JP2017116352A - Thermal strain measuring method and thermal strain measuring apparatus - Google Patents

Thermal strain measuring method and thermal strain measuring apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To acquire change in pressure caused by thermal expansion of a diaphragm with an apparatus not being equipped to an actual pressure measurement target.SOLUTION: A thermal strain measuring apparatus 500 includes: an XYZ stage 510 that holds a pressure detector 5 having a diaphragm head for detecting a pressure; a laser irradiation section 520 that irradiates the diaphragm head of the pressure detector 5 held to the XYZ stage 510 with a laser beam Bm; a cover 530 over the XYZ stage 510; and a data analysis section 540 that analyzes an output signal (data) sent from the pressure detector 5 held to the XYZ stage 510 and calculates an irradiation pressure change amount corresponding to a thermal strain.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、感圧素子を用いた機器の熱歪測定方法および熱歪測定装置に関する。   The present invention relates to a thermal strain measuring method and a thermal strain measuring apparatus for equipment using a pressure sensitive element.

従来、内燃機関に装着されて燃焼室内の圧力を検出するために、圧力を計測する感圧素子として圧電体を構成要素とする圧電素子を用いた圧電型圧力検出装置や、感圧素子としてひずみゲージを用いたピエゾ抵抗型圧力検出装置、感圧素子として離間した電極を用いた静電容量型圧力検出装置が知られている。
例えば特許文献1には、筒状のハウジングと、ハウジングの先端側に設けられるダイアフラムと、ハウジング内の軸方向であってダイアフラムの後端側に配置され、ダイアフラムを介して作用する圧力を検知する圧電素子と、ハウジング内の軸方向であってダイアフラムと圧電素子との間にて圧電素子に当接して設けられ、ダイアフラムを介して作用する圧力を圧電素子に伝達する圧力伝達部と、圧力伝達部をハウジングの軸方向に向けて加圧するようにハウジングに固定されることで圧電素子に荷重を作用させる加圧部材と、を備える圧力検出装置が記載されている。
Conventionally, in order to detect the pressure in a combustion chamber mounted on an internal combustion engine, a piezoelectric pressure detecting device using a piezoelectric element having a piezoelectric body as a pressure-sensitive element for measuring pressure, or a strain as a pressure-sensitive element. Piezoresistive pressure detectors using gauges, and capacitive pressure detectors using spaced electrodes as pressure sensitive elements are known.
For example, in Patent Document 1, a cylindrical housing, a diaphragm provided on the front end side of the housing, and an axial direction in the housing that is disposed on the rear end side of the diaphragm and detects pressure acting through the diaphragm. A pressure transmitting portion that is provided in contact with the piezoelectric element in the axial direction in the housing and between the diaphragm and the piezoelectric element, and that transmits the pressure acting through the diaphragm to the piezoelectric element; There is described a pressure detection device including a pressure member that applies a load to a piezoelectric element by being fixed to the housing so as to pressurize the portion in the axial direction of the housing.

特開2013−205307号公報JP 2013-205307 A

ここで、ダイアフラムが受けた圧力を感圧素子に伝達する構成を採用した場合、ダイアフラムに圧力とともに熱が加えられると、ダイアフラムが熱膨張によって変形し、ダイアフラムから感圧素子に伝達される圧力が、本来伝達されるべき大きさに比べて増加または減少するという事態が生じる。すると、感圧素子の変形量に応じて変化する出力が、本来出力されるべき大きさに比べて増加または減少することになってしまい、感圧素子の出力に基づいて求められる圧力に誤差が含まれることになってしまう。   Here, when a configuration is adopted in which the pressure received by the diaphragm is transmitted to the pressure sensitive element, when heat is applied to the diaphragm together with the pressure, the diaphragm is deformed by thermal expansion, and the pressure transmitted from the diaphragm to the pressure sensitive element is reduced. In other words, there is a situation where the size is increased or decreased compared to the size that should be transmitted. Then, the output that changes in accordance with the amount of deformation of the pressure-sensitive element will increase or decrease compared to the size that should be output, and there is an error in the pressure required based on the output of the pressure-sensitive element. Will be included.

このような現象は、それぞれの機器において生じるが、その圧力の変化の大きさは、部品の精度や部品の取り付け精度等により、機器毎に異なる。このため、機器毎に、ダイアフラムの熱膨張に起因して生じる圧力の変化に関する評価基準の設定が求められている。   Such a phenomenon occurs in each device, but the magnitude of the change in pressure varies from device to device depending on the accuracy of components, the accuracy of component mounting, and the like. For this reason, the setting of the evaluation standard regarding the change of the pressure resulting from the thermal expansion of a diaphragm is calculated | required for every apparatus.

本発明は、実際の圧力の測定対象に機器を装着しない状態で、ダイアフラムの熱膨張に起因して生じる圧力の変化を取得することを目的とする。   An object of this invention is to acquire the change of the pressure resulting from the thermal expansion of a diaphragm in the state which does not mount an apparatus on the measurement object of an actual pressure.

かかる目的のもと、本発明の熱歪測定方法は、外部からの圧力を受けて変形するダイアフラムと当該ダイアフラムを介して作用する圧力に応じた出力を発生する感圧素子とを有する機器の当該ダイアフラムに対し、レーザ光を照射する照射工程と、前記ダイアフラムにレーザ光が照射された前記感圧素子から取得した出力を用いて、当該感圧素子に生じた圧力変化を算出する算出工程とを含む。
ここで、前記照射工程では、集光したレーザ光をレーザ光の焦点から外れた位置にて前記ダイアフラムに照射するとよい。
また、前記照射工程では、レーザ光の焦点よりも遠い位置にてレーザ光を前記ダイアフラムに照射するとよい。
さらに、前記照射工程では、レーザ光の焦点よりも近い位置にてレーザ光を前記ダイアフラムに照射するとよい。
さらにまた、前記照射工程では、集光したレーザ光をレーザ光の焦点位置にて前記ダイアフラムに照射するとよい。
そして、前記照射工程では、トップハットパターンを呈するレーザ光を前記ダイアフラムに照射するとよい。
また、他の観点から捉えると、本発明の熱歪測定装置は、外部からの圧力を受けて変形するダイアフラムと当該ダイアフラムを介して作用する圧力に応じた出力を発生する感圧素子とを有する機器が取り付けられる取付部と、前記取付部に取り付けられた前記機器の前記ダイアフラムに対し、レーザ光を照射する照射部と、前記ダイアフラムにレーザ光が照射された前記感圧素子から取得した出力を用いて、当該感圧素子に生じた圧力変化を算出する算出部とを含む。
ここで、前記照射部は、レーザを発振させる発振器と、当該発振器が発振したレーザ光を導く導光部と、当該導光部にて導かれたレーザ光を前記機器の前記ダイアフラムに射出する射出部とを含むとよい。
また、前記射出部は、レーザ光を集光するとともに、レーザ光の焦点から外れた位置にてレーザ光を前記ダイアフラムに照射するとよい。
さらに、前記射出部は、レーザ光を集光するとともに、レーザ光の焦点位置にてレーザ光を前記ダイアフラムに照射するとよい。
さらにまた、前記導光部は、ガウシアンパターンを呈するレーザ光を、トップハットパターンを呈するレーザ光として出力する方形ファイバからなるとよい。
For this purpose, the thermal strain measurement method of the present invention is a method for measuring a device having a diaphragm that is deformed by an external pressure and a pressure-sensitive element that generates an output corresponding to the pressure acting through the diaphragm. An irradiation step of irradiating the diaphragm with laser light, and a calculation step of calculating a pressure change generated in the pressure sensitive element using an output obtained from the pressure sensitive element irradiated with the laser light on the diaphragm. Including.
Here, in the irradiation step, the diaphragm may be irradiated with the focused laser beam at a position out of the focus of the laser beam.
Moreover, in the said irradiation process, it is good to irradiate a laser beam to the said diaphragm in the position far from the focus of a laser beam.
Further, in the irradiation step, the diaphragm may be irradiated with laser light at a position closer to the focal point of the laser light.
Furthermore, in the irradiation step, the diaphragm may be irradiated with the focused laser beam at the focal position of the laser beam.
And in the said irradiation process, it is good to irradiate the said diaphragm with the laser beam which exhibits a top hat pattern.
From another point of view, the thermal strain measuring device of the present invention includes a diaphragm that is deformed by receiving pressure from the outside, and a pressure-sensitive element that generates an output corresponding to the pressure acting through the diaphragm. A mounting part to which a device is mounted, an irradiation unit that irradiates laser light to the diaphragm of the device that is mounted to the mounting part, and an output obtained from the pressure-sensitive element in which the diaphragm is irradiated with laser light. And a calculating unit that calculates a change in pressure generated in the pressure sensitive element.
Here, the irradiation unit includes an oscillator that oscillates a laser, a light guide unit that guides laser light oscillated by the oscillator, and an emission that emits the laser beam guided by the light guide unit to the diaphragm of the device. Part.
Moreover, the said emission part is good to irradiate a laser beam to the said diaphragm in the position which remove | deviated from the focus of a laser beam while condensing a laser beam.
Further, the emitting unit may focus the laser beam and irradiate the diaphragm with the laser beam at a focal position of the laser beam.
Furthermore, the light guide section may be formed of a square fiber that outputs laser light having a Gaussian pattern as laser light having a top hat pattern.

本発明によれば、実際の圧力の測定対象に機器を装着しない状態で、ダイアフラムの熱膨張に起因して生じる圧力の変化を取得することができる。   According to the present invention, it is possible to acquire a change in pressure caused by the thermal expansion of a diaphragm in a state where an actual pressure measurement target is not mounted.

内燃機関の概略構成図である。It is a schematic block diagram of an internal combustion engine. 図1のII部の拡大図である。It is an enlarged view of the II section of FIG. 圧力検出装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a pressure detection apparatus. 図3のIV−IV部の断面図であるIt is sectional drawing of the IV-IV part of FIG. 図4のV部の拡大図である。It is an enlarged view of the V section of FIG. (a)は、内燃機関に装着された圧力検出装置による筒内圧力の測定結果の一例を示す図であり、(b)は、(a)に示す筒内圧力の測定結果から得た圧力誤差の算出結果の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the measurement result of the cylinder pressure by the pressure detection apparatus with which the internal combustion engine was mounted | worn, (b) is the pressure error obtained from the measurement result of the cylinder pressure shown to (a) It is a figure which shows an example of a calculation result. 本実施の形態の圧力検出装置における熱歪の発生メカニズムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the generation | occurrence | production mechanism of the thermal strain in the pressure detection apparatus of this Embodiment. 本実施の形態の熱歪測定装置の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the thermal-strain measuring apparatus of this Embodiment. 熱歪測定装置におけるレーザ射出部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the laser emission part in a thermal-strain measuring apparatus. (a)、(b)は、熱歪測定装置におけるレーザビームと圧力検出装置のダイアフラムヘッドとの関係を説明するための図である。(A), (b) is a figure for demonstrating the relationship between the laser beam in a thermal-strain measuring apparatus, and the diaphragm head of a pressure detection apparatus. (a)〜(d)は、4つの異なる圧力検出装置を、共通の内燃機関に装着して得られた実機圧力誤差の算出結果を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the calculation result of the real machine pressure error obtained by mounting | wearing a common internal combustion engine with four different pressure detection apparatuses. (a)〜(d)は、4つの異なる圧力検出装置を、共通の熱歪測定装置に装着して得られた照射圧力変化量の測定結果を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the measurement result of the irradiation pressure variation | change_quantity obtained by mounting | wearing a common thermal strain measuring apparatus with four different pressure detection apparatuses. レーザ出力を一定としたときの、実機圧力誤差測定結果と照射圧力変化量測定結果との相関を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the correlation with an actual machine pressure error measurement result and irradiation pressure variation | change_quantity measurement result when a laser output is made constant. レーザ出力を異ならせたときの、実機圧力誤差測定結果と照射圧力変化量測定結果との相関を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the correlation with an actual machine pressure error measurement result when a laser output is varied, and an irradiation pressure change amount measurement result.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係る内燃機関1の概略構成図である。
図2は、図1のII部の拡大図である。
内燃機関1は、シリンダ2aを有するシリンダブロック2と、シリンダ2a内を往復動するピストン3と、シリンダブロック2に締結されてシリンダ2aおよびピストン3などとともに燃焼室Cを形成するシリンダヘッド4と、を備えている。また、内燃機関1は、シリンダヘッド4に装着されて燃焼室C内の圧力を検出する圧力検出装置5と、圧力検出装置5が検出した圧力に基づいて内燃機関1の作動を制御する制御装置6と、圧力検出装置5とシリンダヘッド4との間に介在して燃焼室C内の気密性を保つためのシール部材7と、圧力検出装置5と制御装置6との間で電気信号を伝送する伝送ケーブル8と、を備えている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine 1 according to the present embodiment.
FIG. 2 is an enlarged view of a portion II in FIG.
The internal combustion engine 1 includes a cylinder block 2 having a cylinder 2a, a piston 3 that reciprocates in the cylinder 2a, a cylinder head 4 that is fastened to the cylinder block 2 and forms a combustion chamber C together with the cylinder 2a, the piston 3, and the like, It has. The internal combustion engine 1 is mounted on the cylinder head 4 to detect the pressure in the combustion chamber C, and a control device that controls the operation of the internal combustion engine 1 based on the pressure detected by the pressure detection device 5. 6, an electric signal is transmitted between the pressure detection device 5 and the control device 6, and between the pressure detection device 5 and the control device 6, which is interposed between the pressure detection device 5 and the cylinder head 4 and maintains the airtightness in the combustion chamber C. A transmission cable 8.

シリンダヘッド4には、燃焼室Cと外部とを連通する連通孔4aが形成されている。連通孔4aは、燃焼室C側から、第1の孔部4bと、第1の孔部4bの孔径から徐々に径が拡大している傾斜部4cと、第1の孔部4bの孔径よりも孔径が大きい第2の孔部4dと、を有している。第2の孔部4dを形成する周囲の壁には、圧力検出装置5に形成された後述するハウジング30の雄ねじ332aがねじ込まれる雌ねじ4eが形成されている。   The cylinder head 4 is formed with a communication hole 4a that allows the combustion chamber C to communicate with the outside. The communication hole 4a includes, from the combustion chamber C side, a first hole 4b, an inclined portion 4c whose diameter gradually increases from the hole diameter of the first hole 4b, and a hole diameter of the first hole 4b. And a second hole portion 4d having a large hole diameter. A female screw 4e into which a male screw 332a of the housing 30 (described later) formed in the pressure detection device 5 is screwed is formed on the surrounding wall forming the second hole 4d.

以下に、機器の一例としての圧力検出装置5について詳述する。
図3は、圧力検出装置5の概略構成図である。図4は、図3のIV−IV部の断面図である。図5は、図4のV部の拡大図である。
圧力検出装置5は、燃焼室C内の圧力を電気信号に変換する圧電素子10を有するセンサ部100と、センサ部100からの電気信号を処理する信号処理部200と、信号処理部200を保持する保持部材300と、を備えている。この圧力検出装置5をシリンダヘッド4に装着する際には、センサ部100の後述するダイアフラムヘッド40の方から先に、シリンダヘッド4に形成された連通孔4aに挿入していく。以下の説明において、図4の左側を圧力検出装置5の先端側、右側を圧力検出装置5の後端側とする。
Below, the pressure detection apparatus 5 as an example of an apparatus is explained in full detail.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the pressure detection device 5. 4 is a cross-sectional view taken along a line IV-IV in FIG. FIG. 5 is an enlarged view of a portion V in FIG.
The pressure detection device 5 includes a sensor unit 100 having a piezoelectric element 10 that converts the pressure in the combustion chamber C into an electric signal, a signal processing unit 200 that processes an electric signal from the sensor unit 100, and a signal processing unit 200. Holding member 300. When the pressure detection device 5 is mounted on the cylinder head 4, the diaphragm head 40 (described later) of the sensor unit 100 is inserted into the communication hole 4 a formed in the cylinder head 4 first. In the following description, the left side of FIG. 4 is the front end side of the pressure detection device 5, and the right side is the rear end side of the pressure detection device 5.

