JP2005181184A - Pressure-measuring sensor - Google Patents

Pressure-measuring sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2005181184A
JP2005181184A JP2003424620A JP2003424620A JP2005181184A JP 2005181184 A JP2005181184 A JP 2005181184A JP 2003424620 A JP2003424620 A JP 2003424620A JP 2003424620 A JP2003424620 A JP 2003424620A JP 2005181184 A JP2005181184 A JP 2005181184A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure
piezoelectric element
pair
electrodes
receiving portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003424620A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mare Konishi
希 小西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Priority to JP2003424620A priority Critical patent/JP2005181184A/en
Publication of JP2005181184A publication Critical patent/JP2005181184A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pressure-measuring sensor of a high response speed, with respect to pressure changes in a pressure-measuring atmosphere. <P>SOLUTION: This pressure measuring sensor is provided with a rectangular-parallelopiped-shaped piezoelectric element 2 with at least one portion of an under face 2A serving as a pressure-receiving part 3; a pair of electrodes 4, arranged to contact with the piezoelectric element 2 sandwiching the piezoelectric element 2 therebetween; and a protective member 5 covering the piezoelectric element 2 and the pair of electrodes 4 under the condition, where the pressure receiving part 3 is exposed in the measuring atmosphere. The area of the pair of electrodes 4 is preferably larger than that of the pressure-receiving part 3. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室等に用いられる圧力計測用センサに関する。   The present invention relates to a pressure measurement sensor used in a combustion chamber of an internal combustion engine.

内燃機関の燃焼室内における燃焼圧等を計測するための圧力計測用センサとして、機械的負荷を圧電素子によりアナログ信号に変換する圧電素子を備え、変換されたアナログ信号を計測することによって連続する圧力変化を測定するものが知られている。
このような圧力計測用センサの圧電素子部分を直接内燃機関内部に挿入して圧力を測定して異常時と正常時との燃焼波形を比較(以下、ノック検知と称する。)することによって、排気ガス還流(以下、EGRと称する。)、最大トルクのための最小進入角度(以下、MBTと称する。)の制御が可能となり、燃料と空気の最適混合比を実現できる。そして、リーンバーン制御が可能となって内燃機関の大幅な燃費向上を行うことができる。
As a pressure measurement sensor for measuring the combustion pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine, a piezoelectric element that converts a mechanical load into an analog signal using a piezoelectric element is provided, and a continuous pressure is obtained by measuring the converted analog signal. Those that measure change are known.
By inserting the piezoelectric element portion of such a pressure measuring sensor directly into the internal combustion engine and measuring the pressure and comparing the combustion waveform between the abnormal time and the normal time (hereinafter referred to as knock detection), exhaust is performed. It is possible to control the gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) and the minimum approach angle for maximum torque (hereinafter referred to as MBT), thereby realizing the optimum fuel / air mixing ratio. And lean burn control becomes possible and the fuel consumption of an internal combustion engine can be improved significantly.

従来、このような圧力計測用センサとしては、金属膜からなるダイヤフラムと、このダイヤフラム上に載置されて上部に端子を有する電極が形成された圧電素子基板と、この圧電素子基板上に載置されて端子の少なくとも一部を露出させると共に電極を覆う絶縁性部材とを備えたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
この圧力計測用センサは、ダイヤフラムに加えられた圧力を機械的負荷として圧電素子に加え、この圧電素子がダイヤフラムによって圧縮されると圧電変換により電荷が発生する。そして、この電荷を電極で検出することにより圧力計測用センサに加えられた圧力の測定を行うものである。
特許第3256799号公報(図3)
Conventionally, as such a pressure measuring sensor, a diaphragm made of a metal film, a piezoelectric element substrate placed on the diaphragm and having an electrode having a terminal on the upper part, and a piezoelectric element substrate placed on the piezoelectric element substrate There has been proposed one including an insulating member that exposes at least a part of the terminal and covers the electrode (see, for example, Patent Document 1).
This pressure measuring sensor applies a pressure applied to the diaphragm as a mechanical load to the piezoelectric element, and when the piezoelectric element is compressed by the diaphragm, an electric charge is generated by piezoelectric conversion. And the pressure applied to the sensor for pressure measurement is measured by detecting this electric charge with an electrode.
Japanese Patent No. 3256799 (FIG. 3)

しかしながら、上記従来の圧力計測用センサには、以下の課題が残されている。すなわち、従来の圧力計測用センサでは、ダイヤフラムが受圧部とされており、ダイヤフラムに加えられた圧力が機械的負荷となって圧電素子に伝達されて電荷を発生させる。このため、圧力計測雰囲気の圧力変化に対する圧電素子の応答速度が遅いという問題がある。   However, the following problems remain in the conventional pressure measurement sensor. That is, in the conventional pressure measurement sensor, the diaphragm is a pressure receiving portion, and the pressure applied to the diaphragm becomes a mechanical load and is transmitted to the piezoelectric element to generate an electric charge. For this reason, there exists a problem that the response speed of the piezoelectric element with respect to the pressure change of pressure measurement atmosphere is slow.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、圧力計測雰囲気の圧力変化に対する応答速度が速い圧力計測用センサを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a pressure measurement sensor that has a quick response speed to a pressure change in a pressure measurement atmosphere.

