JP2017090097A - 筒内圧センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】筒内圧センサにおいて、固有振動数の調整を行いやすくする。【解決手段】筒内圧センサ30は、筒状のハウジング31と、可撓性を有し、ハウジング31の一端部に設けられたダイアフラム40と、ダイアフラム40の内面と対向し、ダイアフラム40との間に収容室60を形成する対向部材50と、収容室60に収容されていて、ダイアフラム40の変形に応じて出力信号が変化するセンサ素子70とを備える。この筒内圧センサ30では、対向部材50は、内側管52と外側管53とを有する層状構造をなす筒状の筒部51と、該筒部51の内側に設けられてセンサ素子70が固定された封止部54とを有し、該筒部51には肉取り部としての貫通孔52Aが設けられており、内側管52と外側管53とは、貫通孔52Aよりもダイアフラムから離間した位置で接合されている。【選択図】図2
Description
本発明は、内燃機関の燃焼室内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサに関する。
特許文献1に記載されている筒内圧センサは、筒状のハウジングと、該ハウジングの先端部に設けられ、燃焼室内の圧力を受けて撓むダイアフラムとを有している。ハウジングの内部には、ダイアフラムと対向する対向部材が設けられている。対向部材は、ハウジングの内部に形成された収容室を構成する一部材である。収容室は、ダイアフラムの内面、ハウジングの内面、及び対向部材のダイアフラムと対向する対向面によって囲まれる空間である。収容室には、センサ素子と力伝達部材とが収容されている。センサ素子は対向部材に固定されている。センサ素子とダイアフラムとは力伝達部材によって連結されている。ダイアフラムに作用した筒内圧は力伝達部材を介してセンサ素子に作用する。センサ素子は、伝達された筒内圧に対応した電気信号を筒内圧センサの回路部に出力する。回路部では、センサ素子から出力される電気信号に基づいて筒内圧を検出する。
筒内圧センサは先端部が燃焼室に露出した状態で配設されるため、その固有振動数によっては、燃焼室内の圧力変動における振動によって筒内圧センサに共振が生じるおそれがある。そのため、筒内圧センサに共振が生じないようにその固有振動数を設定する必要があり、その固有振動数の調整を行いやすくすることが望ましい。しかしながら、特許文献1には、こうした点については何ら開示されておらず、未だ改善の余地がある。
本発明は、筒内圧センサにおける上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、筒内圧センサにおいて、固有振動数の調整を行いやすくすることにある。
上記課題を解決するための筒内圧センサは、筒状のハウジングと、可撓性を有し、前記ハウジングの一端部に設けられたダイアフラムと、前記ダイアフラムの内面と対向し、前記ダイアフラムとの間に収容室を形成する対向部材と、前記収容室に収容されていて、前記ダイアフラムの変形に応じて出力信号が変化するセンサ素子とを備える筒内圧センサであって、前記対向部材は、内側管と外側管とを有する層状構造をなす筒状の筒部と、該筒部の内側に設けられて前記センサ素子が固定された封止部とを有し、該筒部には肉取り部が設けられており、前記内側管と前記外側管とは、前記肉取り部よりも前記ダイアフラムから離間した位置で接合されている。
上記構成では、対向部材の筒部に肉取り部を設けている。肉取り部は、対向部材において振動の伝達経路上に配設されている。対向部材の筒部は、筒内圧センサを構成する他の部品に比べて設計自由度の高い部品であるといえる。そのため、筒内圧センサの固有振動数の調整が行いやすくなる。
また、上記筒内圧センサでは、前記筒部には、前記封止部をその内側に有する第1領域と、前記封止部をその内側に有しない第2領域とがあり、前記肉取り部は、前記第2領域に設けられていることが望ましい。
上記構成によれば、筒部は、センサ素子が固定された封止部を有する第1領域と、肉取り部を設けた第2領域とがあるように、領域毎に機能が分担されているため、封止部を安定的に保持するための剛性確保と筒内圧センサの固有振動数の設定簡易性とを実現することができる。
また、上記筒内圧センサでは、前記肉取り部は、前記筒部の軸線方向における長さに対して該軸線方向に直交する周方向における長さが長いことが望ましい。
対向部材に伝達される振動は、筒部の軸線方向に作用する。肉取り部を振動の伝達方向と直交する方向に長く存在させることにより、効果的に筒内圧センサの固有振動数を低下させることができる。したがって、上記構成によれば、効率良く固有振動数を調節できる。
対向部材に伝達される振動は、筒部の軸線方向に作用する。肉取り部を振動の伝達方向と直交する方向に長く存在させることにより、効果的に筒内圧センサの固有振動数を低下させることができる。したがって、上記構成によれば、効率良く固有振動数を調節できる。
また、上記筒内圧センサでは、前記肉取り部は、貫通孔であることが望ましい。
上記構成によれば、孔加工を施して対向部材の筒部に貫通孔を形成することによって筒内圧センサの固有振動数を変更することができるため、固有振動数の調整が行いやすくなる。