先ずは、センサ部100について説明する。
センサ部100は、受けた圧力を電気信号に変換する圧電素子10と、筒状であってその内部に圧電素子10などを収納する円柱状の孔が形成されたハウジング30と、を備えている。以下では、ハウジング30に形成された円柱状の孔の中心線方向を、単に中心線方向と称す。
また、センサ部100は、ハウジング30における先端側の開口部を塞ぐように設けられて、燃焼室C内の圧力が作用するダイアフラムヘッド40と、ダイアフラムヘッド40と圧電素子10との間に設けられた第1の電極部50と、圧電素子10に対して第1の電極部50とは反対側に配置された第2の電極部55と、を備えている。
First, the sensor unit 100 will be described.
The sensor unit 100 includes a piezoelectric element 10 that converts received pressure into an electrical signal, and a housing 30 that is cylindrical and in which a cylindrical hole that accommodates the piezoelectric element 10 and the like is formed. . Hereinafter, the center line direction of the cylindrical hole formed in the housing 30 is simply referred to as a center line direction.
The sensor unit 100 is provided so as to close the opening on the distal end side of the housing 30, and is provided between the diaphragm head 40 on which the pressure in the combustion chamber C acts, and between the diaphragm head 40 and the piezoelectric element 10. The first electrode unit 50 and the second electrode unit 55 disposed on the opposite side of the piezoelectric element 10 from the first electrode unit 50 are provided.

また、センサ部100は、第2の電極部55を電気的に絶縁するアルミナセラミック製の絶縁リング60と、絶縁リング60よりも後端側に設けられて、信号処理部200の後述する覆い部材23の端部を支持する支持部材65と、第2の電極部55と後述する伝導部材22との間に介在するコイルスプリング70と、を備えている。
また、センサ部100は、第1の電極部50、圧電素子10、第2の電極部55、絶縁リング60および支持部材65などの外周を覆うとともに、第1の電極部50の先端側の面と接触して第1の電極部50を加圧する加圧部材80を備えている。
In addition, the sensor unit 100 is provided with an insulating ring 60 made of alumina ceramic that electrically insulates the second electrode unit 55 and a rear end side of the insulating ring 60, and a covering member described later of the signal processing unit 200. 23, and a coil spring 70 interposed between the second electrode portion 55 and the conductive member 22 described later.
The sensor unit 100 covers the outer periphery of the first electrode unit 50, the piezoelectric element 10, the second electrode unit 55, the insulating ring 60, the support member 65, and the like, and the surface on the distal end side of the first electrode unit 50. And a pressing member 80 that pressurizes the first electrode unit 50 in contact therewith.

感圧素子の一例としての圧電素子10は、圧電縦効果の圧電作用を示す圧電体を有している。圧電縦効果とは、圧電体の電荷発生軸と同一方向の応力印加軸に外力を作用させると、電荷発生軸方向の圧電体の表面に電荷が発生する作用をいう。本実施形態に係る圧電素子10は、中心線方向が応力印加軸の方向となるようにハウジング30内に収納されている。   A piezoelectric element 10 as an example of a pressure sensitive element has a piezoelectric body that exhibits a piezoelectric action of a piezoelectric longitudinal effect. The piezoelectric longitudinal effect refers to the action of generating charges on the surface of the piezoelectric body in the direction of the charge generation axis when an external force is applied to the stress application axis in the same direction as the charge generation axis of the piezoelectric body. The piezoelectric element 10 according to the present embodiment is housed in the housing 30 so that the center line direction is the direction of the stress application axis.

次に、圧電素子10に圧電横効果を利用した場合を例示する。圧電横効果とは、圧電体の電荷発生軸に対して直交する位置にある応力印加軸に外力を作用させると、電荷発生軸方向の圧電体の表面に電荷が発生する作用をいう。薄板状に薄く形成した圧電体を複数枚積層して構成しても良く、このように積層することで、圧電体に発生する電荷を効率的に集めてセンサの感度を上げることができる。圧電単結晶としては、圧電縦効果及び圧電横効果を有するランガサイト系結晶(ランガサイト、ランガテイト、ランガナイト、LGTA)や水晶、ガリウムリン酸塩などを使用することを例示することができる。なお、本実施形態の圧電素子10には、圧電体としてランガサイト単結晶を用いている。   Next, a case where the piezoelectric lateral effect is used for the piezoelectric element 10 will be illustrated. The piezoelectric transverse effect is an action in which charges are generated on the surface of the piezoelectric body in the direction of the charge generation axis when an external force is applied to the stress application axis at a position orthogonal to the charge generation axis of the piezoelectric body. A plurality of thinly formed piezoelectric bodies may be laminated, and by laminating in this way, the charge generated in the piezoelectric bodies can be efficiently collected to increase the sensitivity of the sensor. Examples of the piezoelectric single crystal include the use of a langasite crystal (a langasite, langagate, langanite, LGTA) having a piezoelectric longitudinal effect and a piezoelectric transverse effect, quartz, gallium phosphate, and the like. In the piezoelectric element 10 of the present embodiment, a langasite single crystal is used as the piezoelectric body.

ハウジング30は、先端側に設けられた第1のハウジング31と、後端側に設けられた第2のハウジング32と、を有する。
第1のハウジング31は、基本的に円筒状の部材であり、外周面には、中心線方向の中央部に、外周面から突出する突出部315が周方向の全域に渡って設けられている。突出部315は、先端部に、先端側から後端側にかけて徐々に径が大きくなる傾斜面315aを有し、後端部に、中心線方向に垂直な垂直面315bを有している。第1のハウジング31の内周面は、加圧部材80の外周面がしまりばめで嵌合(圧入)されるように、その内径が加圧部材80の外周面の径以下となるように設定されている。
The housing 30 includes a first housing 31 provided on the front end side and a second housing 32 provided on the rear end side.
The first housing 31 is basically a cylindrical member, and the outer peripheral surface is provided with a protruding portion 315 protruding from the outer peripheral surface in the central portion in the center line direction over the entire region in the circumferential direction. . The protrusion 315 has an inclined surface 315a whose diameter gradually increases from the front end side to the rear end side at the front end portion, and a vertical surface 315b perpendicular to the center line direction at the rear end portion. The inner peripheral surface of the first housing 31 is set so that its inner diameter is equal to or less than the diameter of the outer peripheral surface of the pressure member 80 so that the outer peripheral surface of the pressure member 80 is fitted (press-fitted) with an interference fit. Has been.

第2のハウジング32は、内部に、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された円柱状の孔320が形成された筒状の部材であり、外部に、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された外周面330が設けられている。
孔320は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第1の孔321と、第1の孔321の孔径よりも小さな孔径の第2の孔322と、第2の孔322の孔径よりも大きな孔径の第3の孔323と、第3の孔323の孔径よりも大きな孔径の第4の孔324と、第4の孔324の孔径よりも大きな孔径の第5の孔325と、から構成される。
第2のハウジング32における先端部は、第1のハウジング31における後端部にしまりばめで嵌合(圧入)されるように、第1の孔321の孔径は、第1のハウジング31の外周面の径以下となるように設定されている。
The second housing 32 is a cylindrical member having a cylindrical hole 320 formed therein so that the diameter gradually changes from the front end side to the rear end side, and from the front end side to the outside. An outer peripheral surface 330 is provided so that the diameters are gradually changed toward the rear end side.
The hole 320 includes a first hole 321, a second hole 322 having a smaller diameter than the first hole 321, and a hole diameter of the second hole 322, which are sequentially formed from the front end side to the rear end side. A third hole 323 having a larger hole diameter, a fourth hole 324 having a larger hole diameter than the third hole 323, and a fifth hole 325 having a larger hole diameter than the fourth hole 324. Composed.
The diameter of the first hole 321 is the outer peripheral surface of the first housing 31 so that the front end of the second housing 32 is fitted (press-fit) to the rear end of the first housing 31 with an interference fit. The diameter is set to be equal to or less than.

外周面330は、先端側から後端側にかけて、第1の外周面331と、第1の外周面331の外径よりも大きな外径の第2の外周面332と、第2の外周面332の外径よりも大きな外径の第3の外周面333と、第3の外周面333の外径よりも大きな外径の第4の外周面334と、第4の外周面334の外径よりも小さな外径の第5の外周面335と、から構成される。第2の外周面332における先端部には、シリンダヘッド4の雌ねじ4eにねじ込まれる雄ねじ332aが形成されている。第3の外周面333には、後述する第1のシール部材71がすきまばめで嵌め込まれ、第3の外周面333の外径と第1のシール部材71の内径との寸法公差は、例えば零から0.2mmとなるように設定される。第4の外周面334における後端部は、周方向に等間隔に6つの面取りを有する正六角柱に形成されている。この正六角柱に形成された部位が、圧力検出装置5をシリンダヘッド4に締め付ける際に、締付用の工具が嵌め込まれ、工具に付与された回転力が伝達される部位となる。第5の外周面335における中心線方向の中央部には、外周面から凹んだ凹部335aが全周に渡って形成されている。   The outer peripheral surface 330 has a first outer peripheral surface 331, a second outer peripheral surface 332 having an outer diameter larger than the outer diameter of the first outer peripheral surface 331, and a second outer peripheral surface 332 from the front end side to the rear end side. Than the outer diameter of the third outer peripheral surface 333, the fourth outer peripheral surface 334 having an outer diameter larger than the outer diameter of the third outer peripheral surface 333, and the outer diameter of the fourth outer peripheral surface 334. And a fifth outer peripheral surface 335 having a small outer diameter. A male screw 332 a that is screwed into the female screw 4 e of the cylinder head 4 is formed at the distal end portion of the second outer peripheral surface 332. A first seal member 71, which will be described later, is fitted into the third outer peripheral surface 333 with a clearance fit, and the dimensional tolerance between the outer diameter of the third outer peripheral surface 333 and the inner diameter of the first seal member 71 is, for example, zero. To 0.2 mm. The rear end portion of the fourth outer peripheral surface 334 is formed as a regular hexagonal column having six chamfers at equal intervals in the circumferential direction. When the pressure detecting device 5 is fastened to the cylinder head 4, the portion formed in the regular hexagonal column is a portion into which a tightening tool is fitted and a rotational force applied to the tool is transmitted. A concave portion 335a that is recessed from the outer peripheral surface is formed over the entire circumference in the center portion of the fifth outer peripheral surface 335 in the center line direction.

また、第2のハウジング32は、第4の孔324から第5の孔325への移行部分であり、第5の孔325における先端部には、信号処理部200の後述する覆い部材23の基板被覆部232における先端側の端面が突き当たる突当面340が設けられている。突当面340には、後述する信号処理部200のプリント配線基板210の第2の接続ピン21bが差し込まれるピン用凹部340aが形成されている。   The second housing 32 is a transition portion from the fourth hole 324 to the fifth hole 325, and a substrate of a cover member 23, which will be described later, of the signal processing unit 200 is provided at the tip of the fifth hole 325. An abutting surface 340 against which an end surface on the front end side of the covering portion 232 abuts is provided. On the abutting surface 340, a pin recess 340a into which a second connection pin 21b of a printed wiring board 210 of the signal processing unit 200 described later is inserted is formed.

第1のハウジング31および第2のハウジング32は、燃焼室Cに近い位置に存在するため、少なくとも、−40〜350〔℃〕の使用温度環境に耐える材料を用いて製作することが望ましい。具体的には、耐熱性の高いステンレス鋼材、例えば、JIS規格のSUS630、SUS316、SUS430等を用いることが望ましい。
また、第1のハウジング31と第2のハウジング32とは、嵌合された後、さらに、溶接により強固に固定される。
Since the first housing 31 and the second housing 32 exist in a position close to the combustion chamber C, it is preferable to manufacture the first housing 31 and the second housing 32 by using a material that can withstand at least a use temperature environment of −40 to 350 [° C.]. Specifically, it is desirable to use a stainless steel material having high heat resistance, for example, JIS standard SUS630, SUS316, SUS430, or the like.
Further, after the first housing 31 and the second housing 32 are fitted, they are further firmly fixed by welding.

ダイアフラムの一例としてのダイアフラムヘッド40は、円筒状の円筒状部41と、円筒状部41の内側に形成された内側部42と、を有している。
円筒状部41における後端部は、ハウジング30の第1のハウジング31における先端部としまりばめで嵌合(圧入)されて、この先端部の内部に入り込む進入部41aと、この先端部における端面31aと同形状に形成され、嵌合された際にこの端面31aが突き当たる突当面41bと、を有している。
内側部42は、円筒状部41における先端側の開口を塞ぐように設けられた円盤状の部材であり、後端側の面における中央部にはこの面から圧電素子10側に突出する突出部42aが設けられている。また、内側部42の、先端側の面における中央部にはこの面から圧電素子10側に凹んだ凹部42bが設けられている。
ダイアフラムヘッド40の材料としては、高温でありかつ高圧となる燃焼室C内に存在するため、弾性が高く、かつ耐久性、耐熱性、耐触性等に優れた合金製であることが望ましく、例えばSUH660であることを例示することができる。
また、ダイアフラムヘッド40と第1のハウジング31とは、嵌合された後、さらに、溶接により強固に固定される。
A diaphragm head 40 as an example of a diaphragm has a cylindrical cylindrical portion 41 and an inner portion 42 formed inside the cylindrical portion 41.
The rear end portion of the cylindrical portion 41 is fitted (press-fitted) into the front end portion of the first housing 31 of the housing 30 with an interference fit, and enters the inside of the front end portion. It has the same shape as 31a, and has an abutting surface 41b against which this end surface 31a abuts when fitted.
The inner part 42 is a disk-shaped member provided so as to close the opening on the front end side in the cylindrical part 41, and a protruding part that protrudes from this surface to the piezoelectric element 10 side at the center part on the rear end side surface. 42a is provided. Further, a concave portion 42b that is recessed from this surface to the piezoelectric element 10 side is provided at the center of the inner portion 42 on the front end side surface.
The material of the diaphragm head 40 is preferably made of an alloy having high elasticity and excellent durability, heat resistance, touch resistance, and the like because it exists in the combustion chamber C at a high temperature and a high pressure. For example, it can be exemplified that SUH660.
Moreover, after the diaphragm head 40 and the first housing 31 are fitted, they are further firmly fixed by welding.

第1の電極部50は、基本的には円柱状の部材であり、先端側の外周には面取りが施されている。そして、先端側の端面がダイアフラムヘッド40の内側部42の突出部42aに設けられた端面42cと、後端側の端面が圧電素子10における先端側の面である第1電極部側端面10aとに接触するように配置される。外周面が加圧部材80の内周面と接触すること、および/または先端側の端面がダイアフラムヘッド40と接触することによって、圧電素子10における先端部は、ハウジング30と電気的に接続される。
第1の電極部50は、燃焼室C内の圧力を圧電素子10に作用させるものであり、圧電素子10側の端面である後端側の端面が圧電素子10の端面の全面を押すことが可能な大きさに形成される。また、第1の電極部50は、ダイアフラムヘッド40から受ける圧力を均等に圧電素子10に作用させることができるように、中心線方向の両端面が平行(中心線方向に直交)かつ平滑面に形成されている。
第1の電極部50の材質としては、ステンレスであることを例示することができる。
The first electrode portion 50 is basically a columnar member, and the outer periphery on the tip side is chamfered. The end surface on the front end side is an end surface 42c provided on the protruding portion 42a of the inner portion 42 of the diaphragm head 40, and the end surface on the rear end side is the end surface 10a on the first electrode portion side that is the front end side surface of the piezoelectric element 10. It arrange | positions so that it may touch. The distal end portion of the piezoelectric element 10 is electrically connected to the housing 30 when the outer peripheral surface is in contact with the inner peripheral surface of the pressure member 80 and / or the end surface on the distal end side is in contact with the diaphragm head 40. .
The first electrode unit 50 applies the pressure in the combustion chamber C to the piezoelectric element 10, and the end surface on the rear end side which is the end surface on the piezoelectric element 10 side presses the entire end surface of the piezoelectric element 10. It is formed in a possible size. Further, the first electrode portion 50 has both end faces in the center line direction parallel (perpendicular to the center line direction) and smooth so that the pressure received from the diaphragm head 40 can be applied to the piezoelectric element 10 evenly. Is formed.
An example of the material of the first electrode unit 50 is stainless steel.

