JP2009186209A - Pressure sensor - Google Patents

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Hiromichi Yasuda
宏通 安田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce deformation of a diaphragm due to reception of heat. <P>SOLUTION: An in-cylinder pressure sensor includes a housing, a metal stem 13 and a diaphragm 14. The housing, metal stem and diaphragm are integrated through welding. The diaphragm 14 includes an inner layer 14i and an outer layer 14o. The inner layer 14i and the outer layer 14o are formed from precipitation-hardened stainless steel. The linear expansion coefficient of the inner layer 14i is made larger than the linear expansion coefficient of the outer layer 14o by applying different precipitation hardening heat treatments. The inner layer 14i and the outer layer 14o are jointed by cold rolling welding method or by electron beam welding method. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、センサの内部と外部との間で大きな温度差が生じる状況において、圧力を検出する圧力センサに関する。   The present invention relates to a pressure sensor that detects pressure in a situation where a large temperature difference occurs between the inside and outside of the sensor.

エンジンの燃焼室内における燃焼状態をモニターするために、燃焼室内の圧力を検出することが知られている。燃焼室内の圧力を検出するために、筒内圧センサがエンジン本体に取付けられる。   In order to monitor the combustion state in the combustion chamber of an engine, it is known to detect the pressure in the combustion chamber. In order to detect the pressure in the combustion chamber, an in-cylinder pressure sensor is attached to the engine body.

筒内圧センサの燃焼室側の先端に燃焼室の圧力に応じて変形するダイアフラムが設けられる。ダイアフラムの変形とともに圧電素子などの圧力検出部に燃焼室の圧力が伝達される。圧力検出部により伝達された圧力が検出される。したがって、燃焼室の圧力以外の要因でダイアフラムが変形すると、圧力の検出精度は低下する。   A diaphragm that deforms according to the pressure in the combustion chamber is provided at the tip of the in-cylinder pressure sensor on the combustion chamber side. Along with the deformation of the diaphragm, the pressure in the combustion chamber is transmitted to a pressure detection unit such as a piezoelectric element. The pressure transmitted by the pressure detector is detected. Therefore, when the diaphragm is deformed due to a factor other than the pressure in the combustion chamber, the pressure detection accuracy decreases.

例えば、筒内圧センサをエンジン本体に取付けるときに、ダイアフラムを損傷させてしまうことがあった。このような問題に対して、ダイアフラムを可燃性の緩衝部材で覆うことが提案されている(特許文献1参照)。緩衝部材によりダイアフラムの変形が防がれる。また、エンジンの燃焼により緩衝部材は焼失するので、緩衝部材が圧力の検出に影響を及ぼすこともない。   For example, when the cylinder pressure sensor is attached to the engine body, the diaphragm may be damaged. For such a problem, it has been proposed to cover the diaphragm with a combustible buffer member (see Patent Document 1). The buffer member prevents the diaphragm from being deformed. Further, since the buffer member is burned out by combustion of the engine, the buffer member does not affect the detection of pressure.

また、ダイアフラムは熱により変形することがある。ダイアフラムは大きな圧力を受けるため、圧力に対する耐久性を備える厚さとなるように形成する必要がある。そのような厚さでは、ダイアフラムの外側と内側とでは大きな温度差を生じることがあり、ダイアフラムが変形することがある。
特開平5−180060号公報
In addition, the diaphragm may be deformed by heat. Since the diaphragm receives a large pressure, the diaphragm needs to be formed to have a thickness having durability against the pressure. Such a thickness may cause a large temperature difference between the outside and the inside of the diaphragm, and the diaphragm may be deformed.
JP-A-5-180060

従って、本発明では、センサの内部と外部との間に大きな温度差が生じる状況下において圧力を正確に検出可能な圧力センサの提供を目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a pressure sensor that can accurately detect pressure under a situation where a large temperature difference occurs between the inside and the outside of the sensor.

第1の発明に係る圧力センサは、ダイアフラムと圧力検出部とを含む。ダイアフラムは検出対象と接する外面側と外側面の反対側である内面側とで熱膨張率が異なる。ダイアフラムは外面側にかかる圧力に応じて変形する。圧力検出部はダイアフラムの変形に応じた電気信号を発生する。   The pressure sensor according to the first invention includes a diaphragm and a pressure detector. The diaphragm has a different coefficient of thermal expansion between the outer surface side in contact with the detection target and the inner surface side opposite to the outer surface. The diaphragm deforms according to the pressure applied to the outer surface side. The pressure detector generates an electrical signal corresponding to the deformation of the diaphragm.