上記構成によれば、孔加工を施して対向部材の筒部に貫通孔を形成することによって筒内圧センサの固有振動数を変更することができるため、固有振動数の調整が行いやすくなる。
筒内圧センサの一実施形態について、図1〜図6を参照して説明する。
図1に示すように、筒内圧センサを備える内燃機関10は、シリンダブロック11を有している。シリンダブロック11には、シリンダ12が形成されている。シリンダ12には、ピストン13が往復動可能に設けられている。シリンダブロック11の上部には、シリンダヘッド14が固定されている。シリンダヘッド14の下面、シリンダ12の内面、及びピストン13の上面によって燃焼室15が区画されている。シリンダヘッド14には、燃焼室15にそれぞれ接続された吸気ポート16及び排気ポート17が設けられている。吸気ポート16には、吸気ポート16と燃焼室15とを連通、遮断する吸気バルブ18が設けられ、排気ポート17には、排気ポート17と燃焼室15とを連通、遮断する排気バルブ19が設けられている。吸気ポート16には、吸気ポート16内に燃料を噴射する燃料噴射弁20が設けられている。吸気ポート16内に噴射された燃料は、吸気と混ぜ合わされて燃焼室15に導入される。シリンダヘッド14には、燃焼室15内に導入された燃料と吸気の混合気を燃焼させるための点火プラグ21が設けられている。燃焼室15内で燃焼した混合気は、排気として排気ポート17から排出される。
図1に示すように、筒内圧センサを備える内燃機関10は、シリンダブロック11を有している。シリンダブロック11には、シリンダ12が形成されている。シリンダ12には、ピストン13が往復動可能に設けられている。シリンダブロック11の上部には、シリンダヘッド14が固定されている。シリンダヘッド14の下面、シリンダ12の内面、及びピストン13の上面によって燃焼室15が区画されている。シリンダヘッド14には、燃焼室15にそれぞれ接続された吸気ポート16及び排気ポート17が設けられている。吸気ポート16には、吸気ポート16と燃焼室15とを連通、遮断する吸気バルブ18が設けられ、排気ポート17には、排気ポート17と燃焼室15とを連通、遮断する排気バルブ19が設けられている。吸気ポート16には、吸気ポート16内に燃料を噴射する燃料噴射弁20が設けられている。吸気ポート16内に噴射された燃料は、吸気と混ぜ合わされて燃焼室15に導入される。シリンダヘッド14には、燃焼室15内に導入された燃料と吸気の混合気を燃焼させるための点火プラグ21が設けられている。燃焼室15内で燃焼した混合気は、排気として排気ポート17から排出される。
シリンダヘッド14には、筒内圧センサ30が設けられている。筒内圧センサ30は、一端部が燃焼室15内に露出した状態で設けられており、燃焼室15内の圧力である筒内圧を検出する。内燃機関10の制御装置22には、筒内圧センサ30等の各種センサから出力された信号が入力される。制御装置22は、これらの信号に基づいて燃料噴射弁20における燃料噴射量の制御や、点火プラグ21における点火時期の制御を行う。
図2に示すように、筒内圧センサ30は、筒状のハウジング31を有している。ハウジング31の一端部には、可撓性を有するダイアフラム40が設けられている。ダイアフラム40は、例えば金属からなり、ハウジング31の一端部を塞いでいる。ダイアフラム40は、本体部41と、該本体部41からハウジング31の内部に向けて筒状に延出された延出部42とを有している。延出部42は、ハウジング31の内面から離間している。本体部41の外周面には、外方に拡径し、その外周面がハウジング31の外周面と略面一となるフランジ43が設けられている。フランジ43はハウジング31の一端に溶接等によって接合されている。これにより、ハウジング31にダイアフラム40が固定されている。本体部41の中心部分であって、延出部42によって囲まれる部分は、ハウジング31側の内面が凹んだ凹状をなし、この凹状の部分が第1収容空間44を構成している。この第1収容空間44によって本体部41の中心部分は、その肉厚がその周縁部分の肉厚に比して薄くなっており、この中心部分が筒内圧を受けて撓む可撓部41Aを構成している。可撓部41Aは、ハウジング31側(図2の下方)に湾曲した形状をなしている。
延出部42には、対向部材50が挿通されている。対向部材50は、内側管52と外側管53との二層構造をなす筒状の筒部51と、該筒部51の内側に設けられた封止部54とを有している。筒部51の外側管53の外径は、延出部42の内径と略同径である。外側管53には、外周面から外方に突出した係止部53Aが形成されており、該係止部53Aは延出部42の先端部に当接している。係止部53Aと延出部42の先端とは例えば溶接により接合され、これにより、延出部42に対向部材50が固定されている。延出部42の軸方向長さと、外側管53の延出部42に挿通されている部分の軸方向長さ、すなわち外側管53における係止部53Aから延出部42に挿通されている側の一端までの長さは略同一である。内側管52は、その外径が外側管53の内径と略同径であり、該外側管53と略同じ軸方向長さを有している。内側管52は外側管53に対してそれらの軸線方向においてダイアフラム40から離間する側に少しずれた位置に配設されている。なお、筒部51では、ダイアフラム40から離間する側の端部(図2の下端部)は他の部材が内側に設けられていない中空状の自由端となっている。
