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爆震传感器

阅读：909发布：2020-05-11

IPRDB可以提供爆震传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供了一种即使在150℃以上的使用温度下绝缘特性也良好并且爆震的检测精度优良的爆震传感器。爆震传感器(10)包括传感器本体(20)和覆盖传感器本体(20)的树脂成形体(11)，该传感器本体具有：主体金属壳(12)，其包括筒状部(12a)、以及位于筒状部(12a)的一端且还向着径向外侧突出的凸缘部(12b)；环状的压电元件(15)；上侧电极板(16)和下侧电极板(14)，其叠加在压电元件(15)的上表面和下表面上；配重块(17)，其与凸缘部(12b)夹持压电元件(15)；下侧绝缘板(13)，其配置在凸缘部(12b)和下侧电极板(14)之间；以及上侧绝缘板(13t)，其配置在上侧电极板(16)和配重块(17)之间。上侧电极板(16)和下侧电极板(14)的厚度在0.05mm～0.50mm的范围内。树脂成形体(11)由耐热性良好的聚苯硫醚制成。，下面是爆震传感器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种爆震传感器，包括：

传感器本体，其包括：

主体金属壳，其包括筒状部、以及位于所述筒状部的一端并且向着径向外侧突出的凸缘部；

环状的压电元件，其装配至所述筒状部的外周；

上侧电极板和下侧电极板，其叠加在所述压电元件的上表面和下表面上；

配重块，其装配至所述筒状部的外周，以使得所述压电元件夹持在所述配重块和所述凸缘部之间；

下侧绝缘板，其配置在所述凸缘部和所述下侧电极板之间，并且使所述凸缘部与所述下侧电极板电气绝缘；以及上侧绝缘板，其配置在所述上侧电极板和所述配重块之间，并且使所述上侧电极板与所述配重块电气绝缘；以及树脂成形体，其由树脂制成，并且覆盖所述传感器本体，其中，所述上侧绝缘板和所述下侧绝缘板各自的厚度在0.05mm～0.50mm的范围内，以及所述树脂成形体由四氟乙烯和乙烯的共聚物或者聚苯硫醚制成。

说明书全文

爆震传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种使用压电元件的爆震传感器(knocking sensor)。

背景技术

[0002] 已知有用于检测汽车等的内燃机的爆震现象的爆震传感器，并且根据爆震传感器的检测来进行火花塞的点火正时的延迟控制。

[0003] 作为上述爆震传感器，已知有具有图5和图6所示的结构的爆震传感器(专利文献1和2)。爆震传感器100是中心部具有安装孔120b的所谓的中心孔型非共振式爆震传感器，其中该爆震传感器经由安装孔120b安装在内燃机的气缸体上。

[0004] 如图6的分解立体图所示，爆震传感器100包括主体金属壳120，其中该主体金属壳120包括筒状部121和位于该筒状部121的下端的凸缘部122。从凸缘部122起向着筒状部121的外周按顺序依次装配圆环状的下侧绝缘板130、下侧电极板140、压电元件150、上侧电极板160、上侧绝缘板135、配重块(weight)170和盘状弹簧180。此外，在下侧电极140和上侧电极160的径向外侧上分别形成有用于引出电压的以片状延伸的上侧、下侧端子141和161。在筒状部121的上侧外周面上形成有阳螺纹部121b。另一方面，在螺母185的内表面上形成有阴螺纹部185b。此外，螺母185与阳螺纹部121b螺纹接合。因此，从下侧绝缘板130起一直到盘状弹簧180的层叠体夹持固定在凸缘部122和螺母185之间，由此构成传感器本体190(参见图5)。此外，如图5所示，传感器本体190被树脂成形体110覆盖，由此构成爆震传感器100。

[0005] 具有该结构的爆震传感器100在使用的情况下被安装成主体金属壳120的凸缘部122的下表面与气缸体接触。因此，主体金属壳120与气缸体电气连接(电气接触)。结果，与主体金属壳120电气连接的配重块170也与气缸体电气连接(电气接触)。因此，在爆震传感器100中，作为传感器本体190的组件，使用使主体金属壳120的凸缘部122与下侧电极板140电气绝缘的下侧绝缘板130以及使上侧电极板160与配重块170电气绝缘的上侧绝缘板135，由此确保压电元件150的主体金属壳120与配重块170之间的绝缘。此外，向筒状部121的外周面装配圆筒状的绝缘套筒131，由此防止下侧电极板140、压电元件150和上侧电极板160与筒状部121电气连接。