第1の発明によると、ダイアフラムの熱膨張率が外面側と内面側とで異なるので、ダイアフラムの外面側と内面側との間に温度差が生じても、ダイアフラムの受熱による変形が防がれる。それゆえ、圧力検出部により検出される圧力の検出精度が向上する。   According to the first invention, since the thermal expansion coefficient of the diaphragm is different between the outer surface side and the inner surface side, even if a temperature difference occurs between the outer surface side and the inner surface side of the diaphragm, deformation due to heat reception of the diaphragm is prevented. . Therefore, the detection accuracy of the pressure detected by the pressure detection unit is improved.

第2の発明に係る圧力センサでは、第1の発明の構成に加えて、ダイアフラムにおける外面側の熱膨張率より内面側の熱膨張率が大きい。   In the pressure sensor according to the second invention, in addition to the configuration of the first invention, the thermal expansion coefficient on the inner surface side is larger than the thermal expansion coefficient on the outer surface side in the diaphragm.

第2の発明によると、高温雰囲気下で圧力センサが用いられる場合に、高温となるダイアフラムの外面側の膨張量と外面側より低温となる内面側の膨張量との差が小さく、受熱によるダイアフラムの変形を低減化させることが可能となる。   According to the second invention, when the pressure sensor is used in a high temperature atmosphere, the difference between the expansion amount on the outer surface side of the diaphragm that becomes high temperature and the expansion amount on the inner surface side that becomes lower than the outer surface side is small, and the diaphragm due to heat reception This makes it possible to reduce the deformation.

第3の発明に係る圧力センサでは、第2の発明の構成に加えて、外面側が内燃機関の燃焼室内に臨むように配置される。圧力センサは燃焼室の圧力を検出するための燃焼圧センサである。   In the pressure sensor according to the third aspect of the invention, in addition to the configuration of the second aspect of the invention, the outer surface side is disposed so as to face the combustion chamber of the internal combustion engine. The pressure sensor is a combustion pressure sensor for detecting the pressure in the combustion chamber.

第3の発明によると、高温雰囲気下の使用条件として内燃機関の燃焼室において、燃焼圧を検出する場合は、外側面が燃焼室内に曝されることにより圧力を正確に検出することが可能である。   According to the third invention, when the combustion pressure is detected in the combustion chamber of the internal combustion engine as a use condition under a high temperature atmosphere, the pressure can be accurately detected by exposing the outer surface to the combustion chamber. is there.

第4の発明に係る圧力センサでは、第1の発明の構成に加え、ダイアフラムは熱膨張率が互いに異なる第1、第2の層それぞれを外面側および内面側とに配置させた複層構造を有する。   In the pressure sensor according to the fourth invention, in addition to the configuration of the first invention, the diaphragm has a multilayer structure in which the first and second layers having different thermal expansion coefficients are arranged on the outer surface side and the inner surface side, respectively. Have.

第4の発明によると、熱膨張率の異なる層を積層化させることにより、ダイアフラムの外面側と内面側との熱膨張率を変えることが可能となる。   According to the fourth invention, by laminating layers having different thermal expansion coefficients, it is possible to change the thermal expansion coefficient between the outer surface side and the inner surface side of the diaphragm.

第5の発明に係る圧力センサでは、第3の発明の構成に加え、熱膨張率が互いに異なる金属を溶接することにより複層構造が形成される。   In the pressure sensor according to the fifth invention, in addition to the configuration of the third invention, a multilayer structure is formed by welding metals having different coefficients of thermal expansion.

第5の発明によると、ダイアフラムを金属の溶接によって形成することにより、ダイアフラムに高い耐久性を備えさせることが可能になる。   According to 5th invention, it becomes possible to make a diaphragm have high durability by forming a diaphragm by metal welding.

第6の発明に係る圧力センサでは、第4の発明の構成に加え、金属の溶接は冷間圧延圧接または電子ビーム溶接である。   In the pressure sensor according to the sixth aspect of the invention, in addition to the configuration of the fourth aspect of the invention, the metal welding is cold rolling pressure welding or electron beam welding.

第6の発明によると、冷間圧延圧接または電子ビーム溶接により、金属が極めて強固に一体化されるので、ダイアフラムにさらに高い耐久性を備えさせることが可能になる。   According to the sixth aspect of the invention, the metal is integrated extremely firmly by cold rolling pressure welding or electron beam welding, so that it is possible to make the diaphragm more durable.

