JP2011163915A - Pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の燃焼室の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 a pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine.
特許文献1に、内燃機関の燃焼室の圧力を検出する圧力センサが開示されている。この圧力センサは、略筒状のハウジングと、ハウジングに固定されていることによってハウジングの内側と外側を区画しているダイアフラムと、ハウジングの内側に配置されているとともにダイアフラムの変形に応じて出力値が変化するセンサ部を備えている。燃焼室を画定する壁に形成されている孔にハウジングを固定すると、ダイアフラムが燃焼室に臨む。この圧力センサでは、燃焼室の圧力が変化するのに伴ってダイアフラムが変形し、センサ部の出力値が変化することから、燃焼室の圧力を検出することができる。 Patent Document 1 discloses a pressure sensor that detects the pressure of a combustion chamber of an internal combustion engine. The pressure sensor includes a substantially cylindrical housing, a diaphragm that is fixed to the housing, thereby partitioning the inside and outside of the housing, and an output value that is disposed on the inside of the housing and corresponds to deformation of the diaphragm. The sensor part which changes is provided. When the housing is fixed in the hole formed in the wall defining the combustion chamber, the diaphragm faces the combustion chamber. In this pressure sensor, the diaphragm is deformed as the pressure in the combustion chamber changes, and the output value of the sensor unit changes, so that the pressure in the combustion chamber can be detected.
この種の圧力センサでは、ダイアフラムが燃焼室内の高温の熱に晒されるためにダイアフラムが熱変形する可能性がある。そのため、センサ部からの出力値に燃焼室の圧力と燃焼室の温度の双方が影響する可能性がある。
特許文献1に記載の圧力センサでは、熱伝導性が良好な高熱伝導性部材でダイアフラムを被覆する。高熱伝導性部材には開口が形成されており、燃焼室内の圧力はこの開口を通じてダイアフラムに伝わる。高熱伝導性部材はダイアフラムから所定の間隙を隔てて配置されており、熱伝導性部材の周囲はハウジングの内周に接している。これにより、燃焼室内の高温の熱は、高熱伝導性部材を通じてハウジングに伝導され、ハウジングから燃焼室壁へと放熱される。このようにして、特許文献1の圧力センサでは、燃焼室内の高温の熱がダイアフラムに伝達されにくくし、ダイアフラムが熱変形しづらくしている。
In this type of pressure sensor, there is a possibility that the diaphragm is thermally deformed because the diaphragm is exposed to high-temperature heat in the combustion chamber. Therefore, both the pressure of the combustion chamber and the temperature of the combustion chamber may affect the output value from the sensor unit.
In the pressure sensor described in Patent Document 1, the diaphragm is covered with a highly thermally conductive member having good thermal conductivity. An opening is formed in the high thermal conductivity member, and the pressure in the combustion chamber is transmitted to the diaphragm through this opening. The high heat conductive member is disposed at a predetermined gap from the diaphragm, and the periphery of the heat conductive member is in contact with the inner periphery of the housing. Thereby, the high temperature heat in the combustion chamber is conducted to the housing through the high thermal conductivity member, and is radiated from the housing to the combustion chamber wall. Thus, in the pressure sensor of Patent Document 1, high-temperature heat in the combustion chamber is hardly transmitted to the diaphragm, and the diaphragm is difficult to be thermally deformed.
特許文献1に記載の圧力センサでは、高熱伝導性部材に開口が形成されている。そのため、この開口に燃焼室で発生する煤が詰まることによって、燃焼室の圧力がダイアフラムに適切に伝達されない事態が生じるおそれがある。また、この開口を通じて高熱伝導性部材とダイアフラムとの間の間隙に煤が入り込み、高熱伝導性部材とダイアフラムとが煤を介して固着する場合もある。このような場合、ダイアフラムに作用する圧力とダイアフラムの変形量の関係が変化し、圧力センサによる圧力検出精度が低下する可能性がある。 In the pressure sensor described in Patent Document 1, an opening is formed in the high thermal conductivity member. Therefore, there is a possibility that a situation in which the pressure in the combustion chamber is not properly transmitted to the diaphragm due to clogging of the soot generated in the combustion chamber in this opening. In addition, there is a case where a flaw enters the gap between the high thermal conductivity member and the diaphragm through the opening, and the high thermal conductivity member and the diaphragm are fixed through the flaw. In such a case, the relationship between the pressure acting on the diaphragm and the amount of deformation of the diaphragm changes, which may reduce the pressure detection accuracy by the pressure sensor.
本明細書で開示される技術は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ダイアフラムの熱変形を抑制することができるとともに、燃焼室で発生する煤によって圧力検出精度が低下することをも抑制できる圧力センサを提供することにある。 The technology disclosed in the present specification has been made in view of such circumstances, and the purpose thereof is to suppress thermal deformation of the diaphragm and to reduce pressure detection accuracy due to soot generated in the combustion chamber. It is in providing the pressure sensor which can also suppress this.
