KR100322952B1 - 내연 기관의 피스톤 노크를 측정하기 위한 가속계 센서 - Google Patents

내연 기관의 피스톤 노크를 측정하기 위한 가속계 센서 Download PDF

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Abstract

내연 기관에서 노킹을 측정하기 위한 가속계 센서는 베이스(10)로부터 연장하고, 적어도 하나의 적층된 압전기 링(2), 연결 디스크(3) 및 진동 중량부(4)를 지지하는 플랜지(12)를 가진 슬리이브(11) 형태의 베이스(10)로 이루어지고, 상기 베이스의 하부면은 상기 센서와 측정될 부품(30) 사이의 접촉 표면(121)으로서 사용된다. 상기 하부면은 상기 접촉 표면(121) 상의 평균 부하 분포 직경(φ1')이 상기 숄더의 평균 직경(φ2) 보다 더 작지 않도록 중앙 리세스(13, 13')를 가진다. 이런 형태는 상기 슬리이브(11)에 대해 동축이고, 상기 슬리이브(11)의 외경 보다 더 큰 직경을 가진 리세스(13) 또는 요면 하부면에 의해 달성될 수 있다.

Description

내연 기관의 피스톤 노크를 측정하기 위한 가속계 센서
본 발명은 가속계 센서, 특히 내연 기관의 피스톤 노크(knock)를 검출하고 측정하기 위해 사용되는 압전기 형태의 센서에 관한 것이다.
현재, 비공진 형태의 가속계 센서는 내연 기관의 피스톤 노크를 측정하기 위해 사용되는데, 이런 현상의 결과로써 기관의 실린더 헤드에서 발생하는 진동의 강도를 측정하는 것이 가능하다. 이런 형태의 센서의 장점은 상기 센서의 감도가 실질적으로 상기 주파수 함수에 따라 일정한 영역을 갖는 주파수 응답 곡선에 존재한다. 이런 알맞은 범위는 상기 센서의 공진 주파수에 의해 발생된 비선형성 때문에 더 높은 주파수로 한정된다. 그러나 기관의 전자 제어는 보다 더 넓은 범위의 주파수 상에서의 피스톤 노크의 존재를 나타내는 진동의 측정을 요구한다.
예를 들면, 제 1A 도에 도시한 바와 같이 종래의 기술을 나타내는 유럽 특허 제 0 184 666 호에 공지된 가속계 센서는 2개의 연결 디스크(3) 사이에 배치된 압전기 와셔(2)와 진동체(4)가 적층된 플랜지(12)에서 끝나는 부싱(bushing)(11) 형태의 베이스(10)에 의해 구성되고, 상기 적층물은 상기 부싱에 고정된 탄성 와셔(5)와 너트(6)에 의해 압축 응력을 받게 된다. 이런 형태의 센서는 전형적으로 12 내지 15 khz 정도의 공진 주파수를 가지는 자동차 전자 장치에 폭넓게 사용되며 10khz 보다 더 낮은 주파수 범위로 피스톤 노크의 측정을 제한한다. 이런 형태의센서 공진 주파수를 더 높은 주파수까지 상승시키기 위해 다양한 해결 방법이 제시되고 있다. 인용될 수 있는 몇몇의 보기로서 첫째 상기 적층물 상에 더 큰 압축 응력의 사용인데, 압전기 결정의 빠른 노화를 유발하는 단점을 가지고, 상기 센서의 신뢰성을 저하시키며, 둘째 상기 베이스 플레이트에 베릴륨과 같은 매우 단단한 재료의 사용인데, 상기 센서의 가격을 증가시키며, 셋째 장착된 상기 센서와 상기 표면 사이에 그리스(grease), 접착제 또는 중합체의 적용도 있는데, 제어하기가 어려운 부가된 작동을 포함한다.
본 발명의 목적은 산업적으로 수행하기에 간단하고, 경제적이며 쉬운 해결 방법을 제시하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 적어도 하나의 압전기 와셔, 연결 디스크 및 진동체가 적층된 숄더(shoulder)를 한정하는 상부 표면 및 측정될 부분과 접촉하고 있는 하부 표면을 가진 플랜지에 의해 연장된 부싱 형태를 가지는 베이스에 의해 구성된 형태의 가속계 센서를 통해 달성된다. 본 발명에 따르면, 상기 플랜지의 하부 표면은 상기 접촉 표면 상의 부하 분포의 평균 직경이 상기 숄더의 평균 직경 보다 더 크거나 동일하도록 중앙 리세스를 가진다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 상기 플랜지의 하부 표면과 상기 부품 사이의 접촉 표면은 부싱의 외경보다 더 큰 내경 및 숄더의 평균 직경과 적어도 동일한 평균 직경을 가진 환형 형태를 구비한다.
이런 실시예의 한 특성에 따르면, 상기 플랜지의 하부 표면은 상기 부싱의 외경보다 더 큰 직경을 가지는 상기 부싱에 대해 동축의 리세스를 가진다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 상기 플랜지의 하부 표면은 적어도 상기 플랜지 표면의 일부를 가로질러 연장하는 상기 부싱에 대해 동축의 요면(concavity)을 가진다.