第7の発明に係る圧力センサでは、第3の発明の構成に加え、金属部材を金属部材と熱膨張率の異なるセラミック部材によってコーティングすることによって複層構造が形成される。   In the pressure sensor according to the seventh invention, in addition to the configuration of the third invention, a multilayer structure is formed by coating the metal member with a ceramic member having a coefficient of thermal expansion different from that of the metal member.

第7の発明によると、セラミックコーティングによって、ダイアフラムに高い耐久性を備えさせることが可能になる。   According to the seventh invention, the ceramic coating makes it possible to make the diaphragm highly durable.

本発明によれば、ダイアフラムの受熱による変形を防ぐことが可能になる。したがって、検出される圧力の検出精度を向上させることが可能になる。   According to the present invention, it is possible to prevent deformation of the diaphragm due to heat reception. Therefore, it is possible to improve the detection accuracy of the detected pressure.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態を適用した筒内圧センサ(圧力センサ)をエンジン本体のエンジンヘッドに取付けた状態で示す縦断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an in-cylinder pressure sensor (pressure sensor) to which an embodiment of the present invention is applied attached to an engine head of an engine body.

エンジンヘッド1には、外表面から燃焼室まで貫通する取付孔2が形成される。筒内圧センサ10は棒状に形成される。筒内圧センサ10は、長手方向に沿って取付孔2に挿入される。   The engine head 1 is formed with a mounting hole 2 penetrating from the outer surface to the combustion chamber. The in-cylinder pressure sensor 10 is formed in a rod shape. The in-cylinder pressure sensor 10 is inserted into the mounting hole 2 along the longitudinal direction.

筒内圧センサ10は、コネクタ部11、ハウジング12、金属ステム13、ダイアフラム14によって構成される。ハウジング12と金属ステム13とが、金属ステム13とダイアフラム14とが溶接され、一体化される。コネクタ部11はハウジング12に取付けられる。   The in-cylinder pressure sensor 10 includes a connector portion 11, a housing 12, a metal stem 13, and a diaphragm 14. The housing 12 and the metal stem 13 are integrated by welding the metal stem 13 and the diaphragm 14. The connector part 11 is attached to the housing 12.

ハウジング12は、ステンレスなどの金属によって形成され、本体部12bと収納部12sとを有する。本体部12bは両端が開放された2段の中空円筒形状である。収納部12sは内部に段付き孔部12hが形成され、段付き孔部12hは本体部12bの大径円筒側の内部中空に接続される。   The housing 12 is formed of a metal such as stainless steel and has a main body portion 12b and a storage portion 12s. The main body 12b has a two-stage hollow cylindrical shape with both ends open. The storage portion 12s has a stepped hole portion 12h formed therein, and the stepped hole portion 12h is connected to the hollow inside of the main body portion 12b on the large diameter cylinder side.

本体部12bの外周面には雄ネジ部12scが形成される。また、取付孔2の外表面側の一部には、雌ネジ部2sが形成される。本体部12bの雄ネジ部12scを取付孔2の雌ネジ部2sに螺合させることにより、筒内圧センサ10はエンジンヘッド1に取付けられる。   A male screw portion 12sc is formed on the outer peripheral surface of the main body portion 12b. A female screw portion 2 s is formed on a part of the mounting hole 2 on the outer surface side. The in-cylinder pressure sensor 10 is attached to the engine head 1 by screwing the male screw portion 12sc of the main body portion 12b with the female screw portion 2s of the attachment hole 2.

本体部12bの大径円筒と小径円筒との間の段はテーパー状に形成される。取付孔2は、外表面側が大径で、燃焼室側が小径となる段付き形状に形成される。雄ネジ部12scを雌ネジ部2sに螺合していくと、取付孔2の段と本体部12bのテーパー面が密着し、燃焼室内が密閉される。   The step between the large diameter cylinder and the small diameter cylinder of the main body 12b is formed in a taper shape. The mounting hole 2 is formed in a stepped shape having a large diameter on the outer surface side and a small diameter on the combustion chamber side. When the male screw portion 12sc is screwed into the female screw portion 2s, the step of the mounting hole 2 and the tapered surface of the main body portion 12b are brought into close contact with each other, and the combustion chamber is sealed.

金属ステム13は、ステンレスなどの金属によって、両端が開放された円筒形状に形成される。金属ステム13を本体部12bの小径円筒側の端部に挿入した状態で、ハウジング12と金属ステム13とが溶接される。   The metal stem 13 is formed in a cylindrical shape with both ends open by a metal such as stainless steel. The housing 12 and the metal stem 13 are welded in a state where the metal stem 13 is inserted into the end of the main body 12b on the small diameter cylinder side.

