JP2016017490A - 燃焼圧センサ - Google Patents

Abstract

【課題】経時的に燃焼圧の検出精度が低下することが防止される燃焼圧センサを提供すること。【解決手段】燃焼圧センサ１は、内燃機関１００の燃焼室１０１内における燃焼圧を検出するためのものである。燃焼圧センサ１は、燃焼圧を受ける受圧部１０と、受圧部１０が受けた燃焼圧を検出する検出部２０と、受圧部１０が受けた燃焼圧を検出部２０に伝達する伝達部３０と、シリンダヘッド１０２に固定可能な固定部４０とを備える。そして、受圧部１０は燃焼室１０１を構成するシリンダヘッド１０２の外側に開口するようにシリンダヘッド１０２に形成された有底孔１０３の底部１０４に当接して燃焼室１０１内における燃焼圧を受けるように構成されている。【選択図】図１

Description

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に関する。

車両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に記載された燃焼圧センサがある。特許文献１に記載の燃焼圧センサでは、燃焼室を構成するシリンダヘッドに設けられた貫通孔を介して伝達部材の先端に形成された受圧部が燃焼室内に露出しており、伝達部材の後端には圧電素子からなる検出部が接続されている。受圧部が燃焼室の燃焼圧を受けると、伝達部材に伝達されて伝達部材に負荷される荷重が変化する。そして、伝達部材に生じた荷重の変化を検出部が検知することにより燃焼圧を検出する。

特開２００９−１４４７０２号公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成では、伝達部材が燃焼室内に露出しているため、燃焼室内の燃料や潤滑油の残渣に由来するデポジット等が伝達部材とシリンダヘッドとの間に堆積する場合がある。そして、デポジット等が伝達部材に堆積すると伝達部材における燃焼圧の伝達精度が低下して燃焼圧の検出精度が低下する。そして、内燃機関の使用期間が長くなるほど、上記デポジットが堆積しやすくなるため、経時的に燃焼圧の検出精度が低下するという問題がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、経時的に燃焼圧の検出精度が低下することが防止される燃焼圧センサを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、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、
上記燃焼室を構成するシリンダヘッドの外側に開口するように該シリンダヘッドに形成された有底孔の底部に当接して上記燃焼室内における燃焼圧を受けるように構成された受圧部と、
該受圧部が受けた燃焼圧を検出する検出部と、
上記受圧部が受けた燃焼圧を上記検出部に伝達する伝達部と、
上記シリンダヘッドに固定可能な固定部と、
を備えることを特徴とする燃焼圧センサにある。

上記燃焼圧センサにおいては、受圧部はシリンダヘッドの外側に開口する有底孔の底部に当接しており、当該底部から燃焼圧を受けるように構成されている。すなわち、燃焼室内で燃焼圧の変化に伴ってシリンダヘッドに弾性変形（歪み）が生じると有底孔の底部にも弾性変形（歪み）が生じる。当該底部に当接する受圧部はこれに伴って変位することとなる。そして、受圧部の変位が伝達部を介して検出部に伝達されて燃焼圧が検出されることとなる。そのため、受圧部が燃焼室内に露出することがないことから、受圧部とシリンダヘッドとの間に燃焼室内の燃料や潤滑油の残渣に由来するデポジット等が堆積することがない。その結果、経時的に燃焼圧の検出精度が低下することが防止される。また、上記燃焼圧センサにおいては、シリンダヘッドの外側に開口するよう形成された有底孔の底部の弾性変形（歪み）を検知して燃焼圧を検出している。そのため、上記燃焼圧センサは、有底孔が形成されていないシリンダヘッドの外表面の弾性変形を検知する場合に比べて、当該弾性変形に基づく受圧部の変位量を確保しやすいことから検出精度に優れる。

以上のごとく、本発明によれば、経時的に燃焼圧の検出精度が低下することが防止される燃焼圧センサを提供することができる。

実施例１における、燃焼圧センサの断面図。 実施例２における、燃焼圧センサの断面図。 実施例３における、燃焼圧センサの断面図。

本発明の燃焼圧センサは、自動車等の内燃機関に使用することができる。

（実施例１）
本例の実施例に係る燃焼圧センサにつき、図１を用いて説明する。
本例の燃焼圧センサ１は、図１に示すように、内燃機関１００の燃焼室１０１内における燃焼圧を検出するためのものである。燃焼圧センサ１は、受圧部１０、検出部２０、伝達部３０、固定部４０を備える。

受圧部１０は、燃焼室１０１を構成するシリンダヘッド１０２の外側に開口するようにシリンダヘッド１０２に形成された有底孔１０３の底部１０４に当接して燃焼室１０１内における燃焼圧を受けるように構成されている。
検出部２０は、受圧部１０が受けた燃焼圧を検出するものである。
伝達部３０は、受圧部１０が受けた燃焼圧を検出部２０に伝達するためのものである。
そして、固定部４０は、シリンダヘッド１０２に固定可能になっている。

