JP2021067511A - 圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサの耐久性能向上に着目し、搭載環境の高温化に伴う熱応力の増加を緩和する構造とすることにより圧力センサの特性異常を防止し、信頼性の高い圧力検出装置を提供することである。【解決手段】樹脂モールド成型されたハウジング３にゲージセンサ２を搭載し、エポキシ樹脂４にて充填・保護された圧力検出装置において、熱応力によるエポキシ樹脂への最大主応力を低減させることで、樹脂の破損を防止し、センサ信頼性を向上させる。具体的にはハウジング内に設置したゲージセンサ位置合わせガイドの寸法形状について、応力集中箇所の発生を抑えるために高さ寸法を規定する。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関などに吸入される機体の圧力を検出する圧力検出装置に関する。

内燃機関の燃焼制御のため、例えば自動車のエンジンに吸入される空気の圧力を検出する圧力検出装置として、圧力センサが使用されていることが一般的に知られている。圧力センサは特定対象や制御の使用用途に応じ、エアクリーナーからインテークマニホールドまでの吸気配管の各場所に搭載され、流路内の様々な圧力の計測・制御に使用されている。

また、圧力センサは搭載レイアウトの制限上、小型・軽量化が強く要求される。

このため、圧力センサは小型・軽量化を目的として、シンプルに構成されているものが多く、例えば、ハウジングに圧力を検出するゲージセンサを搭載し、エポキシなどの樹脂によりゲージセンサの保護及び保持する構造が知られている。

特許第3752444号 特開2011-237254

また、近年のエンジン制御の高精度化および燃焼効率向上のため、車両のシステムは複雑化しており、特に燃焼効率や燃費性能の向上を目的として、多くの車両でEGRシステムやアイドリングストップシステム、車両のハイブリッド化などが採用されている。

このため、圧力センサに対する要求も増加傾向にあり、特にエンジンへ直接搭載されるインテークマニホールドに搭載される圧力センサに関しては、センサの高耐熱化の要求や、EGRガスや未燃焼燃料のブローバイガス由来の腐食性成分に対する対策など、が必要となっている。

本願の目的は、圧力センサの耐久性能向上に着目し、搭載環境の高耐熱化に伴う熱応力の増加を緩和する構造とすることによって圧力センサの特性異常を防止し、信頼性の高い圧力検出装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本願の圧力検出装置は、圧力を検出するゲージセンサ、ゲージセンサを保持するハウジング及びゲージセンサを保護するエポキシ樹脂が充填されており、ハウジングはゲージセンサを搭載するための溝形状、圧力検出部まで流体(圧力)を伝搬させる圧力導入口、ゲージセンサリードフレームと電気的接続するためのターミナルを備える。

本願記載の圧力検出装置の構造であれば、検出装置搭載環境の温度変化による構成部品の線膨張係数により熱応力が発生した際、充填剤となっているエポキシ樹脂に対する応力集中部への力を低減させることにより、熱応力に対する耐久性を向上させることができる。

圧力センサ外観図である。 圧力センサの断面図である。 位置合わせガイド部の圧力センサ断面図である。 本発明における位置合わせガイド部の断面拡大図である。 従来における位置合わせガイド部の断面拡大図である。 ゲージセンサ位置合わせガイドを示すための、圧力センサハウジング正面図である。 センサ搭載温度環境が変化した際に発生する熱応力について、ハウジングに充填されたエポキシ樹脂に加わる最大主応力、及び応力印加方向の解析結果を示す図である。 ゲージセンサ位置合わせガイドに応力集中部が発生した際、エポキシ樹脂割れ発生位置の確認結果一例を図示したものである。 圧力センサハウジングに追加した肉盗み形状の一例を示す。 圧力センサの配管接続方法の一例を示す。 スナップフィット固定を採用した圧力センサにおける、センサ固定方法の一例を示す。

以下、本発明における実施例について図面を用いて説明する。

本発明の実施例１を図1〜５を用いて説明する。

圧力検出装置１は被測定対象が存在する配管２３に搭載されて測定対象の圧力を計測する(図９)。被測定対象の例として配管２３を流れる流体が挙げられる。流体の流れなどにより生じる配管内の圧力は、圧力導入口８を介して圧力検出素子５へ到達し、電気信号として検出される。圧力導入検出装置1と対象の配管はＯリングやホースなどにより接続される。圧力検出装置1の搭載方法は、相手側のレイアウト形状により決定される。

内燃機関の吸気系配管などではボルトで締結されるのが一般的だが、配管のリーク検出用途、例えば燃料系配管の圧力検出用途などでは配管構成の都合でポルト締結が出来ないため、スナップフィットを採用している場合もあり(図１０)、検出の用途によって圧力検出装置１のハウジング形状は異なっている。

