JP2008191059A - 燃焼圧センサおよび燃焼圧センサの取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】気柱振動の誘発を防止することにより、誤差を防止した高精度の圧力計測が可能な燃焼圧センサを提供すると共に、燃焼ガスのセンサ部近傍への流入を防止して、センサの加熱を防止することにより、計測精度の低下を防止できる燃焼圧センサを提供する。また、そのような燃焼圧センサを被測定体に取り付ける場合の好適な取付構造を提供して、計測精度の向上を図る。
【解決手段】本発明に係る燃焼圧センサは、筒状に形成された本体の前端部にダイヤフラムを備え、該ダイヤフラムの後方に配置された圧電素子からなるセンサ部により、ダイヤフラムを介して作用する燃焼室内の燃焼圧を検知可能に、燃焼室壁に設けられた挿入孔に挿入されて設けられる燃焼圧センサにおいて、本体の前端部に、径方向に突出するガスシール部を備え、該ガスシール部が、挿入孔の内壁面と径方向に対向して圧接可能に構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃焼圧センサおよび燃焼圧センサの取付構造に関し、さらに詳細には、筒状に形成された本体の前端部にダイヤフラムを備え、該ダイヤフラムの後方に配置された圧電素子からなるセンサ部により、前記ダイヤフラムを介して作用する燃焼室内の燃焼圧を検知可能に、燃焼室壁に設けられた挿入孔に挿入されて設けられる燃焼圧センサおよびその取付構造に関する。

内燃機関のシリンダ内のような高温、高圧環境下において圧力を検知するセンサとして圧電素子を備えた圧力センサが従来知られている。圧電素子は小型で、５０ｋＨｚまで平坦で高速な応答特性を備えていること、高温で連続使用が可能であるといった優れた特性を備えるものであり、圧力検知用の素子として種々の圧電素子が提案されている（特許文献１参照）。

圧電素子を用いた圧力センサも様々な構成のものがあるが、検知しようとする圧力（外力）を圧力伝達部材を介して圧電素子に作用させ、圧電素子の表面に表れる電荷信号を検知する方法が一般的である。圧力センサの一例として、２枚の圧電素子を同極側を向かい合わせにして電極を挟むように配置し、圧電素子の横軸効果を利用して、電極から電荷信号を取り出すようにしたもの等がある（特許文献２参照）。

とりわけ、内燃機関のシリンダ内の圧力を計測することを目的とする圧力センサには、高温、高圧下で使用に耐え得る十分な耐久性を備えることはもちろんのこと、そのような条件下においても、安定して誤差のない高精度の計測が可能であることが要求される。

ここで、主として内燃機関のシリンダ内の燃焼圧を計測するために本願出願人が開発した従来の燃焼圧センサの例として、図１０に示す燃焼圧センサ１００（特許文献３参照）および図１１に示す燃焼圧センサ１００’がある。例えば、燃焼圧センサ１００は、積層圧電体１３０をセンサ部に使用するものであって、被測定体からの圧力を受けるダイヤフラム１１２ａと、端面が前記積層圧電体１３０の一方の端面に当接する電極部１１４とを備えるダイヤフラムヘッド１１２とが設けられ、また、前記積層圧電体１３０の後部側に、本体１１０に対して電気的に絶縁されて前記積層圧電体１３０の他方の端面に当接するとともに積層圧電体１３０に発生する電荷を検知するリードピン１４０が接続された電極部１１６が設けられる構成を備えることによって、ダイヤフラム１１２ａに作用する圧力の計測が可能となっている。