本明細書に開示されている圧力センサは、内燃機関の燃焼室を臨む位置に配設して用いられる。この圧力センサは、略筒状のハウジングと、そのハウジングに固定されているとともにハウジングの内側と外側とを区画しているダイアフラムと、そのハウジングの内側に配置されているとともにダイアフラムの変形に応じて出力値が変化するセンサ部を備えている。 The pressure sensor disclosed in this specification is used by being disposed at a position facing the combustion chamber of the internal combustion engine. The pressure sensor includes a substantially cylindrical housing, a diaphragm fixed to the housing and defining an inner side and an outer side of the housing, and disposed inside the housing and according to deformation of the diaphragm. A sensor unit whose output value changes is provided.
本明細書に開示されている一つの圧力センサは、内燃機関に取り付けるに先立って、ダイアフラムの熱変形を抑制する断熱部材が完成している。すなわち、ダイアフラムの外側の表面上で発泡してダイアフラムの外側の表面の全体を覆っている耐火性の断熱部材を備えている。 In one pressure sensor disclosed in the present specification, a heat insulating member that suppresses thermal deformation of the diaphragm is completed before being attached to the internal combustion engine. That is, the heat-resistant heat insulation member which foams on the outer surface of the diaphragm and covers the entire outer surface of the diaphragm is provided.
上記構成によれば、耐火性の断熱部材によってダイアフラムが火炎に晒されることを防止することができるため、ダイアフラムが燃焼室内の高温の熱によって熱変形することを抑制することができる。
断熱部材は、ダイアフラムの表面で発泡しており、ダイアフラムに密着している。したがって、断熱部材とダイアフラムは、燃焼室の圧力に応じて一体となって変形する。このようにして、燃焼室の圧力に応じてダイアフラムが変形するため、センサ部は、燃焼室の圧力を反映した出力値を出力することができる。
断熱部材は、ダイアフラムの外側表面の全体を覆っており、ダイアフラムの表面の一部を燃焼室に露出させるスリット等の開口が形成されていない。したがって、開口に煤が詰まって圧力の検出精度を低下させることもない。
According to the above configuration, the diaphragm can be prevented from being exposed to the flame by the fireproof heat insulating member, so that the diaphragm can be prevented from being thermally deformed by the high-temperature heat in the combustion chamber.
The heat insulating member is foamed on the surface of the diaphragm and is in close contact with the diaphragm. Therefore, the heat insulating member and the diaphragm are integrally deformed according to the pressure in the combustion chamber. Thus, since the diaphragm is deformed according to the pressure in the combustion chamber, the sensor unit can output an output value reflecting the pressure in the combustion chamber.
The heat insulating member covers the entire outer surface of the diaphragm, and an opening such as a slit that exposes a part of the surface of the diaphragm to the combustion chamber is not formed. Therefore, the opening does not get clogged and the pressure detection accuracy is not lowered.
また、本明細書に開示されている他の一つの圧力センサは、内燃機関に取り付けて内燃機関を運転することによって機能を発揮する状態となる。この形式の圧力センサは、内燃機関に取り付ける前のダイアフラムの外側の表面の全体に、燃焼室の火炎に晒されることによって発泡して耐火性の断熱部材に変化する材料が塗布されている。 In addition, another pressure sensor disclosed in the present specification is in a state of exhibiting a function by being attached to the internal combustion engine and operating the internal combustion engine. In this type of pressure sensor, a material that foams and changes into a refractory heat insulating member when exposed to the flame of the combustion chamber is applied to the entire outer surface of the diaphragm before being attached to the internal combustion engine.
燃焼室の火炎に晒されることによって発泡して耐火性の断熱部材に変化する材料をダイアフラムの外側の表面の全体に塗布しておけば、圧力センサを内燃機関に取り付けて内燃機関を運転することによってその材料が燃焼室の火炎に晒され、ダイアフラムの外側の表面上で発泡してダイアフラムの外側の表面の全体を覆っている耐火性の断熱部材が完成する。この結果、ダイアフラムが熱変形することを抑制し、燃焼室で発生する煤によって圧力検出精度が低下することをも抑制できる。 Applying a pressure sensor to the internal combustion engine to operate the internal combustion engine if the entire surface of the outer surface of the diaphragm is coated with a material that foams and becomes a refractory heat insulating member when exposed to the flame of the combustion chamber This exposes the material to the flame of the combustion chamber and completes a refractory insulation that foams over the outer surface of the diaphragm and covers the entire outer surface of the diaphragm. As a result, it is possible to suppress thermal deformation of the diaphragm, and it is also possible to suppress a decrease in pressure detection accuracy due to soot generated in the combustion chamber.