[0006] 专利文献1：日本特开2003-322580

[0007] 专利文献2：日本特开2008-144677

发明内容

[0008] 发明要解决的问题

[0009] 作为上述爆震传感器的树脂成形体，通常使用诸如尼龙等的聚酰胺树脂，由此爆震传感器的使用温度变为约130℃。然而，近年来，为了提高发动机的燃料效率，使发动机在高温下工作的趋势增加。由于该原因，还要求爆震传感器的使用温度为150℃以上。

[0010] 然而，在现有技术的爆震传感器的情况下，存在绝缘阻抗在150℃以上的高温下降低的问题。这里，通过发明人的研究，判明发现爆震传感器的绝缘阻抗由树脂成形体110的表面阻抗以及下侧绝缘板130和上侧绝缘板135的厚度(即，体积阻抗)来确定。也就是说，在主体金属壳120的凸缘部122和下侧电极板140之间，下侧绝缘板130的厚度方向(下侧绝缘板130自身)和树脂成形体110的内侧表面(树脂成形体110的与下侧绝缘板130接触的表面)中的至少一个变为导通路径，由此发生爆震传感器100的绝缘阻抗由于温度上升而降低的现象。此外，在上侧电极板160和配重块170之间，上侧绝缘板135的厚度方向(上侧绝缘板135自身)和树脂成形体110的内侧表面(树脂成形体110的与上侧绝缘板135接触的表面)中的至少一个变为导通路径，由此发生上述现象。此外，由于树脂成形体110较厚，因此不是该树脂成形体的厚度方向而是该树脂成形体的表面变为导通路径，并且表面阻抗成为影响绝缘特性的对象。

[0011] 这里，由于下侧绝缘板130和上侧绝缘板135容易加工，因此存在下侧绝缘板和上侧绝缘板的厚度调整以及下侧绝缘板和上侧绝缘板的材料选择的余地。因此，这些绝缘板130和135自身的体积阻抗趋于容易增加。然而，由于树脂成形体110要求成形性并且对爆震传感器的大小存在限制，因此应考虑到该情况来选择树脂成形体的材料并且设置树脂成形体的大小。由于该原因，树脂成形体110的表面阻抗不容易增加。因此，为了整体增加爆震传感器的绝缘阻抗并且使得爆震传感器能够在150℃的高温下使用，通过增加树脂成形体110自身在高温下的表面电阻率来增加树脂成形体110的表面阻抗很重要。

[0012] 此外，考虑以下：在使用聚酰胺树脂作为树脂成形体110的材料的同时将下侧绝缘板130和上侧绝缘板135的厚度形成得较厚的情况下，在对伴随着温度上升的树脂成形体110的表面阻抗(表面电阻率)的下降进行补偿的同时爆震传感器110的绝缘阻抗增加。然而，存在如下问题：在下侧绝缘板130和上侧绝缘板135的厚度被设置得较大的情况下，爆震传感器100的频率特性受到干扰并且爆震的检测精度下降。

[0013] 因此，本发明的目的是提供即使在150℃以上的使用温度下绝缘特性也良好并且爆震的检测特性优良的爆震传感器。

[0014] 用于解决问题的方案

[0015] 为了解决上述问题，根据本发明的方面，提供一种爆震传感器，包括：传感器本体，其包括：主体金属壳，其包括筒状部、以及位于所述筒状部的一端并且向着径向外侧突出的凸缘部；环状的压电元件，其装配至所述筒状部的外周；上侧电极板和下侧电极板，其叠加在所述压电元件的上表面和下表面上；配重块，其装配至所述筒状部的外周，以使得所述压电元件夹持在所述配重块和所述凸缘部之间；下侧绝缘板，其配置在所述凸缘部和所述下侧电极板之间，并且使所述凸缘部与所述下侧电极板电气绝缘；以及上侧绝缘板，其配置在所述上侧电极板和所述配重块之间，并且使所述上侧电极板与所述配重块电气绝缘；以及树脂成形体，其由树脂制成，并且覆盖所述传感器本体，其中，所述上侧绝缘板和所述下侧绝缘板各自的厚度在0.05mm～0.50mm的范围内，以及所述树脂成形体由四氟乙烯和乙烯的聚合物或者聚苯硫醚制成。