特開平５−１７２６８０号公報 特開平１０−５４７７３号公報 特開２００５−１６９８４号公報

しかし、上記従来の燃焼圧センサ１００および１００’は、被測定体に取り付ける際のガスシール構造がいわゆる「トップシール構造」であるため、その構造に起因する下記の課題が生じていた。ここで、「トップシール構造」とは、図１１に示すように、ダイヤフラムヘッド１１２’の前端周縁部１１２ｃを挿入孔１５３のつき当て部１５４につき当てる構成によって、ガスシールを行い、燃焼ガスの挿入孔１５３内後方への流入防止、および挿入孔１５３を通じた外部への流出防止を図る構造である。したがって、つき当て部１５４は、挿入孔１５３よりも小径に形成するとともに、燃焼室からの爆発応力が繰り返し集中的に作用するため、当該応力に耐え得る軸方向長さを燃焼室内壁面との間に確保可能なように、燃焼室から遠ざけて配設しなければならなかった。つまり、燃焼室内壁面の近傍につき当て部を設けてしまうと当該応力に耐えられず、つき当て部（小径部）が軸方向に破断してしまうためである。このような構造を採用せざるを得ない結果、燃焼室内壁面からダイヤフラムヘッドに至るまでの間に燃焼ガスを誘導する誘導管を設けざるを得なかった。しかし、本願出願人は、この誘導管を備える構造が、燃焼圧センサの計測において正確さを欠く要因となることを実験・研究の結果、解明するに至った。すなわち、誘導管が存在することによって、当該誘導管内に燃焼ガスによる気柱振動を誘発し、その気柱振動がセンサ検知精度に誤差を生じさせるという課題が生じ得る。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、センサの計測精度に悪影響を与える気柱振動の誘発を防止することにより、従来のセンサと比較して、誤差を防止した高精度の圧力計測が可能となる燃焼圧センサを提供すると共に、その防止を図る過程で課題となる、燃焼ガスのセンサ部近傍への流入を防止して、センサの加熱を防止することにより、センサの計測精度の低下を防止できる燃焼圧センサを提供することを目的とする。また、そのような燃焼圧センサを被測定体に取り付ける場合の好適な取付構造を提供して、センサの計測精度の向上を図ることを目的とする。

本発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。

本発明に係る燃焼圧センサは、筒状に形成された本体の前端部にダイヤフラムを備え、該ダイヤフラムの後方に配置された圧電素子からなるセンサ部により、前記ダイヤフラムを介して作用する燃焼室内の燃焼圧を検知可能に、燃焼室壁に設けられた挿入孔に挿入されて設けられる燃焼圧センサにおいて、前記本体の前端部に、径方向に突出するガスシール部を備え、該ガスシール部が、前記挿入孔の内壁面と径方向に対向して圧接可能であることを特徴とする。

また、前記ガスシール部が、金属材料もしくは高分子材料からなる環状部材を備えることを特徴とする。前記高分子材料は、パーフロロエラストマーであることが好適である。さらに、前記環状部材は、二重のＯリングにより構成されることが好適である。

また、前記本体の前記ガスシール部の後方位置に、前記本体の一部を拡径させて形成されるつき当てシール部を備え、該つき当てシール部が、前記挿入孔の内壁の一部を縮径させて形成されるつき当て部に圧接可能であることを特徴とする。

本発明に係る燃焼圧センサの取付構造は、前記の燃焼圧センサを燃焼室壁に取り付ける取付構造であって、前記ダイヤフラムを備えるダイヤフラムヘッドの前端面の少なくとも一部が、前記燃焼室の内壁面と略同一の位置に設けられることを特徴とする。

また、本発明に係る燃焼圧センサの取付構造は、つき当てシール部を備える燃焼圧センサを燃焼室壁に取り付ける取付構造であって、当該燃焼圧センサが、前記ガスシール部を前記挿入孔の内壁面と径方向に対向して圧接させ、且つ前記つき当てシール部を前記つき当て部に圧接させた状態で固定されることを特徴とする。

請求項１によれば、本体の前端部に、径方向に突出するガスシール部を備えることによって、従来の燃焼圧センサのように前端周縁部をつき当て部につき当ててシールを行わずとも、前端部のガスシール部を径方向に対向して挿入孔の内壁面に圧接させて、燃焼ガスのシールを行うことが可能となる。したがって、燃焼室内壁面の近傍にダイヤフラムヘッドが配置されるように、燃焼圧センサを燃焼室壁に取り付けることが可能となる。その結果、ダイヤフラムヘッドの前方に誘導管を設けない構造を実現することができるため、センサの計測精度に悪影響（誤差の発生）を与える気柱振動の誘発を防止することが可能となり、従来のセンサと比較して、誤差を防止した高精度の圧力計測が可能となる。また、本体の前端部でガスシールを行うことが可能となる。つまり、燃焼ガスがセンサ部近傍まで流入することを防止でき、その結果、センサの加熱を防止でき、熱害によりセンサの計測精度が低下することを防止できる。