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の圧力計測用センサは、平坦な一面の少なくとも一部が受圧部とされた圧電素子と、該圧電素子を中に挟んで該圧電素子に接するように配置された一対の電極と、前記受圧部を計測雰囲気中に露出させた状態で、前記圧電素子及び前記一対の電極を覆う保護部材とを備えることを特徴とする。   The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. That is, the pressure measurement sensor of the present invention includes a piezoelectric element having at least a part of a flat surface as a pressure receiving portion, and a pair of electrodes disposed so as to be in contact with the piezoelectric element with the piezoelectric element interposed therebetween. And a protective member that covers the piezoelectric element and the pair of electrodes in a state where the pressure receiving part is exposed to a measurement atmosphere.

この発明にかかる圧力計測用センサでは、圧電素子の一面の少なくとも一部が計測雰囲気中に露出する受圧部とすることによって、受圧部に加えられた圧力は直接機械的負荷となって圧電素子に加えられて圧電変換により電荷が発生され、この電荷が一対の電極で検出される。よって、計測雰囲気の圧力変化に対する感度を向上させることができると共に、圧力変化に対する応答速度を向上させることができる。   In the pressure measurement sensor according to the present invention, the pressure applied to the pressure receiving portion becomes a direct mechanical load on the piezoelectric element by forming at least a part of one surface of the piezoelectric element as a pressure receiving portion exposed in the measurement atmosphere. In addition, electric charges are generated by piezoelectric conversion, and the electric charges are detected by the pair of electrodes. Therefore, the sensitivity to the pressure change of the measurement atmosphere can be improved, and the response speed to the pressure change can be improved.

また、本発明にかかる圧力計測用センサは、前記電極の面積が、前記受圧部の面積よりも大きいことが好ましい。
この発明にかかる圧力計測用センサでは、圧電変換により圧電素子で発生する電荷の電束密度は、受圧部に加えられた圧力に比例するので、効率よく発生した電荷を検出することができ、計測雰囲気の圧力変化に対する感度がより向上する。
In the pressure measurement sensor according to the present invention, it is preferable that the area of the electrode is larger than the area of the pressure receiving portion.
In the pressure measurement sensor according to the present invention, since the electric flux density of the electric charge generated in the piezoelectric element by the piezoelectric conversion is proportional to the pressure applied to the pressure receiving portion, the generated electric charge can be detected efficiently and measured. Sensitivity to atmospheric pressure changes is further improved.

また、本発明にかかる圧力計測用センサは、前記圧電素子が、ランガサイト単結晶あるいはランガテイト単結晶で構成されていることが好ましい。
この発明にかかる圧力計測用センサでは、1470℃までキュリー温度がなく、内燃機関内部の高温状態においても安定して同一の結晶構造を保持できるランガサイト(LaGaSiO14)単結晶あるいはランガテイト単結晶(LaTa0.5Ga5.514)を圧電素子として用いることで、圧電素子の物質的劣化のない状態で内燃機関に入れて直接圧力計測が可能となる。
また、ランガテイトを用いた場合、α―quartzと同程度の温度安定性を維持するので、内燃機関内部などの高温下に直接挿入しても内部の圧力を正確に測定することができる。
In the pressure measurement sensor according to the present invention, it is preferable that the piezoelectric element is made of a langasite single crystal or a langate single crystal.
In the pressure measurement sensor according to the present invention, a langasite (La 3 Ga 5 SiO 14 ) single crystal or langate that does not have a Curie temperature up to 1470 ° C. and can stably maintain the same crystal structure even at a high temperature inside the internal combustion engine. By using a single crystal (La 3 Ta 0.5 Ga 5.5 O 14 ) as a piezoelectric element, it is possible to directly measure pressure by putting it in an internal combustion engine without any material deterioration of the piezoelectric element.
In addition, when Langatate is used, temperature stability similar to that of α-quartz is maintained, so that the internal pressure can be accurately measured even if it is directly inserted at a high temperature such as the internal combustion engine.

また、本発明にかかる圧力計測用センサは、前記一面が結晶光学上の座標軸Yにしたがった面であることが好ましい。
この発明にかかる圧力計測用センサでは、ランガサイト単結晶の結晶光学上の座標軸Yにしたがった面に加えられた圧力は、圧電変換により結晶光学上の座標軸Xにしたがった面に電荷を発生させる。すなわち、受圧部と一対の電極とを垂直に配置することでより効率のよい圧力計測が可能となる。
In the pressure measurement sensor according to the present invention, the one surface is preferably a surface according to the coordinate axis Y on the crystal optics.
In the pressure measuring sensor according to the present invention, the pressure applied to the surface according to the coordinate axis Y on the crystal optics of the langasite single crystal generates electric charges on the surface according to the coordinate axis X on the crystal optics by piezoelectric conversion. . That is, more efficient pressure measurement is possible by arranging the pressure receiving portion and the pair of electrodes vertically.