본 발명에 따른 센서는 상기 부싱의 보어(bore)를 통과하는 볼트에 의해 부품 상에 장착되려는 경향이 있다. 본 발명의 중요한 특성에 따르면, 상기 접촉 표면의 영역은 상기 볼트에 의해 가해진 압력으로 인한 상기 대항 표면의 어떤 영구적인 소성 변형을 방지하는 방식으로 결정된다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제 1A 도는 종래 기술에 따른 센서의 단면도.
제 1B 도는 종래 기술에 따를 센서의 베이스 아래에서 본 도면.
제 2A 도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 센서의 단면도.
제 2B 도는 본 발명에 따른 센서의 베이스 아래에서 본 도면.
제 3 도는 종래 기술의 센서와 본 발명에 따른 센서의 상대적인 주파수 반응 곡선을 나타내는 도면.
제 4 도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 센서의 단면도.
상기 전문에 부분적으로 기술된 제 1 도는 가속계 센서(1), 예를 들면 내연 기관의 실리더 헤드에서 발생된, 피스톤 노크의 존재를 나타내는 강도를 가진 진동을 측정하기 위해 사용된 형태의 단면도를 나타낸다. 이런 센서는 연결부(도시안됨)에 대한 상기 와셔 표면의 전기적 연결을 보장하기 위해 2개의 금속 디스크(3) 사이에 배치된 압전기 와셔(2)로 구성된다. 상기 와셔(2)에 대해 실질적으로 이상적 형태를 가진 진동체(4)가 탄성 와셔(5)와 너트(6)에 의해 상기 수행 적층물에 대해 압축된다. 이런 소자는 상기 부싱과 동축의 프랜지(12)에서 끝나는 부싱(11)의 형태로 베이스(10) 상에 장착된다. 상기 플랜지(12)의 상부 표면은 숄더(122)를 형성하고, 상기 부싱(11)의 외부 벽(112)과 상기 적층물이 위치하는 상기 플랜지의 가장자리에 의해 한정된다. 상기 플랜지(12)에 대항하는 상기 부싱(11)의 단부는 상기 너트(6)가 고정되는 나사홈을 가지며, 그러므로 초기 스트레스가 상기 적층물에 제공되도록 한다. 상기 부싱(11)내에 보어(111)가 리세스 되는 부분을 제외한 상기 전체 센서를 커버하는 플라스틱 커버로 형성된 케이스는 클램프 볼트(20) 및 부품(30), 예를 들면 피스톤 노크가 검출될 상기 기관의 실린더 헤드와의 접촉 표면(121)으로서 이용하는 상기 플랜지의 하부 표면을 수용한다.
제 1B 도는 상기 베이스(10) 아래에서 본 도면을 도시한다. 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 접촉 표면(121)은 상기 보어(111)에서 상기 플랜지의 가장자리까지 연장하고, 반면에 상기 숄더(122)는 상기 부싱의 외부 벽(112)에서 상기 플랜지의 동일 단부까지 가로지른다. 상기 접촉 표면(121)의 평균 기하학적 직경은 참조 부호 φ1에 의해 기호화되고, 상기 숄더(122)의 평균 기하학적 직경은 참조 부호 φ2에 의해 기호화된다. 또한 상기 직경 φ1은 φ2보다 상당히 더 작다는 것이 명백하다. 상기 플랜지 및 상기 부품(30)과 접촉하는 상기 표면은 실질적으로 클램핑 전에 평행하기 때문에, 상기 볼트(20)의 클램핑에 의해 발생된 상기 접촉 압력이 균일하게 분포된다. 이런 이유 때문에, 상기 접촉 표면(121) 상의 원의 직경으로써 한정된 상기 부하 분포의 평균 직경(φ1)은 상기 접촉 표면(121) 상의 원의 상기 외부 표면에 의해 유지된 부하가 이런 원의 상기 내부 표면에 의해 유지된 부하와 동일하도록 상기 평균 기하학적 직경(φ1)과 동일하다. 상기 부품(30)의 표면이 완전히 평탄하지 않은 경우에는, 상기 플랜지(12)가 상기 중앙에 고정되고 상기 외부 가장자리에서 자유로운 디스크의 표면과 유사한 적용을 가지므로, 상기 압전기 와셔에 대해 외부에 발생한 진동의 전달을 초래한다. 제 3 도에 도시한 바와 같이, 이런 센서의 상기 주파수 응답 곡선은 실선에 의해 도시되고, 이것은 상대적으로 낮고 알맞은 범위 PU1에 있는 공진 주파수 Fr1의 존재로 이해되고, 상기 센서로부터의 신호는 실질적으로 감소되고, 선형이다.