第2の電極部55は、円柱状の部材であり、先端側の端面が圧電素子10における後端側の端面に接触し、一方の端部側の端面が絶縁リング60に接触するように配置される。第2の電極部55における後端側の端面には、この端面から後端側に突出する円柱状の突出部55aが設けられている。突出部55aは、端面側の基端部と、この基端部の外径よりも小さな外径の先端部と、を有する。突出部55aの外径は絶縁リング60の内径よりも小さく設定されるとともに、突出部55aの長さは絶縁リング60の幅(中心線方向の長さ)よりも長く設定され、突出部55aの先端が絶縁リング60から露出している。この第2の電極部55は、第1の電極部50との間で圧電素子10に対して一定の荷重を加えるように作用する部材であり、圧電素子10側の端面は、圧電素子10の端面の全面を押すことが可能な大きさに形成されるとともに平行かつ平滑面に形成されている。第2の電極部55の外径は加圧部材80に設けられた孔の孔径よりも小さくなるように設定されており、第2の電極部55の外周面と第1のハウジング31の内周面との間には隙間がある。
第2の電極部55の材質としては、ステンレスであることを例示することができる。
The second electrode portion 55 is a cylindrical member, and is arranged so that the end surface on the front end side contacts the end surface on the rear end side of the piezoelectric element 10 and the end surface on one end side contacts the insulating ring 60. Is done. A columnar projecting portion 55 a that projects from the end surface to the rear end side is provided on the end surface on the rear end side of the second electrode portion 55. The protrusion 55a has a base end portion on the end face side and a tip end portion having an outer diameter smaller than the outer diameter of the base end portion. The outer diameter of the protruding portion 55a is set smaller than the inner diameter of the insulating ring 60, and the length of the protruding portion 55a is set longer than the width of the insulating ring 60 (the length in the center line direction). The tip is exposed from the insulating ring 60. The second electrode portion 55 is a member that acts so as to apply a certain load to the piezoelectric element 10 with the first electrode portion 50, and the end face on the piezoelectric element 10 side is the surface of the piezoelectric element 10. It is formed in such a size that the entire end surface can be pushed and formed in a parallel and smooth surface. The outer diameter of the second electrode portion 55 is set to be smaller than the hole diameter of the hole provided in the pressure member 80, and the outer peripheral surface of the second electrode portion 55 and the inner periphery of the first housing 31 are set. There is a gap between the faces.
The material of the second electrode portion 55 can be exemplified by stainless steel.

絶縁リング60は、アルミナセラミックス等により形成された円筒状の部材であり、内径(中央部の孔径)は、第2の電極部55の突出部55aの基端部の外径よりもやや大きく、外径は、加圧部材80に設けられた孔の孔径と略同じに設定されている。第2の電極部55は、突出部55aが絶縁リング60の中央部の孔に挿入されて配置されることで、中心位置と加圧部材80に設けられた孔の中心とが同じになるように配置される。   The insulating ring 60 is a cylindrical member formed of alumina ceramic or the like, and the inner diameter (hole diameter at the center) is slightly larger than the outer diameter of the base end portion of the protruding portion 55a of the second electrode portion 55, The outer diameter is set to be approximately the same as the hole diameter of the hole provided in the pressure member 80. The second electrode portion 55 is arranged such that the protruding portion 55 a is inserted into the central hole of the insulating ring 60, so that the center position and the center of the hole provided in the pressure member 80 are the same. Placed in.

支持部材65は、先端側から後端側にかけて、内部に、径が異なる複数の円柱状の孔650が形成され、外周面が同一の、筒状の部材である。
孔650は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第1の孔651と、第1の孔651の孔径よりも大きな孔径の第2の孔652と、第2の孔652の孔径よりも大きな孔径の第3の孔653と、から構成される。第1の孔651の孔径は、第2の電極部55の突出部55aの基端部の外径よりも大きく、この突出部55aが支持部材65の内部まで露出する。第2の孔652の孔径は、後述する信号処理部200の伝導部材22における先端部の外径よりも大きい。第3の孔653の孔径は、後述する信号処理部200の覆い部材23の端部の外径よりも小さく、この覆い部材23が第3の孔653を形成する周囲の壁にしまりばめで嵌合される。これにより、支持部材65は、覆い部材23の端部を支持する部材として機能する。
また、支持部材65の外周面には、加圧部材80に形成された後述する雌ねじ81aにねじ込まれる雄ねじ65aが形成されている。
The support member 65 is a cylindrical member in which a plurality of cylindrical holes 650 having different diameters are formed inside from the front end side to the rear end side, and the outer peripheral surface is the same.
The holes 650 are formed in order from the front end side to the rear end side, based on the first hole 651, the second hole 652 having a larger diameter than the first hole 651, and the hole diameter of the second hole 652. And a third hole 653 having a larger hole diameter. The hole diameter of the first hole 651 is larger than the outer diameter of the base end portion of the protruding portion 55 a of the second electrode portion 55, and the protruding portion 55 a is exposed to the inside of the support member 65. The hole diameter of the second hole 652 is larger than the outer diameter of the distal end portion of the conductive member 22 of the signal processing unit 200 described later. The hole diameter of the third hole 653 is smaller than the outer diameter of the end portion of the covering member 23 of the signal processing unit 200 described later, and the covering member 23 fits into the surrounding wall forming the third hole 653 with an interference fit. Combined. Thereby, the support member 65 functions as a member that supports the end portion of the covering member 23.
Further, on the outer peripheral surface of the support member 65, a male screw 65a to be screwed into a female screw 81a described later formed on the pressure member 80 is formed.

コイルスプリング70は、内径が、第2の電極部55の突出部55aの先端部の外径以上で基端部の外径より小さく、外径が、後述する伝導部材22の挿入孔22aの径よりも小さい。コイルスプリング70の内側に第2の電極部55の突出部55aの先端部が挿入されるとともに、コイルスプリング70は、後述する伝導部材22の挿入孔22aに挿入される。コイルスプリング70の長さは、第2の電極部55と伝導部材22との間に圧縮した状態で介在することができる長さに設定されている。コイルスプリング70の材質としては、弾性が高く、かつ耐久性、耐熱性、耐触性等に優れた合金を用いるとよい。また、コイルスプリング70の表面に金メッキを施すことで、電気伝導を高めるとよい。   The coil spring 70 has an inner diameter that is equal to or larger than the outer diameter of the distal end portion of the protruding portion 55a of the second electrode portion 55 and smaller than the outer diameter of the proximal end portion, and the outer diameter is a diameter of an insertion hole 22a of the conductive member 22 described later. Smaller than. The distal end portion of the protruding portion 55a of the second electrode portion 55 is inserted inside the coil spring 70, and the coil spring 70 is inserted into an insertion hole 22a of the conductive member 22 described later. The length of the coil spring 70 is set to a length that can be interposed in a compressed state between the second electrode portion 55 and the conductive member 22. As a material of the coil spring 70, an alloy having high elasticity and excellent durability, heat resistance, touch resistance and the like may be used. Further, it is preferable to increase electrical conduction by applying gold plating to the surface of the coil spring 70.

加圧部材80は、第1の電極部50、圧電素子10、第2の電極部55、絶縁リング60および支持部材65などの外周を覆う筒状の部位である筒状部81と、この筒状部81における先端部から内側へ延出する延出部82とを有する。筒状部81における後端側の内周面には、支持部材65の外周面に形成された雄ねじ65aがねじ込まれる雌ねじ81aが形成されている。また、延出部82には、ダイアフラムヘッド40の内側部42の突出部42aを通す貫通孔82aが形成されている。さらに、延出部82の後端側には、端面82bが形成されている。なお、筒状部81は、円筒(丸筒)であっても角筒であってもよい。
なお、加圧部材80の筒状部81における後端部が円筒状である場合、その外周面が第1のハウジング31の内周面に対してしまりばめで嵌合(圧入)されるように、その外径が第1のハウジング31の内周面の径以上となるように設定されている。そして、加圧部材80と第1のハウジング31とは、嵌合された後、さらに、溶接により強固に固定される。
The pressing member 80 includes a cylindrical portion 81 that is a cylindrical portion that covers the outer periphery of the first electrode portion 50, the piezoelectric element 10, the second electrode portion 55, the insulating ring 60, the support member 65, and the like, and the cylinder. And an extending portion 82 extending inward from the tip portion of the shaped portion 81. A female screw 81 a into which a male screw 65 a formed on the outer peripheral surface of the support member 65 is screwed is formed on the inner peripheral surface on the rear end side of the cylindrical portion 81. Further, a through hole 82 a through which the protruding portion 42 a of the inner side portion 42 of the diaphragm head 40 passes is formed in the extending portion 82. Further, an end face 82 b is formed on the rear end side of the extending part 82. The tubular portion 81 may be a cylinder (round tube) or a square tube.
When the rear end portion of the cylindrical portion 81 of the pressure member 80 is cylindrical, the outer peripheral surface thereof is fitted (press-fitted) with the inner peripheral surface of the first housing 31 with an interference fit. The outer diameter is set to be equal to or larger than the diameter of the inner peripheral surface of the first housing 31. Then, after the pressurizing member 80 and the first housing 31 are fitted, they are further firmly fixed by welding.

次に、信号処理部200について説明する。
信号処理部200は、センサ部100の圧電素子10から得られる微弱な電荷である電気信号を少なくとも増幅処理する回路基板部21と、圧電素子10に生じた電荷を回路基板部21まで導く棒状の伝導部材22と、これら回路基板部21、伝導部材22などを覆う覆い部材23と、回路基板部21などを密封するOリング24と、を備えている。
Next, the signal processing unit 200 will be described.
The signal processing unit 200 includes a circuit board unit 21 that at least amplifies an electric signal that is a weak charge obtained from the piezoelectric element 10 of the sensor unit 100, and a rod-shaped guide that guides the charge generated in the piezoelectric element 10 to the circuit board unit 21 A conductive member 22, a cover member 23 that covers the circuit board portion 21, the conductive member 22, and the like, and an O-ring 24 that seals the circuit board portion 21 and the like are provided.

回路基板部21は、センサ部100の圧電素子10から得られる微弱な電荷を増幅するための回路を構成する電子部品などが実装されたプリント配線基板210を有する。プリント配線基板210における先端部には、伝導部材22における後端部を電気的に接続するための第1の接続ピン21aと、接地用および位置決め用の第2の接続ピン21bとが半田付けなどにより接続されている。また、プリント配線基板210における後端部には、伝送ケーブル8の先端部のコネクタ8aを介して制御装置6と電気的に接続する第3の接続ピン21cが3つ、半田付けなどにより接続されている。3つの第3の接続ピン21cは、それぞれ、制御装置6からプリント配線基板210への電源電圧およびGND電圧の供給、プリント配線基板210から制御装置6への出力電圧の供給に用いられる。   The circuit board unit 21 includes a printed wiring board 210 on which electronic components constituting a circuit for amplifying a weak charge obtained from the piezoelectric element 10 of the sensor unit 100 are mounted. A first connection pin 21a for electrically connecting a rear end portion of the conductive member 22 and a second connection pin 21b for grounding and positioning are soldered to the front end portion of the printed wiring board 210. Connected by. Further, three third connection pins 21c that are electrically connected to the control device 6 via the connector 8a at the front end of the transmission cable 8 are connected to the rear end of the printed wiring board 210 by soldering or the like. ing. The three third connection pins 21 c are used for supplying a power supply voltage and a GND voltage from the control device 6 to the printed wiring board 210 and for supplying an output voltage from the printed wiring board 210 to the control device 6, respectively.

伝導部材22は、棒状(円柱状)の部材であり、先端部には、第2の電極部55の突出部55aの先端部およびコイルスプリング70が挿入される挿入孔22aが形成されている。伝導部材22における後端部は、回路基板部21のプリント配線基板210に、導線を介して電気的に接続される。伝導部材22の材質としては、真鍮及びベリリウム銅等を例示することができる。この場合、加工性およびコストの観点からは、真鍮が望ましい。これに対して、電気伝導性、高温強度、信頼性の観点からは、ベリリウム銅が望ましい。   The conductive member 22 is a rod-shaped (columnar) member, and an insertion hole 22a into which the distal end portion of the protruding portion 55a of the second electrode portion 55 and the coil spring 70 are inserted is formed at the distal end portion. The rear end portion of the conductive member 22 is electrically connected to the printed wiring board 210 of the circuit board portion 21 via a conductive wire. Examples of the material of the conductive member 22 include brass and beryllium copper. In this case, brass is desirable from the viewpoint of workability and cost. On the other hand, beryllium copper is desirable from the viewpoints of electrical conductivity, high temperature strength, and reliability.

覆い部材23は、伝導部材22の外周を覆う伝導部材被覆部231と、回路基板部21のプリント配線基板210の側面および下面を覆う基板被覆部232と、プリント配線基板210に接続された第3の接続ピン21cの周囲を覆うとともに伝送ケーブル8の先端部のコネクタ8aが嵌め込まれるコネクタ部233と、を有している。   The covering member 23 includes a conductive member covering portion 231 that covers the outer periphery of the conductive member 22, a substrate covering portion 232 that covers the side and bottom surfaces of the printed wiring board 210 of the circuit board portion 21, and a third connected to the printed wiring board 210. And a connector portion 233 into which the connector 8a at the tip of the transmission cable 8 is fitted.

伝導部材被覆部231は、中心線方向には、伝導部材22における先端部を露出するように覆っており、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された外周面240が設けられている。外周面240は、先端側から後端側にかけて、第1の外周面241と、第1の外周面241の外径よりも大きな外径の第2の外周面242と、第2の外周面242の外径よりも大きな外径の第3の外周面243と、第3の外周面243の外径よりも大きな外径の第4の外周面244と、から構成される。第1の外周面241の径は、支持部材65の第3の孔653の孔径よりも大きく、伝導部材被覆部231における先端部が、支持部材65の第3の孔653を形成する周囲の壁にしまりばめで嵌合(圧入)される。第2の外周面242の径は、第2のハウジング32の第2の孔322の孔径よりも小さく形成され、第3の外周面243の径は、第2のハウジング32の第3の孔323の孔径よりも小さく形成されている。また、第4の外周面244の径は、第2のハウジング32の第4の孔324の孔径よりも大きく、伝導部材被覆部231における後端部が、第2のハウジング32の第4の孔324を形成する周囲の壁にしまりばめで嵌合(圧入)される。これらにより、伝導部材被覆部231は、少なくとも中心線方向の両端部が、それぞれ支持部材65、第2のハウジング32に接触することで支持されているので、劣悪な振動環境であっても、伝導部材22に与える悪影響を抑制することができ、振動に起因して伝導部材22の接続部の断線や接触不良等を回避することが可能になっている。   The conductive member covering portion 231 covers the center line direction so as to expose the front end portion of the conductive member 22, and an outer peripheral surface 240 formed so that the diameter gradually changes from the front end side to the rear end side. Is provided. The outer peripheral surface 240 has a first outer peripheral surface 241, a second outer peripheral surface 242 having an outer diameter larger than the outer diameter of the first outer peripheral surface 241, and a second outer peripheral surface 242 from the front end side to the rear end side. A third outer peripheral surface 243 having an outer diameter larger than that of the third outer peripheral surface, and a fourth outer peripheral surface 244 having an outer diameter larger than the outer diameter of the third outer peripheral surface 243. The diameter of the first outer peripheral surface 241 is larger than the diameter of the third hole 653 of the support member 65, and the peripheral wall in which the distal end portion of the conductive member covering portion 231 forms the third hole 653 of the support member 65. It is fitted (press-fit) with a tight fit. The diameter of the second outer peripheral surface 242 is smaller than the diameter of the second hole 322 of the second housing 32, and the diameter of the third outer peripheral surface 243 is the third hole 323 of the second housing 32. It is formed smaller than the hole diameter. The diameter of the fourth outer peripheral surface 244 is larger than the diameter of the fourth hole 324 of the second housing 32, and the rear end portion of the conductive member covering portion 231 is the fourth hole of the second housing 32. It is fitted (press-fit) to the surrounding walls forming 324 with an interference fit. Accordingly, the conductive member covering portion 231 is supported by contacting at least both ends in the center line direction with the support member 65 and the second housing 32, respectively. The adverse effect on the member 22 can be suppressed, and it is possible to avoid disconnection of the connecting portion of the conductive member 22 and poor contact due to vibration.