本発明の圧力計測用センサによれば、圧電素子の一面の少なくとも一部が計測雰囲気に接する受圧部とされることで、計測雰囲気の圧力変化を直接圧電素子に加えることができる。したがって、圧電素子に圧力を伝達する圧力伝達媒体を必要としないので、計測雰囲気の圧力変化に対する感度を向上させると共に、圧力変化に対する応答速度を向上させることができる。また、圧力伝達媒体を用いないことで、圧力計測用センサの小型化、製造コストの抑制ができる。   According to the pressure measurement sensor of the present invention, a pressure change in the measurement atmosphere can be directly applied to the piezoelectric element by setting at least a part of one surface of the piezoelectric element as a pressure receiving portion in contact with the measurement atmosphere. Therefore, since a pressure transmission medium for transmitting pressure to the piezoelectric element is not required, it is possible to improve the sensitivity to the pressure change in the measurement atmosphere and improve the response speed to the pressure change. Further, by not using the pressure transmission medium, the pressure measurement sensor can be reduced in size and the manufacturing cost can be reduced.

以下、本発明にかかる圧力計測用センサの第1の実施形態を、図1を参照しながら説明する。
本実施形態による燃焼圧センサ(圧力計測用センサ)1は、例えば車両用エンジンなどの内燃機関内の燃焼圧を計測するもので、直方体形状を有して下面(一面)2Aの一部が計測雰囲気と接する受圧部3とされた圧電素子2と、互いに対向する側面2Bに配された一対の電極4と、受圧部3を計測雰囲気中に露出させると共に圧電素子2及び一対の電極4を覆う保護部材5と、一対の電極4とそれぞれ電気的に接続されたリード線6とを備えている。
Hereinafter, a first embodiment of a pressure measuring sensor according to the present invention will be described with reference to FIG.
A combustion pressure sensor (pressure measurement sensor) 1 according to the present embodiment measures a combustion pressure in an internal combustion engine such as a vehicle engine, and has a rectangular parallelepiped shape and a part of the lower surface (one surface) 2A is measured. The piezoelectric element 2 that is the pressure receiving portion 3 in contact with the atmosphere, the pair of electrodes 4 disposed on the side surfaces 2B facing each other, the pressure receiving portion 3 is exposed to the measurement atmosphere, and the piezoelectric element 2 and the pair of electrodes 4 are covered. A protective member 5 and lead wires 6 electrically connected to the pair of electrodes 4 are provided.

圧電素子2は、結晶光学上の座標軸X、座標軸Y及び座標軸Z軸方位にて切断して直方体形状に形成したランガサイト単結晶から形成されており、受圧部3を含む下面2AがY面とされ、銀によって形成された薄膜電極である一対の電極4が配置される側面2BがX面とされている。   The piezoelectric element 2 is formed of a langasite single crystal formed in a rectangular parallelepiped shape by cutting along the crystal axes X, Y and Z, and the lower surface 2A including the pressure receiving portion 3 has a Y plane. The side surface 2B on which the pair of electrodes 4 that are thin film electrodes formed of silver is disposed is the X plane.

保護部材5は、内部に圧電素子2及び一対の電極4を設置する箱状の部材であって、例えばアルミナなどの絶縁性部材によって形成された絶縁性セラミックス11と、例えばステンレスなどの導電部材によって形成されて絶縁性セラミックス11を覆う金属筐体12とを備えている。   The protective member 5 is a box-shaped member in which the piezoelectric element 2 and the pair of electrodes 4 are installed. The protective member 5 includes an insulating ceramic 11 formed of an insulating member such as alumina and a conductive member such as stainless steel. And a metal casing 12 that covers the insulating ceramic 11.

絶縁性セラミックス11は、中空でほぼ直方体形状を有しており、内部に圧電素子2及び一対の電極4が配置される箱部13と、蓋部14とで構成されている。
箱部13は、圧電素子2のX面と対向する一対の内側面13Aに一対の電極4が形成されており、蓋部14を取り付けたときに一対の電極4の上端が絶縁性セラミックス11から露出するような構成とされている。
また、箱部13の底面13Bには圧電素子2の受圧部3が計測雰囲気中に露出するように矩形状の開口13Cが形成されている。
The insulating ceramic 11 is hollow and has a substantially rectangular parallelepiped shape, and includes a box portion 13 in which the piezoelectric element 2 and the pair of electrodes 4 are disposed, and a lid portion 14.
The box portion 13 has a pair of electrodes 4 formed on a pair of inner side surfaces 13 </ b> A facing the X surface of the piezoelectric element 2, and the upper ends of the pair of electrodes 4 from the insulating ceramics 11 when the lid portion 14 is attached. It is configured to be exposed.
Further, a rectangular opening 13C is formed on the bottom surface 13B of the box portion 13 so that the pressure receiving portion 3 of the piezoelectric element 2 is exposed in the measurement atmosphere.