また、ダイアフラムの周縁からダイアフラムの外側に向けて伸びている金属製のガイドを備えており、ダイアフラムの表面とガイドの内側の表面で画定される空間に断熱部材が充填されていることが好ましい。
上記構成によれば、断熱部材は、ダイアフラムの表面に密着しているとともに、その周囲が金属製のガイドによって支持されている。したがって、ダイアフラムの表面から断熱部材が脱落することを抑制することができる。
In addition, it is preferable that a metal guide extending from the periphery of the diaphragm toward the outside of the diaphragm is provided, and a space defined by the surface of the diaphragm and the inner surface of the guide is filled with a heat insulating member.
According to the said structure, while the heat insulation member is closely_contact | adhered to the surface of a diaphragm, the circumference | surroundings are supported by the metal guide. Therefore, it can suppress that a heat insulation member falls from the surface of a diaphragm.
また、ガイドに、ダイアフラムから離反するとダイアフラムの中心側に向かって突出する部位が形成されていることが好ましい。この構成によると、ダイアフラムの表面から断熱部材が脱落することを確実に抑制することができる。 In addition, it is preferable that a portion that protrudes toward the center side of the diaphragm is formed in the guide when it is separated from the diaphragm. According to this structure, it can suppress reliably that a heat insulation member falls from the surface of a diaphragm.
また、ガイドが、ダイアフラムの全周に亘って連続して形成されていることが好ましい。
この構成によれば、ダイアフラムの表面から断熱部材が脱落することをさらに確実に抑制することができる。
Moreover, it is preferable that the guide is formed continuously over the entire circumference of the diaphragm.
According to this structure, it can suppress more reliably that a heat insulation member falls from the surface of a diaphragm.
断熱部材の断熱能力は、断熱部材がない場合に比して、ダイアフラムへの伝熱量を1/2以下に減少させるものであることが好ましい。また断熱部材の剛性が、ダイアフラムの剛性以下であることが好ましい。
ダイアフラムへの伝熱量を1/2以下に抑制されれば、ダイアフラムの熱変形量が顕著に低下する。また断熱部材の剛性がダイアフラムの剛性以下であれば、断熱部材の存在によってダイアフラムに求められる柔軟性が損なわれることもなく、必要な検出感度を確保することができる。
The heat insulating ability of the heat insulating member is preferably such that the amount of heat transferred to the diaphragm is reduced to ½ or less as compared with the case where there is no heat insulating member. Moreover, it is preferable that the rigidity of a heat insulation member is below the rigidity of a diaphragm.
If the amount of heat transfer to the diaphragm is suppressed to ½ or less, the amount of thermal deformation of the diaphragm is significantly reduced. If the rigidity of the heat insulating member is equal to or lower than the rigidity of the diaphragm, the required detection sensitivity can be ensured without impairing the flexibility required of the diaphragm due to the presence of the heat insulating member.
以下に本発明の実施例の特徴を説明する。
(特徴1)圧力センサは、ハウジングの外周に形成されているねじ部を、燃焼室の壁に形成されているねじ穴と螺合させることにより、シリンダヘッドに取り付けられている。
The features of the embodiments of the present invention will be described below.