スナップフィットの場合、圧力センサハウジング３は、相手側の固定用の爪形状に合わせたハウジング形状とするため、ポルト固定品と比べて樹脂肉厚な部分も多くなる。この場合、温度変化によるゲージセンサ２やエポキシ樹脂４に加わる熱応力が増加し、搭載環境によっては応力によるエポキシ樹脂４の破損、圧力計測誤差に至る可能性が考えられるため、応力低減構造が必要となる。

図2に示すように、本実施例の圧力検出装置１は、樹脂モールド成型で作成した圧力センサハウジング３にゲージセンサ２を搭載し、ゲージセンサ２のゲージセンサリードフレーム９と圧力センサハウジング３にインサートされているコネクタターミナル１０を溶接等で電気的に接続し、エポキシ樹脂４を圧力センサハウジング３のゲージセンサが実装されている溝内に注入し・硬化することで接続部を保護するシンプルな構成を採用している。

図５に示すように、圧力センサハウジング３はゲージセンサ２を搭載・固定させるために搭載用の溝を設けていて、この溝内壁にはゲージセンサ２の回転防止として位置合わせガイド１１を異なる面に2か所設けている。位置合わせガイド１１がゲージセンサ２の回転方向のずれを低減させることで、ゲージセンサ２のリードフレーム９とコネクタターミナル１０の溶接用プロジェクション位置が固定され、溶接時のスパークやスパッタ発生を低減、溶接作業性が向上する。

一方で、位置合わせガイド１１の高さ寸法に関して、エポキシ樹脂２に加わる熱応力への影響が大きいことが本筆者らの鋭意検討の結果明らかになってきた。

図６にCAE解析の結果を示す。注型したエポキシ樹脂４に加わる応力は、ゲージセンサ２-エポキシ樹脂４との界面及び位置合わせガイド部１１が大きくなっている。また、最大主応力ベクトルの解析結果より、位置合わせガイド部では応力ベクトルのねじれが発生しており、位置合わせガイドの高さがゲージセンサ搭載位置よりも高い場合、位置合わせガイドの角部が応力集中箇所となり、大きな熱応力が加わった場合、エポキシ樹脂に割れ(クラック)が発生する可能性が懸念される。

図４−１に示すようにガイド高ｈ′３さがゲージセンサ高さｈ１２より低い位置となる構成とした場合、最大主応力の発生個所に変更は無いが、15%程度の応力緩和が見込まれる。

そこで、本実施例における圧力検出装置１は、位置合わせガイド１１の頂点がゲージセンサ２の頂点よりも低い位置となるように位置合わせガイド１１を形成することで、信頼性を向上させるようにした。ここで、頂点とは溝の開口方向における端部を示す。

解析の傾向より、位置合わせガイド高さ１１は低いほど応力緩和が見込まれるが、低すぎる場合はゲージセンサ浮きなどの懸念が発生するため、位置合わせガイドの高さについては、改めて高さ範囲を指定する必要がある。より好ましくは、ゲージセンサ２を圧力センサハウジング１の溝に搭載後の溝底部からゲージセンサ２の頂点までである高さに対し、位置合わせガイド１１の高さが67〜82%の寸法とすることで、位置合わせガイド部１１への応力集中を緩和し、ゲージセンサ２の浮きも抑制可能となる。

より好ましくは、位置合わせガイド１１の角部にR形状を追加することで、さらなる応力集中を緩和することができる。

より好ましくは、図８に示すように圧力センサハウジング３の位置決めガイド１１近傍の肉厚部に肉盗み２１を形成することで、さらなる応力緩和をすることができる。

1：圧力検出装置
2：ゲージセンサ
3：圧力センサハウジング
4：エポキシ樹脂
5：圧力検出素子(ゲージチップ)
6：ゲージチップ保護ゲル
7：Oリング
8：圧力導入口
9：ゲージセンサリードフレーム
10：コネクタターミナル
11：ゲージセンサ位置合わせガイド
12：圧力センサ搭載高さｈ
13：ゲージセンサ位置合わせガイド高さｈ’
14：応力集中箇所
16：溶接用プロジェクション
17：最大主応力発生部1(ゲージセンサ-エポキシ樹脂界面)
18：最大主応力発生2(ゲージセンサ位置合わせガイド)
19：応力ベクトル方向
20：エポキシ割れ
21：ハウジング肉盗み形状例
22：センサ固定用部品
23：配管
24：流体流れ

Claims (2)

1. 圧力検出素子を有するゲージセンサと、
   前記ゲージセンサが実装されるハウジングと、を備え、
   前記ハウジングはゲージセンサの回転方向のずれを防止する位置合わせ入り合わせガイドが設けられており、
   前記位置合わせガイドの頂点は、前記ゲージセンサの頂点より低い位置にある圧力測定装置。
2. 前記位置合わせガイドの高さ寸法が、ゲージセンサ搭載時の壁面に対し、67〜82%の範囲となる請求項1に記載の圧力測定装置。

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