金属筐体12は、絶縁性セラミックス11と同様に、中空でほぼ直方体形状を有しており、内部に絶縁性セラミックス11が配置される箱部15と、蓋部16とで構成されている。
箱部15の底面15Aには絶縁性セラミックス11と同様に、圧電素子2の受圧部3が測定雰囲気と接触するように矩形上の開口15Bが形成されている。
また、箱部15の内側面と絶縁性セラミックス11との間には空隙17が形成されており、圧電素子2の側面側からの圧力を空隙17によって緩和させることで圧電素子2が受圧しないような構成とされている。
蓋部16は、絶縁性セラミックス11の一対の内側面13Aと接触する部分のほぼ中央に一対の電極4とそれぞれ電気的に接続された一対のリード線6を外部に露出させるために、一対のリード線用開口16Aが形成されている。
なお、金属筐体12と絶縁性セラミックス11とは、計測雰囲気が内部に侵入しないようにガラスによって封着されている。
Similar to the insulating ceramic 11, the metal housing 12 is hollow and has a substantially rectangular parallelepiped shape, and includes a box portion 15 in which the insulating ceramic 11 is disposed and a lid portion 16.
Similar to the insulating ceramic 11, a rectangular opening 15 </ b> B is formed on the bottom surface 15 </ b> A of the box portion 15 so that the pressure receiving portion 3 of the piezoelectric element 2 comes into contact with the measurement atmosphere.
In addition, a gap 17 is formed between the inner side surface of the box portion 15 and the insulating ceramic 11, and the pressure from the side surface side of the piezoelectric element 2 is relieved by the gap 17 so that the piezoelectric element 2 does not receive pressure. It is made into the composition.
The lid portion 16 has a pair of lead wires 6 that are electrically connected to the pair of electrodes 4 at the approximate center of the portion of the insulating ceramic 11 that contacts the pair of inner side surfaces 13A. A lead wire opening 16A is formed.
The metal casing 12 and the insulating ceramic 11 are sealed with glass so that the measurement atmosphere does not enter the inside.

リード線6は、一対の電極4の上端と電気的に接続されており、金属筐体12の蓋部16と電気的に接触しないように絶縁管18内に配置されており、圧電素子2に発生した電荷が一対の電極4及びリード線6以外に漏電しないように設置されている。
また、図2に示すように、一対のリード線6は、一方がチャージアンプ20に接続され、他方がグラウンドGに接続されている。このチャージアンプ20は、圧電素子2によって発生した電荷から取り扱いの容易なアナログ電圧信号として出力するような構成となっている。
The lead wire 6 is electrically connected to the upper ends of the pair of electrodes 4 and is disposed in the insulating tube 18 so as not to be in electrical contact with the lid portion 16 of the metal housing 12. It is installed so that the generated charges do not leak except for the pair of electrodes 4 and lead wires 6.
As shown in FIG. 2, one of the pair of lead wires 6 is connected to the charge amplifier 20 and the other is connected to the ground G. The charge amplifier 20 is configured to output an analog voltage signal that is easy to handle from the charge generated by the piezoelectric element 2.

以上のように構成された本発明の燃焼圧センサ1について以下にその製造方法を説明する。
まず、ランガサイトをX面の大きさが、例えば3.5mm×3.5mm、側面がY面及びZ面となるように加工して圧電素子2を形成する。
次に、絶縁性セラミックス11の箱部13の一対の内側面13Aに銀ペーストを塗布し、150℃で1時間乾燥させることにより一対の電極4を形成する。そして、圧電素子2のX面が一対の電極4と接触するように箱部13の中に載置すると共に、圧電素子2の上に蓋部14を載置した後、絶縁性セラミックス11の圧電素子2のX面と平行となっている側面を1kgの加重でプレスする。
A method for manufacturing the combustion pressure sensor 1 of the present invention configured as described above will be described below.
First, the langasite is processed so that the size of the X plane is, for example, 3.5 mm × 3.5 mm and the side surfaces are the Y plane and the Z plane, thereby forming the piezoelectric element 2.
Next, a pair of electrodes 4 is formed by applying silver paste to the pair of inner side surfaces 13A of the box portion 13 of the insulating ceramic 11 and drying at 150 ° C. for 1 hour. Then, the piezoelectric element 2 is placed in the box portion 13 so that the X surface of the piezoelectric element 2 is in contact with the pair of electrodes 4, and the lid portion 14 is placed on the piezoelectric element 2. The side surface parallel to the X plane of the element 2 is pressed with a load of 1 kg.

