阅读说明：本技术 爆震传感器 (Knock sensor ) 是由 梁开封 杜博 于 2019-05-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种爆震传感器,包括：本体,该本体由金属材料制成并包括具有中央通孔的呈圆柱形状的筒体和在筒体的下端部沿径向朝外延伸的凸缘,所述筒体包括靠近所述凸缘的下部段和远离所述凸缘的上部段；多个电子元器件,所述多个电子元器件至少包括从下至上依次套装在所述筒体上的下绝缘环、下电极环、压电元件、上电极环、上绝缘环、配重环；壳体,所述壳体通过树脂成型工艺一体地形成在所述本体的表面并包覆所述多个电子元器件。本发明还提供一种用于制造爆震传感器的方法。(The present invention provides a knock sensor including: a body made of a metal material and including a cylindrical barrel having a central through hole and a flange extending radially outward at a lower end portion of the barrel, the barrel including a lower section close to the flange and an upper section remote from the flange; the electronic components at least comprise a lower insulating ring, a lower electrode ring, a piezoelectric element, an upper electrode ring, an upper insulating ring and a counterweight ring which are sequentially sleeved on the cylinder from bottom to top; and the shell is integrally formed on the surface of the body through a resin molding process and covers the plurality of electronic components. The present invention also provides a method for manufacturing a knock sensor.)

爆震传感器

技术领域

本发明涉及车辆内燃机技术领域，尤其涉及一种使用压电元件的爆震传感器。

背景技术

爆震是内燃机在工作过程中所发生的异常燃烧现象，其将不利地导致内燃机温度过高、油耗增大、转速异常等。由于在爆震发生时，内燃机缸体会产生不同程度的振动，所以可以根据缸体的振动频率变化来确定爆震强度，以便相应地调整比如点火提前角等，减少爆震发生及其可能带来的危害。

爆震传感器是用于检测内燃机爆震现象的电子传感器。常见的爆震传感器包括形成为一体的金属主体和压电元件，金属主体固定至缸体。当发生爆震时，缸体的振动通过传感器主体传递至压电元件，从而输出相应的电子信号用于内燃机的运行控制。

发明内容

本发明提供了一种爆震传感器，包括：本体，该本体由金属材料制成并包括具有中央通孔的呈圆柱形状的筒体和在筒体的下端部沿径向朝外延伸的凸缘，所述筒体包括靠近所述凸缘的下部段和远离所述凸缘的上部段；多个电子元器件，所述多个电子元器件至少包括从下至上依次套装在所述筒体上的下绝缘环、下电极环、压电元件、上电极环、上绝缘环、配重环；壳体，所述壳体通过树脂成型工艺一体地形成在所述本体的表面并包覆所述多个电子元器件。在该爆震传感器中，所述筒体的上部段的直径大于下部段；所述配重环具有断口；所述配重环同时对准所述筒体的上部段和下部段，配重环的内孔表面与所述筒体的上部段的外周面直接接触以形成电连接，并且配重环的内孔表面与筒体的下部段之间的径向间隙被形成所述壳体的树脂填充。

在根据本发明的爆震传感器中，树脂溶液比如在注塑过程中将经由配重环的断口填入电子元器件与筒体之间的腔室中并形成绝缘部。所述绝缘部能够填满整个径向腔室以提供有效的绝缘。此外，绝缘部更能作为固定件，有效地固定各电子元器件之间以及电子元器件与筒体之间的相对位置。

优选地，用于形成所述壳体的树脂为聚丁烯对苯二甲酸酯。

优选地，所述压电元件为锆钛酸铅压电陶瓷。

优选地，所述上绝缘环和下绝缘环由玻璃纤维制成，其片体厚度为0.25毫米。

优选地，所述上电极环和下电极环由CuZn37制成，其片体厚度为0.5毫米。

优选地，所述多个电子元器件还包括固定螺母，该固定螺母拧紧至筒体的螺纹部段并抵压所述配重环的上表面。

本发明还提供一种用于制造爆震传感器的方法，包括：使用金属材料制成本体，该本体包括具有中央通孔的呈圆柱形状的筒体和在筒体的下端部径向朝外延伸的凸缘，所述筒体包括靠近所述凸缘的下部段和远离所述凸缘的上部段；将多个电子元器件从下至上依次套装在所述筒体上，所述多个电子元器件至少包括下绝缘环、下电极环、压电元件、上电极环、上绝缘环、配重环；通过树脂成型工艺在所述本体的外表面一体地形成壳体，该壳体包覆所述多个电子元器件。在该方法中，所述筒体的上部段的直径大于下部段；所述配重环具有断口；所述配重环同时对准所述筒体的上部段和下部段，其中，配重环的内孔表面与所述筒体的上部段的外周面直接接触以形成电连接，并且配重环的内孔表面与筒体的下部段之间的径向间隙被形成所述壳体的树脂填充。