請求項２〜５に示す通り、ガスシール部は、環状部材を備える構成とすることが好適である。環状部材を、挿入孔内壁面との圧接性を高めることのできる材料を用いて別体に形成することにより、ガスシール性を格段に向上させることが可能となる。特に、環状部材をパーフロロエラストマーの高分子材料で形成することが好適である。高い弾力性を有し、ガスシール性に優れるのみならず、燃焼圧の計測用として高温、高圧下での耐久性に優れる効果が得られるためである。また、環状部材を二重のＯリングによって構成することにより、より一層、ガスシール性を向上させることが可能となる。

また、請求項６によれば、燃焼圧センサ１は、つき当てシール部を挿入孔の内壁の一部を縮径させて形成されるつき当て部に圧接させることが可能となり、前端部のガスシール部と当該つき当てシール部の双方により多重シールを行うことができるため、シール不良による燃焼ガスの漏れ防止を図ることが可能となり、さらにガス漏れに起因する計測精度の低下を防止することも可能となる。また、燃焼圧センサを取り付ける際に、つき当てシール部を軸方向の位置決め部材として用いることが可能となる。

一方、請求項７によれば、ダイヤフラムヘッドが燃焼室内壁面の近傍に配置されるように、燃焼圧センサが燃焼室壁に取り付けられる。その結果、ダイヤフラムヘッドの前方に誘導管を設けない構造が実現されるため、センサの計測精度に誤差を生じさせる気柱振動の誘発を防止することが可能となり、従来のセンサと比較して、高精度の圧力計測が可能となる。また、本体の前端部でガスシールが行われるため、燃焼ガスが挿入孔内を燃焼圧センサのセンサ部近傍まで流入することを防止でき、その結果、センサ部の加熱が防止されて、熱害によるセンサの計測精度の低下を防止することが可能となる。

また、請求項８によれば、燃焼圧センサが、つき当てシール部を挿入孔の内壁の一部を縮径させて形成されるつき当て部に圧接させて取り付けられるため、前端部のガスシール部と当該つき当てシール部の双方による多重シール構造を実現することができ、その結果、シール不良による燃焼ガスの漏れ防止を図ることが可能となり、さらにガス漏れに起因するセンサ計測精度の低下を防止することも可能となる。また、燃焼圧センサを取り付ける際に、つき当てシール部とつき当て部とによって軸方向の位置決めが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳しく説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る燃焼圧センサ１の一例を示す概略図である。図２は、その燃焼圧センサ１の構造を示す上半断面図である。図３は、その燃焼圧センサ１の積層圧電体３０の構成を示す概略図である。図４は、その燃焼圧センサ１のガスシール部１１の第一実施例の概略図である。図５は、その燃焼圧センサ１のガスシール部１１の第二実施例の概略図である。図６は、その燃焼圧センサ１のガスシール部１１の第三実施例の概略図である。図７は、その燃焼圧センサ１のガスシール部１１の第四実施例の概略図である。図８は、その燃焼圧センサ１を用いて測定した出力電圧のドリフト特性図である。図９は、本発明の実施の形態に係る燃焼圧１センサの取付構造の一例を示す概略図である。なお、図面の符号に関して、符号３は符号３ａ、３ｂ、・・・の総称として用いる（他の符号について同じ）。

図１および図２に示す燃焼圧センサ１は、筒状に形成された本体２の前端部にダイヤフラムヘッド３を備え、ダイヤフラムヘッド３の後方に積層圧電体３０からなるセンサ部２９を備える。ここで、積層圧電体３０は、圧電素子３１〜３４を積層して形成する（図３）。