以下、本例の燃焼圧センサ１について、詳述する。
図１に示すように、燃焼圧センサ１において、伝達部３０は棒状部材３０ａからなる。伝達部３０の軸方向をＹとし、先端３１側の方向をＹ１方向、後端３２側の方向をＹ２方向とする。伝達部３０の先端３１はその角部が面取りされている。伝達部３０の後端３２は拡径されて鍔状を成している。伝達部３０は、軸方向Ｙに変位可能なように、ハウジング６０内に保持されている。伝達部３０の後端３２には、検出部２０が接続されている。

伝達部３０の後端３２に接続された検出部２０は、圧電素子を備える荷重検出器２０ａからなる。図１に示すように、検出部２０のＹ２方向に位置する下面２１は、伝達部３０の後端３２に当接している。検出部２０のＹ１方向に位置する上面２２は、ハウジング６０内に固定された固定部材５０に当接している。検出部２０は燃焼圧を検出して出力端子２３を介して検出信号を発する。出力端子２３は、固定部材５０のＹ１方向に配設されてハウジング６０内に保持された回路部７０に接続されている。

検出部２０及び伝達部３０はハウジング６０内に保持されている。ハウジング６０は、有底の円筒状に形成されている。ハウジング６０は弾性変形可能な材料で形成されている。ハウジング６０のＹ１方向の端部は伝達部３０の先端３１を覆う先端被覆部６１を形成している。そして、先端被覆部６１の内側底面６１ａに伝達部３０の先端３１が当接している。先端被覆部６１は有底孔１０３の底部１０４に当接して受圧部１０を形成している。

ハウジング６０内に保持された検出部２０のＹ２方向側には、固定部材５０が設けられている。固定部材５０は略円盤状を成しており、ハウジング６０の内周面に固定されている。固定部材５０は検出部２０の上面２２に当接している。上述の如く、検出部２０の下面２１は伝達部３０の後端３２が検出部２０に当接している。これにより、検出部２０は、固定部材５０によってＹ２方向への変位が規制されている。そして、検出部２０は伝達部３０の後端３２と固定部材５０とによって挟まれて、伝達部３０からの軸方向Ｙの荷重が検出部２０に伝達されるように構成されている。なお、ハウジング６０のＹ２方向端部は開口しており、回路部７０の信号端子５１を保持するコネクタ８０が取り付けられている。コネクタ８０は図示しないハーネスを介してＥＣＵに接続されている。

ハウジング６０の外周部には、シリンダヘッド１０２に固定される固定部４０が備えられている。固定部４０は、ハウジング６０の軸方向Ｙの略中央に設けられている。固定部４０にはらせん状の溝が形成されている。一方、シリンダヘッド１０２に形成された有底孔１０３の内壁面において開口部１０５側には、らせん状の溝からなる被固定部１０６が形成されている。そして、固定部４０は被固定部１０６に螺合するように構成されている。さらに、ハウジング６０の先端被覆部６１の外側面６１ｂは有底孔１０３の底部１０４に当接している。底部１０４はすり鉢状に形成されており、外側面６１ｂが確実に底部１０４に当接するように構成されている。そして、先端被覆部６１は、燃焼圧による有底孔１０３の底部１０４の弾性変形（歪み）に追従して弾性変形可能となっている。そして、当該弾性変形に基づいて、伝達部３０が軸方向Ｙに変位可能となっている。

燃焼圧センサ１の取り付け態様は以下の通りである。まず、燃焼圧センサ１の先端、すなわち、受圧部１０から有底孔１０３に挿入される。そして、受圧部１０が底部１０４に当接するまで、固定部４０を被固定部１０６に螺合させて燃焼圧センサ１を螺入する。これにより、燃焼圧センサ１は有底孔１０３の所定位置に配設されてシリンダヘッド１０２に取り付けられることとなる。

有底孔１０３は、底部１０４の反対側の面１０４ａが燃焼室１０１内に面することとなる位置に形成されている。有底孔１０３の深さ（すなわち、シリンダヘッド１０２の外側表面１０２ａと底部１０４との軸方向Ｙにおける距離）は、シリンダヘッド１０２の厚さ、燃焼室１０１の形状、有底孔１０３の形成容易性などを考慮して適宜決定することができる。固定部４０のＹ１側端部（下端）４０ａから底部１０４までの距離ｈは、伝達部３０の変位量を確保できる大きさであればよい。有底孔１０３の内径は、固定部４０よりも先端側（Ｙ１方向）におけるハウジング６０の外径よりも若干大きくなっている。