封止部54は、円柱状をなし、内側管52におけるダイアフラム40側の一端部(図2の上端部)に内設されている。封止部54は内側管52の内部を封止している。封止部54は、絶縁性を有しており、例えばガラスから構成されている。筒部51は例えば金属からなる。封止部54のダイアフラム40側の端面は、外側管53の内面と内側管52の端面とによって第2収容空間55を構成しており、対向部材50のダイアフラム40側の一端面(図2の上端面)がダイアフラム40の内面と対向している。第1収容空間44と第2収容空間55とは互いに連通しており、ダイアフラム40と対向部材50との間には、第1収容空間44と第2収容空間55とによって収容室60が形成されている。
筒部51には、封止部54をその内側に有する第1領域R1と、封止部54をその内側に有しない第2領域R2とがある。内側管52における第2領域R2を構成している部分には、複数の貫通孔52Aが形成されている。内側管52は、図3に示す四角平板状のシート部材90から構成されている。シート部材90には、例えばプレス加工によって肉を取ることにより、その短手方向(図3の左右方向)における端面から切り欠かれた形状の切り欠き孔90Aが形成されている。切り欠き孔90Aは、シート部材90において前記短手方向における一端部(右端部)から切り欠かれた切り欠き孔90Aと、他端部(左端部)から切り欠かれた切り欠き孔90Aとが、該シート部材90の長手方向(図3の上下方向)において交互に設けられている。切り欠き孔90Aは、前記長手方向における長さに対して前記短手方向における長さが長く、前記長手方向から見たときに各切り欠き孔90Aは先端部同士が互いに重なっている。各切り欠き孔90Aは、長手方向においてその中心よりも一端部側(下端部側)に設けられている。このシート部材90は、前記短手方向における両端部が互いに接合されて筒状に丸め成形される。これにより、内側管52が構成されるとともに、各切り欠き孔90Aの切り欠かれた端部が塞がれて、貫通孔52Aが形成される。なお、こうしてシート部材90が筒状に丸め成形されたときには、前記長手方向と筒部51の軸線方向とは同じ方向になり、前記短手方向と筒部51の前記軸線方向に直交する周方向とは同じ方向になる。したがって、上述した構成の切り欠き孔90Aからなる貫通孔52Aは、筒部51の軸線方向における長さに対して該筒部51の周方向における長さが長くなっており、この貫通孔52Aが肉抜き部として機能する。また、外側管53も同様にシート部材を筒状に丸め成形することによって形成されている。
図2に示すように、内側管52の下端は、例えば溶接により外側管53の外周面に接合されている。この内側管52と外側管53との接合部56は、周方向全周に亘って形成されている。各貫通孔52Aの全体は、前記軸線方向(図2の上下方向)において外側管53と内側管52との接合部56よりもダイアフラム40側に設けられており、内側管52と外側管53とは貫通孔52Aよりダイアフラム40から離間した位置で接合されている。なお、貫通孔52A、すなわち切り欠き孔90Aの形状及び位置は、筒内圧センサ30の固有振動数Aが所望の値になるように予め実験やシミュレーションなどによって設定されている。筒内圧センサ30の固有振動数Aの設定方法としては、例えば、まず、燃焼室15内にノッキングが生じているときの圧力変動の振動数と、プレイグニッションが生じているときの圧力変動の振動数とを予め実験やシミュレーションなどによって求める。そして、これら求められた各振動数に基づいて筒内圧センサ30の固有振動数Aの目標値を設定する。その後、固有振動数Aが当該目標値となるように貫通孔52Aの形状や位置を実験やシミュレーションなどによって決定する。本実施形態では、筒内圧センサ30の固有振動数Aが、燃焼室15内にノッキングが生じているときの圧力変動の振動数(例えば52kHz)と、燃焼室15内にプレイグニッションが生じているときの圧力変動の振動数(例えば300kHz)との間の値になるように設定されている(52kHz<A<300kHz)。より好ましくは、固有振動数Aが100kHzから250kHzの間の値になるように設定されている(100kHz<A<250kHz)。更に好ましくは、固有振動数Aが150kHzから200kHzの間の値になるように設定されている(150kHz<A<200kHz)。
図2に示すように、収容室60には、センサ素子70と力伝達部材80とが収容されている。センサ素子70は、一端面が対向部材50の封止部54に固定されている。センサ素子70の他端面には、ガラスブロック81が固定されている。ガラスブロック81とダイアフラム40との間には、ロッド82が配設されている。ガラスブロック81とロッド82とによって力伝達部材80が構成されている。ロッド82は、断熱性を有し、例えばセラミックスから構成されている。ロッド82は、ダイアフラム40の可撓部41Aに当接しており、その当接面が湾曲した形状をなしている。