附图说明

以下将参照附图对本发明的其他细节及优点做进一步说明，其中：

图1示出了根据本发明的一种例示性爆震传感器的立体示意图；

图2为图1所示爆震传感器的分解图；

图3为图1所示爆震传感器的剖视图；

图4为图1所示爆震传感器在壳体成形步骤之前的局部组装部；

图5为使用不同树脂材料的爆震传感器在不同温度下的绝缘阻值的测试图。

上述附图所示出的内容仅为举例和示意，而并无严格按照比例予以绘制，也并未完整地绘制出具体使用环境下相关的全部细节。本领域技术人员在了解本发明的原理和构思之后，将能想到在特定的使用环境下为具体实施本发明而需要加入的本领域公知的相关技术内容。

具体实施方式

在以下描述以及本申请的所有文件中可能使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”、“径向”、“轴向”等，除非具有明确说明，仅为了方便描述，而无欲对发明技术方案形成任何限定。

根据本发明的爆震传感器在整体上为一体件，其包括作为支撑结构的本体、通过树脂成型工艺一体地形成在金属本体上的外壳和依照预定方式布置于本体上并一体地被包覆于壳体内的电子元器件。参见附图1，爆震传感器的大部分均被壳体包覆，仅在顶部位置有本体的筒部的上部段13可被看到，同时在底部有本体的凸缘的底面没有被壳体包覆。爆震传感器的中央具有由本体的中央通孔15限定出的定位孔。爆震传感器可以例如使用螺栓穿过所述中央通孔15而将爆震传感器固定在内燃机的缸体表面。此时，爆震传感器的底面也即金属本体10的凸缘11的底面与缸体形成电接触。

以下将结合附图2-4详细说明爆震传感器的内部结构。如图2所示，作为爆震传感器的支撑结构件的本体10包括大致呈圆柱体形状的筒体14和在筒体14的下端部径向朝外延伸的凸缘11。筒体14的内部为中央通孔15，该中央通孔也是爆震传感器的安装孔。筒体14的外表包括靠近所述凸缘14的下部段12和远离所述凸缘14的上部段13，其中所述上部段13的直径大于下部段12。

在本申请中，术语“靠近”和“远离”用于表示凸缘、下部段和上部段之间在本体轴向上的相对位置关系，而无欲限定任何部件之间的绝对距离。同时，术语“上”和“下”在表示方位时以筒体的轴向为基准，靠近凸缘一侧为下，远离凸缘一侧为上。

筒体14除了所述上部段13和下部段12之外，还可以设置其他的部段，比如图中所示在上部段的上方还包括螺纹段。除了该螺纹段外，所述凸缘11的外周面也外螺纹，这些外螺纹有助于壳体90在成型后固定至本体10上。

继续参见图2，本体10的筒体14周围套装有多个电子元器件，所述多个电子元器件从下至上依次包括下绝缘环20、下电极环30、压电元件40、上电极环50、上绝缘环60、配重环70，并被位于最上层的螺母80固定至本体。在使用过程中，内燃机的振动通过本体10传递至配重环70，配重环70在加速度的作用下对压电元件40施加作用力，以使压电元件40基于压电效应而产生电压，该电压通过布置于压电元件40的两侧的上电极环50和下电极环30传输给导线100，并输送至外部控制模块。

有益的是，所述上绝缘环60和下绝缘环20优选由玻璃纤维制成，其片体厚度大致为0.25毫米。此外，所述上电极环50和下电极环30由CuZn37制成，其片体厚度为0.5毫米。此外，所述压电元件40优选为锆钛酸铅压电陶瓷。表述“片体厚度”指的是元件在布置于筒体14后的轴向长度。