제 2A 도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 센서의 단면도를 나타내는데, 더욱 상세하게 상기 베이스(10)를 도시한다. 이런 베이스는 상기 플랜지(12)의 내부 표면상에 상기 부싱(11)에 동축인 리세스(13)를 가진다. 상기 리세스의 직경은 상기 부싱(11)의 외벽의 직경 보다 더 크다. 이런 리세스의 깊이는 상기 플랜지(12)가 약해지지 않도록 몇 십 밀리미터로 한정된다. 이런 식으로, 중앙 리세스는 상기 부싱(11)에 대해 직각으로 상기 플랜지(12)의 하부 표면에 형성된다. 리세스(14)는 또한 상기 플랜지의 하부 표면의 주변에 형성된다. 이런 변경은 상기 부품(30) 상의 상기 베이스의 접촉 표면(121)을 변경하는 효과를 가진다. 제 2B 도에 도시한 바와 같이, 이런 접촉 표면은 상기 리세스(13)의 직경에 의해 범위가 정해지고, 상기 부싱(11)의 외경보다 더 큰 내경을 가지는 환형 형태이다. 상기 리세스(14)의방사 깊이는 상기 평균 직경(φ1, φ1', φ2)이 대략 동일하게 될 수 있도록 선택된다. 이런 배치는 제 3 도에서 상기 플랜지(12)의 관계없는 진동을 실질상 제거하고, 점선에 의해 도시된 주파수 응답 곡선과 같이 센서의 공진 주파수(Fr2)를 더 높은 주파수로 이동시키는 장점을 제공한다. 본 발명에 따른 상기 센서의 알맞은 범위(PU2)는 상기 장점에 의해 상당히 증가된다.
상기 접촉 표면(121)의 평균 직경 φ1(또는 φ1')이 상기 숄더의 평균 직경 φ2보다 더 크다면, 더 낮은 강도이지만 유사한 특징이 상기 센서의 주파수 응답 곡선으로 발생한다는 것은 실험상으로 측정가능하다. 이런 이유때문에, 상기 리세스(14)의 존재는 없어서는 안된다. 그러나, 이런 리세스는, 예를 들면 상기 센서를 케이스화하는 동안에 케이스(7)가 형성될 때 정밀한 방식으로 상기 케이스(7)를 한정하는게 가능하도록 하는 확실한 장점을 가진다.
이런 실시예에서, 제 1A 도와 제 1B도에 도시된 종래의 기술과 같이, 상기 플랜지(12)의 내부 표면은 실질적으로 상기 부품(30)에 평행하다. 이런 이유 때문에, 상기 부품(30) 상의 상기 플랜지(12)에 의해 가해진 압력은 상기 볼트(20)의 크램핑에 의해 발생된 부하 하에서 실질적으로 균일하고, 상기 접촉 표면(121)의 상기 평균 기하학적 직경(φ1)은 상기 부하 분포의 상기 평균 직경(φ1')으로부터 구별 될 수 없다.
제 2 실시예는 제 4 도에 도시되는데, 동일한 결과가 상기 플랜지(12)의 하부 표면, 예를 들면 약간 요면인 하부 표면의 여러 프로파일로 달성될 수 있다. 플랜지(12)는 상기 하부 표면의 모체에 의해 형성된 각도(α)와 상기 부싱(11)의 축이 90°보다 약간 더 크도록 구현될 수 있다. 한 보기를 들면, 90.5°의 각도(α)와 보통 크기의 센서에서 및 십 밀리미터의 요면(13')을 얻는 것을 가능하게 한다. 이런 경우에, 클램핑 하기 전에 상기 센서가 상기 플랜지(12)의 하부 표면의 외부 가장자리에 의해 상기 부품(30)상에 얹혀진다. 클램핑 후에, 상기 접촉 표면(121)은 상기 플랜지의 전체 하부 표면을 가로질러 연장할 수 있지만, 평균 기하학적 직경 φ1이 φ2보다 더 작게 유지되더라도, 상기 중앙에서 보다 주변에서 더 높은 상기 접촉 압력의 분포는 상기 주변에 배치되고 상기 숄더의 평균 직경(φ2) 보다 더 크거나 동일한 상기 부하 분포의 평균 직경(φ1')을 얻는게 가능하도록 한다.
상기 플랜지의 하부 표면의 요면은 보기에서 기술된 바와 같이 반드시 절단(truncated) 형태로 얻어지는 것이 아니고, 이런 표면을 위해 곡율의 반경을 한정함으로써 얻어질 수 있다는 것을 알 수 있다. 마찬가지로, 이런 곡율을 얻기 위해 선택된 상기 형태는 반드시 상기 플랜지의 전체 하부 표면을 가로질러 연장하지 않는다.
상기 부품(30)과 베이스(10)의 재료 함수에 따른 접촉 표면의 영역 및 볼트(20)에 제공된 클램핑 압력을 각각 결정하는 것은 중요하다. 효과적으로, 상기 부품(30)의 표면을 변형하는 경우에 상기 센서의 대체물 형성을 어렵거나 불가능하게 하는 결과를 가지는 어떤 연속 방식으로 상기 접촉 표면을 변형시키지 않도록상기 부품(30) 상의 베이스에 의해 가해진 상기 최대 압력은 상기 2가지 재료의 보다 적은 저항의 탄성 제한을 초과하지 않아야한다. 이런 이유는 또한 접촉 표면(121)이 평면이지만, 감소된 영역인 경우에도 고려되어야 하기 때문이다. 20 밀리미터 정도의 외경 및 금속, 알루미늄 또는 황동인 대항되는 재료를 가지는 피스톤 노크 센서가 현재 자동차 전자 장치에 사용되기 위해서, 상기 접촉 표면에 대해 몇 밀리미터의 링 폭이면 충분하다.