図4に示すように、センサ素子70は、例えばシリコンなどからなり、略直方体形状の基台部71を有する。基台部71におけるガラスブロック81が固定される他端面71Aには、メサ型の突出部であり、作用する荷重に応じて抵抗値が変化するメサ部72が形成されている。メサ部72は、該他端面71Aに2つの溝73を形成することにより構成されている。ガラスブロック81は、これらメサ部72及び溝73を覆うように配設され、例えば陽極接合によって基台部71に固定されている。基台部71には、メサ部72を挟むようにして一対の電極74が設けられている。一方の電極74にはメサ部72の一端が電気的に接続され、他方の電極74にはメサ部72の他端が電気的に接続されている。
図2に示すように、各電極74には、リード線75が接続されている。リード線75は、封止部54を貫通して延びる細長状の端子32にそれぞれ接続されている。各端子32は、筒内圧センサ30の回路部33に接続されている。回路部33には、定電流源を有し、一定の電流が流れるように制御されている定電流回路33Aが設けられている。センサ素子70の一対の電極74は、リード線75を介して回路部33の定電流回路33Aに接続され、センサ素子70には一定の電流が供給されている。筒内圧センサ30が内燃機関10に組付けられた状態では、筒内圧がダイアフラム40に作用する。筒内圧に応じてダイアフラム40の可撓部41Aがハウジング31側(図2の下方)に撓むと、図4に矢印で示すようにロッド82を介してガラスブロック81がセンサ素子70側に押される。センサ素子70に荷重が作用すると、メサ部72の抵抗値が変化して、一対の電極74間に発生している電圧が変化する。この電圧に対応した信号は回路部33に出力され、該回路部33によって筒内圧が検出される。
次に、図5及び図6を参照して、本実施形態の作用について説明する。
内燃機関10の運転状態によって燃焼室15内の圧力は変動する。そのため、燃焼室15内の圧力変動における振動数も種々変化する。内燃機関10の燃焼室15内の圧力変動における振動数が筒内圧センサ30の固有振動数Aに近づくと、筒内圧センサ30に共振が生じる。筒内圧センサ30に共振が生じると、ダイアフラム40等の構成部品が振動し、筒内圧センサ30の動作が不安定になるおそれがある。したがって、筒内圧センサ30において共振を抑制することを考慮した固有振動数Aの設定が重要となる。筒内圧センサ30では、例えば、ロッド82を長くしたり細くしたりすることは耐久性の低下を招くおそれがあり、センサ素子70の形状についても種々の制約がある。本実施形態では、筒内圧センサ30を構成する他の部品に比べて制約の少なく、設計自由度の高い部品であるといえる対向部材50の筒部51に貫通孔52Aを形成している。筒部51は、内側管52と外側管53とを有する層状構造をなしており、貫通孔52Aは、内側管52において、内側管52と外側管53とを接合する接合部56よりもダイアフラム40側に設けられている。図5に示すように、本実施形態において、ダイアフラム40に作用した筒内圧に起因する振動は、力伝達部材80、及びセンサ素子70に伝達され、対向部材50を通じてハウジング31に伝達される。対向部材50では、振動は、封止部54、内側管52、接合部56を介して外側管53に伝達される。貫通孔52Aは、振動の伝達経路に設けられており、対向部材50に貫通孔52Aが設けられることにより、対向部材50のばね定数が小さくなる。そのため、筒内圧センサ30の固有振動数Aは低下することになる。本実施形態では、この貫通孔52Aによって該筒内圧センサ30の固有振動数Aを、燃焼室15内にノッキングが生じているときの圧力変動の振動数と、燃焼室15内にプレイグニッションが生じているときの圧力変動の振動数との間の値になるように設定している。内燃機関10の運転時には、燃焼室15内に様々な周波数の振動が発生するが、プレイグニッションが発生していないときの通常運転時では、燃焼室15内の圧力における振動数はノッキングが発生しているときに最大となり、ノッキングが生じていないときにはそれよりも小さい振動数となる。そのため、本実施形態のように、ノッキングが生じているときの振動数(例えば52kHz)よりも固有振動数Aを大きくすることで、内燃機関10の通常運転時に筒内圧センサ30が共振することが抑えられる。なお、ノッキングが生じているときの振動数は、内燃機関10の構造や運転状態によって変化するものであるため、上述した振動数に限定されるものではないことは言うまでもない。また、プレイグニッションが生じているときの燃焼室15内の圧力変動における振動数は、ノッキングが生じているときの燃焼室15内の圧力変動における振動数よりも大きくなる。さらに、プレイグニッションが生じたときには、筒内圧が高くなり、燃焼室15内の圧力変動における振動の振幅が大きくなる。そのため、仮にこの振動によって筒内圧センサ30に共振が生じると、筒内圧センサ30の構成部品に生じる振動の振幅が大きくなるおそれがある。本実施形態では、プレイグニッションが生じているときの振動数(例えば300kHz)よりも固有振動数Aを小さくしているため、内燃機関10にプレイグニッションが生じた場合であっても筒内圧センサ30が共振することを抑えられる。すなわち、図6に実線で示すように、プレイグニッションが生じているときのセンサ素子70に作用する荷重の振幅M2は、図6に一点鎖線で示すように、プレイグニッションによって共振が生じた場合の荷重の振幅M1に比して小さくなり、筒内圧センサ30の動作が不安定化することが好適に抑えられる。なお、プレイグニッションが生じているときの振動数は、内燃機関10の構造や運転状態によって変化するものであるため、上述した振動数に限定されるものではないことは言うまでもない。