一例として、ダイヤフラムヘッド３は、本体２の前端部に溶接して封着される。このダイヤフラムヘッド３は、被測定体の圧力が作用するように被測定体に向けて露出して形成されたダイヤフラム３ａと、周縁部に形成されたフランジ部３ｂと、ダイヤフラム３ａの後面にダイヤフラム３ａと一体に形成された電極部３ｃとから構成される。

電極部３ｃは、ダイヤフラム３ａから本体２の内部側に延出するように設けられ、前述した積層圧電体３０の端面に当接する端面形状が四角形となるブロック状に形成される。この電極部３ｃは、積層圧電体３０の一方（前方側）の端面に当接して、積層圧電体３０に被測定体側の圧力変化にともなう押圧力を作用させるものであり、積層圧電体３０の端面の全面を押圧できる大きさの端面形状に形成される。

２３は積層圧電体３０の他方の（後面側）の端面に当接するリード電極である。このリード電極２３にはリードピン４０の先端が固定されており、リード電極２３から電荷信号が取り出される。リード電極２３も積層圧電体３０の端面形状と同じく端面が四角形状となるブロック状に形成されている。リード電極２３は、積層圧電体３０の端面に当接して積層圧電体３０を押圧するとともに、積層圧電体３０から電荷信号を取り出す作用をなす。２４はリード電極２３を電気的に絶縁する絶縁リングである。一例として、絶縁リング２４はアルミナセラミックで形成される。

積層圧電体３０の前方側に配置されているダイヤフラムヘッド３に設けられた電極部３ｃは本体２と電気的に導通され、これによって接地電位となる。これに対して、積層圧電体３０の後方に配置されるリード電極２３は、本体２に対して電気的に絶縁され、電荷信号を取り出すことが可能となっている。積層圧電体３０は、応力印加軸に一定の予圧を加えた状態で使用する。リード電極２３は、電極部３ｃとの間で積層圧電体３０に対して一定の予圧を加える作用もなすものであり、本実施形態においては、電極部３ｃおよびリード電極２３の端面を平滑面に形成して積層圧電体３０の全体に対して均等に予圧が作用するようにしている。

積層圧電体３０に予圧を作用させるために、本実施形態では、絶縁リング２４の後面にインナーボディ２５を当接し、インナーボディ２５の後面に予圧ねじ２６を当接させる構造としている。インナーボディ２５は、本体２に内挿されて本体２の軸線方向に可動に設けられ、予圧ねじ２６は、本体２の内周面に設けられたねじ部２ａに後部側で螺合し、インナーボディ２５に対して予圧を作用させる。

リードピン４０は、インナーボディ２５および予圧ねじ２６の内側を通過して本体２の他端側へ引き出されて、リードピン４０から出力された電荷信号が検知されるように構成される。

上記の構成を備える燃焼圧センサ１は、内燃機関のシリンダヘッド等にねじ込んで取り付けることにより（取付構造については後述する）、被測定体の圧力変動がダイヤフラムヘッド３のダイヤフラム３ａに作用し、さらに電極部３ｃとリード電極２３によって挟圧された積層圧電体３０の応力印加軸方向に作用して、積層圧電体３０に生じた電荷がリードピン４０を介して検知され、被測定体の圧力、すなわち燃焼室（シリンダ）内の圧力が検知されることになる。

つづいて、ガスシール部１１の構成について説明する。ガスシール部１１は、燃焼圧センサ１の本体２の前端部において、径方向に突出させて設けられる。ここで、ガスシール部１１の第一実施例を図４に示す。ガスシール部１１は、径方向に突出する突状部１２を備える。突状部１２は、図９に示すシリンダヘッドの燃焼室壁５１に設けられた挿入孔５３の内径よりも若干大径もしくは同一径に形成され、挿入孔５３の内壁面に圧接もしくは密接するように、挿入孔５３内に挿入可能に形成される。なお、本願においては、本体２の長手方向に平行な方向を「軸方向」とし、軸方向に直行する方向を「径方向」として用語を用いる。

