的金属形成。而且，第一部91与第二部92通过例如锻造或切削而作为一个构件一体形成。

在朝向后端方向Dr观察压力传感器10的情况下，构成受热部90的第二部92覆盖隔膜40的前端面43的至少一部分(具体而言，凸缘部42的前端面43的至少一部分)。在本实施例中，隔膜40的前端面43的大致整体由构成受热部90的第二部92遮挡。

受热部90的孔46内的配置于孔后端部46r内的第一部91经由连接部99通过例如激光焊接连接于隔膜40的孔后端部46r的内表面47。连接部99形成于隔膜40的孔46内的孔后端部46r内。

另外，在第一实施方式中，孔46形成于杆部44。而且，孔46从杆部44的前端面43向比凸缘部42的后端面42r靠后端侧延伸。构成受热部90的第一部91与孔46中的比凸缘部42的后端面42r靠后端侧的部分的隔膜40的内表面47连接。

按压螺钉32(参照图1)安装于第二配件80的轴孔的后端侧。在按压螺钉32形成有以轴线CL为中心的贯通孔即轴孔。在按压螺钉32的外周面形成有阳螺纹。在第二配件80的轴孔的后端侧的部分的内周面形成有与按压螺钉32的阳螺纹对应的阴螺纹。按压螺钉32从第二配件80的后端侧拧入轴孔内。在按压螺钉32与隔膜40的杆部44之间夹有元件部50。按压螺钉32对于元件部50施加预载荷。通过调整将按压螺钉32拧入第二配件80时的按压螺钉32的转数，能够容易实现适当的预载荷。因此，能够提高压力测定的精度。需要说明的是，按压螺钉32由不锈钢形成。但是，也可以采用其他的材料(例如，低碳钢等钢、各种金属材料)。

元件部50具备2个电极52、由2个电极52夹着的传感器元件(在本实施例中，为压电元件)51、在前端侧的电极52的前端侧配置的压板54、从后端侧的电极52朝向后端方向Dr依次排列的引线部53、压板54、绝缘板55。如图2所示，压板54、电极52、传感器元件51、电极52、引线部53、压板54、绝缘板55从前端侧朝向后端侧按此顺序层叠。绝缘板55的后端侧的面支承于按压螺钉32的前端侧的面。杆部44的后端部49与前端侧的压板54的前端侧的面接触。传感器元件51经由前端侧的电极52和压板54连接于杆部44。

传感器元件51的输出信号根据隔膜40(具体而言，凸缘部42)的挠曲的量而变化。需要说明的是，作为传感器元件51，使用压电元件，但也可以使用其他的传感器元件(例如，应变计式)。

这样，根据第一实施方式的压力传感器10，第一部91与第二部92一体成形，因此第一部91与第二部92未通过焊接等而接合，原本第一部91与第二部92也不会分离。而且，第一部91与隔膜40中的形成从前端面43朝向后端侧延伸的孔46的内表面47连接，因此隔膜40与受热部90的连接部99难以曝露于燃烧气体。其结果是，能够减小燃烧气体对隔膜40与受热部90的连接部99的影响，燃烧气体引起的连接部99的劣化或破损难以发生，能够抑制受热部90从隔膜40脱落。

另外，根据第一实施方式的压力传感器10，设置于隔膜40的孔46具有在隔膜中的配置于壳体内的后端部形成的孔后端部46r，受热部90与隔膜40中的形成孔后端部46r的内表面47连接，因此受热部90与隔膜40的连接部99设置于更远离隔膜40的前端面43的位置。其结果是，能够进一步减小燃烧气体对受热部90与隔膜40的连接部99的影响。其结果是，燃烧气体引起的连接部99的劣化或破损难以发生，能够进一步抑制受热部90从隔膜40脱落。

另外，根据第一实施方式的压力传感器10，受热部90与孔46中的比凸缘部42的后端面42r靠后端侧的部分的隔膜40的内表面47连接，因此受热部90与隔膜40的连接部99设置在更远离隔膜40的前端面43的位置。其结果是，能够进一步减小燃烧气体对受热部90与隔膜40的连接部99的影响。其结果是，燃烧气体引起的连接部99的劣化或破损难以发生，能够进一步抑制受热部90从隔膜40脱落。

B评价试验1

对使用了压力传感器10的样品的评价试验1进行说明。

在该评价试验中，在内燃机的相同的气缸(即，燃烧室)安装样品的传感器和目标传感器，然后，通过使内燃机运转而分别从样品的传感器和目标传感器取得压力的波形。

样品是图1及图2所示的第一实施方式的压力传感器10的样品。关于样品，准备了连接部45的包围面积Sd与设置于隔膜40的孔46的开口面积Sn之比Sn/Sd不同的7个样品。这些样品通过调整孔46的内径来制成，各样品的Sn/Sd分布在0.05以上且0.35以下的范围内。