基板被覆部232は、基本的には円筒状の部位であり、その側面には、プリント配線基板210を内部に設置するための矩形の開口部232aが設けられている。また、基板被覆部232における後端側には、ハウジング30内およびプリント配線基板210設置部を密封するためのOリング24用のリング溝232bが形成されている。   The substrate covering portion 232 is basically a cylindrical portion, and a rectangular opening 232a for installing the printed wiring board 210 therein is provided on the side surface thereof. Further, a ring groove 232b for the O-ring 24 for sealing the inside of the housing 30 and the printed wiring board 210 installation portion is formed on the rear end side of the substrate covering portion 232.

コネクタ部233は、基板被覆部232における後端側の端面232cから突出し、プリント配線基板210に接続された3つの第3の接続ピン21cの周囲を覆うように形成された薄肉の部位である。コネクタ部233における後端部は開口しており、内部に伝送ケーブル8の先端部に設けられたコネクタ8aを受け入れることが可能になっている。また、コネクタ部233における後端側には、内部と外部とを連通する孔233aが形成されており、伝送ケーブル8のコネクタ8aに設けられたフックがこの孔233aに引っ掛ることで、伝送ケーブル8のコネクタ8aがコネクタ部233から脱落することが抑制される。   The connector portion 233 is a thin portion that protrudes from the end surface 232 c on the rear end side of the substrate covering portion 232 and is formed so as to cover the periphery of the three third connection pins 21 c connected to the printed wiring board 210. The rear end portion of the connector portion 233 is open so that the connector 8a provided at the front end portion of the transmission cable 8 can be received therein. Further, a hole 233a that communicates the inside and the outside is formed on the rear end side of the connector portion 233, and a hook provided on the connector 8a of the transmission cable 8 is hooked into the hole 233a, so that the transmission cable The eight connectors 8a are prevented from dropping from the connector portion 233.

以上のように構成された覆い部材23は、樹脂などの絶縁性を有する材料にて成形されている。また、覆い部材23は、伝導部材22、第1の接続ピン21a、第2の接続ピン21bおよび3つの第3の接続ピン21cとともに一体成形されている。より具体的には、覆い部材23は、これら伝導部材22、第1の接続ピン21a、第2の接続ピン21bおよび3つの第3の接続ピン21cをセットした金型に加熱した樹脂が押し込まれることで成形される。   The covering member 23 configured as described above is formed of an insulating material such as resin. The cover member 23 is integrally formed with the conductive member 22, the first connection pin 21a, the second connection pin 21b, and the three third connection pins 21c. More specifically, in the covering member 23, the heated resin is pushed into a mold in which the conductive member 22, the first connection pin 21a, the second connection pin 21b, and the three third connection pins 21c are set. It is molded by

信号処理部200をユニット化するにあたっては、成形された覆い部材23の開口部232aから、回路基板部21のプリント配線基板210を挿入し、基板被覆部232の中央部に設置する。プリント配線基板210を設置する際、板厚方向に貫通されたスルーホールに、第1の接続ピン21a、第2の接続ピン21bおよび3つの第3の接続ピン21cの先端を通し、半田付けする。その後、第1の接続ピン21aと伝導部材22とを導線を用いて接続する。また、覆い部材23の基板被覆部232のリング溝232bにOリング24を装着する。Oリング24は、フッ素系ゴムからなる周知のO状のリングである。   In order to unitize the signal processing unit 200, the printed wiring board 210 of the circuit board unit 21 is inserted from the opening 232 a of the formed covering member 23 and is installed at the center of the board covering unit 232. When installing the printed wiring board 210, the tips of the first connection pin 21a, the second connection pin 21b, and the three third connection pins 21c are passed through the through-holes penetrating in the plate thickness direction and soldered. . Then, the 1st connection pin 21a and the conduction member 22 are connected using a conducting wire. Further, the O-ring 24 is attached to the ring groove 232 b of the substrate covering portion 232 of the covering member 23. The O-ring 24 is a well-known O-shaped ring made of fluorine-based rubber.

次に、保持部材300について説明する。
保持部材300は、薄肉円筒状の部材であり、後端部に内周面から内側に突出した突出部300aが設けられている。保持部材300は、第2のハウジング32に装着された後、外部から、第5の外周面335に設けられた凹部335aに対応する部位が加圧されることでかしめられる。これにより、保持部材300は、ハウジング30に対して移動し難くなり、信号処理部200がハウジング30に対して移動することを抑制する。
Next, the holding member 300 will be described.
The holding member 300 is a thin cylindrical member, and is provided with a protruding portion 300a protruding inward from the inner peripheral surface at the rear end portion. After the holding member 300 is mounted on the second housing 32, the holding member 300 is caulked by pressing a portion corresponding to the concave portion 335 a provided on the fifth outer peripheral surface 335 from the outside. Thereby, the holding member 300 becomes difficult to move with respect to the housing 30, and the signal processing unit 200 is prevented from moving with respect to the housing 30.

以上のように構成された圧力検出装置5は、以下に示すように組み立てられる。
先ず、第1のハウジング31の端面31aとダイアフラムヘッド40の突当面41bとが接触するまで、第1のハウジング31とダイアフラムヘッド40とを嵌合(圧入)する。その後、第1のハウジング31の端面31aとダイアフラムヘッド40の突当面41bとが接触している部位に、中心線方向に交差する方向(例えば中心線方向に直交する方向)からレーザビームを照射して、第1のハウジング31とダイアフラムヘッド40とを溶接する。
The pressure detection device 5 configured as described above is assembled as shown below.
First, the first housing 31 and the diaphragm head 40 are fitted (press-fitted) until the end surface 31a of the first housing 31 and the abutting surface 41b of the diaphragm head 40 come into contact with each other. Thereafter, a laser beam is irradiated to a portion where the end surface 31a of the first housing 31 and the abutting surface 41b of the diaphragm head 40 are in contact with each other in a direction intersecting the center line direction (for example, a direction orthogonal to the center line direction). Then, the first housing 31 and the diaphragm head 40 are welded.

その後、第1のハウジング31における後端側の開口部から、加圧部材80を、ダイアフラムヘッド40の内側部42の突出部42aにおける後端側の端面42cと、加圧部材80の延出部82における後端側の端面82bとが同一面上となるまで挿入する。その位置で、第1のハウジング31と加圧部材80とを固定する。固定方法としては、第1のハウジング31の外部から、中心線方向に交差する方向(例えば中心線方向に直交する方向)から、レーザビームを照射することを例示することができる。レーザビームは、円周方向の全周に照射してもよいし、円周方向に等間隔に部分的に照射してもよい。   Thereafter, from the opening on the rear end side of the first housing 31, the pressurizing member 80, the end face 42 c on the rear end side of the protruding portion 42 a of the inner side portion 42 of the diaphragm head 40, and the extending portion of the pressurizing member 80 are disposed. 82 is inserted until the end surface 82b on the rear end side is on the same plane. At that position, the first housing 31 and the pressure member 80 are fixed. Examples of the fixing method include irradiating a laser beam from the outside of the first housing 31 from a direction intersecting the center line direction (for example, a direction orthogonal to the center line direction). The laser beam may be irradiated to the entire circumference in the circumferential direction, or may be partially irradiated at equal intervals in the circumferential direction.

その後、加圧部材80における後端側の開口部から、第1の電極部50および圧電素子10を挿入する。その後、第2の電極部55の突出部55aの先端部にコイルスプリング70を装着するとともに、第2の電極部55の突出部55aに絶縁リング60を挿入した状態の物を、第1のハウジング31における後端側の開口部から挿入する。その後、支持部材65を第1のハウジング31における後端側の開口部から挿入する。   Thereafter, the first electrode unit 50 and the piezoelectric element 10 are inserted from the opening on the rear end side of the pressure member 80. Thereafter, the coil spring 70 is attached to the tip of the protruding portion 55a of the second electrode portion 55, and the insulating ring 60 is inserted into the protruding portion 55a of the second electrode portion 55. 31 is inserted through the opening on the rear end side. Thereafter, the support member 65 is inserted from the opening on the rear end side in the first housing 31.

その後、圧電素子10の感度および直線性を高めるべく、第1のハウジング31内の圧電素子10に、予め定められた荷重(予荷重)を作用させる。すなわち、支持部材65の外周面に形成された雄ねじ65aを、加圧部材80に形成された雌ねじ81aに対してねじ込んでいき、支持部材65にて、絶縁リング60、第2の電極部55、圧電素子10、第1の電極部50を、後端側から先端側に向けて中心線方向に加圧する。そして、ダイアフラムヘッド40の内側部42における先端側の端面の中心線方向の変位量が、支持部材65にて加圧する前から予め定められた長さとなるまで加圧する。そして、ダイアフラムヘッド40の内側部42の先端側の端面が予め定められた長さ変位したところで、支持部材65と加圧部材80とを固定する。固定方法としては、第1のハウジング31の外部から、中心線方向に交差する方向(例えば中心線方向に直交する方向)に、レーザビームを照射することを例示することができる。レーザビームは、円周方向の全周に照射してもよいし、円周方向に等間隔にスポット的に照射してもよい。支持部材65と加圧部材80とを固定すると、第1のハウジング31内の圧電素子10に予荷重が作用した状態となる。   Thereafter, in order to increase the sensitivity and linearity of the piezoelectric element 10, a predetermined load (preload) is applied to the piezoelectric element 10 in the first housing 31. That is, the male screw 65a formed on the outer peripheral surface of the support member 65 is screwed into the female screw 81a formed on the pressurizing member 80, and the support member 65 uses the insulating ring 60, the second electrode portion 55, The piezoelectric element 10 and the first electrode unit 50 are pressurized in the center line direction from the rear end side toward the front end side. Then, pressure is applied until the amount of displacement in the center line direction of the end face on the distal end side in the inner portion 42 of the diaphragm head 40 reaches a predetermined length before being pressed by the support member 65. The support member 65 and the pressure member 80 are fixed when the end face on the front end side of the inner side portion 42 of the diaphragm head 40 is displaced by a predetermined length. Examples of the fixing method include irradiating a laser beam from the outside of the first housing 31 in a direction intersecting the center line direction (for example, a direction orthogonal to the center line direction). The laser beam may be applied to the entire circumference in the circumferential direction, or may be irradiated spotwise at equal intervals in the circumferential direction. When the support member 65 and the pressure member 80 are fixed, a preload is applied to the piezoelectric element 10 in the first housing 31.

その後、第1のハウジング31の突出部315の垂直面315bと第2のハウジング32における先端側の端面とが接触するまで、第1のハウジング31と第2のハウジング32とを嵌合(圧入)する。その後、第1のハウジング31の垂直面315bと第2のハウジング32の端面とが接触している部位に、中心線方向に交差する方向(例えば中心線方向に直交する方向)からレーザビームを照射して、第1のハウジング31と第2のハウジング32とを溶接する。   Thereafter, the first housing 31 and the second housing 32 are fitted (press-fit) until the vertical surface 315b of the protruding portion 315 of the first housing 31 and the end surface on the front end side of the second housing 32 come into contact with each other. To do. Thereafter, the laser beam is irradiated from a direction intersecting the center line direction (for example, a direction orthogonal to the center line direction) to a portion where the vertical surface 315b of the first housing 31 and the end surface of the second housing 32 are in contact with each other. Then, the first housing 31 and the second housing 32 are welded.

その後、信号処理部200の覆い部材23の基板被覆部232における先端側の端面が第2のハウジング32の突当面340に突き当たるまで、信号処理部200を、第2のハウジング32における後端側の開口部から挿入する。その際、信号処理部200の伝導部材22の挿入孔22aに、第2の電極部55の突出部55aに装着されたコイルスプリング70が入り込むとともに、第2のハウジング32の突当面340に形成されたピン用凹部340aに、プリント配線基板210に接続された第2の接続ピン21bが入り込むように、信号処理部200を挿入する。   Thereafter, the signal processing unit 200 is moved to the rear end side of the second housing 32 until the end surface on the front end side of the substrate covering portion 232 of the covering member 23 of the signal processing unit 200 hits the abutting surface 340 of the second housing 32. Insert from the opening. At that time, the coil spring 70 attached to the protruding portion 55a of the second electrode portion 55 enters the insertion hole 22a of the conductive member 22 of the signal processing portion 200 and is formed on the abutting surface 340 of the second housing 32. The signal processing unit 200 is inserted so that the second connection pin 21b connected to the printed wiring board 210 enters the recessed portion for pin 340a.

その後、信号処理部200の基板被覆部232の端面232cに保持部材300の突出部300aが突き当たるまで、保持部材300を、後端側から信号処理部200に嵌め込んでいく。信号処理部200の端面232cと保持部材300の突出部300aとが接触した状態で、保持部材300における、第2のハウジング32の第5の外周面335の凹部335aに対応する部位が加圧されることで、保持部材300が第2のハウジング32にかしめられる。これにより、保持部材300がハウジング30に対して移動し難くなり、信号処理部200がハウジング30に対して移動し難くなる。
このようにして圧力検出装置5は組み立てられる。
Thereafter, the holding member 300 is fitted into the signal processing unit 200 from the rear end side until the protruding portion 300a of the holding member 300 hits the end surface 232c of the substrate covering portion 232 of the signal processing unit 200. In a state where the end surface 232c of the signal processing unit 200 and the protruding portion 300a of the holding member 300 are in contact with each other, a portion of the holding member 300 corresponding to the concave portion 335a of the fifth outer peripheral surface 335 of the second housing 32 is pressurized. As a result, the holding member 300 is caulked to the second housing 32. Accordingly, the holding member 300 is difficult to move with respect to the housing 30, and the signal processing unit 200 is difficult to move with respect to the housing 30.
In this way, the pressure detection device 5 is assembled.

ここで、上述した圧力検出装置5における電気的な接続構造について説明する。
先ず、圧電素子10における先端側の端面(第1電極部側端面10a)は、金属製の第1の電極部50、およびダイアフラムヘッド40または加圧部材80を介して、金属製のハウジング30と電気的に接続される。
Here, the electrical connection structure in the pressure detection apparatus 5 mentioned above is demonstrated.
First, the end face (first electrode part side end face 10a) of the piezoelectric element 10 is connected to the metal housing 30 via the metal first electrode part 50 and the diaphragm head 40 or the pressure member 80. Electrically connected.

これに対し、圧電素子10における後端側の端面は、金属製の第2の電極部55と電気的に接続され、第2の電極部55は、突出部55aを介して金属製のコイルスプリング70と電気的に接続される。また、コイルスプリング70は、金属製の伝導部材22と電気的に接続され、伝導部材22は、プリント配線基板210と電気的に接続される。他方、第2の電極部55の突出部55aの外径は支持部材65の第1の孔651の孔径よりも小さく、伝導部材22における先端部の外径は支持部材65の第2の孔652の孔径よりも小さい。つまり、第2の電極部55、コイルスプリング70および伝導部材22は、支持部材65と電気的に接続されていない。それゆえ、第2の電極部55からコイルスプリング70および伝導部材22を介してプリント配線基板210へと至る電荷信号の伝送経路は、それぞれが絶縁体で構成された、絶縁リング60および覆い部材23によって、金属製のハウジング30と電気的に絶縁される。   On the other hand, the end surface on the rear end side of the piezoelectric element 10 is electrically connected to the metal second electrode portion 55, and the second electrode portion 55 is made of a metal coil spring via the protruding portion 55 a. 70 is electrically connected. The coil spring 70 is electrically connected to the metallic conductive member 22, and the conductive member 22 is electrically connected to the printed wiring board 210. On the other hand, the outer diameter of the protruding portion 55 a of the second electrode portion 55 is smaller than the hole diameter of the first hole 651 of the support member 65, and the outer diameter of the tip portion of the conductive member 22 is the second hole 652 of the support member 65. Is smaller than the pore diameter. That is, the second electrode portion 55, the coil spring 70, and the conductive member 22 are not electrically connected to the support member 65. Therefore, the charge signal transmission path from the second electrode portion 55 to the printed wiring board 210 via the coil spring 70 and the conductive member 22 is an insulating ring 60 and a covering member 23 each made of an insulator. Is electrically insulated from the metal housing 30.

