JP2008139150A

JP2008139150A - 燃焼圧センサ

Info

Publication number: JP2008139150A
Application number: JP2006325608A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Hirose; 義将広瀬; Takehiro Watarai; 武宏度会
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2008-06-19
Also published as: US20080223139A1; EP1927835A2

Abstract

【課題】検出精度及び耐久性に優れた燃焼圧センサを提供すること。
【解決手段】内燃機関の燃焼室６１内における燃焼圧を検出するための燃焼圧センサ１。燃焼圧センサ１は、先端側が燃焼室６１側に位置するように内燃機関に取り付けられる中空状のハウジング２と、先端受圧部３１をハウジング２の先端部から露出させるようにハウジング２の軸孔２２にスライド可能に挿通配置され、燃焼室６１の燃焼圧を伝達するための伝達部材３と、ハウジング２と伝達部材３との間に配設され、ハウジング２と伝達部材３との間に作用する荷重の変化を検出する荷重検出部４と、荷重検出部４よりも先端側においてハウジング２に固定され、ハウジング２と伝達部材３との間の隙間１１を塞ぐシール部材５とを有する。シール部材５は、伝達部材３に対して固定されていない。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の燃焼室内における燃焼圧を検出するための燃焼圧センサに関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関に取付けられ、内燃機関の燃焼室内における燃焼圧を検出するための燃焼圧センサとして、例えば特許文献１に記載されているような燃焼圧センサ９がある（図１０）。
この燃焼圧センサ９は、伝達部９１がハウジング９２に対して軸線方向にスライドすることにより、燃焼室に発生した圧力を、基端部に配設された圧力センサ９３に伝達し、燃焼室における燃焼圧を検出している。

上記燃焼圧センサ９においては、伝達部９１とハウジング９２との間から燃焼時の高熱ガスが基端側に向かって侵入することを防ぐために、図１０に示すごとく、Ｏリング９４及び膜９５が設けられている。即ち、Ｏリング９４及び膜９５は、伝達部９１とハウジング９２との隙間を遮断するように設けられている。そして、膜９５は、高熱ガスを先端側へ密閉するように、ハウジング９２と伝達部９１との双方に溶接固定された状態にある。

そのため、燃焼圧センサ９を内燃機関へ取り付ける際に発生するハウジング９２の軸線方向への形状の収縮により、膜９５を介し接合状態にある伝達部９１もハウジング９２に対して相対的に軸線方向へ移動してしまう。この移動による圧力が上記圧力センサ９３に伝わることにより、不要なセンサ出力変動が発生してしまうおそれがある。これにより、燃焼圧センサ９の初期値の変動、ひいてはセンサ精度の低下を招くおそれがある。これでは、エンジン制御に用いるために他のセンサを用い補正等を行う必要が生じ、コストアップに繋がることとなる。そして、場合によっては、エンジン制御が困難となるおそれがある。

特開２００５−９０９５４号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、検出精度及び耐久性に優れた燃焼圧センサを提供しようとするものである。

本発明は、内燃機関の燃焼室内における燃焼圧を検出するための燃焼圧センサであって、
先端側が上記燃焼室側に位置するように上記内燃機関に取り付けられる中空状のハウジングと、
先端受圧部を上記ハウジングの先端部から露出させるように上記ハウジングの軸孔にスライド可能に挿通配置され、上記燃焼室の燃焼圧を伝達するための伝達部材と、
上記ハウジングと上記伝達部材との間に配設され、上記ハウジングと上記伝達部材との間に作用する荷重の変化を検出する荷重検出部と、
該荷重検出部よりも先端側において上記ハウジングに固定され、該ハウジングと上記伝達部材との間の隙間を塞ぐシール部材とを有し、
該シール部材は、上記伝達部材に対して固定されていないことを特徴とする燃焼圧センサにある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記燃焼圧センサは、上記ハウジングと上記伝達部材との間の隙間を塞ぐシール部材を有する。これにより、燃焼室における燃焼ガスがハウジングと上記伝達部材との間の隙間に侵入することを防ぐことができ、ハウジング内の温度上昇を抑制することができる。それ故、上記ハウジングと伝達部材との間に配設された荷重検出部への熱負荷を低減することができる。
その結果、耐久性に優れた燃焼圧センサを得ることができる。