本例の燃焼圧センサ１による燃焼圧の検出態様は以下の通りである。
まず、燃焼室１０１内の燃焼圧が変化すると、シリンダヘッド１０２に弾性変形（歪み）が生じる。これに伴って、有底孔１０３の底部１０４にも弾性変形（歪み）が生じる。そして、受圧部１０は底部１０４に当接しているため、底部１０４の弾性変形に基づいて、受圧部１０が変位することとなる。これにより、受圧部１０に当接している伝達部３０が軸方向Ｙに変位し、検出部２０に負荷されている荷重が変化する。検出部２０は、当該荷重の変化を検知し、検知した荷重の変化量に基づいて燃焼圧を検出する。

次に、本例の燃焼圧センサ１における作用効果について、詳述する。
燃焼圧センサ１によれば、受圧部１０はシリンダヘッド１０２の外側に開口する有底孔１０３の底部１０４に当接しており、底部１０４から燃焼圧を受けるように構成されている。そのため、受圧部１０が燃焼室１０１内に露出することがない。これにより、受圧部１０とシリンダヘッド１０２との間に燃焼室１０１内の燃料や潤滑油の残渣に由来するデポジット等が堆積することがない。その結果、燃焼圧センサ１において、経時的に燃焼圧の検出精度が低下することが防止される。また、燃焼圧センサ１では、有底孔１０３の底部１０４の弾性変形（歪み）を検知して燃焼圧を検出しているため、有底孔１０３が形成されていないシリンダヘッドの外表面の弾性変形を検知する場合に比べて、受圧部１０の変位量を確保しやすいことから検出精度に優れる。

また、本例では、燃焼圧センサ１は、検出部２０を形成する荷重検出器２０ａと、伝達部３０を形成する棒状部材３０ａと、荷重検出器２０ａと棒状部材３０ａとを保持するハウジング６０とを備える。そして、受圧部１０はハウジング６０に形成された伝達部３０（棒状部材３０ａ）の先端３１を覆う先端被覆部６１からなり、伝達部３０（棒状部材３０ａ）の先端３１は受圧部１０（先端被覆部６１）の内側面６１ａに当接しており、伝達部３０（棒状部材３０ａ）の後端３２には検出部２０（荷重検出器２０ａ）が接続されている。荷重検出器２０ａは燃焼圧により受圧部１０を介して伝達部３０（棒状部材３０ａ）に生じた荷重の変化を検知して燃焼圧を検出するように構成されている。これにより、伝達部３０（棒状部材３０ａ）全体がハウジング６０に内包されるため、燃焼圧センサ１の取扱いが容易となり、組み付け作業性が向上する。

本例では、検出部２０として圧電素子からなる荷重検出器２０ａを採用したが、荷重を電気的信号に変換できる構成の荷重検出器であれば良く、例えば、歪みゲージからなる荷重検出器を採用することもできる。

なお、本例では、固定部４０は、有底孔１０３の内壁面に形成された被固定部１０６に固定されるように構成されていることとした。これにより、シリンダヘッド１０２に固定用の孔等の機構を別途設けることなく、燃焼圧センサ１を固定することができるため、燃焼圧センサ１の設置スペースを小さくすることができる。また、燃焼圧センサ１に別途固定用の部材を設ける必要がないため、燃焼圧センサ１の小型化に寄与する。なお、固定部４０による固定方法は、本例の方法に限定されず、公知の方法を適宜適用することができる。

以上のごとく、本例によれば、経時的に燃焼圧の検出精度が低下することが防止される燃焼圧センサ１を提供することができる。

（実施例２）
本例の燃焼圧センサ１は、図２に示すように、ハウジング６０が伝達部３０の側面２３の少なくとも一部（本例では、側面１３の全部）を覆うとともに、ハウジング６０と伝達部３０の側面２３との間には緩衝部材２５が設けられている。伝達部３０の側面２３における軸方向Ｙの略中央には環状に形成された環状凹部２４が設けられている。緩衝部材２５としての樹脂製のＯリングが環状凹部２４に嵌装されている。本例では、緩衝部材２５は環状凹部２４に嵌装された状態で、ハウジング６０の内面６２に接している。

本例の燃焼圧センサ１によれば、ハウジング６０と伝達部３０の側面２３との間に設けられた緩衝部材２５により、伝達部３０の軸方向Ｙの変位を規制することなく軸方向Ｙに交差する方向への伝達部３０のブレが抑制される。これにより、内燃機関の振動に基づくノイズを低減して、伝達部３０による燃焼圧の伝達精度を一層向上することができ、燃焼圧の検出精度の一層の向上を図ることができる。なお、本例においても、実施例１の場合の作用効果と同等の作用効果を奏する。