以上のように構成された圧力検出装置5をシリンダヘッド4に装着する際には、センサ部100のダイアフラムヘッド40の方から先にシリンダヘッド4に形成された連通孔4aに挿入していき、ハウジング30の第2のハウジング32に形成された雄ねじ332aをシリンダヘッド4の連通孔4aに形成された雌ねじ4eにねじ込む。
圧力検出装置5をシリンダヘッド4に装着することにより、ハウジング30は、金属製のシリンダヘッド4と電気的に接続される。このシリンダヘッド4は、電気的に接地された状態にあるため、圧力検出装置5では、ハウジング30を介して、圧電素子10における先端部が接地される。ここで、この例では、圧電素子10の側面とハウジング30の内壁面とが接触し得る構造になっているが、圧電素子10が絶縁体で構成されていることにより抵抗値が極めて大きいことと、圧力変化に伴って発生する電荷が、圧電素子10における中心線方向の両端部に発生することとにより、特に問題とはならない。
When the pressure detecting device 5 configured as described above is attached to the cylinder head 4, the diaphragm head 40 of the sensor unit 100 is inserted into the communication hole 4a formed in the cylinder head 4 first, The male screw 332 a formed in the second housing 32 of the housing 30 is screwed into the female screw 4 e formed in the communication hole 4 a of the cylinder head 4.
By mounting the pressure detection device 5 on the cylinder head 4, the housing 30 is electrically connected to the metal cylinder head 4. Since the cylinder head 4 is in a state of being electrically grounded, in the pressure detection device 5, the tip portion of the piezoelectric element 10 is grounded via the housing 30. Here, in this example, the side surface of the piezoelectric element 10 and the inner wall surface of the housing 30 are in contact with each other, but the resistance value is extremely large because the piezoelectric element 10 is made of an insulator. The electric charge generated with the pressure change is generated at both ends of the piezoelectric element 10 in the center line direction.

そして、内燃機関1の作動時には、センサ部100のダイアフラムヘッド40の内側部42に、燃焼室C内で発生した燃焼圧が付与する。ダイアフラムヘッド40に付与された燃焼圧が、第1の電極部50と第2の電極部55とによって挟まれた圧電素子10に作用することにより、この圧電素子10に燃焼圧に応じた電荷が生じる。そして、圧電素子10に生じた電荷は、第2の電極部55、コイルスプリング70、伝導部材22を介して回路基板部21に付与される。回路基板部21に付与された電荷は、回路基板部21にて増幅処理がなされた後、その電荷に応じた電圧が、回路基板部21に接続された第3の接続ピン21c、伝送ケーブル8を介して制御装置6に供給される。   During the operation of the internal combustion engine 1, the combustion pressure generated in the combustion chamber C is applied to the inner part 42 of the diaphragm head 40 of the sensor unit 100. The combustion pressure applied to the diaphragm head 40 acts on the piezoelectric element 10 sandwiched between the first electrode portion 50 and the second electrode portion 55, so that electric charges corresponding to the combustion pressure are applied to the piezoelectric element 10. Arise. The electric charge generated in the piezoelectric element 10 is applied to the circuit board portion 21 via the second electrode portion 55, the coil spring 70, and the conductive member 22. The charge applied to the circuit board unit 21 is amplified in the circuit board unit 21, and then the voltage corresponding to the charge is supplied to the third connection pin 21 c connected to the circuit board unit 21 and the transmission cable 8. Is supplied to the control device 6.

次に、図1乃至図5を参照して、シール部材7について説明する。
シール部材7は、シリンダヘッド4における連通孔4aを形成する周囲の壁のセンサ部100締め付け方向の端面と、圧力検出装置5のハウジング30の第3の外周面333と第4の外周面334とを接続する接続面との間に配置された第1のシール部材71を有している。また、シール部材7は、シリンダヘッド4の連通孔4aの傾斜部4cと、圧力検出装置5のハウジング30の第1のハウジング31の傾斜面315aとの間に配置された第2のシール部材72を有している。
Next, the seal member 7 will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
The seal member 7 includes an end surface in the tightening direction of the sensor unit 100 on the surrounding wall forming the communication hole 4 a in the cylinder head 4, the third outer peripheral surface 333 and the fourth outer peripheral surface 334 of the housing 30 of the pressure detection device 5. The first sealing member 71 is disposed between the connecting surface and the connecting surface. The seal member 7 is a second seal member 72 disposed between the inclined portion 4 c of the communication hole 4 a of the cylinder head 4 and the inclined surface 315 a of the first housing 31 of the housing 30 of the pressure detection device 5. have.

第1のシール部材71は、銅、ステンレス、アルミなどの金属板を打ち抜いて成形されたメタルガスケットであることを例示することができる。断面形状はS字状、または略矩形に形成されているとよい。第1のシール部材71は、圧力検出装置5がシリンダヘッド4に締め付けられる際に、締め付け方向の力を受けて、締め付け方向の長さが短くなるように変形し、燃焼室C内の気密性を高める。すなわち、圧力検出装置5がシリンダヘッド4にねじ込まれることで、第1のシール部材71とシリンダヘッド4との間に生じる接触圧力、および第1のシール部材71と圧力検出装置5のハウジング30との間に生じる接触圧力が高まる。これにより、第1のシール部材71とシリンダヘッド4との間、および第1のシール部材71と圧力検出装置5のハウジング30との間から燃焼ガスが漏れることが抑制される。   It can be exemplified that the first seal member 71 is a metal gasket formed by punching a metal plate such as copper, stainless steel, or aluminum. The cross-sectional shape is preferably S-shaped or substantially rectangular. When the pressure detection device 5 is tightened to the cylinder head 4, the first seal member 71 receives a force in the tightening direction and is deformed so that the length in the tightening direction is shortened. To increase. That is, when the pressure detection device 5 is screwed into the cylinder head 4, the contact pressure generated between the first seal member 71 and the cylinder head 4, and the first seal member 71 and the housing 30 of the pressure detection device 5 The contact pressure generated during the period increases. Thereby, the leakage of combustion gas from between the first seal member 71 and the cylinder head 4 and between the first seal member 71 and the housing 30 of the pressure detection device 5 is suppressed.

第2のシール部材72は、材質がフッ素ゴム(FKM)の、断面が円形であるリング状のOリングであることを例示することができる。第2のシール部材72は、圧力検出装置5がシリンダヘッド4に締め付けられる際に、シリンダヘッド4の連通孔4aの傾斜部4cと、ハウジング30の第1のハウジング31の傾斜面315aとにより、締め付け方向とは交差する方向の力を受けて変形し、燃焼室C内の気密性を高める。すなわち、圧力検出装置5がシリンダヘッド4にねじ込まれることで、第2のシール部材72とシリンダヘッド4の連通孔4aの傾斜部4cとの間に生じる接触圧力、および第2のシール部材72とハウジング30の第1のハウジング31の傾斜面315aとの間に生じる接触圧力が高まる。これにより、第2のシール部材72とシリンダヘッド4との間、および第2のシール部材72と圧力検出装置5のハウジング30との間から燃焼ガスが漏れることが抑制される。   The second seal member 72 can be exemplified by a ring-shaped O-ring made of fluoro rubber (FKM) and having a circular cross section. When the pressure detection device 5 is fastened to the cylinder head 4, the second seal member 72 is formed by the inclined portion 4 c of the communication hole 4 a of the cylinder head 4 and the inclined surface 315 a of the first housing 31 of the housing 30. It is deformed by receiving a force in a direction crossing the tightening direction, and the airtightness in the combustion chamber C is enhanced. That is, when the pressure detection device 5 is screwed into the cylinder head 4, the contact pressure generated between the second seal member 72 and the inclined portion 4 c of the communication hole 4 a of the cylinder head 4, and the second seal member 72 The contact pressure generated between the housing 30 and the inclined surface 315a of the first housing 31 is increased. Thereby, it is suppressed that combustion gas leaks between the second seal member 72 and the cylinder head 4 and between the second seal member 72 and the housing 30 of the pressure detection device 5.

図6(a)は、内燃機関1に装着された圧力検出装置5による筒内圧力の測定結果の一例を示す図である。また、図6(b)は、図6(a)に示す筒内圧力の測定結果から得た圧力誤差の算出結果の一例を示す図である。   FIG. 6A is a diagram illustrating an example of a measurement result of the in-cylinder pressure by the pressure detection device 5 attached to the internal combustion engine 1. FIG. 6B is a diagram illustrating an example of a calculation result of the pressure error obtained from the measurement result of the in-cylinder pressure illustrated in FIG.

まず、図6(a)は、内燃機関1のクランク角θと圧力検出装置5により測定される燃焼室C内の筒内圧力(実機筒内圧力Peと称する)との関係を示している。ここで、測定時の内燃機関1の回転数は3200[rpm]である。   First, FIG. 6A shows the relationship between the crank angle θ of the internal combustion engine 1 and the in-cylinder pressure in the combustion chamber C (referred to as an actual in-cylinder pressure Pe) measured by the pressure detection device 5. Here, the rotation speed of the internal combustion engine 1 at the time of measurement is 3200 [rpm].

例えば4サイクルの内燃機関1では、クランクが2回転(720°)する間に、吸気→圧縮→燃焼(膨張)→排気の4行程が行われる。そして、吸気行程では、実機筒内圧力Peがほぼ0[MPa]となる。また、吸気行程に続く圧縮行程では、実機筒内圧力Peが急激に(この例では、3.5[MPa]〜5.0[MPa]程度まで)増大する。さらに、吸気行程に続く着火後の燃焼(膨張)行程では、実機筒内圧力Peが急激に減少する。そして、燃焼(膨張)行程に続く最後の排気行程では、実機筒内圧力Peがほぼ0[MPa]に戻る。   For example, in a four-cycle internal combustion engine 1, four strokes of intake, compression, combustion (expansion), and exhaust are performed while the crank rotates twice (720 °). In the intake stroke, the actual in-cylinder pressure Pe becomes approximately 0 [MPa]. In the compression stroke following the intake stroke, the actual in-cylinder pressure Pe increases rapidly (in this example, from about 3.5 [MPa] to 5.0 [MPa]). Further, in the combustion (expansion) stroke after ignition following the intake stroke, the actual in-cylinder pressure Pe decreases rapidly. In the final exhaust stroke following the combustion (expansion) stroke, the actual in-cylinder pressure Pe returns to approximately 0 [MPa].

ここで、図6(a)には、3つ(クランク6回転分)のパターン(実線、破線、一点鎖線)を例示している。そして、図6(a)より、燃焼(膨張)行程および排気行程では、吸気行程および圧縮行程に比べて、実機筒内圧力Peのばらつき(ずれ)が大きくなっていることがわかる。   Here, FIG. 6A illustrates three patterns (solid crank, 6 rotations) (solid line, broken line, and alternate long and short dash line). 6A shows that the variation (deviation) in the in-cylinder pressure Pe is larger in the combustion (expansion) stroke and the exhaust stroke than in the intake stroke and the compression stroke.

また、図6(b)は、内燃機関1のクランク角θと圧力誤差(実機圧力誤差ΔPeと称する)との関係を示している。
ここで、実機圧力誤差ΔPeは、圧力検出装置5により測定される燃焼室C内の筒内圧力(図6(a)に示す実機筒内圧力Pe)と、基準として用いられる基準センサ(図示せず)により測定される同じ燃焼室C内の筒内圧力(基準筒内圧力Ps)との差分(ΔPe=Pe−Ps)として表される。ここで、本実施の形態の圧力検出装置5は、冷却機構を備えていないが、図示しない基準センサは、水冷による冷却機構を備えている。そして、この例では、燃焼(膨張)行程における実機圧力誤差ΔPeのばらつきRの最大値が、ほぼ0.6[MPa]となっている。
FIG. 6B shows the relationship between the crank angle θ of the internal combustion engine 1 and the pressure error (referred to as actual machine pressure error ΔPe).
Here, the actual machine pressure error ΔPe is the in-cylinder pressure in the combustion chamber C measured by the pressure detector 5 (actual machine in-cylinder pressure Pe shown in FIG. 6A) and a reference sensor (not shown). The difference (ΔPe = Pe−Ps) from the in-cylinder pressure in the same combustion chamber C (reference in-cylinder pressure Ps) measured by Here, although the pressure detection device 5 of the present embodiment does not include a cooling mechanism, a reference sensor (not shown) includes a cooling mechanism by water cooling. In this example, the maximum value of the variation R of the actual machine pressure error ΔPe in the combustion (expansion) stroke is approximately 0.6 [MPa].

ここで、図6(b)に示す、燃焼(膨張)行程における実機圧力誤差ΔPeには、内燃機関1の燃焼に伴う熱が圧力検出装置5に加えられることで、圧力検出装置5に生じた構造的な歪みに起因するものが含まれる。このように、燃焼による熱の影響によって、圧力検出装置5の出力が歪む現象を、「熱歪」と呼ぶ。ただし、この例では、内燃機関1を動作させながら圧力検出装置5で測定した実機筒内圧力Pe(および基準筒内圧力Ps)から実機圧力誤差ΔPeを得ているため、実機圧力誤差ΔPeには、上記熱歪に起因するものだけでなく、例えば内燃機関1の燃焼のばらつきに起因する誤差や、内燃機関1側に起因する他の誤差(各種センサを用いたフィードバック制御等に伴う状態変化に起因する誤差等)が含まれ得る。このように、燃焼(膨張)行程における実機圧力誤差ΔPeには、上述した複数の誤差要因が重畳された状態で含まれることから、そのばらつきRが大きくなってしまうものと考えられる。   Here, in the actual machine pressure error ΔPe in the combustion (expansion) stroke shown in FIG. 6 (b), heat generated by the combustion of the internal combustion engine 1 is applied to the pressure detection device 5, which is generated in the pressure detection device 5. Included due to structural distortion. The phenomenon in which the output of the pressure detection device 5 is distorted due to the influence of heat due to combustion in this way is called “thermal strain”. However, in this example, the actual machine pressure error ΔPe is obtained from the actual machine in-cylinder pressure Pe (and the reference in-cylinder pressure Ps) measured by the pressure detection device 5 while the internal combustion engine 1 is operated. In addition to those caused by the thermal distortion, for example, errors caused by variations in combustion of the internal combustion engine 1 and other errors caused by the internal combustion engine 1 side (state changes caused by feedback control using various sensors, etc.) Resulting errors, etc.). As described above, the actual machine pressure error ΔPe in the combustion (expansion) process is included in a state in which the above-described plurality of error factors are superimposed, so that the variation R is considered to increase.

また、この例では、上述したように測定時の内燃機関1の回転数が3200[rpm]に設定されているが、燃焼(膨張)行程における実機圧力誤差ΔPeのばらつきRの最大値の発生タイミングは、クランク角θが0°(燃焼開始)から200°(燃焼終了)に至る時間(10.4msec)よりも早く、しかも、クランク角θが0°(燃焼開始)から100°に至る時間(5.2msec)よりも早い。すなわち、内燃機関1に装着された圧力検出装置5における熱歪は、発生から消滅に至る期間が、msecオーダー(最大でも10〜20msec程度)であるものと推定される。   In this example, as described above, the rotational speed of the internal combustion engine 1 at the time of measurement is set to 3200 [rpm], but the generation timing of the maximum value of the variation R of the actual machine pressure error ΔPe in the combustion (expansion) stroke. Is earlier than the time (10.4 msec) from which the crank angle θ is 0 ° (combustion start) to 200 ° (combustion end), and the time from which the crank angle θ is 0 ° (combustion start) to 100 ° ( Faster than 5.2 msec). That is, it is estimated that the thermal strain in the pressure detection device 5 attached to the internal combustion engine 1 is in the order of msec (up to about 10 to 20 msec) from generation to extinction.