また、シール部材は伝達部材に固定されておらず、伝達部材はハウジングに対してスライド可能となっている。そのため、燃焼圧センサを内燃機関に取付ける際に、ハウジングの軸方向に荷重がかかり、ハウジングが軸方向に縮むように変形したとしても、その変形による荷重が上記荷重検出部に伝わることを防ぐことができる。即ち、シール部材が伝達部材に固定されておらず、伝達部材はハウジングに対してスライド可能となっていることにより、ハウジングの変形が伝達部材の変位として伝わることはない。その結果、上記荷重検出部にハウジングの変形による応力がかかることはない。

そのため、上記燃焼圧センサにおいては、取付け時における不要なセンサ出力変動を防ぐことができる。これにより、燃焼圧センサの検出精度を確保することができる。
また、エンジン制御等を行うに当たっても、他のセンサを用いて補正等を行う必要がなくなり、コスト低減にも繋がる。
また、上記シール部材は上記ハウジングに固定されているため、シール部材のズレが生じるおそれがなく、ハウジングと伝達部材との間の隙間を確実に塞ぐことができる。

以上のごとく、本発明によれば、検出精度及び耐久性に優れた燃焼圧センサを提供することができる。

本明細書において、燃焼圧センサを内燃機関の燃焼室に挿入する側を先端側、その反対側を基端側として説明する。
また、本発明（請求項１）において、上記シール部材は、例えば、ステンレス鋼等の伝熱材料によって構成することができる。

また、上記シール部材は、上記伝達部材との間に微小隙間を形成していることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記ハウジングの変形が上記伝達部材の変位として伝わることを充分に抑制し、検出精度を一層向上させることができる。
上記微小隙間は、各種条件によって適切な大きさが変わりうるが、例えば２０μｍ以下であることが好ましい。この場合には、ハウジング内への燃焼ガスの侵入を充分に抑制し、上記荷重検出部への熱負荷を充分に抑制しつつ、検出精度の向上を図ることができる。
なお、上記シール部材は、上記伝達部材との間に微小隙間を設けなくてもよいが、この場合、ハウジングに対する上記伝達部材のスライド運動を充分に確保できる程度に、上記伝達部材との接触圧を低くしておく。

また、上記微小隙間は、上記燃焼室と上記ハウジングの軸孔との間を結ぶ経路中に屈曲部を少なくとも１箇所有することが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記燃焼室から燃焼ガスがハウジングの軸孔内に侵入することを効果的に抑制することができる。即ち、上記屈曲部を有することにより、燃焼ガスが微小隙間における上記経路を通過する際の圧力損失が大きくなり、ハウジング内への燃焼ガスの侵入を効果的に抑制することができる。
また、これにより、上記微小隙間を充分に設けることも可能となり、ハウジングの変形が伝達部材の変位として伝わることを充分に抑制し、検出精度を確保しやすくなる。

また、上記シール部材は、上記伝達部材を押圧する方向に付勢された弾性部を有することが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記シール部材と上記伝達部材との接触圧を適度に調整しながら、伝達部材とハウジングとの間の隙間を確実に塞ぐことができる。
また、上記弾性部は、上記シール部材と上記伝達部材との接触圧が、ハウジングに対する伝達部材の円滑なスライド運動を阻害しない程度となるように付勢されていることが好ましい。

また、上記シール部材は、少なくとも一部に蛇腹形状部を設けてなることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記シール部材が上記伝達部材に接触している場合においても、ハウジングの変形を上記蛇腹形状部において吸収することができるため、ハウジングの変形に伴う上記伝達部材の変位を抑制することができる。それ故、燃焼圧センサの測定精度を確保することができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる燃焼圧センサにつき、図１〜図３を用いて説明する。
本例の燃焼圧センサ１は、図１に示すごとく、内燃機関の燃焼室６１内における燃焼圧を検出するためのセンサであって、以下のハウジング２と伝達部材３と荷重検出部４とシール部材５とを有する。
ハウジング２は、先端側が燃焼室６１側に位置するように内燃機関に取り付けられる中空状の部材である。
伝達部材３は、先端受圧部３１をハウジング２の先端部２１から露出させるようにハウジング２の軸孔２２にスライド可能に挿通配置され、燃焼室６１の燃焼圧を伝達する部材である。