次に、ガスシール部１１の第二実施例を図５に示す。ガスシール部１１は、径方向に突出する突状部１２ａ、１２ｂ、溝部１３および溝部１３に嵌合される環状部材１４を備える。環状部材１４は、金属材料により構成される。その材質は、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ合金（インコネル、インコロイ、ニモニック等）、あるいはステンレス合金である。なお、それらに限定されるものではなく、他の耐熱性金属材料でもよい。環状部材１４は、シリンダヘッドの燃焼室壁５１に設けられた挿入孔５３の内径よりも若干大径に形成され、溝部１３に嵌合された状態において本体２が挿入孔５３内に挿入可能で、且つ挿入孔５３の内壁面に圧接可能に形成される。

図６に、ガスシール部１１の第三実施例を示す。ガスシール部１１は、径方向に突出する突状部１２ａ、１２ｂ、溝部１３および溝部１３に嵌合される環状部材１４を備える。環状部材１４は、高分子材料により構成される。燃焼室５０の圧力等を検知するセンサに用いられるものであるため、高分子材料には耐熱性を有するものを用いることが好適である。一例として、該高分子材料はパーフロロエラストマーである。環状部材１４は、シリンダヘッドの燃焼室壁５１に設けられた挿入孔５３の内径よりも若干大径に形成され、溝部１３に嵌合された状態において本体２が挿入孔５３内に挿入可能で、且つ挿入孔５３の内壁面に圧接可能に形成される。ここで、パーフロロエラストマーとは、エラストマーの特徴である主鎖部（ＴＦＥ：テトラフルオロエチレン）、枝分れ部（ＰＭＶＥ：パーフロロメチルビニルエーテル）、および架橋部から成り、完全にフッ素化されており、テフロン（登録商標）と極めて似た構造の材料である。その特徴として、テフロン（登録商標）フッ素樹脂のもつ優れた耐薬品性と、従来のフッ素ゴムを上回る耐熱性とを有し、さらにゴムの持つ弾力性を兼ね備えた高分子材料である。その耐薬品性は、従来のフッ素ゴムでは使用が難しかったエーテル類、アミン類、ケトン類、酸化剤、有機溶剤、燃料、酸、アルカリなど、ほとんどの薬品に対して安定性を示し、耐熱性（ＪＩＳＫ６３０１などの圧縮永久ひずみ試験の結果に基づく）においては、３００℃近くの高温においてもゴムとしての物性を比較的保つことができる点が挙げられる。

図７に、ガスシール部１１の第四実施例を示す。ガスシール部１１は、径方向に突出する突状部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、溝部１３ａ、１３ｂ、および溝部１３ａ、１３ｂに嵌合されるＯリング１５ａ、１５ｂを備える。Ｏリング１５ａ、１５ｂは、一例として、前記のパーフロロエラストマー製である。Ｏリング１５ａ、１５ｂは、シリンダヘッドの燃焼室壁５１に設けられた挿入孔５３の内径よりも若干大径に形成され、溝部１３ａ、１３ｂに嵌合された状態において本体２が挿入孔５３内に挿入可能で、且つ挿入孔５３の内壁面に圧接可能に形成される。なお、Ｏリングの構成は二重に限定されるものでなく、三重以上の多重であってもよい。

つづいて、上記構成に基づく効果について説明する。
従来の燃焼圧センサ１００’では、図１１に示すように、ダイヤフラムヘッド１１２’の前端周縁部１１２ｃを挿入孔１５３のつき当て部１５４につき当てる構成によって、ガスシールを行い、燃焼ガスの挿入孔１５３内後方への流入防止、および挿入孔１５３を通じた外部への流出防止を図っていた。したがって、つき当て部１５４は、挿入孔１５３よりも小径に形成するとともに、燃焼室からの爆発応力が繰り返し集中的に作用するため、当該応力に耐え得る軸方向長さを燃焼室内壁面１５２との間に確保可能なように、燃焼室１５０から遠ざけて配設しなければならなかった。それは、燃焼室内壁面１５２の近傍につき当て部１５４を設けてしまうと当該応力に耐えられず、つき当て部１５４が軸方向に破断してしまうためである。このような構造を採用せざるを得ない結果、必然的に、燃焼室内壁面１５２からダイヤフラムヘッド１０３に至るまでの間に燃焼ガスを誘導する誘導管１５５を設けざるを得なかった。しかし、本願出願人は、実験・研究の結果、このような誘導管を備える構造が、燃焼圧センサの計測において誤差を生じさせる要因となることを解明するに至った。すなわち、誘導管が存在することによって、当該誘導管内に燃焼ガスによる気柱振動が誘発され、その気柱振動がセンサ検知精度に誤差を生じさせるのである。