図7は、本実施の形態の圧力検出装置5における熱歪の発生メカニズムを説明するための図である。
ある程度冷えた状態のダイアフラムヘッド40に対し、その表面すなわち凹部42bの形成面(表面と呼ぶ)側から熱Hが加えられると、ダイアフラムヘッド40の表面が、熱膨張によって図中に破線で示すように開く方向に変形する。これに伴ってダイアフラムヘッド40の内側部42の中央が表面側に引っ張られ、ダイアフラムヘッド40の内側部42の中央の裏面側に位置する突出部42aの端面42cと圧電素子10との間にかかる荷重(予荷重)が低下する。その結果、圧電素子10からの出力は、予荷重が低下した分、本来出力すべき値よりも低下してしまうことになる。なお、反対に、ダイアフラムヘッド40の表面に凸部が設けられている場合は、ダイアフラムヘッド40の熱膨張に伴い、圧電素子10からの出力が、本来出力すべき値よりも増加してしまうこともある。
FIG. 7 is a diagram for explaining a thermal strain generation mechanism in the pressure detection device 5 of the present embodiment.
When heat H is applied to the diaphragm head 40 in a state of being cooled to some extent from the surface, that is, the formation surface (referred to as the surface) side of the recess 42b, the surface of the diaphragm head 40 is indicated by a broken line in the figure due to thermal expansion. Deforms in the direction of opening. Along with this, the center of the inner portion 42 of the diaphragm head 40 is pulled to the front surface side, and is placed between the end surface 42c of the protruding portion 42a located on the back surface side of the center of the inner portion 42 of the diaphragm head 40 and the piezoelectric element 10. Load (preload) decreases. As a result, the output from the piezoelectric element 10 will be lower than the value that should be originally output as the preload is reduced. On the other hand, when the convex portion is provided on the surface of the diaphragm head 40, the output from the piezoelectric element 10 increases from the value that should be output due to the thermal expansion of the diaphragm head 40. There is also.

本発明者は、圧力検出装置5で発生する熱歪を、内燃機関1に取り付けない状態で評価する手法について検討を行った。そして、本発明者は、圧力検出装置5のダイアフラムヘッド40に対し、msecオーダーで熱を供給することが可能な熱供給源としてレーザに着目し、以下に説明する熱歪測定装置を開発した。   The inventor has studied a method for evaluating the thermal strain generated in the pressure detection device 5 without being attached to the internal combustion engine 1. Then, the present inventor has focused on the laser as a heat supply source capable of supplying heat to the diaphragm head 40 of the pressure detection device 5 on the order of msec, and has developed a thermal strain measurement device described below.

図8は、本実施の形態の熱歪測定装置500の全体構成を示す図である。
この熱歪測定装置500は、圧力検出装置5を保持するXYZステージ510と、XYZステージ510に保持された圧力検出装置5にレーザビームBm(レーザ光の一例)を照射するレーザ照射部520と、XYZステージ510を覆うカバー530と、XYZステージ510に保持された圧力検出装置5から送られてくる出力信号(データ)を解析するデータ解析部540とを備えている。
FIG. 8 is a diagram showing an overall configuration of the thermal strain measuring apparatus 500 of the present embodiment.
The thermal strain measurement apparatus 500 includes an XYZ stage 510 that holds the pressure detection apparatus 5, a laser irradiation unit 520 that irradiates the pressure detection apparatus 5 held on the XYZ stage 510 with a laser beam Bm (an example of a laser beam), A cover 530 that covers the XYZ stage 510 and a data analysis unit 540 that analyzes an output signal (data) sent from the pressure detection device 5 held on the XYZ stage 510 are provided.

まず、取付部の一例としてのXYZステージ510は、設置対象(例えば実験台)等に積載される台座511と、台座511の上面に取り付けられ、台座511に対して水平方向(X方向およびY方向)に移動自在に設けられるXYステージ512と、台座511の上面に取り付けられ、台座511に対して垂直方向(Z方向)に移動自在に設けられるZステージ513とを有する。   First, an XYZ stage 510 as an example of an attachment portion is mounted on a base 511 loaded on an installation target (for example, an experimental bench) and the upper surface of the base 511, and is horizontal with respect to the base 511 (X direction and Y direction). XY stage 512 movably provided on the pedestal 511, and a Z stage 513 provided on the upper surface of the pedestal 511 and provided movably in the vertical direction (Z direction) with respect to the pedestal 511.

また、照射部の一例としてのレーザ照射部520は、レーザ発振によりレーザビームBmを出力するレーザ発振器521と、レーザ発振器521に接続され、レーザ発振器521から出力されるレーザビームBmを導く光ファイバケーブル522と、光ファイバケーブル522に接続され、光ファイバケーブル522によって導かれたレーザビームBmを外部に射出するレーザ射出部523とを有する。   The laser irradiation unit 520 as an example of the irradiation unit includes a laser oscillator 521 that outputs a laser beam Bm by laser oscillation, and an optical fiber cable that is connected to the laser oscillator 521 and guides the laser beam Bm output from the laser oscillator 521. 522 and a laser emitting unit 523 that is connected to the optical fiber cable 522 and emits the laser beam Bm guided by the optical fiber cable 522 to the outside.

ここで、圧力検出装置5は、XYZステージ510におけるXYステージ512に取り付けられ、レーザ照射部520におけるレーザ射出部523は、XYZステージ510におけるZステージ513に取り付けられる。このとき、圧力検出装置5は、ダイアフラムヘッド40が鉛直上方を向くようにXYステージ512に取り付けられ、レーザ射出部523は、レーザビームBmの射出面が鉛直下方を向くようにZステージ513に取り付けられる。   Here, the pressure detection device 5 is attached to the XY stage 512 in the XYZ stage 510, and the laser emission unit 523 in the laser irradiation unit 520 is attached to the Z stage 513 in the XYZ stage 510. At this time, the pressure detection device 5 is attached to the XY stage 512 so that the diaphragm head 40 faces vertically upward, and the laser emission unit 523 is attached to the Z stage 513 so that the emission surface of the laser beam Bm faces vertically downward. It is done.

ここで、発振器の一例としてのレーザ発振器521は、照射対象となる圧力検出装置5のダイアフラムヘッド40が吸収する波長のレーザビームBmを出力できるものであればよく、各種レーザ(固体レーザ、液体レーザ、気体レーザ、半導体レーザ)を使用できる。なお、この例では、レーザ発振器521として、半導体レーザを用いている。   Here, the laser oscillator 521 as an example of the oscillator is not limited as long as it can output a laser beam Bm having a wavelength that is absorbed by the diaphragm head 40 of the pressure detection device 5 to be irradiated, and various lasers (solid laser, liquid laser, etc.). Gas laser, semiconductor laser) can be used. In this example, a semiconductor laser is used as the laser oscillator 521.

また、導光部の一例としての光ファイバケーブル522としては、コアの形状が矩形を呈する方形ファイバが用いられている。本実施の形態において、レーザ発振器521から出力されたレーザビームBmのビームプロファイルはガウシアンパターンであるが、方形ファイバからなる光ファイバケーブル522を通過することにより、レーザビームBmの強度分布にムラが生じ難いトップハットパターン(矩形)を呈するものとなる。   In addition, as the optical fiber cable 522 as an example of the light guide unit, a rectangular fiber having a rectangular core shape is used. In the present embodiment, the beam profile of the laser beam Bm output from the laser oscillator 521 is a Gaussian pattern, but unevenness occurs in the intensity distribution of the laser beam Bm by passing through the optical fiber cable 522 made of a square fiber. A difficult top hat pattern (rectangular shape) is exhibited.

なお、光ファイバケーブル522として、方形ファイバではなく、コアの形状が円形を呈する円形ファイバを用いてもよい。ただし、この場合には、円形ファイバからなる光ファイバケーブル522を通過したレーザビームBmのビームプロファイルはガウシアンパターン(円形)となり、光ファイバケーブル522として上記方形ファイバを用いた場合と比べて、レーザビームBmの強度分布にムラが生じやすくなる。   The optical fiber cable 522 may be a circular fiber having a circular core shape instead of a square fiber. However, in this case, the beam profile of the laser beam Bm that has passed through the optical fiber cable 522 made of a circular fiber has a Gaussian pattern (circular), and the laser beam is compared with the case where the above-described rectangular fiber is used as the optical fiber cable 522. Unevenness is likely to occur in the Bm intensity distribution.

さらに、射出部の一例としてのレーザ射出部523は、レーザビームBmを、圧力検出装置5に対して適切な範囲にて照射するための光学系を内蔵している。なお、レーザ射出部523の詳細な構成については後述する。   Further, the laser emitting unit 523 as an example of the emitting unit includes an optical system for irradiating the laser beam Bm to the pressure detection device 5 in an appropriate range. The detailed configuration of the laser emitting unit 523 will be described later.

カバー530は、圧力検出装置5およびレーザ射出部523を装着したXYZステージ510全体を覆う。また、カバー530は、XYZステージ510に対する圧力検出装置5の取り付けおよび取り外し時に、XYZステージ510に対して着脱できるようになっている。そして、カバー530は、例えば透明なアクリル樹脂等で構成されており、XYZステージ510に対してカバー530を装着した状態で、カバー530の外部から内部に配置されたXYZステージ510等の観察を可能としている。   The cover 530 covers the entire XYZ stage 510 on which the pressure detection device 5 and the laser emitting unit 523 are mounted. The cover 530 can be attached to and detached from the XYZ stage 510 when the pressure detecting device 5 is attached to and detached from the XYZ stage 510. The cover 530 is made of, for example, a transparent acrylic resin, and the XYZ stage 510 and the like disposed inside from the outside of the cover 530 can be observed with the cover 530 attached to the XYZ stage 510. It is said.

算出部の一例としてのデータ解析部540は、圧力検出装置5から送られてくる出力信号(電圧値)を順次蓄積して保存するデータロガー541と、データロガー541から取得した出力信号(電圧値)を圧力に変換することで、レーザビームBmの照射に起因する圧力の変化量(以下では、照射圧力変化量ΔPiと称する)を算出するPC(パーソナルコンピュータ)542とを備えている。   The data analysis unit 540 as an example of a calculation unit includes a data logger 541 that sequentially accumulates and stores output signals (voltage values) sent from the pressure detection device 5, and an output signal (voltage value) acquired from the data logger 541. ) Is converted into pressure, and a PC (personal computer) 542 for calculating a pressure change amount (hereinafter referred to as an irradiation pressure change amount ΔPi) due to irradiation with the laser beam Bm is provided.

図9は、熱歪測定装置500におけるレーザ射出部523の構成を示す図である。
本実施の形態のレーザ射出部523は、光ファイバケーブル522におけるレーザビームBmの射出面と対向して配置され、光ファイバケーブル522から射出されることに伴ってビーム径が拡大するレーザビームBmを平行光に変換するコリメータレンズ523aと、コリメータレンズ523aの下方でコリメータレンズ523aと対向して配置され、コリメータレンズ523aを通過したレーザビームBm(平行光)を焦点距離fにて焦点Fに集光する集光レンズ(ここでは平凸レンズ)523bとを備えている。また、レーザ射出部523は、レーザビームBmの射出面側から下方を撮影するビデオカメラ(図示せず)を有している。
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of the laser emitting unit 523 in the thermal strain measuring apparatus 500.
The laser emitting unit 523 of the present embodiment is arranged to face the emission surface of the laser beam Bm in the optical fiber cable 522, and emits the laser beam Bm whose beam diameter increases as it is emitted from the optical fiber cable 522. A collimator lens 523a that converts the light into parallel light and a laser beam Bm (parallel light) that is disposed below the collimator lens 523a and is opposed to the collimator lens 523a and passes through the collimator lens 523a is collected at the focal point F at a focal length f. And a condensing lens (plano-convex lens in this case) 523b. In addition, the laser emission unit 523 has a video camera (not shown) that captures the lower side from the emission surface side of the laser beam Bm.

図10(a)、(b)は、熱歪測定装置500におけるレーザビームBmと圧力検出装置5のダイアフラムヘッド40との関係を説明するための図である。   FIGS. 10A and 10B are diagrams for explaining the relationship between the laser beam Bm in the thermal strain measuring apparatus 500 and the diaphragm head 40 of the pressure detecting apparatus 5.

図10(a)は、XYZステージ510の側方(Y方向上流側)からみた、レーザ射出部523の集光レンズ523bと、レーザビームBmと、圧力検出装置5のダイアフラムヘッド40との関係を示している。   FIG. 10A shows the relationship between the condenser lens 523b of the laser emitting portion 523, the laser beam Bm, and the diaphragm head 40 of the pressure detecting device 5 as viewed from the side of the XYZ stage 510 (upstream side in the Y direction). Show.

本実施の形態では、熱歪測定装置500で圧力検出装置5の熱歪を測定する際に、レーザ射出部523の集光レンズ523bから圧力検出装置5のダイアフラムヘッド40に至る照射距離Lを、集光レンズ523bの焦点距離fよりも大きく設定している(L>f)。ここで、本実施の形態における照射距離Lは、焦点距離fと焦点はずし距離fdとの和で表される(L=f+fd)。   In the present embodiment, when measuring the thermal strain of the pressure detection device 5 with the thermal strain measurement device 500, the irradiation distance L from the condenser lens 523b of the laser emitting unit 523 to the diaphragm head 40 of the pressure detection device 5 is It is set larger than the focal length f of the condenser lens 523b (L> f). Here, the irradiation distance L in the present embodiment is represented by the sum of the focal distance f and the defocusing distance fd (L = f + fd).

また、図10(b)は、図10(a)のXB−XB部の断面図であり、XYZステージ510の上方(Z方向下流側)からみた、レーザビームBmと、圧力検出装置5のダイアフラムヘッド40との関係を示している。   10B is a cross-sectional view of the XB-XB portion of FIG. 10A, and shows the laser beam Bm and the diaphragm of the pressure detection device 5 as viewed from above the XYZ stage 510 (downstream in the Z direction). The relationship with the head 40 is shown.

圧力検出装置5におけるダイアフラムヘッド40の外径(直径)は、機種によってそれぞれ異なるが、通常は、例えば4mm〜10mmの範囲から選択される。ここで、本実施の形態では、ダイアフラムヘッド40に照射されるレーザビームBmの照射領域Dの外径が、ダイアフラムヘッド40の外径よりも大きくなるように、照射距離L(焦点はずし距離fd)が決定される。そして、決定された照射距離Lに基づき、圧力検出装置5に対するレーザ射出部523の、Z方向の位置決めが行われる。   The outer diameter (diameter) of the diaphragm head 40 in the pressure detection device 5 varies depending on the model, but is usually selected from a range of 4 mm to 10 mm, for example. Here, in the present embodiment, the irradiation distance L (defocusing distance fd) is set so that the outer diameter of the irradiation region D of the laser beam Bm irradiated to the diaphragm head 40 is larger than the outer diameter of the diaphragm head 40. Is determined. Then, based on the determined irradiation distance L, positioning of the laser emitting unit 523 with respect to the pressure detection device 5 in the Z direction is performed.

また、本実施の形態では、ダイアフラムヘッド40の表面の全域がレーザビームBmの照射領域Dに含まれるように、レーザ射出部523に対する圧力検出装置5の、X方向およびY方向の位置決めが行われる。   In the present embodiment, the pressure detection device 5 is positioned with respect to the laser emitting portion 523 in the X direction and the Y direction so that the entire surface of the diaphragm head 40 is included in the irradiation region D of the laser beam Bm. .

次に、本実施の形態の熱歪測定装置500を用いた、圧力検出装置5の熱歪測定の手順について説明を行う。なお、ここでは、初期状態において、XYZステージ510のZステージ513に、レーザ照射部520のレーザ射出部523が取り付けられており、また、XYZステージ510がカバー530で覆われているものとする。   Next, the thermal strain measurement procedure of the pressure detection device 5 using the thermal strain measurement device 500 of the present embodiment will be described. Here, in the initial state, it is assumed that the laser emission unit 523 of the laser irradiation unit 520 is attached to the Z stage 513 of the XYZ stage 510 and the XYZ stage 510 is covered with the cover 530.

(1)熱歪測定装置500に対する圧力検出装置5の取り付け
まず、熱歪測定装置500においてXYZステージ510を覆うカバー530が取り外される。続いて、XYZステージ510におけるXYステージ512に、測定対象となる圧力検出装置5が取り付けられる。このとき、圧力検出装置5におけるダイアフラムヘッド40が上方を向くように、XYステージ512に対して圧力検出装置5が装着される。また、圧力検出装置5に設けられた伝送ケーブル8の出力端が、データロガー541に接続される。
(1) Attaching the pressure detection device 5 to the thermal strain measurement device 500 First, the cover 530 covering the XYZ stage 510 in the thermal strain measurement device 500 is removed. Subsequently, the pressure detection device 5 to be measured is attached to the XY stage 512 in the XYZ stage 510. At this time, the pressure detection device 5 is attached to the XY stage 512 so that the diaphragm head 40 in the pressure detection device 5 faces upward. The output end of the transmission cable 8 provided in the pressure detection device 5 is connected to the data logger 541.

