CN1760654A - 爆震传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种爆震传感器，其构造是把包括压电元件、端子板、绝缘片和重块的各元件安装在一个有一个突缘部分和一个管状部分的基座上，管状部分的上部外圆周表面上成形有一个环槽部分，把一个止动环装在各元件的上面，对该止动环施加轴向预加载荷，把各元件压在所述突缘部分上，而后把所述止动环在其对应于预定的预加载荷的位置上固定地嵌入管状部分上的环槽部分，将各元件保持在预加载荷状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种安装在内燃机上的非共振型爆震传感器(knock sensor)。本发明也涉及一种该爆震传感器的制造方法。
背景技术
安装在内燃机上的非共振型爆震传感器被构造成能够用夹压在内燃机的内部零件里的压电元件把爆震振动转变为电压信号，并且在内燃机里发生爆震振动时把电压信号作为输出信号输出。例如，日本专利公报(未审查)257624/2002揭示了这种型式的爆震传感器。图6给出了该专利公报的爆震传感器的剖面图，表示了其内部结构。这种爆震传感器40的构造是这样的：一个金属的基座21包括盘状的突缘部分21a和从盘状突缘部分21a沿轴向向上延伸的管状部分21b以及一个贯穿突缘部分21a和管状部分21b的通孔22。下绝缘片7、下端子板5、压电元件4、上端子板6、上绝缘片8以及重块9从下至上依次装配在金属基座21上。接着，把一个螺母23拧在阳螺纹21c上，阳螺纹21c是成形在管状部分21b的上部外表面上，用一个扭矩扳手之类的工具按预定的扭矩把螺母23紧固。然后，把端子零件14通过锡銲或电阻焊连接于下端子板5和上端子板6，并把这样形成的结构物除基座21的内圆周表面和上下两端表面之外用模制树脂包覆起来而形成外壳13。同时，用于引出信号的连接部分15是成形为突出于外壳13的一侧，并且是与端子零件14模制成一个整体。
这种型式的爆震传感器是用一个穿过基座21的通孔22的螺栓安装在内燃机上。在内燃机发生爆震时，构成这种爆震传感器的压电元件、重块等元件随爆震振动一起振动，这种振动由压电元件转变成电压信号，并且这个信号通过下端子板5和上端子板6向外输出。因此，必须以一定的预加机械载荷把所有这些元件牢固地压紧，并且在由于内燃机发生爆震而产生加速度时也能保持这种紧固状态。预加载荷的任何变化都会使压电元件的输出特性或检测灵敏度发生变化，从而使其不能正确地执行爆震检测。
另外，在上述构造的常规爆震传感器40中，由于叠装在基座21上的绝缘片7和8、端子板5和6、压电元件4以及重块9等元件都是由螺母23压紧而叠压在一起，就容易产生下述问题。
就是说，虽然用扭矩扳手之类的工具控制拧紧力矩可使螺母23对压电元件4施加到预定的载荷，但是，由于螺母23的拧紧力矩或螺母23的阴螺纹和基座21上的阳螺纹之间的摩擦系数或尺寸的波动和变化，施加于压电元件4的预加载荷是不稳定的，这就出现问题了。这种不稳定的预加载荷会引起爆震检测时的输出特性或检测灵敏度的波动。而且，有时会出现这样的情况：在切割螺纹的过程中产生金属屑，在装配传感器时或者在模制树脂外壳时，粘在螺纹零件上的金属屑可能会落入并夹在压电元件4的两个电极之间以使电极短路，最终导致传感器工作不正常。
还有，由于要用螺母23以及在基座21上加工出阳螺纹，这不仅需要很高的生产成本，而且还必须小心地控制螺母23的拧紧力矩，也就是螺母23与基座21之间的螺纹啮合。因此，常规的爆震传感器还有生产过程中难以做到自动化装配的问题。