金属ステム13の燃焼室側の端部には、ダイアフラム14が溶接される。ダイアフラム14は薄肉円形板の底部と円筒状の側部とを有する形状に形成される。側部は金属ステム13と同じ外径であり、底部は金属ステム13の軸に対して垂直である。金属ステム13の先端の外周は細径化されており、ダイアフラム14の側部内側に挿入された状態で溶接される。   A diaphragm 14 is welded to the end of the metal stem 13 on the combustion chamber side. The diaphragm 14 is formed in a shape having a bottom portion of a thin circular plate and a cylindrical side portion. The side has the same outer diameter as the metal stem 13 and the bottom is perpendicular to the axis of the metal stem 13. The outer periphery of the tip end of the metal stem 13 has a reduced diameter, and is welded while being inserted inside the side portion of the diaphragm 14.

ダイアフラム14はバイメタルダイアフラムであって、図2に示すように、内層14iおよび外層14oによって構成される。内層14iおよび外層14oは、内層14iより外層14oの線膨張率が小さくなる部材により形成される。また、内層14iおよび外層14oは変形に対する耐久性が求められるため一体的に形成されることが好ましく、さらには高圧に対する耐久性も求められる。   The diaphragm 14 is a bimetallic diaphragm, and includes an inner layer 14i and an outer layer 14o as shown in FIG. The inner layer 14i and the outer layer 14o are formed of members having a lower linear expansion coefficient of the outer layer 14o than the inner layer 14i. Further, since the inner layer 14i and the outer layer 14o are required to be durable against deformation, they are preferably formed integrally, and further, durability against high pressure is also required.

このような条件を満足させる部材として、例えば、析出硬化系ステンレスを用いることが考えられる。析出硬化系ステンレスは施す析出硬化熱処理によって線膨張率を変えることが可能である。JIS規格のH900およびH1150で規定される熱処理を施したステンレス鋼SUS630がそれぞれ、外層14oおよび内層14iに用いられる。   As a member that satisfies such conditions, for example, it is conceivable to use precipitation hardening stainless steel. Precipitation hardening type stainless steel can change a linear expansion coefficient by the precipitation hardening heat processing to perform. Stainless steel SUS630 subjected to heat treatment defined by JIS H900 and H1150 is used for the outer layer 14o and the inner layer 14i, respectively.

内層14iと外層14oとは溶接により接合され、一体化される。なお、前述のように、内層14iと外層14oとを強固に一体化させる必要があるため、原子レベルで密着させるために冷間圧延圧接法により接合させることや、深熔込みさせるために電子ビーム溶接により接合させることが考えられる。   The inner layer 14i and the outer layer 14o are joined and integrated by welding. As described above, since the inner layer 14i and the outer layer 14o need to be firmly integrated, an electron beam is used for bonding by a cold rolling pressure welding method in order to bring them into close contact at the atomic level, or for deep penetration. It is conceivable to join them by welding.

金属ステム13のハウジング12側の端部には、歪み板15が溶接される(図1参照)。歪み板15はステンレスなどの金属によって薄肉円形板の底部と円筒状の側部とを有する形状に形成される。側部は金属ステム13と同じ外径であり、底部はダイアフラム14の底部と平行である。金属ステム13の先端の外周は細径化されており、歪み板15に挿入され状態で溶接される。   A strain plate 15 is welded to the end of the metal stem 13 on the housing 12 side (see FIG. 1). The strain plate 15 is formed of a metal such as stainless steel into a shape having a bottom portion of a thin circular plate and a cylindrical side portion. The side has the same outer diameter as the metal stem 13 and the bottom is parallel to the bottom of the diaphragm 14. The outer periphery of the tip end of the metal stem 13 is reduced in diameter, and is inserted into the strain plate 15 and welded.

金属ステム13内部に、圧力伝達ロッド16が配置される。圧力伝達ロッド16は、ステンレスなどの金属またはセラミックにより棒状に形成される。圧力伝達ロッド16は、ダイアフラム14と歪み板15に挟持され、これによりダイアフラム14および歪み板15に軸方向に予荷重がかかる。   A pressure transmission rod 16 is disposed inside the metal stem 13. The pressure transmission rod 16 is formed in a rod shape from a metal such as stainless steel or ceramic. The pressure transmission rod 16 is sandwiched between the diaphragm 14 and the strain plate 15, whereby a preload is applied to the diaphragm 14 and the strain plate 15 in the axial direction.