(Feature 1) The pressure sensor is attached to the cylinder head by screwing a screw portion formed on the outer periphery of the housing with a screw hole formed in the wall of the combustion chamber.
本明細書に開示される技術に係る圧力センサを具体化した実施例1について、図1〜図4を参照して説明する。
図1は、実施例1の圧力センサ10の断面図である。圧力センサ10は、その先端に形成されている断熱部材40が、図示しない内燃機関の燃焼室を臨むようにシリンダヘッドに取り付けられている。圧力センサ10は、図1に示すように、ハウジング20とダイアフラム30とガイド35と断熱部材40とセンサ部50とを備えている。圧力センサ10は、ダイアフラム30が燃焼室の圧力に応じて変形し、センサ部50がこの変形に応じて出力値を変化させることによって、燃焼室の圧力を検知するものである。
A first embodiment in which a pressure sensor according to the technology disclosed in the present specification is embodied will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a cross-sectional view of the
ハウジング20は、略筒状に形成されており、アウターハウジング21とインナーハウジング22とを備えている。アウターハウジング21の外周部には、ねじ部25が形成されている。圧力センサ10は、ねじ部25が図示しないシリンダヘッドに形成されたねじ穴と螺合するによって、シリンダヘッドに取り付けられている。
アウターハウジング21の前端側には、インナーハウジング22が嵌め込まれている。インナーハウジング22の外周面は、アウターハウジング21の前端側の内周面に溶接されている。インナーハウジング22の前端部は、ダイアフラム支持部31となっている。
The
An
ダイアフラム30は、周縁部がインナーハウジング22のダイアフラム支持部31に一体的に連結されることによって固定されている。このようにして、ダイアフラム30は、インナーハウジング22と一体成形されており、ハウジング20の内側と外側を区画している。ハウジング21,22とダイアフラム30は、金属製である。また、ダイアフラム30の膜厚はほぼ均一である。
The
ガイド35は金属製であり、ダイアフラム30の周縁に位置するダイアフラム支持部31からハウジング20の外側(燃焼室側)に伸びるようにして形成されている。図2は、圧力センサ10の平面図である。なお図2では、ハウジング20を省略しており、破線はダイアフラム30の輪郭を示している。図2に示すように、ガイド35は、ダイアフラム30の全周に亘って連続して形成されている。すなわち、ガイド35は、略筒状に形成されている。また、ガイド35は、図1に示すように、中央部36を境にして、ダイアフラム30側の基端部37と、ダイアフラム30と離反している側の先端部38とからなる。基端部37は、略円筒状であり、ダイアフラム支持部31の表面に溶接されている。先端部38は、略円錐台状に形成されており、ダイアフラム30と離反するほど、ダイアフラム30の中心側に突出している。これにより、ガイド35に囲まれている内側の空間は、ダイアフラム30側の部位よりも先端側の部位のほうが小さくなっている。
The
ダイアフラム30の外側の表面とガイド35の内側の表面で画定されている空間には、図1及び図2に示すように、耐火性の断熱部材40が充填されている。断熱部材40の底面は、ダイアフラム30の表面に密着しているとともに、断熱部材40の側面は、ガイド35に密着している。断熱部材40は、ダイアフラム30の表面に塗布された材料が発泡することにより形成されている。なお、断熱部材40の材料としては、例えば、日本ペイント株式会社製のタイカリット(登録商標)を用いることができる。ダイアフラム30の表面が、断熱部材40に覆われているため、ダイアフラム30が火炎に晒されることを防止することができる。また、ダイアフラム30に燃焼室の高温の熱が直接的に伝達されることを抑制することができるため、ダイアフラム30が燃焼室の高温の熱によって熱変形することを抑制することができる。上記したように、ガイド35がダイアフラム30の全周に亘って連続的に形成されているとともに、ガイド35の先端部38は、ダイアフラム30の中心側に向かって突出している。したがって、断熱部材40がダイアフラム30の表面から脱落することを好適に抑制することができる。
A space defined by the outer surface of the
断熱部材40は、ダイアフラム30の表面の全体を覆っており、ダイアフラム30の表面の一部を燃焼室に露出させるスリット等の開口が形成されていない。したがって、内燃機関の燃焼によって発生した煤が、断熱部材40に付着したとしても、この煤によってダイアフラム30が固着することがない。これにより、燃焼室で発生する煤によって、圧力の検出精度が低下することを抑制することができる。また、圧力センサ10は、ハウジング20の外周部に形成されているねじ部25を、シリンダヘッドに形成されているねじ穴と螺合させることにより、シリンダヘッドに取り付けられている。従来の圧力センサでは、高熱伝導性部材の表面から燃焼室の壁に至るまでに煤が堆積するとともに高熱伝導性部材の開口の内部に煤が詰まり、この煤が固まることによって、圧力センサがシリンダヘッドに固着する可能性がある。また、高熱伝導性部材には開口が形成されているため、機械的強度が他の構成部品よりも低い。そのため、従来の圧力センサでは、圧力センサを回転させて取り外そうとすると、高熱伝導性部材が破損する可能性がある。このような場合、圧力センサに高熱伝導性部材を再成形するのは困難であるため、圧力センサを再利用することが難しい。これに対し、本実施例の圧力センサ10では、断熱部材40が他の構成部品よりも機械的強度が低いため、断熱部材40の周囲に煤が堆積した場合には、圧力センサ10の取り外しの際に断熱部材40が損傷する可能性はあるものの、他の構成部品が損傷することはない。また、断熱部材40が損傷した場合であっても、ダイアフラム30の表面で耐火性の材料を発泡させることにより断熱部材40を再成形することができるため、圧力センサ10を再利用することができる。