发明内容
本发明的一个目的是解决已有技术中存在的上述问题。
本发明的第二个目的是提供一种爆震传感器及其制造方法，用这种方法制造爆震传感器，可以对压电元件精确地施加预定的预加载荷，因而可使其输出特性或检测灵敏度稳定。
本发明的第三个目的是提供一种爆震传感器及其制造方法，用这种方法制造的爆震传感器不会产生由金属屑引起传感器内部电路短路的故障。
本发明的第四个目的是提供一种爆震传感器及其制造方法，用这种方法制造的爆震传感器的零件数目少，容易装配，所以可降低制造成本。
按照本发明的第一方面，一种爆震传感器包括：一个金属的基座，该基座有一个盘状突缘部分和一个从盘状突缘部分沿轴向延伸出来的管状部分以及一个贯穿突缘部分和管状部分的通孔；安装在所述突缘部分上的一个环形的压电元件、端子板、绝缘片和重块；以及，一个压持装置，这个压持装置把各元件夹压在这个压持装置与所述突缘部分之间。在这种爆震传感器中，所述压持装置包括设置在所述管状部分的上部外圆周表面上的一个环槽部分以及一个安装在所述管状部分上、对所述各元件施加轴向预加载荷的止动环，所述止动环固定地嵌入所述管状部分的所述环槽部分。
按照本发明的第二方面，一种爆震传感器的一种制造方法包括下述步骤：按照次序把环形压电元件、端子板、绝缘片以及重块装配到一个有一个突缘部分和一个管状部分的基座上；对所述止动环施加轴向的外载荷而把它向下压；控制向下压的位置而使所述止动环停止在一个预定的位置；把所述止动环的一部分固定地嵌入成形在所述管状部分的上部外圆周表面上的一个环槽部分里，形成一个由所述止动环把所述各元件压在所述突缘部分上的状态；以及，保持所述各元件被夹压在所述止动环和所述突缘部分之间。
按照本发明的第一方面，这种爆震传感器构造成可对所述止动环施加轴向的外载荷，将各元件压在所述突缘部分上，而且，可以在这样的状态，把所述止动环的一部分固定地嵌入所述管状部分。其结果，只要在轴向地向下压所述止动环时控制其位置，就能精确地调整施加于所述各元件的预加载荷，还能在这一预加载荷状态把所述止动环固定地嵌入所述管状部分。因此，能精确地给压电元件施加预定的预加载荷，使它的输出特性和检测灵敏度稳定。还有，由于螺母和基座上都没有螺纹，所以不会产生容易引起传感器短路的金属屑。而且，由于不必在基座的管状部分的上部加工螺纹，也不用螺母，所以可降低零件的成本。
按照本发明的第二方面，在这种制造方法中，对所述止动环施加轴向的外载荷而将其向下压，在向下压的过程中同时测量载荷，并且控制止动环的停止位置。因此，能够精确地调整施加于压电元件和重块等元件的预加载荷。还有，由于是在对各元件施加预加载荷的状态把止动环的一部分固定地嵌入管状部分，所以，即使在轴向外载荷撤消之后各元件也是被以预定的预加载荷夹压在所述止动环和突缘部分之间，因而能使传感器的输出特性或检测灵敏度稳定。还有，按照本发明的方法，不必小心地控制螺母和基座之间的螺纹啮合拧紧力矩，因此可简化传感器的装配和调整以及容易实现自动化。
附图说明
图1是本发明的第一个较佳实施例的爆震传感器1的剖视图。
图2是本发明的第二个较佳实施例的爆震传感器20的剖视图。
图3是本发明的第三个较佳实施例的爆震传感器30的剖视图。
图4是表示本发明的爆震传感器的制造方法的剖视图。
图5是沿着图1中的线“B-B”的剖面图。
图6是已有技术的一个爆震传感器40的剖视图。
