ДАТЧИК ДЕТОНАЦИИ Российский патент 2005 года по МПК G01L23/10 G01L23/22 

Изобретение относится к контролю вибрации двигателей внутреннего сгорания, а именно к датчикам детонации нерезонансного типа, применяемым в системах гашения детонации в двигателях внутреннего сгорания.

В известных датчиках детонации в качестве чувствительных элементов используются пьезоэлементы, преобразующие ускорение вибрации в электрическое напряжение благодаря действию некоторой массы, нагружающей пьезоэлемент. Важным параметром датчика, характеризующим его устойчивость к нежелательным электрическим наводкам, является достаточная величина электрической емкости. Увеличение емкости сопряжено с пропорциональным снижением чувствительности. Это снижение можно компенсировать только соответствующим увеличением массы, нагружающей пьезоэлемент.

Известен датчик [1], который состоит из втулки с фланцем, пьезоэлемента в виде шайбы, расположенного на плоскости фланца, инерционного элемента, поджатого к пьезоэлементу тарельчатой пружиной посредством гайки. Электроды пьезоэлемента изолированы от массы и соединены тоководами с выводами разъема, расположенного сбоку. Корпус и разъем выполнены из пластмассы. Через отверстие втулки датчик крепится к двигателю при помощи болта или шпильки и гайки.

В датчике [2], принятом за прототип, пьезоэлемент расположен на основании металлической части корпуса, объединенного с крепежными элементами в виде винта и шестигранника. Инерционный элемент поджат к пьезоэлементу тарельчатой пружиной посредством болта, ввернутого в основание. Электроды пьезоэлемента изолированы от массы и соединены тоководами с разъемом, расположенным сверху датчика. Верхняя часть корпуса и разъем выполнены из пластмассы.

Серьезным недостатком известных датчиков нерезонансного типа является то, что для защиты от помех системы зажигания они выполнены дифференциальными. То есть они требуют изоляции чувствительного элемента от массы, двухпроводный кабель соединительной линии и сложное разъемное соединение. Для того, чтобы использовать в качестве провода соединительной линии массу двигателя, необходимо существенно снизить относительный уровень помехи, многократно увеличив емкость при сохранении чувствительности. Для этого требуется соответствующее увеличение массы инерционного элемента. Однако в известных датчиках это сделать невозможно, так как многократное увеличение массы инерционного элемента приводит к недопустимому увеличению размеров и к потере устойчивости к механическим помехам. Так, например, увеличение высоты инерционного элемента и соответствующее увеличение расстояния между его центром массы и центром массы пьезоэлемента приводит к нежелательной чувствительности к поперечным вибрациям, источник которых не относится к детонации.

Цель изобретения состоит в существенном увеличении электрической емкости датчика детонации при сохранении чувствительности. Для достижения указанной цели необходимо решить техническую задачу многократного увеличения инерционной нагрузки чувствительного элемента, сохранив или даже уменьшив размеры датчика.

Указанная цель достигается тем, что в датчике детонации, состоящем из корпуса, объединенного с элементами крепления к двигателю, чувствительного элемента, инерционного элемента и внешнего соединителя, корпус выполнен из металла и состоит из основания, объединенного с винтом крепления и примыкающего к нижней поверхности пьезоэлемента, инерционной части, примыкающей к верхней поверхности пьезоэлемента и охватывающей его сбоку и состоящей из наружного и внутреннего элементов, цилиндрические поверхности которых связаны благодаря плотной посадке или посредством резьбы, и кольцевой диафрагмы, связывающей основание с инерционной частью, а в верхней части корпуса выполнено отверстие для вывода внешнего соединителя. Технический результат решения достигнут тем, что роль инерционной нагрузки выполняет не инерционный элемент как самостоятельная деталь, а инерционная часть корпуса.

Более подробно суть предлагаемого технического решения поясняется с помощью фигур графических изображений.

На фиг.1 изображены принципиальные механические схемы датчика-прототипа (фиг.1а) и предлагаемого датчика (фиг.1б), иллюстрирующие их принципиальное отличие. На фиг.2 показан способ деления инерционной части корпуса на конструктивные элементы. На фиг.3 приведен пример конкретного исполнения датчика детонации. В датчике-прототипе основание 1 передает вибрации пьезоэлементу 2, который нагружен инерционным элементом 3. Корпус 4 защищает конструкцию от внешних воздействий. В предлагаемом датчике основание 1 передает вибрации пьезоэлементу 2, который нагружен инерционной частью 5 корпуса. Инерционная часть и основание связаны достаточно тонкой кольцевой стенкой - диафрагмой 6. В силу малой жесткости диафрагмы при изгибных деформациях вертикальная вибрация действует на пьезоэлемент, а на инерционную часть непосредственно не передается. В то же время, в силу повышенной жесткости диафрагмы в собственной плоскости, обеспечивается нечувствительность датчика к поперечным вибрациям, так как при горизонтальных движениях основания увлекается также инерционная часть. Для практической реализации схемы по фиг.1б необходимо разделить инерционную часть 5 корпуса на конструктивные элементы, не нарушив ее функционального единства.