作为内燃机，使用了直列4气缸、排气量1.3L、自然进气的内燃机。内燃机在转速为1500rpm、节流阀的开度为10％这样的条件下运转。

成为目标的压力传感器被预先调整为能够以充分良好的精度测定压力。在本评价试验中，在5个循环中测定了样品的压力G2和目标的压力G1。算出了相同定时下的2个压力G1、G2的差分。按各循环确定了差分的最大值Em。并且，算出5个最大差分Em的平均值作为样品的压力传感器的压力误差Ep。在各样品中，将压力误差Ep的值为200kPa以下的样品判定为○(优选)，将其以上判定为△(不优选)。

[表1]

Sn/Sd	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25	0.3	0.4
								判定	○	○	○	○	○	Δ	Δ

表1中示出试验结果。在比率Sn/Sd为0.3和0.4的样品中，压力误差Ep的值为200kPa以上，评价为△。另一方面，在比率Sn/Sd为0.05、0.10、0.15、0.20及0.25的样品中，压力误差Ep的值为200kPa以下，评价为○。可以认为这是因为相对于连接部45的包围面积Sd而孔46的开口面积Sn所占的比例不会过大，因此能够在不抑制隔膜40的挠曲(变形)的情况下，高精度地检测燃烧室的压力。

C评价试验2

接下来，说明评价试验2。在评价试验2中，在内燃机分别安装使连接部45的包围面积Sd与孔46的开口面积Sn的比率Sn/Sd变化的样品，使内燃机运转100小时。之后，观察各样品的状态，在受热部90破损的情况下，判断为△(不优选)，在未破损的情况下，判断为○(优选)。

作为进行了耐久试验的内燃机，使用了直列4气缸、排气量1.3L、自然进气的内燃机。而且，该内燃机在转速为6000rpm且节流阀的开度为100％这样的条件下运转。需要说明的是，上述条件是比通常的运转严苛的条件。

[表2]

Sn/Sd	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25	0.3	0.4
								判定	Δ	Δ	○	○	○	○	○

表2中示出试验结果。在比率Sn/Sd为0.05和0.10的样品中，受热部90破损，评价为△。另一方面，在比率Sn/Sd为0.15、0.20、0.25、0.30及0.40的样品中，受热部90未破损，评价为○。这是由于相对于包围面积Sd而孔的开口面积Sn所占的比例不会过小，因此能够充分确保隔膜40与受热部90的连接区域。其结果是，可以认为能够减小对于隔膜40与受热部90的连接部99的负荷，能够进一步抑制受热部90从隔膜40脱落。

D变形例

(1)在第一实施方式中，构成受热部90的第一部91与隔膜40中的形成于壳体内(具体而言，第三配件内)的内表面47连接。然而，也可以在隔膜40中的配置于壳体外的部分使隔膜40与受热部90连接。

(2)在第一实施方式中，隔膜40与受热部90通过激光焊接来连接。然而，也可以使用激光焊接以外的方法(例如，耐热性的粘接剂、压入、铆接固定等)来连接。而且，也可以使用其他的焊接方法(电阻焊、电子束焊接等)来连接。

(3)在第一实施方式中，孔46的开口形成于隔膜40的杆部44。然而，孔46也可以形成于隔膜40的凸缘部42。

(4)在第一实施方式中，形成于隔膜40的孔46及受热部90的第一部91分别各形成一个。然而，它们也可以分别形成多个。

以上，基于实施方式、变形例而说明了本发明，但是上述的发明的实施方式是为了易于理解本发明的实施方式，并不限定本发明。本发明在不脱离其主旨以及发明内容的情况下，能进行变更、改良，并且本发明包含其等同物。

Claims (4)

1.一种压力传感器，具备：

筒状的壳体；

隔膜，堵塞所述壳体的前端侧的开口，根据从自身的前端侧受到的压力而挠曲；及

传感器元件，输出信号根据所述隔膜的挠曲的量而变化，

所述压力传感器的特征在于，

所述隔膜形成有从自身的前端面向后端侧延伸的孔，

所述压力传感器具备受热部，该受热部具有配置于所述孔内的第一部和与所述第一部的前端侧相邻并将所述隔膜的所述前端面的至少一部分覆盖的第二部，所述第一部与所述第二部一体形成，

所述第一部与所述隔膜的形成所述孔的内表面连接。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

所述隔膜的自身的后端部配置于所述壳体内，

所述孔具有配置于所述后端部的孔后端部，

所述第一部与所述孔后端部的所述隔膜的所述内表面连接。

3.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，

所述隔膜具有：

杆部，从前端侧朝向后端侧延伸；及

凸缘部，从所述杆部的周围向径向外侧延伸，根据从自身的前端侧受到的压力而挠曲，

所述第二部将所述凸缘部的所述前端面的至少一部分覆盖，

所述孔形成于所述杆部，并从所述杆部的所述前端面向比所述凸缘部的后端面靠后端侧延伸，

所述第一部与所述孔中的比所述凸缘部的后端面靠后端侧的部分的所述隔膜的所述内表面连接。

4.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，

所述隔膜经由连接部连接于所述壳体的前端侧，

在将所述隔膜的所述前端面及所述连接部投影到与所述前端面平行的投影面上的情况下，

在所述投影面上，将由所述连接部包围的区域的面积设为包围面积Sd时，所述包围面积Sd和所述隔膜的所述孔的开口面积Sn为0.15≤(Sn/Sd)≤0.25。

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