この点、本願発明に係る燃焼圧センサ１によれば、本体２の前端部に、径方向に突出するガスシール部１１を備えることによって、従来の燃焼圧センサのように前端周縁部をつき当て部につき当ててシールを行わずとも、前端部のガスシール部１１を径方向に対向して挿入孔５３の内壁面に圧接させて、燃焼ガスのシールを行うことが可能となる。したがって、燃焼室内壁面５２の近傍にダイヤフラムヘッド３が配置されるように、燃焼圧センサ１を燃焼室壁５１に取り付けることが可能となる。その結果、ダイヤフラムヘッドの前方に誘導管を設けずに配設することが可能となるため、センサの計測精度に悪影響を与える気柱振動の誘発を防止することが可能となり、従来のセンサと比較して、誤差を防止した高精度の圧力計測が可能となる。

ここで、単に、誘導管を解消するという目的を達成するためのみならば、図１２に示す燃焼圧センサ２００のように、つき当て部２５４、つき当てシール部２１７を後方に配設する構成によっても、ダイヤフラムヘッド２０３を燃焼室内壁面２５２の近傍部に配置する構造の実現も可能である。しかしながら、単にそのような構造とする場合には、次のような弊害が生じ得る。
その弊害とは、挿入孔２５３において、燃焼室内壁面２５２からつき当てシール部２１７に至るまでの空隙部分２５６に燃焼ガスが入り込み、センサ部２２９が加熱されてしまうという問題である。より詳しくは、センサ部２２９が加熱されることによって、センサの計測精度が低下してしまう問題が生じ得るのである。

この点、本願発明に係る燃焼圧センサ１によれば、本体の前端部でガスシールを行うことが可能となる。つまり、燃焼ガスがセンサ部近傍まで流入することを防止でき、その結果、センサの加熱を防止でき、熱害によりセンサの計測精度が低下することを防止できる。

ここで、図８に本実施例に係る燃焼圧センサ１が達成している数値データの一例を示し、本願発明の有効性を証明する。当該図８は出力電圧のドリフト特性を表すグラフである。横軸が測定開始からの時間（ｓ）であり、縦軸が燃焼圧センサ１の出力電圧である。本実験では、継時的な電圧特性の変化がないという結果が得られた。すなわち、本願発明に係る燃焼圧センサ１では、センサ部周辺の継時的温度変化が防止され、温度ドリフトによる計測誤差の発生が防止されていることが明らかである。

以上のように、本願発明に係る燃焼圧センサ１は、従来のセンサにおける新たな課題として認識された、誘導管内の気柱振動の防止と、その防止を図る過程で課題となる、センサ部の加熱防止という、異なる二つの課題を同時に解決することができるものであり、顕著な効果を奏するものである。

なお、本実施例のように、燃焼圧センサ１は、本体のガスシール部１１の後方位置に、本体２の一部を拡径させて形成されるつき当てシール部１７を備える構成としてもよい。この構成を備えることで、燃焼圧センサ１は、つき当てシール部１７を挿入孔の内壁の一部を縮径させて形成されるつき当て部５４に圧接させることが可能となり（図９参照）、前端部のガスシール部１１と当該つき当てシール部１７の双方により多重シールをすることができるため、シール不良による燃焼ガスの漏れ防止を図ることが可能となり、さらにガスが漏れてしまうことによって生じ得る計測精度の低下を防止することも可能となる。また、燃焼圧センサ１を取り付ける際に、つき当てシール部１７を軸方向の位置決め部材として用いることが可能となる。