[0016] 根据本发明的爆震传感器，覆盖传感器本体的树脂成形体由成形性和耐热性良好的四氟乙烯和乙烯的共聚物或者聚苯硫醚制成。四氟乙烯和乙烯的共聚物以及聚苯硫醚在10
常温下的表面电阻率高并且在150℃的表面电阻率为1.0×10 Ω(或Ω/q)以上。由于该原因，如果树脂成形体由上述特定材料制成，则即使在爆震传感器被暴晒至150℃以上的高温的情况下，也可以无需使上侧绝缘板和下侧绝缘板的厚度过度增大来使爆震传感器的绝缘阻抗整体增加。

[0017] 此外，在根据本发明的爆震传感器中，由于树脂成形体由上述特定材料制成，因此如上所述没有必要过度增加上侧绝缘板和下侧绝缘板的厚度。因此，可以将上侧绝缘板和下侧绝缘板的厚度抑制为0.50mm以下。因此，根据本发明，可以获得如下爆震传感器，其中该爆震传感器的绝缘性高而该爆震传感器的频率特性没有下降，并且在爆震的检测精度方面优良。另一方面，上侧绝缘板和下侧绝缘板各自的厚度为0.05mm以上。其原因如下：在尽管树脂成形体自身的表面电阻率增加但这些绝缘板自身的体积阻抗降低的情况下，无法使爆震传感器的绝缘阻抗整体维持得较高。此外，作为上侧绝缘板和下侧绝缘板各自的材料，只要满足上述厚度范围，就可以使用通用的树脂材料(例如，PET)。

[0018] 发明的效果

[0019] 根据本发明，可以获得即使在150℃以上的使用温度下绝缘特性也良好并且爆震的检测特性优良的爆震传感器。

附图说明

[0020] 图1是沿着根据本发明的实施例的爆震传感器的轴方向截取的截面图。

[0021] 图2是根据本发明的实施例的爆震传感器的分解立体图。

[0022] 图3是示出爆震传感器在150℃的绝缘阻抗值的图。

[0023] 图4是示出各种树脂的表面电阻率的图。

[0024] 图5是沿着现有技术的爆震传感器的轴方向截取的截面图。

[0025] 图6是现有技术的爆震传感器的分解立体图。

具体实施方式

[0026] 以下将说明本发明的实施例。

[0027] 图1是根据本发明的实施例的爆震传感器10的截面图。

[0028] 在图1中，爆震传感器10是中心部具有安装孔12f的所谓的中心孔型非共振式爆震传感器，其中该爆震传感器经由该安装孔12f安装在内燃机的气缸体上。以下要详细说明的传感器本体20被树脂成形体11覆盖，由此构成爆震传感器10。爆震传感器10整体被形成为短的圆筒状，并且连接部11b从该圆筒状的爆震传感器的外周的一部分向着径向外侧突出。在连接部11b的内侧，从下侧电极14和上侧电极16分别延伸出的第一端子14a和第二端子16a突出(在图1中仅示出第一端子14a)，从而连接至外部连接器(未示出)。

[0029] 此外，如图2的分解立体图所示，爆震传感器10包括主体金属壳12，其中该主体金属壳12由金属制成，并且包括筒状部12a和位于该筒状部12a的下端的凸缘部12b。从凸缘部12b起向着筒状部12a的外周按顺序依次装配圆环状的下侧绝缘板13、下侧电极14、压电元件15、上侧电极16、上侧绝缘板13t、配重块17和盘状弹簧18；并且下侧绝缘板13放置在凸缘部12b上。

[0030] 在筒状部12a的上侧外周面上形成有阳螺纹部12x。此外，在螺母19的内表面上形成有阴螺纹部19y。此外，螺母19与阳螺纹部12x螺纹接合。因此，从下侧绝缘板13起一直到盘状弹簧18的层叠体夹持固定在凸缘部12b和螺母19之间，由此构成传感器本体20。此外，向筒状部12a的外周面装配圆筒状的绝缘套筒13s，由此防止下侧电极14、压电元件15和上侧电极16与筒状部12a电气连接(电气接触)。