На фиг.2 показан способ деления инерционной части корпуса на конструктивные элементы. Инерционная часть корпуса разделена таким образом, что внутренний элемент отделен от внешнего движением по вертикали, причем сопрягаемые поверхности имеют цилиндрическую форму. Функциональное единство инерционной части корпуса обеспечивается тем, что внутренний диаметр внешнего элемента и внешний диаметр внутреннего элемента заданы в соответствии с нормами плотной посадки или соединение элементов осуществляется посредством резьбы. В верхней части корпуса выполнено отверстие для вывода внешнего соединителя.

На фиг.3 приведен пример конкретного исполнения датчика детонации. Датчик состоит из металлического корпуса, внутри которого, между верхней и нижней плоскими поверхностями помещен пакет из двух пьезоэлементов 2 в виде шайб, между которыми находится металлическая прокладка 8. К центральной части прокладки прикреплен внешний соединитель в виде винта 9, выведенный наружу через отверстие в верхней части корпуса. Пьезоэлементы ориентированы таким образом, что на электродах, обращенных к прокладке, выделяется заряд одного знака, а на электродах, обращенных к поверхностям корпуса, - другого знака. Конструктивно корпус состоит из двух деталей. Первая деталь включает в себя основание 1, объединенное с винтом крепления 10, внешний элемент инерционной части 11 и диафрагму 6. Наружная поверхность внешнего элемента инерционной части выполнена в форме шестигранника, а внутренняя поверхность цилиндрическая. Вторая деталь 12 является внутренним элементом инерционной части и имеет центральное отверстие для вывода внешнего соединителя и углубление на толщину пакета пьезоэлементов. Наружная поверхность внутреннего элемента имеет цилиндрическую форму. Цилиндрические поверхности элементов инерционной части жестко связаны плотной посадкой. При этом пьезоэлементы имеют начальное поджатие за счет упругости диафрагмы. К верхней плоскости внутреннего элемента инерционной части приклеена изоляционная шайба 13. Свободное пространство в отверстии заполнено отверждающейся композицией 14. Отверждающаяся композиция содержит электропроводящий наполнитель, например графитовый порошок, который придает ей некоторую проводимость. Это необходимо для защиты схемы обработки сигнала от пироэлектрического заряда. С помощью гаек 15 и 16 осуществляется соединение датчика с проводом соединительной линии.

Датчик работает следующим образом. Ускорение вибрации передается через основание к пьзоэлементам. Пьзоэлементы испытывают деформацию растяжения сжатия, пропорциональную массе инерционной части. В силу пьезоэффекта на металлической прокладке и связанном с ней соединителе возникает переменный потенциал относительно корпуса. Благодаря диафрагме устраняется непосредственное влияние основания на инерционную часть и не снижается эффективность действия массы.

Источники информации

1. Патент РФ №2138031, кл. G 01 L 23/22.

2. Патент ФРГ №3643956, кл. G 01 L 23/10.

Использование: в датчиках детонации нерезонансного типа, применяемых в системах гашения детонации в двигателях внутреннего сгорания. Сущность: корпус датчика выполнен из металла и состоит из основания, объединенного с винтом крепления и примыкающего к нижней поверхности пьезоэлемента. Инерционная часть, примыкающая к верхней поверхности пьезоэлемента и охватывающая его сбоку, состоит из наружного и внутреннего элементов, цилиндрические поверхности которых связаны благодаря плотной посадке или посредством резьбы. Кольцевая диафрагма связывает основание с инерционной частью. Технический результат изобретения заключается в увеличении электрической емкости датчика детонации при сохранении чувствительности. 3 ил.

Датчик детонации, состоящий из корпуса, объединенного с элементами крепления к двигателю, чувствительного элемента, инерционного элемента и внешнего соединителя, отличающийся тем, что корпус выполнен из металла и состоит из основания, объединенного с винтом крепления и примыкающего к нижней поверхности пьезоэлемента, инерционной части, примыкающей к верхней поверхности пьезоэлемента, охватывающей его сбоку и состоящей из наружного и внутреннего элементов, цилиндрические поверхности которых связаны благодаря плотной посадке или посредством резьбы, и кольцевой диафрагмы, связывающей основание с инерционной частью, а в верхней части корпуса выполнено отверстие для вывода внешнего соединителя.