The
断熱部材40には、燃焼室の高温の熱がダイアフラム30へ伝達されるのを抑制する断熱能力を有するとともに、断熱部材40を形成した場合でも、ダイアフラム30が圧力に応じて撓むことができる剛性を有することが要求される。なお、断熱部材40は、ダイアフラム30に密着しているため、ダイアフラム30と断熱部材40とは圧力に応じて一体となって撓む。
本実施例の断熱部材40は、断熱部材40がない場合に比して、燃焼室内の燃焼による熱のダイアフラム30への伝熱量を1/2以下に減少させる断熱能力を有している。すなわち、断熱部材40を設けていない場合にダイアフラム30が燃焼室の高温のガスから受ける熱量をQとすると、断熱部材40を設けることによって、ダイアフラム30が燃焼室の高温のガスから受ける熱量が1/2Qとなる。このように、ダイアフラムへの伝熱量が1/2以下に抑制されるため、ダイアフラム30の熱変形量が断熱部材40がない場合の1/2以下となり、ダイアフラム30の熱変形量が顕著に低下する。
The
The
また、圧力に対する撓み量を剛性として定義した場合、断熱部材40の剛性は、ダイアフラム30の剛性以下である。ここで、燃焼室の圧力が所定圧力Pである場合、断熱部材が形成されていない場合のダイアフラムの変形量を量dとする。この場合、ダイアフラム30と断熱部材40の剛性が同じである場合には、断熱部材40が形成されているダイアフラム30では、ダイアフラム30と断熱部材40とに所定圧力Pが作用することによって、それぞれd/2ずつ変形することとなるため、圧力に対するダイアフラム30の撓み量は、断熱部材がない場合の1/2となる。本実施例では、断熱部材40の剛性は、ダイアフラム30よりも剛性以下であるため、ダイアフラム30の圧力に応じた変形量は、断熱部材40が形成されていない場合の変形量の1/2以上を確保することができる。したがって、ダイアフラム30は、燃焼室内の圧力に応じて適切に変形することができる。すなわち、断熱部材40の存在によってダイアフラム30に求められる柔軟性が損なわれることもなく、必要な検出感度を確保することができる。
Further, when the amount of deflection with respect to pressure is defined as rigidity, the rigidity of the
断熱部材40の剛性は、ダイアフラム30の剛性の1/2以下とすることが好ましい。これにより、ダイアフラム30の圧力に応じた変形量の製品個体差を十分に抑制することができる。
すなわち、断熱部材が形成されていないダイアフラムにおいて、ダイアフラムの圧力に応じた変形量のばらつきを示す二乗公差を「1」とすると、ダイアフラム30と断熱部材40との剛性が同じである場合には、二乗公差が√(12+12)の約1.4となり、ダイアフラム30の圧力に応じた変形量のばらつきが40%増大する。本実施例のように断熱部材40の剛性をダイアフラム30の剛性の1/2以下に設定した場合には、二乗公差が√(12+0.52)以下となり、約1.1以下となる。したがって、燃焼室の圧力に応じたダイアフラム30の変形量のばらつきは、ダイアフラムに断熱部材を形成していない場合と比べて増加するものの、このばらつきの増加量は10%程度に抑えることができる。なお、断熱部材40の経年劣化等を考慮すると、断熱部材40の剛性がさらに低いことが好ましく、断熱部材40の剛性をダイアフラムの剛性の1/10以下に設定しておくことがより好ましい。
The rigidity of the
That is, in the diaphragm in which the heat insulating member is not formed, when the square tolerance indicating the variation of the deformation amount according to the pressure of the diaphragm is “1”, when the rigidity of the
センサ部50は、ハウジング20の内側に配置されている。センサ部50は、力伝達ロッド51とステム52とセンサ素子53と端子60とワイヤ63等を備えている。力伝達ロッド51は略円柱状であり、前端面がダイアフラム30の後端面に取り付けられている。図3に示すように、燃焼室の圧力がダイアフラム30及び断熱部材40が作用して、ダイアフラム30及び断熱部材40が変形すると、力伝達ロッド51は下向きに変位する。これによって、力伝達ロッド51は、図1に示すセンサ素子53に力を加える。また、力伝達ロッド51は、断熱性の材料で形成されている。
The
インナーハウジング22の後端側には、金属製のステム52が嵌め込まれている。ステム52は、上方に押し上げられて力伝達ロッド51の前端面をダイアフラム30に強制的に押し当てるプリロードが加えられた状態で、外周面がインナーハウジング22の後端側の内周面に溶接されている。ステム52の前端面には、センサ素子53の後端面が接着されている。これにより、センサ素子53はステム52に対して位置決め及び固定されている。センサ素子53の前端は力伝達ロッド51の後端面に当接している。
A
センサ素子53は、力検知ブロック55と力伝達ブロック56,58とを有する。力検知ブロック55は、略直方体状であり、シリコン基板を主体として形成されている。力検知ブロック55の前端面には、ピエゾ抵抗素子が形成されている(図示省略)。ピエゾ抵抗素子は応力が作用すると、ピエゾ抵抗効果によって電気抵抗値が変化する。力検知ブロック55には、金属製の電極群が形成されている。電極群は、ピエゾ抵抗素子に接続されている。なお、センサ素子53は、圧電素子を含むもの等で構成してもよい。