次に、絶縁性セラミックス11及び圧電素子2を多孔質ジルコニア基板上に置き、電気炉を用いて、300℃で48時間、脱バインダ処理を行い、さらに、850℃で2時間焼成する。そして、絶縁性セラミックス11から露出した一対の電極4の上端にリード線6及び絶縁管18を取り付ける。
最後に、このようにして組み上げたものを金属筐体12の箱部15の中に絶縁セラミックス11の側面と箱部15の内側面とが接触しないように載置し、さらに蓋部16を載置することにより絶縁性セラミックス11を収納する。
このとき、絶縁性セラミックス11及び金属筐体12は、ガラスにより封着されており、計測雰囲気が内部に侵入しないようにしている。
Next, the insulating ceramic 11 and the piezoelectric element 2 are placed on a porous zirconia substrate, subjected to binder removal treatment at 300 ° C. for 48 hours using an electric furnace, and further fired at 850 ° C. for 2 hours. Then, the lead wire 6 and the insulating tube 18 are attached to the upper ends of the pair of electrodes 4 exposed from the insulating ceramic 11.
Finally, the assembly thus assembled is placed in the box portion 15 of the metal housing 12 so that the side surface of the insulating ceramic 11 and the inner side surface of the box portion 15 do not contact each other, and the lid portion 16 is further mounted. The insulating ceramics 11 are accommodated by placing them.
At this time, the insulating ceramics 11 and the metal casing 12 are sealed with glass so that the measurement atmosphere does not enter the inside.

次に、本実施形態にかかる燃焼圧センサ1の使用方法について説明する。
まず、燃焼圧センサ1を、図3に示すように、ガソリンエンジン30の例えば、点火プラグ31及び吸気ポート32の近傍位置から受圧部3を露出させるように燃焼室33内に挿入する。そして、クラウン軸34を回転して、コンロッド35に接続されるピストン36を上下させる。このとき、燃焼室33内に挿入されたガソリン燃料が燃焼して、図2に示す圧力Fが発生し、この圧力Fが、燃焼圧センサ1の受圧部3を変位させる。このとき、受圧部3が圧電素子2の結晶光学上のY面であるため、圧電変換による発生電荷は圧電素子の結晶光学上のX面である側面2Bに発生する。
Next, a method for using the combustion pressure sensor 1 according to the present embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 3, the combustion pressure sensor 1 is inserted into the combustion chamber 33 so as to expose the pressure receiving part 3 from, for example, a position near the ignition plug 31 and the intake port 32 of the gasoline engine 30. Then, the crown shaft 34 is rotated to move the piston 36 connected to the connecting rod 35 up and down. At this time, the gasoline fuel inserted into the combustion chamber 33 burns to generate a pressure F shown in FIG. 2, and this pressure F displaces the pressure receiving portion 3 of the combustion pressure sensor 1. At this time, since the pressure receiving portion 3 is the Y plane on the crystal optics of the piezoelectric element 2, charges generated by the piezoelectric conversion are generated on the side surface 2B which is the X plane on the crystal optics of the piezoelectric element.

ここで、受圧部3の変位が圧電素子2を圧縮する方向の場合、圧電素子2の一方の側面には負の電荷が発生すると共に、他方の側面には正の電荷が発生する。一方、受圧部3の変位が圧電素子2を引っ張る方向の場合、圧電素子2の一方の側面には正の電荷が発生すると共に、他方の側面には負の電荷が発生する。こうして発生した電荷はいずれの場合も電極4及びリード線6を介してチャージアンプ20に入力され、電気信号に変換される。
また、空隙17が設けられていることで、圧電素子2の側方からの圧力を圧電素子2が圧電変換しないようにすることができる。これにより、受圧部3からのみの圧力を計測することができる
Here, when the displacement of the pressure receiving portion 3 is in the direction in which the piezoelectric element 2 is compressed, a negative charge is generated on one side surface of the piezoelectric element 2 and a positive charge is generated on the other side surface. On the other hand, when the displacement of the pressure receiving portion 3 is in the direction in which the piezoelectric element 2 is pulled, a positive charge is generated on one side surface of the piezoelectric element 2 and a negative charge is generated on the other side surface. The charge thus generated is input to the charge amplifier 20 via the electrode 4 and the lead wire 6 in any case, and is converted into an electric signal.
In addition, by providing the gap 17, it is possible to prevent the piezoelectric element 2 from converting the pressure from the side of the piezoelectric element 2 into piezoelectric. Thereby, the pressure only from the pressure receiving part 3 can be measured.

出力されたアナログ信号は、車両に設けられた図示しない外部回路によって圧力値に変換されると共に表示される。
こうして、計測された燃焼圧からエンジントルク変動を直接検知することによって、EGR、MBTなどの制御が可能となり、燃料と空気の最適混合比を実現できる。そして、リーンバーン制御が可能となって内燃機関の大幅な燃費向上を行うことができる。
The output analog signal is converted into a pressure value and displayed by an external circuit (not shown) provided in the vehicle.
Thus, by directly detecting the engine torque fluctuation from the measured combustion pressure, it is possible to control EGR, MBT, etc., and to realize the optimum mixture ratio of fuel and air. And lean burn control becomes possible and the fuel consumption of an internal combustion engine can be improved significantly.