前述のようにダイアフラム14の底部は薄肉状であり、燃焼室内の圧力により底部に垂直な方向(図3符号P参照)に変形する。ダイアフラム14の底部が変形しながら、圧力伝達ロッド16を歪み板15側に変位させる。   As described above, the bottom of the diaphragm 14 has a thin wall shape, and is deformed in a direction perpendicular to the bottom (see P in FIG. 3) due to the pressure in the combustion chamber. The pressure transmission rod 16 is displaced toward the strain plate 15 while the bottom of the diaphragm 14 is deformed.

圧力伝達ロッド16の変位により底部に作用する力が圧力伝達ロッド16を介して歪み板15側に伝達される。伝達された力により歪み板15が押圧され、ダイアフラム14と同様に板面に垂直な方向に変形する。歪み板15には検出素子17が設けられる。検出素子17は、歪み板15の変形に応じた電気信号を歪み信号(第1の信号)として出力する。   The force acting on the bottom due to the displacement of the pressure transmission rod 16 is transmitted to the strain plate 15 side via the pressure transmission rod 16. The strain plate 15 is pressed by the transmitted force, and is deformed in a direction perpendicular to the plate surface in the same manner as the diaphragm 14. A detection element 17 is provided on the strain plate 15. The detection element 17 outputs an electrical signal corresponding to the deformation of the strain plate 15 as a distortion signal (first signal).

検出素子17は信号線18を介してICチップ19に接続されており、歪み信号はICチップ19に送信される。ICチップ19により歪み信号に対してゲインコントロールなどの信号処理が施される。   The detection element 17 is connected to the IC chip 19 via the signal line 18, and the distortion signal is transmitted to the IC chip 19. The IC chip 19 performs signal processing such as gain control on the distortion signal.

ICチップ19はプリント基板20上に搭載される。プリント基板20は収納部12s内の段付き孔部12hに配置される。また、収納部12sの段付き孔部12hにはコネクタ部11が挿入され、プリント基板20は段付き孔部12hの段とコネクタ部11とによって挟持される。   The IC chip 19 is mounted on the printed board 20. The printed circuit board 20 is disposed in the stepped hole portion 12h in the storage portion 12s. Further, the connector portion 11 is inserted into the stepped hole portion 12h of the storage portion 12s, and the printed circuit board 20 is sandwiched between the stepped hole portion 12h and the connector portion 11.

コネクタ部11は、PPS(ポリフェニレンサルファイド)などの樹脂により形成される。コネクタ部11の側面には段付き孔部12hの内径と実質的に外径が等しい鍔部11bが形成される。鍔部11bと鍔部11bの間にOリング21を嵌合させた状態で、コネクタ部11を段付き孔部12hに挿入することにより、本体部12b内の中空が密閉される。収納部12sの開口の縁部がコネクタ部11にかしめられることにより、コネクタ部11が収納部12sに固定される。   The connector portion 11 is made of a resin such as PPS (polyphenylene sulfide). On the side surface of the connector portion 11, a flange portion 11b having an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the stepped hole portion 12h is formed. By inserting the connector portion 11 into the stepped hole portion 12h with the O-ring 21 fitted between the flange portion 11b and the flange portion 11b, the hollow in the main body portion 12b is sealed. The edge of the opening of the storage part 12s is caulked to the connector part 11, whereby the connector part 11 is fixed to the storage part 12s.

コネクタ部11には金属製の端子22が、インサート成形などの成形法により形成される。端子22はコネクタ部11内において、プリント基板20に接続される。コネクタ部11を接続ケーブル(図示せず)を介してECU(図示せず)に接続することにより、信号処理の施された圧力信号をECUに送信可能である。   A metal terminal 22 is formed on the connector portion 11 by a molding method such as insert molding. The terminal 22 is connected to the printed circuit board 20 in the connector portion 11. By connecting the connector portion 11 to an ECU (not shown) via a connection cable (not shown), a pressure signal subjected to signal processing can be transmitted to the ECU.

以上のような構成の本実施形態の筒内圧センサによれば、以下に説明するように、燃焼室に曝されるダイアフラムの受熱による変形を抑えることが可能になる。   According to the in-cylinder pressure sensor of the present embodiment configured as described above, it is possible to suppress deformation due to heat reception of the diaphragm exposed to the combustion chamber, as will be described below.