具体实施方式
第一实施例
下面，参照附图说明本发明的几个较佳实施例。此外，在各附图中，同样的标号表示与上述已有技术的相同或类似的的零件，而且对它们也不再作进一步的说明。
图1是本发明的第一个较佳实施例的爆震传感器1的横断面，表示出了其内部结构。标号“1”指的是一个爆震传感器，其所有元件被包覆在模制的合成树脂(例如尼龙66)外壳13里。成形在基座13上的一个连接部分15用于把爆震传感器1连接于内燃机发火定时控制装置(未示)。
标号“2”指的是爆震传感器1的基座。该基座2包括盘状的突缘部分2a和从盘状的突缘部分2a轴向地延伸出来的管状部分2b以及贯穿它们的通孔3。突缘部分2a的外圆周表面和管状部分2b上部的外圆周表面分别成形有多个环槽11和12，其有利于确保树脂外壳13与基座2的紧密结合以防止水从外面渗进去。而且，管状部分2b的外圆周表面上的环槽部分16是成形在管状部分2b的上部的环槽12的下面。
标号“4”指的是环形的压电元件，它套装在管状部分2b上，它可感受由基座2传递来的轴向振动并输出对应的电压信号。
标号“5”指的是用导电的金属板制成的下端子板，在装配在基座2的管状部分2b上的状态该下端子板5与压电元件4接触。上端子板6也是用导电的金属板制成的，其在装配在基座2的管状部分2b上的状态与压电元件4接触。端子零件14焊接于下端子板5和上端子板6，并且端子零件14构成连接部分15的电连接端子。
环形的下绝缘片7是用绝缘树脂薄板制成的，其安装在基座2的管状部分2b上在下端子板5的下面，而形成下端子板5和基座2的突缘部分2a之间的电绝缘。环形的上绝缘片8也是用绝缘树脂薄板制成的，其安装在基座2的管状部分2b上在上端子板6的上面，而形成上端子板6和下面将说明的重块9之间的电绝缘。
环形的重块9安装在基座2的管状部分2b上在环形的上绝缘片8的上面，其作用是给压电元件4提供振动力。
标号“10”指的是一个止动环，它安装在管状部分2b上并且其一部分固定地嵌入成形在管状部分2b的上部的环槽16内，它把下绝缘片7、下端子板5、压电元件4、上端子板6、上绝缘片8以及重块9夹压在它和突缘部分2a之间。
如上所述，第一实施例的爆震传感器被构造成外载荷可以沿着轴向直接施加于止动环，而止动环在装配状态是固定地嵌在管状部分2b里。
因此，只要能在轴向地向下压止动环时控制止动环的位置，就能以一个预定的预加载荷把压电元件4或重块9等元件夹压到可被精确调整的状态，这样就可使压电元件4的输出特性或检测灵敏度是稳定的。而且，由于止动环10是通过嵌入而固定于管状部分2b，不存在金属屑会引起传感器短路的问题。此外，尽管这里是用成形在管状部分2b的外圆周表面的环槽部分，但不限于用环槽部分，而是可以只在管状部分2b的外圆周表面上的固定嵌入区域成形一个凹槽部分。
第二实施例
现在，参照图2说明另一个实施例。图2是本发明的第二实施例的爆震传感器20的剖视图。其构造方式基本上与上述第一实施例相同，但是它有一个碟形弹簧25装在止动环10和重块9之间，并且嵌在管状部分2b的环槽部分里的止动环10是通过这个碟形弹簧25压紧重块9和压电元件4等元件。
如上所述，在第二实施例的这个爆震传感器中，由于有碟形弹簧25装在止动环10和重块9之间，即使突然承受极大的压缩载荷也能防止压电元件4因受冲击而破碎，还可以使重块9容易因内燃机的爆震振动而振动，这就可使这种爆震传感器有更高的检测灵敏度。
第三实施例