次に、本発明に係る燃焼圧センサ１の取付構造について説明する。
図９に示すように、燃焼圧センサ１は、本体２が燃焼室壁５１に設けられた挿入孔５３に挿入可能なように、本体２の外径が、所定の位置において、挿入孔５３の内径より小径となるように形成され、また、本体２の一部の外周面に取付用ねじ２７が設けられており（図１参照）、取付用ねじ２７を挿入孔５３の内壁に設けられたねじ部（図示しない）に螺合することによって、内燃機関のシリンダヘッド等の被測定体にねじ込んで取り付けることが可能となる。

ここで取付位置に関して、ダイヤフラムヘッド３の前端面の少なくとも一部が、燃焼室内壁面５２と略同一の位置となるように、燃焼圧センサ１を取り付ける。すなわち、燃焼室内壁面５２の近傍にダイヤフラムヘッド３が配置されるように、燃焼圧センサ１を燃焼室壁５１に取り付ける。このとき、ダイヤフラムヘッド３の前方に誘導管を設けない構造とする。また、燃焼圧センサ１のガスシール部１１を径方向に対向して挿入孔の内壁面に圧接させた状態で取り付ける。ここで、「略同一の位置」とは、完全同一の位置に限定されないものであって、誘導管内に気柱振動が発生しない程度の近傍位置までを含む領域として定義する。なお、その領域は、挿入孔の内径、燃焼圧センサの外径、燃焼室内壁面に対する挿入孔の形成角度等、種々の要素によって変動するものである。

つづいて、上記構成に基づく効果について説明する。
燃焼室内壁面５２の近傍にダイヤフラムヘッド３が配置されるように、燃焼圧センサ１を燃焼室壁５１に取り付けることが可能となる。その結果、ダイヤフラムヘッド３の前方に誘導管を設けずに配設することが可能となるため、センサの計測精度に誤差を生じさせる気柱振動の誘発を防止することが可能となり、従来のセンサと比較して、誤差を防止した高精度の圧力計測が可能となる。また、本体２の前端部でガスシールを行うことが可能となる。つまり、燃焼ガスがセンサ部２９の近傍まで流入することを防止でき、その結果、センサの加熱を防止でき、センサの計測精度の低下を防止することが可能となる。

なお、本実施例のように、本体２のガスシール部１１の後方位置に、本体２の一部を拡径させて形成されるつき当てシール部１７を備える燃焼圧センサ１を取り付ける場合は、ガスシール部１１を挿入孔５３の内壁面と径方向に対向して圧接させ、且つつき当てシール部１７をつき当て部５４に圧接させた状態で固定することが好適である。

この構成を備えることで、燃焼圧センサ１は、つき当てシール部１７を挿入孔５３の内壁の一部を縮径させて形成されるつき当て部５４に圧接させることが可能となり、前端部のガスシール部１１と当該つき当てシール部１７とによる多重シール構造とすることができるため、シール不良による燃焼ガスの漏れ防止を図ることが可能となり、さらにガス漏れに起因する計測精度の低下を防止することも可能となる。また、燃焼圧センサ１を取り付ける際に、つき当てシール部を軸方向の位置決め部材として用いることが可能となる。

以上の説明の通り、燃焼圧を計測するためのセンサには、高温、高圧下での高精度の圧力測定が行えることが要求されるものであるところ、本発明に係る燃焼圧センサおよび燃焼圧センサの取付構造によれば、気柱振動による誤差の排除およびセンサ部加熱の熱害による誤差の排除の両立を図ることが可能であり、従来と比較して、圧力計測精度を飛躍的に向上させることが可能となる。併せて、従来と比較して、確実なガスシールを実現するものである。

なお、本実施例においては、被測定体として、内燃機関のシリンダを例にとり説明を行ったが、本発明に係る燃焼圧センサは、シリンダ内の圧力測定用に限らず、排気圧や燃料噴射圧など種々用途の圧力測定用として利用できることはもちろんである。