このように構成された燃焼圧センサ1は、受圧部3が計測雰囲気中に露出しているので、受圧部3に加えられた圧力が直接機械的負荷となって圧電素子に加えられて電荷を発生させる。これにより圧力の伝達損失が小さくなるので、感度を向上させることができ、計測雰囲気の圧力変化に対する応答速度を向上させることができる。
また、一対の電極4が計測雰囲気から離間することで、一対の電極4が繰り返し加えられた圧力や高温にさらされることによる腐食などで劣化し、計測精度が悪化することを抑制できる。
In the combustion pressure sensor 1 configured in this way, since the pressure receiving part 3 is exposed in the measurement atmosphere, the pressure applied to the pressure receiving part 3 becomes a mechanical load directly and is applied to the piezoelectric element to charge. generate. Thereby, the pressure transmission loss is reduced, so that the sensitivity can be improved, and the response speed to the pressure change of the measurement atmosphere can be improved.
In addition, since the pair of electrodes 4 are separated from the measurement atmosphere, the pair of electrodes 4 can be prevented from being deteriorated due to corrosion caused by repeated exposure to pressure or high temperature, and deterioration of measurement accuracy can be suppressed.

また、1470℃までキュリー温度がなく、内燃機関内部の高温状態においても安定して同一の結晶構造を保持できるランガサイト単結晶を圧電素子2に用いることによって、物質的劣化のない状態で内燃機関に入れて直接圧力測定が可能となる。
また、受圧部3を結晶光学上の座標軸Yにしたがった面であることで、結晶光学上の座標軸Xにしたがった面に電荷が発生するので、受圧部3と一対の電極4とを垂直に配置することができ、より効率のよい圧力計測が可能となる。
また、一対の電極4の面積が、受圧部3の面積よりも大きいことで、効率よく発生した電荷を検出することができ、感度が向上する。なお、一対の電極4と受圧部3の面積との比は、2.0以上であることが望ましい。
Further, by using a langasite single crystal for the piezoelectric element 2 that does not have a Curie temperature up to 1470 ° C. and can stably maintain the same crystal structure even in a high temperature state inside the internal combustion engine, the internal combustion engine is free from material deterioration. It is possible to measure pressure directly in
In addition, since the pressure receiving portion 3 is a surface according to the coordinate axis Y on the crystal optics, electric charges are generated on the surface according to the coordinate axis X on the crystal optics, so that the pressure receiving portion 3 and the pair of electrodes 4 are perpendicular to each other. Therefore, more efficient pressure measurement is possible.
In addition, since the area of the pair of electrodes 4 is larger than the area of the pressure receiving portion 3, the generated charges can be detected efficiently, and the sensitivity is improved. The ratio between the pair of electrodes 4 and the area of the pressure receiving portion 3 is desirably 2.0 or more.

次に、本発明にかかる圧力計測用センサの第2の実施形態について図4を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第2の実施形態と第1の実施形態との異なる点は、第1の実施形態における燃焼圧センサ1では、圧電素子2が絶縁セラミックス11内に載置され、さらにこの絶縁セラミックス11が金属筐体12内に載置されたのに対し、第2の実施形態における燃焼圧センサ40では、圧電素子2が保護部材である金属筐体41内に直接載置されている点である。
Next, a second embodiment of the pressure measurement sensor according to the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the same reference numerals are given to the components described in the above embodiment, and the description thereof is omitted.
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that in the combustion pressure sensor 1 according to the first embodiment, the piezoelectric element 2 is placed in the insulating ceramic 11, and the insulating ceramic 11 is further connected to the metal housing. In contrast to being placed in the body 12, the combustion pressure sensor 40 in the second embodiment is that the piezoelectric element 2 is placed directly in the metal casing 41 as a protective member.

すなわち、本実施形態における燃焼圧センサ40は、圧電素子2のX面とされる互いに対向する側面2Bに一対の電極4が形成され、この圧電素子2が金属筐体41の箱部42の底面42Aに載置されている。
一対の電極4は、金属筐体41と電気的に離間するように側面2Bの底面41A側の端辺には形成されていない。また、圧電素子2と金属筐体41の内側面との間に空隙17が設けられており、上述と同様に、圧電素子2の側面側からの圧力を空隙17によって緩和させて圧電素子が受圧しないような構成とされている。また、圧電素子2と底面42A及び蓋部43とは、上述と同様に、計測雰囲気が内部に侵入しないようにガラスによって封着されている。
That is, in the combustion pressure sensor 40 in the present embodiment, a pair of electrodes 4 are formed on the side surfaces 2B facing each other as the X surface of the piezoelectric element 2, and the piezoelectric element 2 is the bottom surface of the box portion 42 of the metal casing 41. 42A.
The pair of electrodes 4 is not formed on the end side of the side surface 2B on the bottom surface 41A side so as to be electrically separated from the metal housing 41. In addition, a gap 17 is provided between the piezoelectric element 2 and the inner side surface of the metal housing 41. Similarly to the above, the pressure from the side surface side of the piezoelectric element 2 is relieved by the gap 17, and the piezoelectric element receives pressure. The configuration is such that it does not. In addition, the piezoelectric element 2, the bottom surface 42A, and the lid portion 43 are sealed with glass so that the measurement atmosphere does not enter the interior, as described above.