图3是本发明的第三实施例的爆震传感器30的剖视图。上述第二实施例中，碟形弹簧25是装在止动环10和重块9之间作为分隔件。而在图3所示的第三实施例中，碟形弹簧27a与止动环27是对中地成形为一个整体。
因此，第三实施例的爆震传感器可减少零件数目，因而可进一步降低制造和装配成本。
而且，虽然以上第二和第三实施例中是用一个碟形弹簧来压紧重块9和压电元件4等元件，但也不限于用碟形弹簧。而是可以用能对这些元件施加预定的预加载荷的任何弹性结构件。
第四实施例
下面参照图4和5说明上述构造的爆震传感器的制造方法，以第一实施例的爆震传感器1为例子来说明。如图4所示，爆震传感器1的基座2包括盘状的突缘部分2a和从其轴向地向上延伸的管状部分2b以及贯穿它们的通孔3。环槽16成形在管状部分2b的上部外圆周表面。在装配爆震传感器1时，依次把下绝缘片7、下端子板5、压电元件4、上端子板6、上绝缘片8、重块9和止动环10叠装到基座2的突缘部分2a上。
接着，用金属的加载工具29对止动环10施加轴向载荷而将其向下压，同时用诸如测力仪(未示)之类的载荷仪表进行测量，当达到了预定的预加载荷时停止加压。然后用冲子(未示)沿着图4中箭头“A”的方向把止动环10的一部分打进环槽16里去，从而把压电元件4和重块9等元件夹紧在位。现在来看图5，其表示出止动环10在它的对准环槽16的圆周部分的四个位置上被打进环槽16的嵌入部分28，这些嵌入部分28是在圆周上大致均布的，这样就以预定的载荷把各元件夹压在止动环10和突缘部分2a之间了。然后，通过锡銲和电阻焊把端子零件14连接于下端子板5和上端子板6，再把这样形成的结构件，除其内孔表面和上下端面之外，用模制的树脂包覆起来而形成外壳13。模制时把用于输出信号的连接部分15和端子零件14与外壳13模制成一个整体。
按照第四实施例，爆震传感器的这种制造方法是，对止动环施加轴向外载荷，同时用诸如测力仪之类的载荷仪表进行测量，把止动环向下压，达到预定载荷时停止加压并保持止动环的位置。然后，在保持这一预加载荷和位置的情况下，从侧面进行冲打使止动环的某些部分嵌入管状部分的外表面上的环槽内。所以，很容易精确地调整预加载荷，能够以预定的预加载荷把压电元件和重块等各元件夹压在位，从而可使传感器的输出特性或检测灵敏度稳定。
在上述第四实施例的方法中，止动环是轴向地嵌在管状部分的外圆周表面上的环槽里，在这一状态止动环被轴向地施加了外载荷，压电元件和重块等各元件被压到突缘部分上，并且这些元件被夹压在止动环和突缘部分之间。但是，最好是也可以沿轴向对止动环施加外载荷而把它向下压时，测量压电元件的输出电压，把止动环向下压，直至输出电压达到一个预定值时停止加压并保持止动环的位置，然后把止动环固定地嵌入管状部分上的环槽内，而保持在这一位置。
还有，也可以在轴向地对止动环施加外载荷而把它向下压时测量压电元件的电容的变化，把止动环向下压直至达到测得一个预定的电容的位置，然后把止动环固定地嵌入成形在管状部分的外圆周表面上的环槽内。
此外，虽然上述第四实施例是以第一实施例的爆震传感器作为例子说明的，但是这一制造方法也可以较佳地应用于本发明的第二和第三实施例的爆震传感器。就是说，轴向地对止动环施加外载荷而把它向下压，当用上述方法使止动环达到预定的位置时控制止动环而使其停止在这一位置，然后把止动环嵌入并固定于管状部分，把各元件压在突缘部分上。所以，不管碟形弹簧的弹簧常数是多大，都能以精确的预加载荷把各元件夹压在位。