従来の筒内圧センサでは、熱膨張率が均一な単一の部材により形成されたダイアフラムが用いられていた。前述のように、エンジンの燃焼時の熱を受熱するダイアフラムの外側と内側との間に大きな温度差が生じる。図4に示すように、温度差が生じるとダイアフラム140の内側の膨張量より外側の膨張量の方が大きくなるため、ダイアフラム140が外側に膨らむように変形する。ダイアフラム140の変形により圧力伝達ロッド16が下方に変位するので、変位分の出力誤差を生じることになる。   In a conventional in-cylinder pressure sensor, a diaphragm formed of a single member having a uniform thermal expansion coefficient has been used. As described above, there is a large temperature difference between the outside and the inside of the diaphragm that receives heat during combustion of the engine. As shown in FIG. 4, when a temperature difference occurs, the expansion amount on the outer side becomes larger than the expansion amount on the inner side of the diaphragm 140, so that the diaphragm 140 is deformed so as to expand outward. Since the pressure transmission rod 16 is displaced downward due to the deformation of the diaphragm 140, an output error corresponding to the displacement is generated.

一方、本実施形態における筒内圧センサでは、内層14iの線膨張率が外層14oの線膨張率より大きいため、外側の温度が内側の温度より高い場合でも外側と内側との膨張量の差を従来のダイアフラムより低減化させることが可能である。したがって、熱による変形量を低下させるので、出力誤差が低減化され、圧力の検出精度が向上する。   On the other hand, in the in-cylinder pressure sensor according to this embodiment, the linear expansion coefficient of the inner layer 14i is larger than the linear expansion coefficient of the outer layer 14o. It is possible to reduce more than this diaphragm. Therefore, since the amount of deformation due to heat is reduced, the output error is reduced and the pressure detection accuracy is improved.

なお、本実施形態において、外層14oを形成する部材より線膨張率が大きな部材を用いて内層14iを形成する構成であるが、筒内圧センサが曝される環境に応じていずれかの層の線膨張率を大きくすればよい。例えば、筒内圧センサが低温雰囲気において使用される場合には、外層14oを形成する部材より線膨張率が小さな部材を用いて内層14iを形成すれば、低温によりダイアフラムが内側に変形する事を防ぐことが可能である。   In the present embodiment, the inner layer 14i is formed using a member having a linear expansion coefficient larger than that of the member forming the outer layer 14o. However, depending on the environment to which the in-cylinder pressure sensor is exposed, the wire of any layer is used. What is necessary is just to enlarge an expansion coefficient. For example, when the in-cylinder pressure sensor is used in a low temperature atmosphere, if the inner layer 14i is formed using a member having a smaller linear expansion coefficient than the member forming the outer layer 14o, the diaphragm is prevented from being deformed inward due to low temperature. It is possible.

このように、外側と内側との間に大きな温度差が生じる状況において、ダイアフラムの外面側と内面側との線膨張率を変えることにより、圧力センサによる圧力の検出精度を向上させることが可能である。   In this way, in a situation where a large temperature difference occurs between the outside and the inside, it is possible to improve the pressure detection accuracy by the pressure sensor by changing the linear expansion coefficient between the outer surface side and the inner surface side of the diaphragm. is there.

また、本実施形態において、ダイアフラム14は内層14iと外層14oとにより形成される2層構造であるが、接着層などの他の層を介在させた複層構造としてもよい。あるいは、内側と外側の線膨張率を変えるように加工出来れば、複層構造とせずに単一の部材によってダイアフラムを形成してもよい。   In the present embodiment, the diaphragm 14 has a two-layer structure formed by the inner layer 14i and the outer layer 14o, but may have a multilayer structure in which another layer such as an adhesive layer is interposed. Alternatively, if the inner and outer linear expansion coefficients can be changed, the diaphragm may be formed by a single member without forming a multilayer structure.

また、本実施形態において、ダイアフラム14は析出硬化系ステンレスによって形成される構成であるが、他の金属によって形成されてもよい。あるいは、圧力に応じて変形できれば、他の部材によって形成されてもよい。例えば、析出硬化系ステンレスによって形成した内層14iにシリコンナイトライドやシリコンカーバイドなどのセラミックによりコーティングすることにより外層14oを形成してもよい。   In the present embodiment, the diaphragm 14 is formed by precipitation hardening stainless steel, but may be formed by other metals. Alternatively, other members may be used as long as they can be deformed according to pressure. For example, the outer layer 14o may be formed by coating the inner layer 14i formed of precipitation hardening stainless steel with a ceramic such as silicon nitride or silicon carbide.

なお、ダイアフラム14を他の部材によって形成する場合は、ダイアフラムが曝される使用環境に対して耐久性を備える部材であることが好ましい。例えば、本実施形態のように燃焼室内の圧力を検出する場合には、燃焼温度に対する耐熱性を備えることが好ましい。また、圧力センサが低温雰囲気下において使用される場合には、耐寒性を備えることが好ましい。   In addition, when forming the diaphragm 14 by another member, it is preferable that it is a member provided with durability with respect to the use environment to which a diaphragm is exposed. For example, when detecting the pressure in the combustion chamber as in this embodiment, it is preferable to have heat resistance against the combustion temperature. Further, when the pressure sensor is used in a low temperature atmosphere, it is preferable to have cold resistance.