The
第1力伝達ブロック58は直方体状であり、ガラス製である。第1力伝達ブロック58の後端面は、力検知ブロック55の前記突出部の頂面に陽極接合されている。第2力伝達ブロック56は半球状であり、鉄等の金属製やセラミック製等の硬い材質である。第2力伝達ブロック56の後端面は、第1力伝達ブロック58の前端面に接着されている。なお、第2力伝達ブロック56についても、シリコンやガラス等によって形成してもよい。
The first
ステム52には、図1の上下方向に円柱状の貫通孔が複数形成されている。金属製の細長い端子60が、貫通孔に挿入されている封止材料61を介してステム52に固定されている。これにより、ハウジング20の内部空間は、密閉空間となっている。このように、ステム52と端子60と封止材料61とによって、ハーメチックシール端子が構成されている。端子60の一端は、センサ素子53の力検知ブロック55の電極に金属製のワイヤ63を介して接続されている。端子60群の他端は、増幅回路等を含む回路部を介して、電源(電流源又は電圧源)や測定器(電流計又は電圧計)に接続される。
A plurality of cylindrical through holes are formed in the
圧力センサ10では、燃焼室の圧力が作用すると、ダイアフラム30と断熱部材40とが撓み、図1に示す状態から図3に示す状態へと変化する。これによって、力伝達ロッド51がセンサ素子53側に変位すると、センサ素子53のピエゾ抵抗素子に圧縮応力が作用するため、ピエゾ抵抗素子の電気抵抗値が変化する。例えば電流源からピエゾ抵抗素子に一定電流を流している場合、ピエゾ抵抗素子の電気抵抗値の変化に応じて、基準値から変化した出力電圧(出力値)が電極間に現れる。この出力電圧を電圧計で測定することで、ピエゾ抵抗素子の電気抵抗値の変化量、すなわちダイアフラム24に加わった圧力の大きさを検出することができる。
本実施例では、ダイアフラム30の表面に断熱部材40が形成されており、断熱部材40が上記した断熱能力と剛性とを有している。したがって、ダイアフラム30の熱変形を適切に抑制することができるとともに、ダイアフラム30の柔軟性が損なわれることがなくダイアフラム30が燃焼室の圧力に応じて適切に変形させることができる。したがって、センサ部53によって出力される出力電圧は、燃焼室の圧力を適切に反映したものとなる。
In the
In the present embodiment, the
次に、断熱部材40の製造方法について図4を参照して説明する。断熱部材40は、上記したように、ダイアフラム30の表面に塗布される材料を発泡させることによって形成される。
まず、図4(a)に示すように、ダイアフラム支持部31の表面にガイド35が溶接されている状態で、ダイアフラム30の外側の表面の全体に断熱部材40の材料を塗布し、厚みが20〜100μmの塗膜41を形成する。塗膜41の材料としては、火炎に晒されると発泡して耐火性の断熱部材40に変化する材料が選択される。次に、この塗膜41を火炎に晒す。これにより、図4(b)に示すように、塗膜41が塗布時の10〜100倍の厚みとなるまで発泡し、耐火性の断熱部材40が完成する。なお、日本ペイント株式会社製のタイカリット(登録商標)では、火炎によってその表面が250℃程度となると発泡が開始し、発泡がさらに進むと、灰化して耐火性の断熱部材40に変化する。図4(b)に示す状態では、塗膜41が発泡して膨張することにより断熱部材40の中央部が膨らんで、ガイド35の先端よりも突出した状態となっている。図4(b)の破線Aに示す位置で、断熱部材40を切削し、断熱部材40の厚みを調整する。なお、本実施例では、断熱部材40の先端と、ガイド35の先端が同一平面上に位置するようにしている。圧力センサ10は、ダイアフラム30の表面に断熱部材40が形成されている状態で、シリンダヘッドに取り付けられる。
(実施例1の変形例)
Next, the manufacturing method of the
First, as shown in FIG. 4A, in the state where the
(Modification of Example 1)
上記実施例1では、ダイアフラム30の表面に断熱部材40が形成されている状態で、圧力センサ10をシリンダヘッドに取り付けるようにしている。しかしながら、図4(a)に示すように、ダイアフラム30の表面に塗膜41が形成されている状態で、圧力センサ10をシリンダヘッドに取り付けるようにしてもよい。図4(a)に示す状態で、圧力センサ10をシリンダヘッドに取り付けた場合には、塗膜41が燃焼室の燃焼によって生じた火炎に晒されることによって発泡するため、図4(b)に示すように、ダイアフラム30の外側の表面の全体を覆っている耐火性の断熱部材40が完成する。この場合、圧力センサ10は、図4(b)に示すように、断熱部材40の表面の膨らみが切削されていない状態で使用される。したがって、この変形例では、塗膜41の厚み等を予め調整しておくことにより、燃焼室の火炎により形成される断熱部材40の厚みを調整する。
In the first embodiment, the
実施例1のように、圧力センサ10の取り付け前に塗膜41を火炎に晒す場合には、この火炎が、ハウジング20等にまで及んでセンサ部53が高温となるのを抑制するための対策を施す必要がある。この点、本変形例では、圧力センサ10がシリンダヘッドに取り付けられた状態で塗膜41が火炎に晒されることとなり、ハウジング20は燃焼室壁によって覆われているため、火炎に晒されることがない。したがって、ハウジング20を火炎から保護する対策を採る必要がない。
変形例におけるその他の構成及び作用効果は上記実施例1と同じである。
In the case where the
Other configurations and operational effects in the modification are the same as those in the first embodiment.