なお、緩衝部材２５は、Ｏリングに限らず、伝達部３０の側面２３とハウジング６０の内面６２との間に設けられて、伝達部３０の軸方向Ｙの変位を規制することなく軸方向Ｙに交差する方向への伝達部３０のブレを抑制するものであればよい。また、緩衝部材２５を設ける位置は、伝達部３０の軸方向Ｙの変位を規制することなく軸方向Ｙに交差する方向への伝達部３０のブレを抑制することができる位置であればよい。また、複数の緩衝部材２５を軸方向Ｙに異なる位置に設けることとしてもよい。

（実施例３）
本例の燃焼圧センサ１は、図３に示すように、検出部２０を形成する荷重検出器２０ａと、伝達部３０を形成する棒状部材３０ａと、荷重検出器２０ａと棒状部材３０ａとを保持するハウジング６０とを備える。そして、受圧部１０はハウジング６０から露出された棒状部材３０ａの先端３１０からなり、棒状部材３０ａの後端３２には荷重検出器２０ａが接続されている。荷重検出器２０ａは燃焼圧により受圧部１０を介して棒状部材３０ａに生じた荷重の変化を検知して燃焼圧を検出するように構成されている。

すなわち、本例の燃焼圧センサ１では、実施例１における先端被覆部６１（図１参照）が形成されておらず、ハウジング６０のＹ１方向の端部に開口するよう形成された端部開口部６３を介して、伝達部３０（棒状部材３０ａ）の先端３１０がハウジング６０の外側に露出して底部１０４に当接している。なお、実施例１の場合と同等の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。本例の燃焼圧センサ１によれば、実施例１において先端被覆部６１が形成されていることによる作用効果を除いて、実施例１の場合と同等の作用効果を奏する。

１ 燃焼圧センサ
１０ 受圧部
１５ 緩衝部材
２０ 検出部
３０ 伝達部
４０ 固定部
６０ ハウジング
６１ 先端被覆部
１０３ 有底孔
１０４ 底部
１０６ 被固定部

Claims (4)

1. 内燃機関（１００）の燃焼室（１０１）内における燃焼圧を検出するための燃焼圧センサ（１）であって、
   上記燃焼室（１０１）を構成するシリンダヘッド（１０２）の外側に開口するように該シリンダヘッド（１０２）に形成された有底孔（１０３）の底部（１０４）に当接して上記燃焼室（１０１）内における燃焼圧を受けるように構成された受圧部（１０）と、
   該受圧部（１０）が受けた燃焼圧を検出する検出部（２０）と、
   上記受圧部（１０）が受けた燃焼圧を上記検出部（２０）に伝達する伝達部（３０）と、
   上記シリンダヘッド（１０２）に固定可能な固定部（４０）と、
   を備えることを特徴とする燃焼圧センサ（１）。
2. 上記検出部（２０）を形成する荷重検出器（２０ａ）と、上記伝達部（３０）を形成する棒状部材（３０ａ）と、上記荷重検出器（２０ａ）と上記棒状部材（３０ａ）とを保持するハウジング（６０）とを備え、上記受圧部（１０）は、上記棒状部材（３０ａ）の先端（３１）を覆うとともに上記ハウジング（６０）に形成された先端被覆部（６１）からなり、上記棒状部材（３０ａ）の先端（３１）は上記受圧部（１０）の内側面（６１ａ）に当接しており、上記棒状部材（３０ａ）の後端（３２）には上記荷重検出器（２０ａ）が接続されて、該荷重検出器（２０ａ）は上記燃焼圧により上記受圧部（１０）を介して上記棒状部材（３０ａ）に生じた荷重の変化を検知して上記燃焼圧を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼圧センサ（１）。
3. 上記検出部（２０）を形成する荷重検出器（２０ａ）と、上記伝達部（３０）を形成する棒状部材（３０ａ）と、上記荷重検出器（２０ａ）と上記棒状部材（３０ａ）とを保持するハウジング（６０）とを備え、上記受圧部（１０）は上記ハウジング（６０）から露出された上記棒状部材（３０ａ）の先端（３１０）からなり、上記棒状部材（３０ａ）の後端（３２）には上記荷重検出器（２０ａ）が接続されて、該荷重検出器（２０ａ）は上記燃焼圧により上記受圧部（１０）を介して上記棒状部材（３０ａ）に生じた荷重の変化を検知して上記燃焼圧を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼圧センサ（１）。
4. 上記ハウジング（６０）は上記伝達部（３０）の側面（３３）の少なくとも一部を覆うとともに、上記ハウジング（６０）と上記伝達部（３０）の側面（３３）との間には緩衝部材（３５）が設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の燃焼圧センサ（１）。

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