[0031] 这里，下侧绝缘板13是防止主体金属壳12的凸缘部12b的上表面与下侧电极板14之间的电气连接(接触)的构件，并且上侧绝缘板13t是防止上侧电极板16和配重块
17之间的电气连接(接触)的构件。将上侧绝缘板13t和下侧绝缘板13各自的厚度设置在0.05mm～0.50mm的范围内。在满足该厚度范围的情况下，可以获得充分的体积阻抗。
因此，上侧绝缘板13t和下侧绝缘板13由通用的树脂材料制成。在本实施例中，上侧绝缘板13t和下侧绝缘板13由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成，并且上侧绝缘板13t和下侧绝缘板13各自的厚度为0.35mm且上侧绝缘板13t和下侧绝缘板13各自的体积阻抗为
50GΩ以上。

[0032] 另一方面，在根据本实施例的爆震传感器10中，覆盖传感器本体20的树脂成形体11由成形性优良的聚苯硫醚(PPS)或者四氟乙烯和乙烯的共聚物(ETFE)制成。ETFE由以下分子式(1)来表示。

[0033] -(CF2-CF2)m-(CH2-CH2)n...(1)(m和n是自然数)

[0034] ETFE在具有氟树脂的特性的同时还具有成形性(挤出成形或注射成形等)。ETFE例如作为Asahi Glass Co.,Ltd(旭硝子株式会社)所制造的氟树脂ETFE而市售。

[0035] 作为制成树脂成形体11的树脂材料的PPS或ETFE在150℃的表面电阻率为10 10
1.0×10 Ω以上，并且在180℃的表面电阻率也为1.0×10 Ω以上的值(参见后面所述的图4)。由于该原因，在树脂成形体11由该材料制成的情况下，即使上侧绝缘板和下侧绝缘板各自被形成得较薄而具有0.50mm以下的厚度并且爆震传感器被暴晒至150℃以上的高温，也可以整体增加爆震传感器10的绝缘阻抗。

[0036] 图3示出制造包括由各种树脂材料制成的树脂成形体11的爆震传感器10并且测量其绝缘阻抗的结果。此外，作为上侧绝缘板13t和下侧绝缘板13，使用由PET制成的厚度为0.35mm、内径为14.72mm且外径为23.10mm的绝缘板。

[0037] 首先，在作为树脂成形体使用现有技术的尼龙树脂(图3的PA66)的情况下，爆震传感器在150℃的绝缘阻抗低于10MΩ。作为对比，在使用本发明的聚苯硫醚(图3的PPS)作为树脂成形体的材料的情况下，爆震传感器在150℃的绝缘阻抗为10MΩ以上。

[0038] 图4示出各种树脂的表面电阻率。在爆震传感器的绝缘阻抗低于10MΩ的尼龙树10
脂(图4的PA66)的情况下，树脂成形体在150℃的表面电阻率低于1.0×10 Ω。另一方面，在爆震传感器的绝缘阻抗为10MΩ以上的聚苯硫醚(图4的PPS)的情况下，树脂成形
10
体在150℃的表面电阻率为1.0×10 Ω以上。因此，应当理解，在使用150℃的表面电阻率
10
为1.0×10 Ω以上的树脂成形体的情况下，可以在150℃以上的情况下使用爆震传感器。

[0039] 此外，即使在四氟乙烯和乙烯的共聚物(图4的ETFE)的情况下，树脂成形体的表10
面电阻率在150℃也为1.0×10 Ω以上。因此，应当理解，在本发明中也可以使用四氟乙烯和乙烯的共聚物。

[0040] 该表面电阻率是根据JIS K6911所获得的，并且是通过准备如下试样所获得的，其中在该试样中，块体由树脂成形体11的材料形成并且在该块体的表面上设置多个圆环状电极。

[0041] 这里，分别测量主体金属壳12和上侧电极16之间的绝缘阻抗、主体金属壳12和下侧电极14之间的绝缘阻抗、上侧电极16和下侧电极14之间的绝缘阻抗、以及上侧电极16和配重块17之间的绝缘阻抗；并且采用这些绝缘阻抗中的最低阻抗值作为爆震传感器的绝缘阻抗。