荷重検出部４は、ハウジング２と伝達部材３との間に配設され、ハウジング２と伝達部材３との間に作用する荷重の変化を検出する。
シール部材５は、荷重検出部４よりも先端側においてハウジング２に固定され、ハウジング２と伝達部材３との間の隙間１１を塞ぐ。

上記シール部材５は、例えばステンレス鋼によって構成することができる。また、シール部材５は、伝達部材３の外周面に対向する対向部５１を伝達部３の外周面に沿った形状に設けてなると共に、該対向部５１の一端から外方へ屈曲形成された固定部５２を設けてなる。そして、該固定部５２において、溶接等の手段によりハウジング２の先端部２１に固定されている。

また、図２に示すごとく、シール部材５は、伝達部材３との間に微小隙間１２を形成している。微小隙間１２は、各種条件によって適切な大きさが変わりうるが、例えば２０μｍ以下であることが好ましい。
なお、図３に示すごとく、シール部材５と伝達部材３との間に微小隙間１２を設けなくてもよいが、この場合、ハウジング２に対する伝達部材３のスライド運動を充分に確保できる程度に、伝達部材３との接触圧を低くしておく必要がある。
また、ハウジング２と伝達部材３との間には、ハウジング２の軸孔２２内において伝達部材３を所定の位置に保持する保持リング１３が配置されている。

上記燃焼圧センサ１は、ディーゼルエンジン等のエンジンのエンジンヘッド部６２に挿通固定されている。即ち、エンジンヘッド部６２には、燃焼圧センサ１を取り付けるための取付開口部６２１が形成されており、該取付開口部６２１には、燃焼圧センサ１のハウジング２の先端部２１を当接させるテーパ部６２２が形成されている。そして、燃焼圧センサ１は、ハウジング２の先端部２１の外周に設けた面取り部２１１を、エンジンヘッド部６２のテーパ部６２２に当接させつつ、ハウジング２の基端部付近に設けたネジ部２３をエンジンヘッド部６２の取付開口部６２１の基端部付近に螺合させる。

上記荷重検出部４は、例えば、燃焼圧検出時に電気信号を出力する検出素子４１と、該検出素子４１を挟み込むように配置されており上記検出素子４１の電気信号を取出す電極板４２、４３とによって構成されている。また、荷重検出部４の基端側には該荷重検出部４を保持する保持部材４４が配置してある。また、燃焼圧検出時において荷重変化を検出しやすいように、例えば、保持部材４４によって検出素子４１及び電極板４２、４３に、予め圧縮荷重を印加した状態としておく。

次に、本例の燃焼圧センサ１の動作について説明する。
燃焼室６１内の混合気が燃焼することにより発生する燃焼圧を、伝達部材３の先端受圧部３１が受ける。これにより伝達部材３が軸線方向基端側に押され、荷重検出部４に燃焼圧が伝達される。そして、荷重検出部４に予め印加されている圧縮荷重が変動することで、燃焼圧に対応する出力を生じる。即ち、例えば、検出素子として圧電素子等を用いることにより、荷重の変動に対応する電圧や電荷を発生させ、燃焼圧に略比例した出力を発生させることができる。
また、燃焼時に発生する高熱ガスは、シール部材５によってハウジング２内に侵入することが抑制され、ハウジング２内の温度上昇を防いでいる。これにより、ハウジング２の基端部に配された荷重検出部４への熱負荷を抑制している。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記燃焼圧センサ１は、上記ハウジング２と上記伝達部材３との間の隙間を塞ぐシール部材５を有する。これにより、燃焼室６１における燃焼ガスがハウジング２と伝達部材３との間の隙間１１に侵入することを防ぐことができ、ハウジング２内の温度上昇を抑制することができる。それ故、ハウジング２と伝達部材３との間に配設された荷重検出部４への熱負荷を低減することができる。
その結果、耐久性に優れた燃焼圧センサ１を得ることができる。