内燃機関10の運転状態によって燃焼室15内の圧力は変動する。そのため、燃焼室15内の圧力変動における振動数も種々変化する。内燃機関10の燃焼室15内の圧力変動における振動数が筒内圧センサ30の固有振動数Aに近づくと、筒内圧センサ30に共振が生じる。筒内圧センサ30に共振が生じると、ダイアフラム40等の構成部品が振動し、筒内圧センサ30の動作が不安定になるおそれがある。したがって、筒内圧センサ30において共振を抑制することを考慮した固有振動数Aの設定が重要となる。筒内圧センサ30では、例えば、ロッド82を長くしたり細くしたりすることは耐久性の低下を招くおそれがあり、センサ素子70の形状についても種々の制約がある。本実施形態では、筒内圧センサ30を構成する他の部品に比べて制約の少なく、設計自由度の高い部品であるといえる対向部材50の筒部51に貫通孔52Aを形成している。筒部51は、内側管52と外側管53とを有する層状構造をなしており、貫通孔52Aは、内側管52において、内側管52と外側管53とを接合する接合部56よりもダイアフラム40側に設けられている。図5に示すように、本実施形態において、ダイアフラム40に作用した筒内圧に起因する振動は、力伝達部材80、及びセンサ素子70に伝達され、対向部材50を通じてハウジング31に伝達される。対向部材50では、振動は、封止部54、内側管52、接合部56を介して外側管53に伝達される。貫通孔52Aは、振動の伝達経路に設けられており、対向部材50に貫通孔52Aが設けられることにより、対向部材50のばね定数が小さくなる。そのため、筒内圧センサ30の固有振動数Aは低下することになる。本実施形態では、この貫通孔52Aによって該筒内圧センサ30の固有振動数Aを、燃焼室15内にノッキングが生じているときの圧力変動の振動数と、燃焼室15内にプレイグニッションが生じているときの圧力変動の振動数との間の値になるように設定している。内燃機関10の運転時には、燃焼室15内に様々な周波数の振動が発生するが、プレイグニッションが発生していないときの通常運転時では、燃焼室15内の圧力における振動数はノッキングが発生しているときに最大となり、ノッキングが生じていないときにはそれよりも小さい振動数となる。そのため、本実施形態のように、ノッキングが生じているときの振動数(例えば52kHz)よりも固有振動数Aを大きくすることで、内燃機関10の通常運転時に筒内圧センサ30が共振することが抑えられる。なお、ノッキングが生じているときの振動数は、内燃機関10の構造や運転状態によって変化するものであるため、上述した振動数に限定されるものではないことは言うまでもない。また、プレイグニッションが生じているときの燃焼室15内の圧力変動における振動数は、ノッキングが生じているときの燃焼室15内の圧力変動における振動数よりも大きくなる。さらに、プレイグニッションが生じたときには、筒内圧が高くなり、燃焼室15内の圧力変動における振動の振幅が大きくなる。そのため、仮にこの振動によって筒内圧センサ30に共振が生じると、筒内圧センサ30の構成部品に生じる振動の振幅が大きくなるおそれがある。本実施形態では、プレイグニッションが生じているときの振動数(例えば300kHz)よりも固有振動数Aを小さくしているため、内燃機関10にプレイグニッションが生じた場合であっても筒内圧センサ30が共振することを抑えられる。すなわち、図6に実線で示すように、プレイグニッションが生じているときのセンサ素子70に作用する荷重の振幅M2は、図6に一点鎖線で示すように、プレイグニッションによって共振が生じた場合の荷重の振幅M1に比して小さくなり、筒内圧センサ30の動作が不安定化することが好適に抑えられる。なお、プレイグニッションが生じているときの振動数は、内燃機関10の構造や運転状態によって変化するものであるため、上述した振動数に限定されるものではないことは言うまでもない。
本実施形態では、筒部51の第2領域R2に貫通孔52Aを設けているため、筒部51は、センサ素子70が固定された封止部54を有する第1領域R1と、貫通孔52Aを設けた第2領域R2とがあるように、領域R1,R2毎に機能が分担される。
また、対向部材50に伝達される振動は、筒部51の軸線方向に作用する。この点、貫通孔52Aは筒部51の前記軸線方向における長さに対して前記周方向における長さが長くなっているため、筒部51のばね定数を低下させやすく、効果的に筒内圧センサ30の固有振動数Aが低下する。
シート部材90に孔加工を施すことによって対向部材50の内側管52に肉取り部としての貫通孔52Aを備える筒部51を形成することができ、これにより筒内圧センサ30の固有振動数Aを変更できる。
以上説明した一実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
(1)対向部材50の筒部51に貫通孔52Aが設けられており、筒部51の内側管52と外側管53とは、貫通孔52Aよりもダイアフラム40から離間した位置で接合されているため、筒内圧センサ30の固有振動数Aの調整が行いやすくなる。
(1)対向部材50の筒部51に貫通孔52Aが設けられており、筒部51の内側管52と外側管53とは、貫通孔52Aよりもダイアフラム40から離間した位置で接合されているため、筒内圧センサ30の固有振動数Aの調整が行いやすくなる。