[0042] 本发明不限于上述实施例，并且无需说明，本发明包括本发明的精神和范围内所包含的各种变形和等同物。

[0043] 例如，在上述实施例中，采用了利用作为单独构件的螺母19来保持配重块17的结构，其中盘状弹簧18插入在该配重块和该螺母之间。然而，可以省略盘状弹簧18，或者可以使用通过使配重块与螺母一体化所形成的一个构件。此外，螺母19无需通过与主体金属壳12螺纹接合来进行固定，并且可以通过焊接固定至主体金属壳12的上部。此外，在上述实施例中采用了连接部11b与树脂成形体11一体化的结构。然而，连接部可以与树脂成形体分离，连接部和树脂成形体可以经由线缆彼此连接，并且可以从分离的连接部引出压电元件15的输出。

[0044] 实施例

[0045] 使用厚度为0.35mm、内径为14.72mm且外径为23.10mm的PET分别作为上侧绝缘板13t和下侧绝缘板13；使用PZT(锆钛酸铅)作为压电元件15的材料；使用铁材料作为配重块17的材料；使用铁材料作为主体金属壳12的材料；以及分别使用尼龙树脂和聚苯硫醚(PPS)作为树脂成形体11的材料，由此制造出两个爆震传感器10。

[0046] 测量所获得的爆震传感器10在150℃的绝缘阻抗值。按照如下进行测量：分别测量主体金属壳12和上侧电极16之间的绝缘阻抗、主体金属壳12和下侧电极14之间的绝缘阻抗、上侧电极16和下侧电极14之间的绝缘阻抗、以及上侧电极16和配重块17之间的绝缘阻抗；并且采用这些绝缘阻抗中的最低阻抗值作为爆震传感器的绝缘阻抗。此外，绝缘阻抗(绝缘阻抗值)是在上述各构件之间施加500V的电压的情况下利用(HIOKI E.E.Corporation(日置电机株式会社)制造的)兆欧表WT-8753测量得到的。

[0047] 图3示出所获得的结果。在如上所述使用尼龙材料(图3的PA66)作为树脂成形体的材料的情况下，爆震传感器在150℃的绝缘阻抗值低于10MΩ。作为对比，在使用聚苯硫醚(图3的PPS)作为树脂成形体的材料的情况下，爆震传感器在150℃的绝缘阻抗值为10MΩ以上。此外，使用尼龙树脂作为树脂成形体的材料的情况下的爆震传感器在50℃的绝缘阻抗值以及使用聚苯硫醚作为树脂成形体的材料的情况下的爆震传感器在50℃和100℃的绝缘阻抗值被示出为兆欧表的测量的上限值，因此在图3中记载了该兆欧表的测量的上限值。

[0048] 可以确定出：如上所述使用聚苯硫醚作为树脂成形体的材料的根据本发明的爆震传感器在高温下具有良好的绝缘特性。

[0049] 附图标记说明

[0050] 10 爆震传感器

[0051] 11 树脂成形体

[0052] 12 主体金属壳

[0053] 12a 筒状部

[0054] 12b 凸缘部

[0055] 13 下侧绝缘板

[0056] 13t 上侧绝缘板

[0057] 14 下侧电极

[0058] 15 压电元件

[0059] 16 上侧电极

[0060] 17 配重块

[0061] 20 传感器本体

标题	发布/更新时间	阅读量
爆震传感器-专利编号CN103674416A	2020-05-13	304
爆震传感器-专利编号CN101629863B	2020-05-11	916
爆震的检测-专利编号CN100520031C	2020-05-11	424
爆震的检测-专利编号CN1796753A	2020-05-12	1034
爆震传感器-专利编号CN103328944A	2020-05-13	877
爆震传感器-专利编号CN1755340A	2020-05-13	989
爆震传感器-专利编号CN103328944B	2020-05-11	909
爆震发动机-专利编号CN104870780A	2020-05-11	881
爆震传感器-专利编号CN100451590C	2020-05-12	492
爆震传感器-专利编号CN1971228A	2020-05-12	866

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