また、シール部材５は伝達部材３に固定されておらず、伝達部材３はハウジング２に対してスライド可能となっている。そのため、燃焼圧センサ１を内燃機関に取付ける際に、ハウジング２の軸方向に荷重がかかり、ハウジング２が軸方向に縮むように変形したとしても、その変形による荷重が荷重検出部４に伝わることを防ぐことができる。即ち、シール部材５が伝達部材３に固定されておらず、伝達部材３はハウジング２に対してスライド可能となっていることにより、ハウジング２の変形が伝達部材３の変位として伝わることはない。その結果、上記荷重検出部４にハウジング２の変形による応力がかかることはない。

そのため、上記燃焼圧センサ１においては、取付け時における不要なセンサ出力変動を防ぐことができる。これにより、燃焼圧センサ１の検出精度を確保することができる。
また、エンジン制御等を行うに当たっても、他のセンサを用いて補正等を行う必要がなくなり、コスト低減にも繋がる。

また、シール部材５はハウジング２に固定されているため、シール部材５のズレが生じるおそれがなく、ハウジング２と伝達部材３との間の隙間を確実に塞ぐことができる。
また、シール部材５は、伝達部材３との間に微小隙間１２を形成しているため、ハウジング２の変形が伝達部材３の変位として伝わることを充分に抑制し、検出精度を一層向上させることができる。

以上のごとく、本例によれば、検出精度及び耐久性に優れた燃焼圧センサを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図４、図５に示すごとく、シール部材５と伝達部材３との間に設けた微小隙間１２が、燃焼室６１とハウジング２の軸孔２２との間を結ぶ経路中に屈曲部１２１を有する燃焼圧センサ１の例である。
図４に示す燃焼圧センサ１は、伝達部材３の側面に環状の側面突起部３２を設け、該側面突起部３２に沿って、シール部材５を屈曲させている。これにより、微小隙間１２における、燃焼室６１とハウジング２の軸孔２２との間を結ぶ経路中に、屈曲部１２１を２箇所設けている。
図５に示す燃焼圧センサ１は、伝達部材３に段部３３を形成し、該段部３３に沿って、シール部材５を屈曲させている。これにより、微小隙間１２における、燃焼室６１とハウジング２の軸孔２２との間を結ぶ経路中に、屈曲部１２１を２箇所設けている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、燃焼室６１から燃焼ガスがハウジング２の軸孔２２内に侵入することを効果的に抑制することができる。即ち、屈曲部１２１を有することにより、燃焼ガスが微小隙間１２における上記経路を通過する際の圧力損失が大きくなり、ハウジング２内への燃焼ガスの侵入を効果的に抑制することができる。
また、これにより、微小隙間１２を充分に設けることも可能となり、ハウジング２の変形が伝達部材３の変位として伝わることを充分に抑制し、検出精度を確保しやすくなる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図６に示すごとく、シール部材５が、伝達部材３を押圧する方向に付勢された弾性部５３を有する燃焼圧センサ１の例である。
弾性部５３は、シール部材５と伝達部材３との接触圧が、ハウジング２に対する伝達部材３の円滑なスライド運動を阻害しない程度となるように付勢されている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、シール部材５と伝達部材３との接触圧を適度に調整しながら、伝達部材３とハウジング２との間の隙間１１を確実に塞ぐことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図７に示すごとく、ハウジング２の軸孔２２内にシール部材５を配設した燃焼圧センサ１の例である。
即ち、荷重検出部４よりも先端側において、シール部材５の固定部５２をハウジング２に固定してある。そして、シール部材５の対向部５１を伝達部材３の側面に対向させている。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合にも、実施例１と同様に、検出精度及び耐久性に優れた燃焼圧センサを提供することができる。