(2)筒部51の第2領域R2に貫通孔52Aが設けられており、封止部54を安定的に保持するための剛性確保と筒内圧センサ30の固有振動数Aの設定簡易性とを実現することができる。
(3)貫通孔52Aは前記軸線方向における長さに対して前記周方向における長さが長いため、効率良く固有振動数Aを調節できる。
(4)筒部51に肉取り部として貫通孔52Aが設けられており、固有振動数Aの調整が行いやすくなる。
(4)筒部51に肉取り部として貫通孔52Aが設けられており、固有振動数Aの調整が行いやすくなる。
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。また、以下の変更例は、可能であれば互いに適宜組み合わせて実施することもできる。
・力伝達部材80は、例えば以下構成を備える場合には省略することができる。すなわち、ダイアフラム40に、可撓部41Aの内面から対向部材50側に突出した突出部を設ける。該突出部は、センサ素子70の前記他端面71Aに固定されている。この構成では、ダイアフラム40とセンサ素子70とが直接連結されるため、ダイアフラム40の変形に伴いセンサ素子70に直接荷重が作用する。
・力伝達部材80は、例えば以下構成を備える場合には省略することができる。すなわち、ダイアフラム40に、可撓部41Aの内面から対向部材50側に突出した突出部を設ける。該突出部は、センサ素子70の前記他端面71Aに固定されている。この構成では、ダイアフラム40とセンサ素子70とが直接連結されるため、ダイアフラム40の変形に伴いセンサ素子70に直接荷重が作用する。
・ダイアフラム40の延出部42は省略することができる。この場合には、ハウジング31の内径と略同径になるように対向部材50の外径を設定し、該対向部材50によってハウジング31の内部の前記軸線方向における一部を閉塞する。この構成では、ダイアフラム40の内面、ハウジング31の内面、及び対向部材50のダイアフラム40と対向する端面によって収容室60が構成される。
・内側管52の構成は上述したものに限られず、例えば以下のように変更してもよい。
図7に示すように、内側管52を構成するシート部材190には、例えばプレス加工によって肉を取ることにより、肉取り孔190Aが形成されている。肉取り孔190Aは、シート部材190の長手方向(図7の上下方向)における長さに対して該長手方向に直交するシート部材190の短手方向(図7の左右方向)における長さが長い長孔である。シート部材190には、中心線Lを境界として前記短手方向における一端側(右端側)の領域に前記長手方向に並んだ二つの肉取り孔190Aが設けられており、中心線Lを境界として前記短手方向における他端側(左端側)の領域に前記長手方向に並んだ二つの肉取り孔190Aが設けられている。なお、前記長手方向に並んで設けられる肉取り孔190Aの数は適宜変更可能であることは言うまでもない。一端側(右端側)の領域に設けられた肉取り孔190Aと他端側(左端側)の領域に設けられた肉取り孔190Aとは、前記長手方向において互いにずれた位置に配設されている。このシート部材190の前記短手方向における両端部が互いに当接するように筒状に丸め成形することによって、肉取り部が設けられた内側管52を形成することができる。これにより、前記長手方向と筒部51の軸線方向とは同じ方向になり、前記短手方向と筒部51の周方向とは同じ方向になる。
図7に示すように、内側管52を構成するシート部材190には、例えばプレス加工によって肉を取ることにより、肉取り孔190Aが形成されている。肉取り孔190Aは、シート部材190の長手方向(図7の上下方向)における長さに対して該長手方向に直交するシート部材190の短手方向(図7の左右方向)における長さが長い長孔である。シート部材190には、中心線Lを境界として前記短手方向における一端側(右端側)の領域に前記長手方向に並んだ二つの肉取り孔190Aが設けられており、中心線Lを境界として前記短手方向における他端側(左端側)の領域に前記長手方向に並んだ二つの肉取り孔190Aが設けられている。なお、前記長手方向に並んで設けられる肉取り孔190Aの数は適宜変更可能であることは言うまでもない。一端側(右端側)の領域に設けられた肉取り孔190Aと他端側(左端側)の領域に設けられた肉取り孔190Aとは、前記長手方向において互いにずれた位置に配設されている。このシート部材190の前記短手方向における両端部が互いに当接するように筒状に丸め成形することによって、肉取り部が設けられた内側管52を形成することができる。これにより、前記長手方向と筒部51の軸線方向とは同じ方向になり、前記短手方向と筒部51の周方向とは同じ方向になる。