(2)レーザ射出部523に対する圧力検出装置5のXY方向位置決め
次に、圧力検出装置5が取り付けられたXYステージ512を、台座511上において、X方向または−X方向、および、Y方向または−Y方向に移動させることで、レーザ射出部523の直下に圧力検出装置5のダイアフラムヘッド40を位置させるXY方向位置決めが行われる。このとき、レーザ射出部523に設けられたビデオカメラ(図示せず)による撮影画像を参照しつつ、XY方向の位置決めを行うとよい。そして、XY方向の位置決めが完了すると、圧力検出装置5は、XYステージ512を介して台座511上に固定される。
(2) XY direction positioning of the pressure detection device 5 with respect to the laser emitting unit 523 Next, the XY stage 512 to which the pressure detection device 5 is attached is placed on the base 511 in the X direction or the −X direction, and the Y direction or − By moving in the Y direction, XY direction positioning is performed in which the diaphragm head 40 of the pressure detection device 5 is positioned directly below the laser emitting unit 523. At this time, it is preferable to perform positioning in the XY directions while referring to an image taken by a video camera (not shown) provided in the laser emitting unit 523. When the positioning in the XY directions is completed, the pressure detection device 5 is fixed on the pedestal 511 via the XY stage 512.

(3)圧力検出装置5に対するレーザ射出部523のZ方向位置決め
続いて、レーザ射出部523が取り付けられたZステージ513を、台座511上において、Z方向または−Z方向に移動させることで、レーザ射出部523に設けられた集光レンズ523bから圧力検出装置5のダイアフラムヘッド40に至る距離を、照射距離Lに設定するZ方向位置決めが行われる。このとき、レーザ射出部523に設けられたビデオカメラ(図示せず)による撮影画像を参照しつつ、Z方向の位置決めを行うとよい。ここで、照射距離Lは、図10等を用いて説明したように、ダイアフラムヘッド40に照射されるレーザビームBmの照射領域Dの外径が、ダイアフラムヘッド40の外径よりも大きくなるように決められる。そして、Z方向の位置決めが完了すると、レーザ射出部523は、Zステージ513を介して台座511上に固定される。
(3) Z-direction positioning of laser emitting portion 523 with respect to pressure detection device 5 Subsequently, the Z stage 513 to which the laser emitting portion 523 is attached is moved on the base 511 in the Z direction or the −Z direction, so that the laser Z-direction positioning is performed in which the distance from the condensing lens 523b provided in the emission unit 523 to the diaphragm head 40 of the pressure detection device 5 is set to the irradiation distance L. At this time, it is preferable to perform positioning in the Z direction while referring to an image taken by a video camera (not shown) provided in the laser emitting unit 523. Here, as described with reference to FIG. 10 and the like, the irradiation distance L is set so that the outer diameter of the irradiation region D of the laser beam Bm irradiated to the diaphragm head 40 is larger than the outer diameter of the diaphragm head 40. It is decided. When the positioning in the Z direction is completed, the laser emitting unit 523 is fixed on the pedestal 511 via the Z stage 513.

以上により、熱歪測定装置500における、レーザ射出部523および圧力検出装置5の位置決めが完了する。そして、レーザ射出部523および圧力検出装置5の位置決めが完了した状態で、XYZステージ510が、カバー530にて覆われる。   Thus, the positioning of the laser emission unit 523 and the pressure detection device 5 in the thermal strain measurement device 500 is completed. Then, the XYZ stage 510 is covered with the cover 530 in a state where the positioning of the laser emitting unit 523 and the pressure detection device 5 is completed.

(4)レーザビームBmの照射およびデータ収集(照射工程の一例)
それから、レーザ発振器521が操作され、レーザ発振器521からレーザビームBmが出力される。このレーザビームBmは、レーザ発振器521から光ファイバケーブル522を介してレーザ射出部523に出力され、レーザ射出部523から圧力検出装置5のダイアフラムヘッド40に照射される。この間、レーザ発振器521から出力されたガウシアンパターンを呈するレーザビームBmは、方形ファイバからなる光ファイバケーブル522を通過することにより、その強度分布がトップハットパターンを呈するようになる。また、光ファイバケーブル522を通過することでトップハットパターンを呈するようになったレーザビームBmは、レーザ射出部523にて、コリメータレンズ523aを通過することで平行光とされた後、集光レンズ523bを通過することで集光される。ただし、本実施の形態では、集光レンズ523bを通過したレーザビームBmが、焦点距離fよりも長い照射距離Lにて圧力検出装置5のダイアフラムヘッド40に照射されることになる。その結果、ダイアフラムヘッド40における表面の全域に、強度が均一な状態に近いレーザビームBmが照射される。そして、圧力検出装置5は、レーザビームBmの照射に伴って発生した出力信号(電圧値)を、伝送ケーブル8を介してデータロガー541に送信する。また、データロガー541は、圧力検出装置5から受け取った出力信号を順次蓄積して保存していく。
(4) Laser beam Bm irradiation and data collection (an example of irradiation process)
Then, the laser oscillator 521 is operated, and the laser beam Bm is output from the laser oscillator 521. The laser beam Bm is output from the laser oscillator 521 to the laser emitting unit 523 via the optical fiber cable 522, and is irradiated to the diaphragm head 40 of the pressure detecting device 5 from the laser emitting unit 523. During this time, the laser beam Bm having a Gaussian pattern output from the laser oscillator 521 passes through the optical fiber cable 522 made of a square fiber, so that its intensity distribution exhibits a top hat pattern. In addition, the laser beam Bm that has come to exhibit a top hat pattern by passing through the optical fiber cable 522 is converted into parallel light by passing through the collimator lens 523a at the laser emitting unit 523, and then the condenser lens. The light is collected by passing through 523b. However, in the present embodiment, the laser beam Bm that has passed through the condenser lens 523b is irradiated onto the diaphragm head 40 of the pressure detection device 5 at an irradiation distance L that is longer than the focal length f. As a result, the entire area of the surface of the diaphragm head 40 is irradiated with the laser beam Bm having a nearly uniform intensity. Then, the pressure detection device 5 transmits an output signal (voltage value) generated with the irradiation of the laser beam Bm to the data logger 541 via the transmission cable 8. The data logger 541 sequentially accumulates and stores output signals received from the pressure detection device 5.

(5)データ解析(算出工程の一例)
PC542は、データロガー541から出力信号(電圧値)を取得する。また、PC542は、取得した出力信号を圧力に変換することで、照射圧力変化量ΔPiを算出する。
(5) Data analysis (example of calculation process)
The PC 542 acquires an output signal (voltage value) from the data logger 541. Further, the PC 542 calculates the irradiation pressure change amount ΔPi by converting the acquired output signal into a pressure.

(6)熱歪測定装置500からの圧力検出装置5の取り外し
上記(4)に示すレーザビームBmの照射およびデータ収集が終了した後(上記(5)に示すデータ解析が終了した後でもよい)、熱歪測定装置500においてXYZステージ510を覆うカバー530が取り外される。続いて、XYZステージ510におけるXYステージ512から、測定対象となっていた圧力検出装置5が取り外される。また、圧力検出装置5に設けられた伝送ケーブル8の出力端が、データロガー541から取り外される。
以上により、熱歪測定装置500を用いた、圧力検出装置5の熱歪測定が完了する。
(6) Removal of pressure detection device 5 from thermal strain measurement device 500 After completion of laser beam Bm irradiation and data collection shown in (4) above (may be after data analysis shown in (5) above is completed) Then, the cover 530 covering the XYZ stage 510 in the thermal strain measuring apparatus 500 is removed. Subsequently, the pressure detection device 5 that is the measurement target is removed from the XY stage 512 in the XYZ stage 510. Further, the output end of the transmission cable 8 provided in the pressure detection device 5 is removed from the data logger 541.
Thus, the thermal strain measurement of the pressure detection device 5 using the thermal strain measurement device 500 is completed.

図11は、4つの異なる圧力検出装置5を、共通の内燃機関1に装着して得られた実機圧力誤差ΔPeの算出結果を示す図である。ここで、図11(a)は圧力検出装置5として第1サンプルS1を用いた場合を、図11(b)は圧力検出装置5として第2サンプルS2を用いた場合を、図11(c)は圧力検出装置5として第3サンプルS3を用いた場合を、図11(d)は圧力検出装置5として第4サンプルS4を用いた場合を、それぞれ示している。   FIG. 11 is a diagram showing a calculation result of an actual machine pressure error ΔPe obtained by mounting four different pressure detection devices 5 on the common internal combustion engine 1. Here, FIG. 11A shows the case where the first sample S1 is used as the pressure detection device 5, FIG. 11B shows the case where the second sample S2 is used as the pressure detection device 5, and FIG. 11 shows a case where the third sample S3 is used as the pressure detecting device 5, and FIG. 11D shows a case where the fourth sample S4 is used as the pressure detecting device 5.

そして、図11(a)〜(d)は、それぞれ、内燃機関1のクランク角θと圧力検出装置5における実機圧力誤差ΔPeとの関係を示している。ここで、図11(a)〜(d)には、それぞれ、3つ(クランク6回転分)のパターン(実線、破線、一点鎖線)を例示している。なお、測定時の内燃機関1の回転数は、図6に示す例と同じく3200[rpm]である。   11A to 11D show the relationship between the crank angle θ of the internal combustion engine 1 and the actual machine pressure error ΔPe in the pressure detection device 5, respectively. Here, each of FIGS. 11A to 11D illustrates three patterns (solid line, broken line, and alternate long and short dash line). In addition, the rotation speed of the internal combustion engine 1 at the time of measurement is 3200 [rpm] similarly to the example shown in FIG.

まず、図11(a)より、第1サンプルS1では、クランク角θが0°となった以降(燃焼(膨張)行程および排出行程)における実機圧力誤差ΔPeが小さいことがわかる。また、図11(b)より、第2サンプルS2では、燃焼(膨張)行程および排出行程における実機圧力誤差ΔPeがやや小さい(第1サンプルS1より大きい)ことがわかる。さらに、図11(c)より、第3サンプルS3では、燃焼(膨張)行程および排出行程における実機圧力誤差ΔPeがやや大きい(第2サンプルS2より大きい)ことがわかる。さらにまた、図11(d)より、第4サンプルS4では、燃焼(膨張)行程および排出行程における実機圧力誤差ΔPeが大きい(第3サンプルS3よりも大きい)ことがわかる。   First, it can be seen from FIG. 11A that in the first sample S1, the actual machine pressure error ΔPe after the crank angle θ becomes 0 ° (combustion (expansion) stroke and exhaust stroke) is small. Further, from FIG. 11B, it can be seen that in the second sample S2, the actual machine pressure error ΔPe in the combustion (expansion) stroke and the discharge stroke is slightly smaller (larger than the first sample S1). Further, from FIG. 11C, it can be seen that in the third sample S3, the actual machine pressure error ΔPe in the combustion (expansion) stroke and the discharge stroke is slightly larger (larger than the second sample S2). Furthermore, from FIG. 11D, it can be seen that in the fourth sample S4, the actual machine pressure error ΔPe in the combustion (expansion) stroke and the discharge stroke is large (larger than the third sample S3).

このように、内燃機関1を用いて得られる圧力検出装置5の実機圧力誤差ΔPeは、第1サンプルS1、第2サンプルS2、第3サンプルS3、第4サンプルS4の順で大きくなっていることが理解される。すなわち、圧力検出装置5の耐久性と実機圧力誤差ΔPeとは、相反する関係にあり、耐久性を向上させようとすると実機圧力誤差ΔPeが増大することになり、実機圧力誤差ΔPeを減少させようとすると耐久性が低下することになる。   As described above, the actual pressure error ΔPe of the pressure detection device 5 obtained using the internal combustion engine 1 increases in the order of the first sample S1, the second sample S2, the third sample S3, and the fourth sample S4. Is understood. That is, the durability of the pressure detection device 5 and the actual machine pressure error ΔPe are in a contradictory relationship, and if the durability is improved, the actual machine pressure error ΔPe will increase, and the actual machine pressure error ΔPe will be reduced. Then, the durability will be lowered.

図12は、4つの異なる圧力検出装置5を、共通の熱歪測定装置500に装着して得られた照射圧力変化量ΔPiの測定結果を示す図である。ここで、図12(a)は圧力検出装置5として第1サンプルS1を用いた場合を、図12(b)は圧力検出装置5として第2サンプルS2を用いた場合を、図12(c)は圧力検出装置5として第3サンプルS3を用いた場合を、図12(d)は圧力検出装置5として第4サンプルS4を用いた場合を、それぞれ示している。   FIG. 12 is a diagram illustrating a measurement result of the irradiation pressure change amount ΔPi obtained by attaching four different pressure detection devices 5 to the common thermal strain measurement device 500. Here, FIG. 12A shows a case where the first sample S1 is used as the pressure detection device 5, FIG. 12B shows a case where the second sample S2 is used as the pressure detection device 5, and FIG. Shows the case where the third sample S3 is used as the pressure detecting device 5, and FIG. 12D shows the case where the fourth sample S4 is used as the pressure detecting device 5.

そして、図12(a)〜(d)は、それぞれ、(経過)時間tと圧力検出装置5における照射圧力変化量ΔPiとの関係を示している。ここで、図12(a)〜(d)には、それぞれ、1つ(1回分)のパターン(実線)を例示している。なお、熱歪測定装置500における測定条件は、以下の通りとした。   12A to 12D show the relationship between the (elapsed) time t and the irradiation pressure change amount ΔPi in the pressure detection device 5, respectively. Here, each of FIGS. 12A to 12D illustrates one (one time) pattern (solid line). In addition, the measurement conditions in the thermal strain measuring apparatus 500 were as follows.

[測定条件]
・レーザビームBmの発振波長:980nm
・光ファイバケーブル522のコアのサイズ:0.6mm×0.6mm(正方形)
・集光レンズ523bの焦点距離f:60mm
・照射距離L:75mm
・レーザビームBmの照射時間:10msec(1回)
・レーザビームBmの出力(レーザ出力と称する):10W
[Measurement condition]
・ Laser beam Bm oscillation wavelength: 980 nm
-Core size of optical fiber cable 522: 0.6 mm x 0.6 mm (square)
-Focal length f of condensing lens 523b: 60 mm
・ Irradiation distance L: 75mm
・ Laser beam Bm irradiation time: 10 msec (once)
Laser beam Bm output (referred to as laser output): 10W

まず、図12(a)より、第1サンプルS1では、レーザビームBmの照射後における照射圧力変化量ΔPiが小さいことがわかる。また、図12(b)より、第2サンプルS2では、レーザビームBmの照射後における照射圧力変化量ΔPiがやや小さい(第1サンプルS1より大きい)ことがわかる。さらに、図12(c)より、第3サンプルS3では、レーザビームBmの照射後における照射圧力変化量ΔPiがやや大きい(第2サンプルS2より大きい)ことがわかる。さらにまた、図12(d)より、第4サンプルS4では、レーザビームBmの照射後における照射圧力変化量ΔPiが大きい(第3サンプルS3より大きい)ことがわかる。   First, it can be seen from FIG. 12A that in the first sample S1, the irradiation pressure change amount ΔPi after irradiation with the laser beam Bm is small. Also, from FIG. 12B, it can be seen that in the second sample S2, the irradiation pressure change amount ΔPi after irradiation with the laser beam Bm is slightly smaller (larger than the first sample S1). Further, from FIG. 12C, it can be seen that in the third sample S3, the irradiation pressure change amount ΔPi after irradiation with the laser beam Bm is slightly larger (larger than the second sample S2). Furthermore, from FIG. 12D, it can be seen that in the fourth sample S4, the irradiation pressure change ΔPi after irradiation with the laser beam Bm is large (greater than the third sample S3).