在第四实施例中，虽然只是在管状部分的环槽区域的四个基本上均布的点把止动环嵌入并固定于管状部分，但也不限于这样一种结构。最好是，在大致均匀分布的至少两个点把止动环固定于管状部分，或者，通过滚压使止动环沿着整个圆周嵌入而固定于管状部分。此外，嵌入部分的形状也不限于图5所示的那样。
尽管已经详细地图示和说明了本发明的各实施例，但是应该理解，本发明不限于上述各实施例，在本发明的技术范围内可以做出各种改变和变型。
Claims (8)
1.一种爆震传感器包括：一个金属的基座，该基座有一个盘状突缘部分和一个从所述盘状突缘部分轴向地延伸出来的管状部分以及一个贯穿所述突缘部分和所述管状部分的通孔；安装在所述突缘部分上的一个环形的压电元件、端子板、绝缘片和重块；以及，一个压持装置，所述压持装置把所述各元件夹压在所述压持装置和所述突缘部分之间；
其特征在于，所述压持装置包括设置在所述管状部分的上部外圆周表面上的一个环槽部分以及一个安装在所述管状部分上对所述各元件施加轴向预加载荷的止动环，所述止动环固定地嵌入所述管状部分的所述环槽部分。
2.如权利要求1所述的爆震传感器，其特征在于，所述压持装置被构造成：其环槽部分成形在所述管状部分的上部外圆周表面上，一个碟形弹簧安装在所述压持装置和所述重块之间，以及，通过所述碟形弹簧对所述各元件施加轴向预加载荷的所述止动环嵌入所述管状部分；以及，所述止动环固定地嵌在所述管状部分的所述环槽部分里。
3.如权利要求2所述的爆震传感器，其特征在于，所述压持装置的所述止动环与所述碟形弹簧以对中的方式模制成一个整体
4.一种爆震传感器的制造方法，它包括下列步骤：
按照次序把环形压电元件、端子板、绝缘片、重块以及止动环装配到一个有一个突缘部分和一个管状部分的基座上；
对所述止动环施加轴向的外载荷而把它向下压；
控制向下压的位置而使所述止动环停止在一个预定的位置；
把所述止动环的一部分固定地嵌入成形在所述管状部分的上部外圆周表面上的一个环槽部分里，形成一个由所述止动环把所述各元件压在所述突缘部分上的状态；以及
保持所述各元件被夹压在所述止动环和所述突缘部分之间。
5.如权利要求4所述的爆震传感器的制造方法，其特征在于，在对所述止动环施加轴向的外载荷而将其向下压的同时测量施加的轴向外载荷，当轴向外载荷达到预定的载荷时停止向下压而使所述止动环停止在对应于预定的载荷的位置，在这个位置上把所述止动环的一部分固定地嵌入所述管状部分上的所述环槽部分，从而把所述止动环保持在这一位置。
6.如权利要求4所述的爆震传感器的制造方法，其特征在于，在对所述止动环施加轴向的外载荷而将其向下的时同时测量由所述压电元件输出的电压，当所述输出电压达到预定的电压时停止向下压而使所述止动环停止在对应于预定的电压的位置，在这个位置上把所述止动环的一部分固定地嵌入所述管状部分上的所述环槽部分，从而把所述止动环保持在这一位置。
7.如权利要求4所述的爆震传感器的制造方法，其特征在于，在对所述止动环施加轴向的外载荷而将其向下压的同时测量所述压电元件的电容的变化，当测得的电容达到预定的数值时停止向下压而使所述止动环停止在对应于预定的电容的位置，在这个位置上把所述止动环的一部分固定地嵌入所述管状部分上的所述环槽部分，从而把所述止动环保持在这一位置。
8.如权利要求4所述的爆震传感器的制造方法，其特征在于，所述止动环在至少两个沿着其圆周均匀分布的点上被固定地嵌入所述管状部分上的所述环槽部分。
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