また、本実施形態において、内層14iと外層14oとは冷間圧延圧接法や電子ビーム溶接により接合される構成であるが、他のいかなる方法により接合されてもよい。ただし、前述のように、ダイアフラムには変形に対する耐久性が求められるため、内層と外層とを強固に接合させる接合方法を適用することが好ましい。   In the present embodiment, the inner layer 14i and the outer layer 14o are joined by cold rolling pressure welding or electron beam welding, but may be joined by any other method. However, as described above, since the diaphragm is required to have durability against deformation, it is preferable to apply a bonding method in which the inner layer and the outer layer are firmly bonded.

本発明の一実施形態を適用した筒内圧センサをエンジン本体のエンジンヘッドに取付けた状態で示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view shown in the state which attached the in-cylinder pressure sensor to which one Embodiment of this invention was applied to the engine head of the engine main body. ダイアフラムの拡大図である。It is an enlarged view of a diaphragm. 圧力を検出するメカニズムを説明するためのダイアフラム側先端の拡大図である。It is an enlarged view of the diaphragm side front end for demonstrating the mechanism which detects a pressure. 受熱による変形状態を示すための、従来のダイアフラムの拡大図である。It is an enlarged view of the conventional diaphragm for showing the deformation | transformation state by heat receiving.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジンヘッド
10 筒内圧センサ
14、140 ダイアフラム
14i、14o 内層、外層
16 圧力伝達ロッド
17 検出素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine head 10 In-cylinder pressure sensor 14, 140 Diaphragm 14i, 14o Inner layer, outer layer 16 Pressure transmission rod 17 Detection element

Claims (7)

検出対象と接する外面側と前記外面側の反対側である内面側とで熱膨張率が異なり、前記検出対象から前記外面側にかかる圧力に応じて変形するダイアフラムと、
前記ダイアフラムの変形に応じた電気信号を発生する圧力検出部とを備える
ことを特徴とする圧力センサ。
A diaphragm that deforms in accordance with a pressure applied from the detection target to the outer surface side, and having a different coefficient of thermal expansion on the outer surface side that is in contact with the detection target and the inner surface side that is opposite to the outer surface side;
A pressure sensor comprising: a pressure detection unit that generates an electrical signal corresponding to the deformation of the diaphragm.
前記ダイアフラムにおいて、前記外面側の熱膨張率より前記内面側の熱膨張率が大きいことを特徴とする請求項1に記載の圧力センサ。   2. The pressure sensor according to claim 1, wherein the diaphragm has a larger coefficient of thermal expansion on the inner surface side than a coefficient of thermal expansion on the outer surface side. 前記圧力センサは、前記外面側が内燃機関の燃焼室内に臨むように配置され、前記燃焼室の圧力を検出するための燃焼圧センサであることを特徴とする請求項2に記載の圧力センサ。   The pressure sensor according to claim 2, wherein the pressure sensor is a combustion pressure sensor that is arranged so that the outer surface side faces a combustion chamber of an internal combustion engine, and detects a pressure in the combustion chamber. 前記ダイアフラムは、熱膨張率が互いに異なる第1、第2の層をそれぞれ前記外面側と前記内面側とに配置させた複層構造を有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の圧力センサ。   4. The diaphragm according to claim 1, wherein the diaphragm has a multilayer structure in which first and second layers having different coefficients of thermal expansion are arranged on the outer surface side and the inner surface side, respectively. The pressure sensor according to claim 1. 前記複層構造は、熱膨張率が互いに異なる金属を溶接することにより形成されることを特徴とする請求項4に記載の圧力センサ。   The pressure sensor according to claim 4, wherein the multilayer structure is formed by welding metals having different coefficients of thermal expansion. 前記金属の溶接は、冷間圧延圧接または電子ビーム溶接であることを特徴とする請求項5に記載の圧力センサ。   The pressure sensor according to claim 5, wherein the metal welding is cold rolling pressure welding or electron beam welding. 前記複層構造は、金属部材を前記金属部材と熱膨張率の異なるセラミック部材を用いてコーティングすることにより形成されることを特徴とする請求項4に記載の圧力センサ。   The pressure sensor according to claim 4, wherein the multilayer structure is formed by coating a metal member with a ceramic member having a coefficient of thermal expansion different from that of the metal member.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013104754A (en) * 2011-11-11 2013-05-30 Seiko Epson Corp Physical quantity detector and method of manufacturing physical quantity detector
CN105203249A (en) * 2014-06-19 2015-12-30 富士电机株式会社 Double diaphragm type pressure sensor
JP2016090302A (en) * 2014-10-31 2016-05-23 株式会社鷺宮製作所 Liquid detection unit, compressor and air conditioner
WO2017010416A1 (en) * 2015-07-14 2017-01-19 日本特殊陶業株式会社 Pressure sensor
JP2017020960A (en) * 2015-07-14 2017-01-26 日本特殊陶業株式会社 Pressure sensor
JP2017040516A (en) * 2015-08-18 2017-02-23 日本特殊陶業株式会社 Pressure sensor
JP2017194358A (en) * 2016-04-20 2017-10-26 日本特殊陶業株式会社 Pressure sensor
WO2018012007A1 (en) 2016-07-09 2018-01-18 日本特殊陶業株式会社 Pressure sensor
CN108291846A (en) * 2015-12-07 2018-07-17 尼尔斯·奥格·尤尔·艾勒森 Measuring cell