このように構成された燃焼圧センサ40は、第1の実施形態における燃焼圧センサ1と同様の作用・効果を有するが、圧電素子2が直接金属筐体41によって覆われることで、部品点数が削減できると共に、小型化が可能となる。   The combustion pressure sensor 40 configured in this way has the same operation and effect as the combustion pressure sensor 1 in the first embodiment, but the number of parts is reduced by directly covering the piezoelectric element 2 with the metal casing 41. It can be reduced and the size can be reduced.

次に、本発明にかかる圧力計測用センサの第3の実施形態について図5を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第3の実施形態と第1の実施形態との異なる点は、第1の実施形態における燃焼圧センサ1では、圧電素子2の下面2Aの一部が受圧部3とされたのに対し、第3の実施形態における燃焼圧センサ50では、圧電素子2の下面の全体が受圧部3とされている点である。
Next, a third embodiment of the pressure measurement sensor according to the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the same reference numerals are given to the components described in the above embodiment, and the description thereof is omitted.
The difference between the third embodiment and the first embodiment is that, in the combustion pressure sensor 1 in the first embodiment, a part of the lower surface 2A of the piezoelectric element 2 is the pressure receiving portion 3, whereas the first embodiment is different from the first embodiment. In the combustion pressure sensor 50 according to the third embodiment, the entire lower surface of the piezoelectric element 2 is the pressure receiving portion 3.

すなわち、本実施形態における燃焼圧センサ50は、圧電素子2の側面2Bに一対の電極4が配され、保護部材51により受圧部3が露出すると共に圧電素子2及び一対の電極4が覆われている。
保護部材51は、絶縁性セラミックス52と金属筐体12とによって構成されている。絶縁性セラミックス52は、矩形上の筒部53と蓋部54とによって構成されており、筒部53が圧電素子2のX面と対向する一対の内側面53Aに一対の電極4が形成されており、蓋部54を取り付けたときに一対の電極4の上端が絶縁性セラミックス52から露出するような構成とされている。
なお、一対の電極4は、受圧部3と接触しないように内側面53Aの下端側には形成されておらず、計測雰囲気に露出しないようにガラス55により保護されている。
That is, in the combustion pressure sensor 50 according to the present embodiment, the pair of electrodes 4 are arranged on the side surface 2B of the piezoelectric element 2, the pressure receiving portion 3 is exposed by the protective member 51, and the piezoelectric element 2 and the pair of electrodes 4 are covered. Yes.
The protection member 51 is composed of an insulating ceramic 52 and a metal housing 12. The insulating ceramic 52 includes a rectangular cylinder portion 53 and a lid portion 54, and a pair of electrodes 4 are formed on a pair of inner side surfaces 53 </ b> A where the cylinder portion 53 faces the X surface of the piezoelectric element 2. The upper ends of the pair of electrodes 4 are exposed from the insulating ceramic 52 when the lid portion 54 is attached.
The pair of electrodes 4 are not formed on the lower end side of the inner side surface 53A so as not to contact the pressure receiving portion 3, and are protected by the glass 55 so as not to be exposed to the measurement atmosphere.

このように構成された燃焼圧センサ50は、第1の実施形態における燃焼圧センサ1と同様の作用・効果を有するが、圧電素子2の下面全体が受圧部3とされているので、計測雰囲気の圧力変化に対する精度が向上する。   The combustion pressure sensor 50 configured as described above has the same operation and effect as the combustion pressure sensor 1 in the first embodiment, but the entire lower surface of the piezoelectric element 2 is the pressure receiving portion 3, so that the measurement atmosphere The accuracy with respect to the pressure change is improved.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明の圧力計測用センサを上述したように燃焼圧センサとして利用する場合に限らず、高温度環境下における圧力計測用として使用するものとしてもかまわない。
また、ランガサイトを圧電素子2として用いたが、ランガテイトを用いてもよい。ランガテイトは、α―quartzと同程度の温度安定性を維持するので、内燃機関内部などの高温化に直接挿入しても内部の圧力を正確に測定することができる。
また、一対の電極に用いる導電性物質は、銀、白金、金等の導電性物質、もしくはこれらの混合物で構成されてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, the pressure measurement sensor of the present invention is not limited to being used as a combustion pressure sensor as described above, and may be used for pressure measurement in a high temperature environment.
Moreover, although langasite was used as the piezoelectric element 2, a langamate may be used. Langatate maintains temperature stability comparable to α-quartz, so that the internal pressure can be accurately measured even if it is directly inserted into a high temperature inside the internal combustion engine or the like.
The conductive substance used for the pair of electrodes may be formed of a conductive substance such as silver, platinum, or gold, or a mixture thereof.