本発明の実施の形態に係る燃焼圧センサの一例を示す概略図である。 図１に示す燃焼圧センサの構造を示す上半断面図である。 図１に示す燃焼圧センサの積層圧電体の構成を示す概略図である。 図１に示す燃焼圧センサのガスシール部の第一実施例の概略図である。 図１に示す燃焼圧センサのガスシール部の第二実施例の概略図である。 図１に示す燃焼圧センサのガスシール部の第三実施例の概略図である。 図１に示す燃焼圧センサのガスシール部の第四実施例の概略図である。 本発明の実施の形態に係る燃焼圧センサを用いて測定した出力電圧のドリフト特性図である。 本発明の実施の形態に係る燃焼圧センサの取付構造の一例を示す概略図である。 従来の実施の形態に係る燃焼圧センサの一例を示す概略図である。 従来の実施の形態に係る燃焼圧センサの取付構造の一例を示す概略図である。 従来の実施の形態に係る燃焼圧センサの取付構造の他の例を示す概略図である。

符号の説明

１ 燃焼圧センサ
２ 本体
２ａ ねじ部
３ ダイヤフラムヘッド
３ａ ダイヤフラム
３ｂ フランジ部
３ｃ 電極部
１１ ガスシール部
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 突状部
１３、１３ａ、１３ｂ 溝部
１４、１４ａ、１４ｂ 環状部材
１５、１５ａ、１５ｂ Ｏリング
１７ つき当てシール部
２７ 取付用ねじ
２９ センサ部
３０ 積層圧電体
３１〜３４ 圧電素子
３５ 電極分離溝
３６ 導体層
３７ 電極膜
３８、３８ａ、３８ｂ 電極
３９ 導体膜
５０ 燃焼室
５１ 燃焼室壁
５２ 燃焼室内壁面
５３ 挿入孔
５４ つき当て部
Ｆ 応力

Claims (8)

1. 筒状に形成された本体の前端部にダイヤフラムを備え、該ダイヤフラムの後方に配置された圧電素子からなるセンサ部により、前記ダイヤフラムを介して作用する燃焼室内の燃焼圧を検知可能に、燃焼室壁に設けられた挿入孔に挿入されて設けられる燃焼圧センサにおいて、
   前記本体の前端部に、径方向に突出するガスシール部を備え、
   該ガスシール部が、前記挿入孔の内壁面と径方向に対向して圧接可能であること
   を特徴とする燃焼圧センサ。
2. 前記ガスシール部が、金属材料からなる環状部材を備えること
   を特徴とする請求項１記載の燃焼圧センサ。
3. 前記ガスシール部が、高分子材料からなる環状部材を備えること
   を特徴とする請求項１記載の燃焼圧センサ。
4. 前記高分子材料が、パーフロロエラストマーであること
   を特徴とする請求項３記載の燃焼圧センサ。
5. 前記環状部材が、二重のＯリングにより構成されること
   を特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか一項記載の燃焼圧センサ。
6. 前記本体の前記ガスシール部の後方位置に、前記本体の一部を拡径させて形成されるつき当てシール部を備え、
   該つき当てシール部が、前記挿入孔の内壁の一部を縮径させて形成されるつき当て部に圧接可能であること
   を特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項記載の燃焼圧センサ。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項記載の燃焼圧センサを燃焼室壁に取り付ける取付構造であって、
   前記ダイヤフラムを備えるダイヤフラムヘッドの前端面の少なくとも一部が、前記燃焼室の内壁面と略同一の位置に設けられること
   を特徴とする燃焼圧センサの取付構造。
8. 請求項６記載の燃焼圧センサを燃焼室壁に取り付ける取付構造であって、
   当該燃焼圧センサが、前記ガスシール部を前記挿入孔の内壁面と径方向に対向して圧接させ、且つ前記つき当てシール部を前記つき当て部に圧接させた状態で固定されること
   を特徴とする燃焼圧センサの取付構造。