また、図8に示すように、内側管52を構成するシート部材290には、例えばプレス加工によって肉を取ることにより、肉取り孔290Aが形成されている。肉取り孔290Aは、略真円形状をなし、複数の肉取り孔290Aがシート部材290の長手方向(図8の上下方向)に直交するシート部材290の短手方向(図8の左右方向)に近接して配設されている。これら近接して配設された複数の肉取り孔290Aによって、シート部材290には肉取り孔群R3が形成されている。肉取り孔群R3はそれぞれ1つの肉取り部とみなすことができ、肉取り孔群R3の前記長手方向における長さに対して肉取り孔群R3の前記短手方向における長さが長くなっている。なお、肉取り孔群R3の前記長手方向における長さは、各肉取り孔290Aの前記長手方向における長さの合計値としてみなすことができ、肉取り孔群R3の前記短手方向における長さは、各肉取り孔290Aの前記短手方向における長さと同じ長さとみなすことができる。各肉取り孔群R3の配設態様は、図7に示した肉取り孔190Aの配設態様と略同一である。なお、互いに近接配置されて群をなす複数の肉取り孔290Aの数は適宜変更可能である。このシート部材290の前記短手方向における両端部が互いに当接するように筒状に丸め成形することによって、肉取り部が設けられた内側管52を形成することができる。これにより、前記長手方向と筒部51の軸線方向とは同じ方向になり、前記短手方向と筒部51の周方向とは同じ方向になる。また、図7に示す肉取り孔190Aにしても、図8に示す肉取り孔290Aにしても、中心線Lを境界として一端側(右端側)の領域に設けられた肉取り孔190A,290Aと、他端側(左端側)の領域に設けられた肉取り孔190A,290Aとが前記長手方向において互いに重なる位置や、互いに同様の位置に設けられていてもよい。
また、図9に示すように、内側管52を構成するシート部材390に、肉取り孔群R4を形成してもよい。肉取り孔群R4は、シート部材390の短手方向(図9の左右方向)に3つ並んで配置された肉取り孔390Aと、前記短手方向に2つ並んで配置された肉取り孔390Bとからなる。各肉取り孔390A,390Bは略真円形状をなしている。各肉取り孔390Aは、シート部材390の長手方向(図9の上下方向)と前記短手方向とにおいて互いに同じ間隔を隔てて配置されている。また、各肉取り孔390Bは、各肉取り孔390Aの間に配置され、前記長手方向と前記短手方向において互いに同じ間隔を隔てて配置されている。各肉取り孔390Bの中心から近接する複数の肉取り孔390Aの中心までの距離は等しくなっている。肉取り孔群R4は肉取り部を構成しており、各肉取り孔390A,390Bの前記長手方向における長さの合計値である該肉取り孔群R4の前記長手方向における長さと、前記短手方向における各肉取り孔390A,390Bの長さの合計値である該肉取り孔群R4の前記短手方向における長さとは等しくなっている。このシート部材390の前記短手方向における両端部を互いに接合して筒状に丸め成形することによっても、肉取り部が設けられた内側管52を形成することができる。こうした構成のシート部材390では、各肉取り孔390A,390Bの配設態様によって均一に丸め成形がしやすく、内側管52の成形性が高められている。
また、図10に示すように、シート部材490に複数の肉取り孔490Aを形成してもよい。各肉取り孔490Aは、その直径がd1からなる略真円形状をなしている。各肉取り孔490Aはシート部材490の短手方向(図10の左右方向)において上述した直径d1と略同じ長さである距離d2(d1=d2)だけ離間して配置されている。シート部材490において、前記短手方向の各端に近接して設けられた各肉取り孔490Aから該端までの距離d3は、前記直径d1の半分の長さに設定されている。このシート部材490を前記短手方向における両端部を互いに接合して筒状に丸め成形することにより、肉取り部が設けられた内側管52を形成することができる。これにより、前記短手方向と筒部51の周方向とが同じ方向になる。なお、シート部材490により筒部51が形成された状態では、上記端同士が接合されて各端に近接して設けられた肉取り孔490A同士の間隔が距離d2(=直径d1)と同じになるため、各肉取り孔490Aが前記周方向において該肉取り孔490Aの直径と等しい間隔で配置されることになる。そのため、筒部51は、周方向において、肉取り部と肉取り部ではない部分とが半分ずつの割合で存在することになる。このシート部材490であっても、上記シート部材390と同様に、均一に丸め成形がしやすくなり、内側管52の成形性が高められる。なお、図9に示す肉取り孔390A,390Bにしても、図10に示す肉取り孔490Aにしても、その個数、形状は変更可能である。例えば、各肉取り孔390A,390B,490Aの形状を、長円形状、菱形状、及び多角形状にしてもよい。
・シート部材90,190,290,390,490を筒状に丸め成形することによって内側管52を形成したが、内側管52の形成方法はこうしたものに限られない。また、外側管53もシート部材を筒状に丸め成形することによって形成したが、外側管53の形成方法も上述したものに限られない。例えば、金属のブロック体を切削して筒状の内側管52や外側管53を形成してもよい。こうした構成では、筒状に形成した内側管52に適宜孔加工を施すことにより貫通孔52Aを形成することができる。
・肉取り部として内側管52に貫通孔52Aや肉取り孔190A,290A,390A,390B,490A等の孔を設けたが、肉取り部の構成はこうした孔構成に限られない。例えば、肉取り部として内側管52に他の部分よりも肉厚の薄い薄肉構成の薄肉部を設けてもよい。