次に、実施例2に係る圧力センサについて、図5を参照して説明する。
図5に示すように、実施例2の圧力センサ70は、ガイド71の構造が実施例1の圧力センサ10とは異なっている。その他の構成は、実施例1と同じである。
実施例2の圧力センサ70では、ガイド71が、ダイアフラム支持部31の表面の全体からハウジング20の外側に伸びており、ダイアフラム30の全周に亘って連続して形成されている。ガイド71の外側の表面は、ダイアフラム支持部31の外周から垂直に伸びている。ガイド51の内側の表面は、ダイアフラム30から離反するほどダイアフラム30の中心側に突出するように傾斜している。本実施例においても、ダイアフラム30の外側の表面とガイド71の内側の表面で画定されている空間に断熱部材40が充填されている。このような構成のガイド71によって、断熱部材40がダイアフラム30の表面から脱落することを確実に抑制することができる。
本実施例においても、断熱部材40によりダイアフラム30の熱変形を抑制することができる。また燃焼室で発生する煤によって、圧力センサ70による圧力の検出精度が低下することを抑制することができる。また、圧力センサ70の取り外し時に断熱部材40が破損した場合であっても、ダイアフラム30の表面で耐火性の材料を発泡させることにより断熱部材40を再成形することができるため、圧力センサ70を再利用することができる。
Next, a pressure sensor according to Example 2 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 5, the
In the
Also in the present embodiment, the thermal deformation of the
次に、実施例3に係る圧力センサを図6を参照して説明する。
図6に示すように、実施例3の圧力センサ80は、ガイド81の構造が実施例1及び実施例2の圧力センサ10とは異なっている。その他の構成は、実施例1と同じである。
実施例3の圧力センサ80では、ガイド81が、ダイアフラム支持部31の表面の全体から外側に伸びており、ダイアフラム30の全周に亘って連続して形成されている。ガイド81は、円筒部82と、円筒部82の先端側に形成されて円筒部82の内側(ダイアフラム30の中心側)に向かって突出する凸部83とを備えている。本実施例においても、ダイアフラム30の外側の表面とガイド81の内側の表面で画定されている空間に断熱部材40が充填されている。このようなガイド81により、断熱部材40がダイアフラム30の表面から脱落することを確実に抑制することができる。
本実施例においても、断熱部材40によりダイアフラム30の熱変形を抑制することができる。また燃焼室で発生する煤によって、圧力センサ80による圧力の検出精度が低下することを抑制することができる。また、圧力センサ80の取り外し時に断熱部材40が破損した場合であっても、ダイアフラム30の表面で耐火性の材料を発泡させることにより断熱部材40を再成形することができるため、圧力センサ80を再利用することができる。
(その他の実施例)
Next, a pressure sensor according to Example 3 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 6, the
In the
Also in the present embodiment, the thermal deformation of the
(Other examples)
上記各実施例では、断熱部材が、ダイアフラムへの伝熱量を1/2以下に減少させるものであり、ダイアフラムの剛性以下の剛性であることとしている。しかしながら、断熱部材は、これらの条件を満たさなくてもよい。これらの条件を満たしていない場合であっても、断熱部材をダイアフラムの表面に設けることによって、ダイアフラムの熱変形を抑制することができる。また、断熱部材の剛性がダイアフラムの剛性よりも高い場合であっても、ある程度の柔軟性を有するものであれば、ダイアフラムが圧力に応じて変形することができる。 In each of the above embodiments, the heat insulating member reduces the amount of heat transfer to the diaphragm to ½ or less, and has a rigidity equal to or less than the rigidity of the diaphragm. However, the heat insulating member does not have to satisfy these conditions. Even when these conditions are not satisfied, thermal deformation of the diaphragm can be suppressed by providing the heat insulating member on the surface of the diaphragm. Moreover, even if the rigidity of the heat insulating member is higher than the rigidity of the diaphragm, the diaphragm can be deformed according to the pressure as long as it has a certain degree of flexibility.