Claims (5)

  1. 적어도 하나의 압전기 와셔(2), 연결 디스크(3) 및 진동체(4)가 적층된 숄더(122)를 한정하는 상부 표면 및 측정될 부품(30)과 접촉하는 하부 표면을 가진 플랜지(12)에 의해 연장된 부싱(11)의 형태를 가지는 베이스(10)에 의해 구성된 형태의 가속계 센서(1)에 있어서,
    상기 플랜지의 하부 표면은 중앙 리세스(13, 13')를 포함하고, 접촉 표면(121)상의 압력에 의해 생성된 부하 분포는 원의 양측면상에서 동일하고, 상기 원의 평균 직경은 숄더의 평균 직경보다 크거나 동일한 것을 특징으로 하는 가속계 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜지의 하부 표면과 상기 부품(30) 사이의 상기 접촉 표면(121)은 상기 부싱의 외경보다 더 큰 내경과 상기 숄더의 평균 직경(φ2)과 적어도 동일한 평균 직경(φ1)를 가지는 환형 형태인 것을 특징으로 하는 가속계 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 플랜지(12)의 하부 표면은 상기 부싱의 외경 보다 더 큰 직경을 가진 상기 부싱(11)에 대해 동축의 리세스(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속계센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜지(12)의 하부 표면은 적어도 상기 플랜지(12)의 하부 표면의 일부를 가로질러 연장하는 상기 부싱에 대해 동축의 요면(13')을 가지는 것을 특징으로 하는 가속계 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가속계 센서는 상기 부싱의 보어를 통과하는 볼트(20)에 의해 부품(30)에 부착되고,
    상기 접촉 표면(121)의 영역은 상기 볼트에 의해 가해진 압력 하에서 그 대향 표면이 영구적으로 소성 변형되지 않도록 결정되는 것을 특징으로 하는 가속계 센서.
KR1019960704089A 1994-02-01 1995-01-30 내연 기관의 피스톤 노크를 측정하기 위한 가속계 센서 KR100322952B1 (ko)

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