・肉取り部を内側管52ではなく外側管53に設けてもよい。また、肉取り部を内側管52及び外側管53の双方に設けてもよい。なお、外側管53に肉取り部を設ける場合には、該肉取り部を外側管53における係止部53Aから接合部56までの領域に設けることが望ましい。
・係止部53Aを、筒部51の第1領域R1に設けてもよい。
・貫通孔52Aの数は一つであってもよい。
・前記軸線方向において、肉取り部を接合部56に跨った位置に設けてもよい。
・貫通孔52Aの数は一つであってもよい。
・前記軸線方向において、肉取り部を接合部56に跨った位置に設けてもよい。
・肉取り部は、前記軸線方向における長さと前記周方向における長さとが同じであってもよいし、前記軸線方向における長さに対して前記周方向における長さが短くてもよい。
・肉取り部を筒部51の第2領域R2ではなく第1領域R1に設けてもよい。また、肉取り部を筒部51の第1領域R1及び第2領域R2の双方に設けてもよい。
・肉取り部を筒部51の第2領域R2ではなく第1領域R1に設けてもよい。また、肉取り部を筒部51の第1領域R1及び第2領域R2の双方に設けてもよい。
・第2領域R2を省略して、筒部51を第1領域R1のみによって形成してもよい。すなわち、内側管52、外側管53、及び封止部54のそれぞれの軸方向長さを同じにして、これらを前記軸線方向における位置が同一になるように互いに固定してもよい。
・封止部54と筒部51とを金属材料によって形成する場合には、一体物として構成してもよい。
・筒部51は三層以上の層状構造であってもよい。
・筒部51は三層以上の層状構造であってもよい。
・筒部51は、ダイアフラム40から離間する側の端部が中空状になっていたが、この端部の内部に他の部材が設けられていてもよい。また、他の部材は、その一端部が筒部51の前記端部に挿通されているとともにその他端部がハウジング31に連結されたものであって、該他の部材によって筒部51の前記端部とハウジング31とが連結されていてもよい。この場合には、筒部51の前記端部は自由端ではなく固定端となる。
・内側管52と外側管53とを接合態様は、内側管52の一端と外側管53の外周面との接合に限られず、例えば、内側管52の内周面と外側管53の外周面との接合であってもよい。この場合であっても、その接合部は、肉取り部よりもダイアフラム40から離間した位置に配設する。
・筒内圧センサ30の固有振動数Aの設定態様は適宜変更可能である。例えば、ノッキングが生じているときの振動数よりも固有振動数Aを小さくしてもよい。この構成では、少なくともプレイグニッションが生じているときに筒内圧センサ30に共振が生じることを抑えることができる。また、内燃機関10の通常運転領域における振動数の最小値(例えば、アイドル運転時における振動数)よりも固有振動数Aを小さくしてもよい。
・シート部材90,190,290,390,490の寸法や形状は適宜変更が可能である。例えば、シート部材90,190,290,390,490は、筒状に丸め成形したときに、前記軸線方向の長さよりも前記周方向の長さの方が長くなるように長方形板状に形成してもよいし、正方形板状に形成してもよい。
10…内燃機関、11…シリンダブロック、12…シリンダ、13…ピストン、14…シリンダヘッド、15…燃焼室、16…吸気ポート、17…排気ポート、18…吸気バルブ、19…排気バルブ、20…燃料噴射弁、21…点火プラグ、22…制御装置、30…筒内圧センサ、31…ハウジング、32…端子、33…回路部、33A…定電流回路、40…ダイアフラム、41…本体部、41A…可撓部、42…延出部、43…フランジ、44…第1収容空間、50…対向部材、51…筒部、52…内側管、52A…貫通孔(肉取り部)、53…外側管、53A…係止部、54…封止部、55…第2収容空間、56…接合部、60…収容室、70…センサ素子、71…基台部、71A…他端面、72…メサ部、73…溝、74…電極、75…リード線、80…力伝達部材、81…ガラスブロック、82…ロッド、90,190,290,390,490…シート部材、90A…切り欠き孔、190A,290A,390A,390B,490A…肉取り孔。
Claims (4)
- 筒状のハウジングと、
可撓性を有し、前記ハウジングの一端部に設けられたダイアフラムと、
前記ダイアフラムの内面と対向し、前記ダイアフラムとの間に収容室を形成する対向部材と、
前記収容室に収容されていて、前記ダイアフラムの変形に応じて出力信号が変化するセンサ素子と
を備える筒内圧センサであって、
前記対向部材は、内側管と外側管とを有する層状構造をなす筒状の筒部と、該筒部の内側に設けられて前記センサ素子が固定された封止部とを有し、該筒部には肉取り部が設けられており、前記内側管と前記外側管とは、前記肉取り部よりも前記ダイアフラムから離間した位置で接合されている筒内圧センサ。 - 前記筒部には、前記封止部をその内側に有する第1領域と、前記封止部をその内側に有しない第2領域とがあり、
前記肉取り部は、前記第2領域に設けられている
請求項1に記載の筒内圧センサ。 - 前記肉取り部は、前記筒部の軸線方向における長さに対して該軸線方向に直交する周方向における長さが長い
請求項1または2に記載の筒内圧センサ。 - 前記肉取り部は、貫通孔である
請求項1〜3のいずれか一項に記載の筒内圧センサ。
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