本発明にかかる第1の実施形態における燃焼圧センサを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the combustion pressure sensor in 1st Embodiment concerning this invention. 本発明にかかる第1の実施形態における燃焼圧センサの断面とチャージアンプの構成とを示す図である。It is a figure which shows the cross section of the combustion pressure sensor in 1st Embodiment concerning this invention, and the structure of charge amplifier. 本発明にかかる第1の実施形態における燃焼圧センサをガソリンエンジンに取り付けた状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which attached the combustion pressure sensor in 1st Embodiment concerning this invention to the gasoline engine. 本発明にかかる第2の実施形態における燃焼圧センサを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the combustion pressure sensor in 2nd Embodiment concerning this invention. 本発明にかかる第3の実施形態における燃焼圧センサを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the combustion pressure sensor in 3rd Embodiment concerning this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、40、50 燃焼圧センサ(圧力計測用センサ)
2 圧電素子
2A 下面(一面)
3 受圧部
4 電極
5、51 保護部材
1, 40, 50 Combustion pressure sensor (pressure measurement sensor)
2 Piezoelectric element 2A Lower surface (one surface)
3 Pressure receiving part 4 Electrodes 5, 51 Protective member

Claims (4)

平坦な一面の少なくとも一部が受圧部とされた圧電素子と、
該圧電素子を中に挟んで該圧電素子に接するように配置された一対の電極と、
前記受圧部を計測雰囲気中に露出させた状態で、前記圧電素子及び前記一対の電極を覆う保護部材とを備えることを特徴とする圧力計測用センサ。
A piezoelectric element in which at least a part of one flat surface is a pressure receiving portion;
A pair of electrodes disposed so as to be in contact with the piezoelectric element with the piezoelectric element interposed therebetween;
A pressure measurement sensor comprising: a protective member that covers the piezoelectric element and the pair of electrodes in a state where the pressure receiving portion is exposed to a measurement atmosphere.
前記一対の電極の面積が、前記受圧部の面積よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の圧力計測用センサ。   The pressure measurement sensor according to claim 1, wherein an area of the pair of electrodes is larger than an area of the pressure receiving portion. 前記圧電素子が、ランガサイト単結晶あるいはランガテイト単結晶で構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の圧力計測用センサ。   The pressure measuring sensor according to claim 1 or 2, wherein the piezoelectric element is composed of a langasite single crystal or a langate single crystal. 前記一面が結晶光学上の座標軸Yにしたがった面であることを特徴とする請求項3に記載の圧力計測用センサ。   The pressure measuring sensor according to claim 3, wherein the one surface is a surface according to a coordinate axis Y on crystal optics.
JP2003424620A 2003-12-22 2003-12-22 Pressure-measuring sensor Pending JP2005181184A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003424620A JP2005181184A (en) 2003-12-22 2003-12-22 Pressure-measuring sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003424620A JP2005181184A (en) 2003-12-22 2003-12-22 Pressure-measuring sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005181184A true JP2005181184A (en) 2005-07-07

Family

ID=34784761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003424620A Pending JP2005181184A (en) 2003-12-22 2003-12-22 Pressure-measuring sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005181184A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009019834A1 (en) * 2007-08-09 2009-02-12 Meiji University Pressure sensor and method for manufacturing the same
CN104280162A (en) * 2013-07-12 2015-01-14 纳米新能源(唐山)有限责任公司 Pressure sensor based on friction power generation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009019834A1 (en) * 2007-08-09 2009-02-12 Meiji University Pressure sensor and method for manufacturing the same
JP2009042073A (en) * 2007-08-09 2009-02-26 Meiji Univ Pressure sensor and method for manufacturing the same
CN104280162A (en) * 2013-07-12 2015-01-14 纳米新能源(唐山)有限责任公司 Pressure sensor based on friction power generation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2708915B2 (en) Gas detection sensor
EP0144185B1 (en) Electrochemical device
US4489596A (en) Spark plug with measuring means
US4753109A (en) Sensor for scanning physical processes in internal combustion engines
US4419212A (en) Combination gas oxygen concentration and combustion light sensor
US5739626A (en) Piezoelectric sensor
JPH063429B2 (en) Oxygen sensor
KR20000016317A (en) Sealing element for sensors
US4897174A (en) Gas sensing apparatus
JP6425960B2 (en) Stacked gas sensor element, gas sensor, and method of manufacturing the same
US4588494A (en) Oxygen sensor
JPH0147737B2 (en)
JP2004317491A (en) Pressure sensor
US5144249A (en) Oxygen sensor
US3940327A (en) Oxygen sensing device
JPS6363060B2 (en)
JPS61134655A (en) Oxygen sensor element
JPH11108884A (en) Packing for sensor element of gas sensor and its production
US20090025468A1 (en) Piezoelectric Combustion Chamber Pressure Sensor Having a Pressure Transmission Pin
US4574042A (en) Gas analyzing apparatus
EP0343533B1 (en) Gas sensing element
JP2005181184A (en) Pressure-measuring sensor
JPH0778482B2 (en) Oxygen sensor
US20070089486A1 (en) Impact absorbing structure of gas sensor
EP0511762B1 (en) Piezoelectric sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060331

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080724

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081104

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081224

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090210