（実施例５）
本例は、図８に示すごとく、ハウジング２の軸孔２２内にシール部材５を配設すると共に、シール部材５と伝達部材３との間に設けた微小隙間１２における、燃焼室６１とハウジング２の軸孔２２との間を結ぶ経路中に屈曲部１２１を設けた燃焼圧センサ１の例である。
本例においては、伝達部材３の側面に環状の側面突起部３２を設け、該側面突起部３２に沿ってシール部材５を屈曲させることにより、微小隙間１２における、燃焼室６１とハウジング２の軸孔２２との間を結ぶ経路中に、屈曲部１２１を２箇所設けている。
その他は、実施例２と同様である。
本例の場合にも、実施例２と同様に、検出精度及び耐久性に優れた燃焼圧センサを提供することができる。

（実施例６）
本例は、図９に示すごとく、シール部材５が、少なくとも一部に蛇腹形状部５４を設けてなる燃焼圧センサ１の例である。
即ち、シール部材５における、伝達部材３の外周面に対向する対向部５１の一部に蛇腹形状部５４を設けてある。また、該蛇腹形状部５４の先端側の対向部５１には、伝達部３の外周面に沿った平坦部５１１を形成してある。そして、該平坦部５１１と伝達部材３とが接触している。
その他は、実施例４と同様である。

本例の場合には、シール部材５が伝達部材３に接触している場合においても、ハウジング２の変形を蛇腹形状部５４において吸収することができるため、ハウジング２の変形に伴う伝達部材３の変位を抑制することができる。それ故、燃焼圧センサ１の測定精度を確保することができる。
その他、実施例４と同様の作用効果を有する。

また、上記実施例に示した燃焼圧センサ１に、グロープラグ機能を内蔵することもできる。例えば、燃焼圧センサ１の伝達部材３に、軸方向に中空部を形成し、該中空部に、発熱部材と該発熱部材に通電するためのリード線とを配設する。
この場合には、燃焼圧検出機能とグロープラグ機能とを一つの部品に集約することができるため、低コスト化、省スペース化、組み付け性の向上を図ることができる。

実施例１における、燃焼圧センサの縦断面図。実施例１における、伝達部材との間に微小隙間を設けたシール部材付近の説明図。実施例１における、伝達部材と接触したシール部材付近の説明図。実施例２における、伝達部材に環状突起部を設けた燃焼圧センサの一部の縦断面図。実施例２における、伝達部材に段部を設けた燃焼圧センサの一部の縦断面図。実施例３における、燃焼圧センサの一部の縦断面図。実施例４における、燃焼圧センサの一部の縦断面図。実施例５における、燃焼圧センサの一部の縦断面図。実施例６における、燃焼圧センサの一部の縦断面図。従来例における、燃焼圧センサの一部の縦断面図。

符号の説明

１燃焼圧センサ
１１隙間
１２微小隙間
２ハウジング
２１先端部
２２軸孔
３伝達部材
３１先端受圧部
４荷重検出部
５シール部材
６１燃焼室

Claims

内燃機関の燃焼室内における燃焼圧を検出するための燃焼圧センサであって、
先端側が上記燃焼室側に位置するように上記内燃機関に取り付けられる中空状のハウジングと、
先端受圧部を上記ハウジングの先端部から露出させるように上記ハウジングの軸孔にスライド可能に挿通配置され、上記燃焼室の燃焼圧を伝達するための伝達部材と、
上記ハウジングと上記伝達部材との間に配設され、上記ハウジングと上記伝達部材との間に作用する荷重の変化を検出する荷重検出部と、
該荷重検出部よりも先端側において上記ハウジングに固定され、該ハウジングと上記伝達部材との間の隙間を塞ぐシール部材とを有し、
該シール部材は、上記伝達部材に対して固定されていないことを特徴とする燃焼圧センサ。
請求項１において、上記シール部材は、上記伝達部材との間に微小隙間を形成していることを特徴とする燃焼圧センサ。
請求項２において、上記微小隙間は、上記燃焼室と上記ハウジングの軸孔との間を結ぶ経路中に屈曲部を少なくとも１箇所有することを特徴とする燃焼圧センサ。
請求項１〜３のいずれか一項において、上記シール部材は、上記伝達部材を押圧する方向に付勢された弾性部を有することを特徴とする燃焼圧センサ。
請求項１〜４のいずれか一項において、上記シール部材は、少なくとも一部に蛇腹形状部を設けてなることを特徴とする燃焼圧センサ。