接下来参见图3，所述配重环70在布置于本体上后，同时对准所述筒体的上部段13和下部段12。换句话说，配重环701位于上部段与下部段的分界处，在筒体的轴向上同时跨越上部段与下部段。为此，配重环70的内孔表面与所述筒体的上部段13直接接触以形成电连接，与此同时，在配重环70的内孔表面与筒体的下部段12之间形成径向间隙。由于筒体的上部段13的直径大于下部段12，布置于配重环70下方的上绝缘环60、上电极环50、压电元件40、下电极环30和下绝缘环20的直径也均大于筒体的下部段12，这些电子元器件的内孔表面也均与下部段12之间形成径向间隙，这些径向间隙共同形成一个环状的腔室，该腔室以配重环70的断口71为开口通向外部。

参见图4，在将电子元器件分别均布置在本体上并且以螺母80固定后，配重环70的断口71将外部空间与形成在电子元器件与筒体之间的环状腔室连通起来。在注塑过程中，树脂溶液将经由所述断口71填入所述腔室内，形成电子元器件与筒体之间的绝缘部91。所述绝缘部的形成有效地利用了注塑工艺而能够填满整个径向腔室。除了在电子元器件、尤其是压电元件与筒体之间形成绝缘外，绝缘部91更能有效地固定各电子元器件之间以及电子元器件与筒体之间的相对位置。相比之下，现有技术通常在筒体周围套上一个绝缘筒以将筒体与电子元器件之间相互绝缘。并且，现有技术中的配重环通常不设置断口，或者配重环被设计成卡簧，其断口完全被筒体的外表面封堵，从而在注塑的过程中树脂只能形成在电子元器件的外部，不会注入到电子元器件与筒体的径向间隙中。

现有技术中，用于所述壳体90的树脂通常为PA66GF30。该树脂不能满足爆震传感器要求在175℃条件下具有大于10兆欧母的的绝缘值的要求。发明人在将注塑树脂材料更换为聚丁烯对苯二甲酸酯(PBT B 4330 G6 HR)后发现，爆震传感器可以完全满足在很宽的温度和湿度范围内长期使用，也能保持优良的电性能，完全可以达到175℃下的绝缘值大于10兆欧母的系统要求。究其原因，也许是由于树脂材料的绝缘性能主要取决于产品的吸水性，当饱和水达到3％以上时，会影响产品的尺寸及电性能。由于PBT材料的吸水性比PA材料要低很多，所以在使用于爆震传感器中时，具有更好的绝缘性能。

参见附图5，其中示出了分别使用PPS、PPA和PBT三种材料的爆震传感器在不同的温度下其两个电极之间的绝缘阻值的变化曲线。可以看出，使用PBT材料的爆震传感器的绝缘阻值随温度变化较小，尤其是在170度左右的高温仍然保持近30兆欧母的绝缘阻值，具有良好的绝缘表现。

以下将进一步介绍用于制造根据本发明的爆震传感器的方法，其主要包括如下步骤：

1)使用金属材料制成本体10，该本体10包括具有中央通孔15的整体呈圆柱形的筒体14和在筒体的下端部径向朝外延伸的凸缘11，所述筒体14由靠近所述凸缘的下部段12和远离所述凸缘的上部段13组成；所述筒体14的上部段13的直径大于下部段12；所述配重环70具有断口71；

2)将多个电子元器件从下至上依次套装在所述筒体14上，所述多个电子元器件至少包括下绝缘环20、下电极环30、压电元件40、上电极环50、上绝缘环60、配重环70；配重环70同时对准所述筒体的上部段13和下部段12；换句话说，配重环701位于上部段与下部段的分界处，并且在筒体的轴向上同时跨越上部段与下部段。这些电子元器件的内孔表面均与下部段12之间形成间隙，这些间隙共同形成一个环状的腔室，该腔室以配重环70的断口71为开口通向外部。

3)通过树脂成型工艺在所述本体10的外表面一体地形成壳体90，该壳体90包覆所述多个电子元器件；并且，配重环70的内孔表面与筒体的下部段12之间的间隙被树脂填充，并且配重环70的内孔表面与所述筒体的上部段13直接接触以形成电连接。

上文仅描述有关本发明的精神和原理的示例性实施方式。本领域技术人员可以明白，在不背离所述精神和原理的前提下，可以对所描述的示例做出各种变化，这些变化及其各种等同方式均被本发明人所预想到，并落入由本发明的权利要求所限定的范围内。