上記各実施例では、ガイドが、ダイアフラムから離反するとダイアフラムの中心側に向かって突出している。しかしながら、ガイドはこのような形状でなくてもよい。この場合であっても、ガイドが形成されていることによって、断熱部材をその周囲からガイドによって支持することができるため、断熱部材がダイアフラムから脱落することを抑制することができる。また、上記各実施例では、ガイドが、ダイアフラムの全周に亘って連続して形成されている。しかしながら、ガイドを、ダイアフラムの周縁の一部に形成するようにしてもよい。ダイアフラムの周縁の一部にガイドを複数個設ける場合には、ダイアフラムの周縁において等間隔で設けるようにすれば、断熱部材をその周囲から均等に支持することができる。また、上記各実施例では、ガイドの高さと断熱部材の厚みとをほぼ同じにしている。しかしながら、ガイドの高さを断熱部材の厚みよりも低くして、断熱部材におけるダイアフラム側の部位のみをガイドによって支持するようにしてもよい。さらに、圧力センサでは、ガイドを設けていない構成であってもよい。このような場合でも、断熱部材がダイアフラムに密着していれば、断熱部材によってダイアフラムの熱変形を抑制することができる。 In each of the above embodiments, the guide protrudes toward the center of the diaphragm when it is separated from the diaphragm. However, the guide need not have such a shape. Even in this case, since the heat insulating member can be supported by the guide from the periphery by forming the guide, it is possible to suppress the heat insulating member from dropping from the diaphragm. In each of the above embodiments, the guide is continuously formed over the entire circumference of the diaphragm. However, the guide may be formed on a part of the periphery of the diaphragm. In the case where a plurality of guides are provided on a part of the periphery of the diaphragm, the heat insulating member can be evenly supported from the periphery if the guides are provided at equal intervals on the periphery of the diaphragm. In each of the above embodiments, the height of the guide and the thickness of the heat insulating member are substantially the same. However, the height of the guide may be made lower than the thickness of the heat insulating member, and only the diaphragm side portion of the heat insulating member may be supported by the guide. Furthermore, the pressure sensor may be configured without a guide. Even in such a case, if the heat insulating member is in close contact with the diaphragm, the heat deformation of the diaphragm can be suppressed by the heat insulating member.
以上、本明細書に開示される技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
As mentioned above, although the specific example of the technique disclosed by this specification was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
10,70,80:圧力センサ
20:ハウジング
21:アウターハウジング
22:インナーハウジング
24:ダイアフラム
25:ねじ部
30:ダイアフラム
31:ダイアフラム支持部
35,71,81:ガイド
36:中央部
37:基端部
38:先端部
40:断熱部材
41:塗膜
50:センサ部
10, 70, 80: Pressure sensor 20: Housing 21: Outer housing 22: Inner housing 24: Diaphragm 25: Screw part 30: Diaphragm 31:
Claims (6)
略筒状のハウジングと、
前記ハウジングに固定されているとともに、前記ハウジングの内側と外側とを区画しているダイアフラムと、
前記ハウジングの内側に配置されているとともに、そのダイアフラムの変形に応じて出力値が変化するセンサ部と、
前記ダイアフラムの外側の表面上で発泡してその外側の表面の全体を覆っている耐火性の断熱部材とを備えていることを特徴とする圧力センサ。 A pressure sensor disposed at a position facing a combustion chamber of an internal combustion engine,
A substantially cylindrical housing;
A diaphragm fixed to the housing and defining an inner side and an outer side of the housing;
A sensor unit that is disposed inside the housing and whose output value changes according to deformation of the diaphragm;
A pressure sensor comprising: a fire-resistant heat insulating member that foams on an outer surface of the diaphragm and covers the entire outer surface.
略筒状のハウジングと、
前記ハウジングに固定されているとともに、前記ハウジングの内側と外側とを区画しているダイアフラムと、
前記ハウジングの内側に配置されているとともに、そのダイアフラムの変形に応じて出力値が変化するセンサ部を備えており、
前記ダイアフラムの外側の表面の全体に塗布されているとともに、燃焼室の火炎に晒されることによって発泡して耐火性の断熱部材に変化する材料が塗布されていることを特徴とする圧力センサ。 A pressure sensor disposed at a position facing a combustion chamber of an internal combustion engine,
A substantially cylindrical housing;
A diaphragm fixed to the housing and defining an inner side and an outer side of the housing;
The sensor unit is disposed inside the housing and includes a sensor unit whose output value changes according to deformation of the diaphragm.
A pressure sensor, which is applied to the entire outer surface of the diaphragm, and is applied with a material that foams and changes into a refractory heat insulating member when exposed to a flame in a combustion chamber.
前記断熱部材は、前記ダイアフラムの外側の表面と前記ガイドの内側の表面で画定されている空間に充填されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の圧力センサ。 A metal guide extending from the periphery of the diaphragm toward the outside of the diaphragm;
The pressure sensor according to claim 1 or 2, wherein the heat insulating member is filled in a space defined by an outer surface of the diaphragm and an inner surface of the guide.
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