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS633234A (en) * 1986-06-24 1988-01-08 Nippon Soken Inc Pressure detector
JPH04294586A (en) * 1991-03-23 1992-10-19 Aisin Seiki Co Ltd Semiconductor pressure sensor
JPH07318448A (en) * 1994-05-27 1995-12-08 Ngk Spark Plug Co Ltd Cylinder internal pressure detecting device
JPH11304616A (en) * 1998-04-23 1999-11-05 Matsushita Electric Works Ltd Semiconductor pressure sensor
JP2004347387A (en) * 2003-05-21 2004-12-09 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Pressure sensor
JP2005291740A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 Yokogawa Electric Corp Differential pressure measuring apparatus
JP2007139453A (en) * 2005-11-15 2007-06-07 Denso Corp Pressure sensor
JP2008070190A (en) * 2006-09-13 2008-03-27 Denso Corp Pressure sensor

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS633234A (en) * 1986-06-24 1988-01-08 Nippon Soken Inc Pressure detector
JPH04294586A (en) * 1991-03-23 1992-10-19 Aisin Seiki Co Ltd Semiconductor pressure sensor
JPH07318448A (en) * 1994-05-27 1995-12-08 Ngk Spark Plug Co Ltd Cylinder internal pressure detecting device
JPH11304616A (en) * 1998-04-23 1999-11-05 Matsushita Electric Works Ltd Semiconductor pressure sensor
JP2004347387A (en) * 2003-05-21 2004-12-09 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Pressure sensor
JP2005291740A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 Yokogawa Electric Corp Differential pressure measuring apparatus
JP2007139453A (en) * 2005-11-15 2007-06-07 Denso Corp Pressure sensor
JP2008070190A (en) * 2006-09-13 2008-03-27 Denso Corp Pressure sensor

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013104754A (en) * 2011-11-11 2013-05-30 Seiko Epson Corp Physical quantity detector and method of manufacturing physical quantity detector
US9733140B2 (en) 2014-06-19 2017-08-15 Fuji Electric Co., Ltd. Double diaphragm type pressure sensor
CN105203249A (en) * 2014-06-19 2015-12-30 富士电机株式会社 Double diaphragm type pressure sensor
JP2016004016A (en) * 2014-06-19 2016-01-12 富士電機株式会社 Double diaphragm type pressure sensor
JP2016090302A (en) * 2014-10-31 2016-05-23 株式会社鷺宮製作所 Liquid detection unit, compressor and air conditioner
WO2017010416A1 (en) * 2015-07-14 2017-01-19 日本特殊陶業株式会社 Pressure sensor
JP2017020960A (en) * 2015-07-14 2017-01-26 日本特殊陶業株式会社 Pressure sensor
JP2017040516A (en) * 2015-08-18 2017-02-23 日本特殊陶業株式会社 Pressure sensor
CN108291846A (en) * 2015-12-07 2018-07-17 尼尔斯·奥格·尤尔·艾勒森 Measuring cell
CN108291846B (en) * 2015-12-07 2020-08-04 尼尔斯·奥格·尤尔·艾勒森 Pressure measuring instrument
JP2017194358A (en) * 2016-04-20 2017-10-26 日本特殊陶業株式会社 Pressure sensor
WO2018012007A1 (en) 2016-07-09 2018-01-18 日本特殊陶業株式会社 Pressure sensor
US10801908B2 (en) 2016-07-09 2020-10-13 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Diaphragm suppressing pressure sensor

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