このように、熱歪測定装置500を用いて得られる圧力検出装置5の照射圧力変化量ΔPiは、第1サンプルS1、第2サンプルS2、第3サンプルS3、第4サンプルS4の順で大きくなっていることが理解される。   Thus, the irradiation pressure change amount ΔPi of the pressure detection device 5 obtained using the thermal strain measurement device 500 increases in the order of the first sample S1, the second sample S2, the third sample S3, and the fourth sample S4. It is understood that

図13は、レーザ出力を一定としたときの、実機圧力誤差ΔPeと照射圧力変化量ΔPiとの相関を説明するための図である。ここで、図13は、図11に示す実機圧力誤差ΔPeと、図12に示す照射圧力変化量ΔPiとの関係を示している。したがって、図13は、第1サンプルS1〜第4サンプルS4のそれぞれに対するレーザ出力を10Wに設定した場合における、実機圧力誤差ΔPeと照射圧力変化量ΔPiとの相関を示すものとなっている。なお、ここでは、すべての測定条件を同じに設定した。   FIG. 13 is a diagram for explaining the correlation between the actual machine pressure error ΔPe and the irradiation pressure change amount ΔPi when the laser output is constant. Here, FIG. 13 shows the relationship between the actual machine pressure error ΔPe shown in FIG. 11 and the irradiation pressure change amount ΔPi shown in FIG. Therefore, FIG. 13 shows the correlation between the actual machine pressure error ΔPe and the irradiation pressure change amount ΔPi when the laser output for each of the first sample S1 to the fourth sample S4 is set to 10 W. Here, all measurement conditions were set to be the same.

図13より、レーザ出力を10Wで一定とした場合、実機圧力誤差ΔPeと照射圧力変化量ΔPiとは、ほぼ正比例の関係にあることがわかる。ここで、図13に示す結果から相関係数を求めたところ、相関係数の値は0.999となり、実機圧力誤差ΔPeと照射圧力変化量ΔPiとには、強い正の相関が存在することが判明した。   FIG. 13 shows that when the laser output is constant at 10 W, the actual machine pressure error ΔPe and the irradiation pressure change amount ΔPi are in a substantially direct relationship. Here, when the correlation coefficient is obtained from the results shown in FIG. 13, the value of the correlation coefficient is 0.999, and there is a strong positive correlation between the actual machine pressure error ΔPe and the irradiation pressure change amount ΔPi. There was found.

図14は、レーザ出力を異ならせたときの、実機圧力誤差ΔPeと照射圧力変化量ΔPiとの相関を説明するための図である。より具体的に説明すると、図14は、上記図13とは異なり、第1サンプルS1〜第4サンプルS4のそれぞれに対するレーザ出力を、10W、25W、30Wおよび40Wに設定した場合における、実機圧力誤差ΔPeと照射圧力変化量ΔPiとの相関を示すものとなっている。なお、第4サンプルS4については、レーザ出力を30Wに設定した場合および40Wに設定した場合に、圧力検出装置5からの出力が許容範囲を超えてしまい、測定が行えなかった。   FIG. 14 is a diagram for explaining the correlation between the actual machine pressure error ΔPe and the irradiation pressure change amount ΔPi when the laser output is varied. More specifically, FIG. 14 differs from FIG. 13 above in that the actual machine pressure error when the laser output for each of the first sample S1 to the fourth sample S4 is set to 10 W, 25 W, 30 W and 40 W. The correlation between ΔPe and the irradiation pressure change amount ΔPi is shown. In addition, about the 4th sample S4, when the laser output was set to 30W and when it set to 40W, the output from the pressure detection apparatus 5 exceeded an allowable range, and the measurement could not be performed.

ここで、熱歪測定装置500を用いた照射圧力変化量ΔPiの測定において、圧力検出装置5の出力は、レーザビームBmのレーザ出力と照射距離L(焦点Fからの距離である焦点はずし距離fd)とから求まる、ダイアフラムヘッド40に照射されるレーザビームBmの強度(光エネルギーの密度)によって決まる。なお、本実施の形態では、レーザビームBmの照射に伴って、ダイアフラムヘッド40が融けたり、ダイアフラムヘッド40の表面にレーザ痕が形成されたりしないように、レーザビームBmの照射条件が決定されている。   Here, in the measurement of the irradiation pressure change ΔPi using the thermal strain measuring device 500, the output of the pressure detection device 5 is the laser output of the laser beam Bm and the irradiation distance L (the defocus distance fd which is the distance from the focus F). ) And the intensity (density of light energy) of the laser beam Bm irradiated to the diaphragm head 40. In the present embodiment, the irradiation conditions of the laser beam Bm are determined so that the diaphragm head 40 is not melted or laser marks are not formed on the surface of the diaphragm head 40 with the irradiation of the laser beam Bm. Yes.

図14より、レーザ出力を10W、25W、30W、40Wのそれぞれで一定とした場合、実機圧力誤差ΔPeおよび照射圧力変化量ΔPiは、ほぼ正比例の関係にあることがわかる。ここで、図14に示す結果から相関係数を求めたところ、最も相関が弱いレーザ出力40Wの条件においても、相関係数の値は0.9を超えるものとなり、実機圧力誤差ΔPeと照射圧力変化量ΔPiとには、やはり強い正の相関が存在することが確認された。   FIG. 14 shows that when the laser output is constant at 10 W, 25 W, 30 W, and 40 W, the actual machine pressure error ΔPe and the irradiation pressure change amount ΔPi are in a substantially direct relationship. Here, when the correlation coefficient is obtained from the results shown in FIG. 14, the correlation coefficient value exceeds 0.9 even under the condition of the laser output of 40 W having the weakest correlation, and the actual machine pressure error ΔPe and the irradiation pressure It was confirmed that there is still a strong positive correlation with the change amount ΔPi.

そして、図13および図14に示す結果から、図8に示す熱歪測定装置500を用いて圧力検出装置5の照射圧力変化量ΔPiを測定することで、この圧力検出装置5を内燃機関1に装着した状態で得られる実機圧力誤差ΔPeを推定できることがわかる。ここで、照射圧力変化量ΔPiは、圧力検出装置5にレーザビームBmを照射することによって得られるものであることから、実機圧力誤差ΔPeとは異なり、内燃機関1の燃焼のばらつきや、その他内燃機関1側に起因する誤差要因を含まないものとなる。その結果、照射圧力変化量ΔPiを測定することで、圧力検出装置5の構成そのものに起因する熱歪の状態を評価することが可能になる。   Then, from the results shown in FIG. 13 and FIG. 14, the irradiation pressure change amount ΔPi of the pressure detection device 5 is measured using the thermal strain measurement device 500 shown in FIG. It can be seen that the actual machine pressure error ΔPe obtained in the mounted state can be estimated. Here, since the irradiation pressure change amount ΔPi is obtained by irradiating the pressure detection device 5 with the laser beam Bm, unlike the actual machine pressure error ΔPe, the variation in combustion of the internal combustion engine 1 and other internal combustion The error factor due to the engine 1 side is not included. As a result, by measuring the irradiation pressure change amount ΔPi, it is possible to evaluate the state of thermal strain caused by the configuration of the pressure detection device 5 itself.

特に、本実施の形態では、圧力検出装置5に設けられたダイアフラムヘッド40の表面側にレーザビームBmを照射する、という手法を採用することで、内燃機関1に取り付けられた圧力検出装置5において、燃焼室Cからダイアフラムヘッド40の表面側に熱が加えられたときと同等の環境を作り出すことができた。それゆえ、本実施の形態の手法を用いることで、内燃機関1に取り付けられた状態と同等の環境下にて、圧力検出装置5の構成そのものに起因する熱歪の状態を評価することができるようになった。   In particular, in the present embodiment, in the pressure detection device 5 attached to the internal combustion engine 1, the method of irradiating the surface of the diaphragm head 40 provided in the pressure detection device 5 with the laser beam Bm is adopted. An environment equivalent to that when heat was applied from the combustion chamber C to the surface side of the diaphragm head 40 could be created. Therefore, by using the method of the present embodiment, it is possible to evaluate the state of thermal strain caused by the configuration of the pressure detection device 5 in an environment equivalent to the state attached to the internal combustion engine 1. It became so.

なお、本実施の形態では、レーザ発振器521がパルス発振でレーザビームBmを発生させることで、レーザビームBmの照射時間を10msecとしていたが、これに限られるものではなく、10msecよりも短くしてもよいし、長くしてもかまわない。また、本実施の形態では、レーザ発振器521がパルス発振でレーザビームBmを発生させていたが、これに限られるものではなく、連続発振でレーザビームBmを発生させるようにしてもかまわない。   In this embodiment, the laser oscillator 521 generates the laser beam Bm by pulse oscillation, so that the irradiation time of the laser beam Bm is 10 msec. However, the present invention is not limited to this, and the laser beam Bm is shorter than 10 msec. It can be long or long. In this embodiment, the laser oscillator 521 generates the laser beam Bm by pulse oscillation. However, the present invention is not limited to this, and the laser beam Bm may be generated by continuous oscillation.

さらに、本実施の形態では、照射距離Lを焦点距離fと焦点はずし距離fdとの和とする(L=f+fd)ことで、照射距離Lを焦点距離fよりも長くしていた(L>f)が、これに限られない。例えば、照射距離Lを焦点距離fと焦点はずし距離fdとの差とする(L=f−fd)ことで、照射距離Lを焦点距離fよりも短く(L<f)してもかまわない。   Furthermore, in the present embodiment, the irradiation distance L is made longer than the focal distance f by making the irradiation distance L the sum of the focal distance f and the defocusing distance fd (L = f + fd) (L> f ) But not limited to this. For example, by setting the irradiation distance L as the difference between the focal distance f and the defocusing distance fd (L = f−fd), the irradiation distance L may be shorter than the focal distance f (L <f).

さらにまた、本実施の形態では、照射距離Lを焦点距離fから外すようにしていたが、これに限られない。例えば、焦点距離fにおけるレーザビームBmの照射領域Dの直径がダイアフラムヘッド40の外径(直径)よりも大きい場合には、照射距離Lを焦点距離fとしてもよい。   Furthermore, in the present embodiment, the irradiation distance L is removed from the focal distance f, but the present invention is not limited to this. For example, when the diameter of the irradiation region D of the laser beam Bm at the focal distance f is larger than the outer diameter (diameter) of the diaphragm head 40, the irradiation distance L may be set as the focal distance f.

そして、本実施の形態では、熱歪測定装置500で熱歪に対応する照射圧力変化量ΔPiを測定する対象として、内燃機関1内の燃焼圧を測定する圧力検出装置5を例として説明を行ったが、測定の対象は、これに限られない。すなわち、外部から受ける力を、ダイアフラムを介して感圧素子に伝達する構成を有する機器であれば、熱歪測定装置500による測定の対象となり得る。ここで、圧電体以外の感圧素子としては、例えばひずみゲージや離間した電極等が挙げられる。   In the present embodiment, the pressure detection device 5 that measures the combustion pressure in the internal combustion engine 1 will be described as an example for measuring the irradiation pressure change ΔPi corresponding to the thermal strain by the thermal strain measurement device 500. However, the object of measurement is not limited to this. That is, any device having a configuration that transmits the force received from the outside to the pressure-sensitive element via the diaphragm can be a measurement target by the thermal strain measuring apparatus 500. Here, examples of the pressure sensitive element other than the piezoelectric body include a strain gauge and spaced electrodes.

1…内燃機関、2…シリンダブロック、3…ピストン、4…シリンダヘッド、5…圧力検出装置、6…制御装置、7…シール部材、8…伝送ケーブル、10…圧電素子、30…ハウジング、40…ダイアフラムヘッド、50…第1の電極部、55…第2の電極部、60…絶縁リング、65…支持部材、70…コイルスプリング、80…加圧部材、100…センサ部、200…信号処理部、300…保持部材、500…熱歪測定装置、510…XYZステージ、511…台座、512…XYステージ、513…Zステージ、520…レーザ照射部、521…レーザ発振器、522…光ファイバケーブル、523…レーザ射出部、523a…コリメータレンズ、523b…集光レンズ、530…カバー、540…データ解析部、541…データロガー、542…PC、Bm…レーザビーム、C…燃焼室、D…照射領域、Pe…実機筒内圧力、Ps…基準筒内圧力、ΔPe…実機圧力誤差、ΔPi…照射圧力変化量 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine, 2 ... Cylinder block, 3 ... Piston, 4 ... Cylinder head, 5 ... Pressure detection apparatus, 6 ... Control apparatus, 7 ... Sealing member, 8 ... Transmission cable, 10 ... Piezoelectric element, 30 ... Housing, 40 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Diaphragm head, 50 ... 1st electrode part, 55 ... 2nd electrode part, 60 ... Insulating ring, 65 ... Supporting member, 70 ... Coil spring, 80 ... Pressurizing member, 100 ... Sensor part, 200 ... Signal processing , XYZ stage, 511, pedestal, 512, XY stage, 513, Z stage, 520, laser irradiation unit, 521, laser oscillator, 522, optical fiber cable, 523... Laser emitting section, 523 a. Collimator lens, 523 b. Condensing lens, 530... Cover, 540. Chromatography, 542 ... PC, Bm ... laser beam, C ... combustion chamber, D ... irradiation region, Pe ... actual cylinder pressure, Ps ... reference in-cylinder pressure, .DELTA.Pe ... actual pressure error, .DELTA.Pi ... radiation pressure change amount

Claims (11)

外部からの圧力を受けて変形するダイアフラムと当該ダイアフラムを介して作用する圧力に応じた出力を発生する感圧素子とを有する機器の当該ダイアフラムに対し、レーザ光を照射する照射工程と、
前記ダイアフラムにレーザ光が照射された前記感圧素子から取得した出力を用いて、当該感圧素子に生じた圧力変化を算出する算出工程と
を含む熱歪測定方法。
An irradiation step of irradiating a laser beam to the diaphragm of a device having a diaphragm that deforms in response to an external pressure and a pressure-sensitive element that generates an output corresponding to the pressure acting through the diaphragm;
And a calculation step of calculating a pressure change generated in the pressure sensitive element using an output acquired from the pressure sensitive element in which the diaphragm is irradiated with laser light.
前記照射工程では、集光したレーザ光をレーザ光の焦点から外れた位置にて前記ダイアフラムに照射することを特徴とする請求項1記載の熱歪測定方法。   The thermal strain measurement method according to claim 1, wherein, in the irradiation step, the diaphragm is irradiated with the focused laser beam at a position deviated from a focus of the laser beam. 前記照射工程では、レーザ光の焦点よりも遠い位置にてレーザ光を前記ダイアフラムに照射することを特徴とする請求項2記載の熱歪測定方法。   3. The thermal strain measurement method according to claim 2, wherein, in the irradiation step, the diaphragm is irradiated with laser light at a position far from the focal point of the laser light. 前記照射工程では、レーザ光の焦点よりも近い位置にてレーザ光を前記ダイアフラムに照射することを特徴とする請求項2記載の熱歪測定方法。   3. The thermal strain measurement method according to claim 2, wherein, in the irradiation step, the diaphragm is irradiated with a laser beam at a position closer to the focal point of the laser beam. 前記照射工程では、集光したレーザ光をレーザ光の焦点位置にて前記ダイアフラムに照射することを特徴とする請求項1記載の熱歪測定方法。   2. The thermal strain measurement method according to claim 1, wherein in the irradiation step, the diaphragm is irradiated with the focused laser beam at a focal position of the laser beam. 前記照射工程では、トップハットパターンを呈するレーザ光を前記ダイアフラムに照射することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の熱歪測定方法。   6. The thermal strain measurement method according to claim 1, wherein, in the irradiation step, the diaphragm is irradiated with a laser beam exhibiting a top hat pattern. 外部からの圧力を受けて変形するダイアフラムと当該ダイアフラムを介して作用する圧力に応じた出力を発生する感圧素子とを有する機器が取り付けられる取付部と、
前記取付部に取り付けられた前記機器の前記ダイアフラムに対し、レーザ光を照射する照射部と、
前記ダイアフラムにレーザ光が照射された前記感圧素子から取得した出力を用いて、当該感圧素子に生じた圧力変化を算出する算出部と
を含む熱歪測定装置。
A mounting portion to which a device having a diaphragm deformed by receiving pressure from the outside and a pressure-sensitive element that generates an output corresponding to the pressure acting via the diaphragm is mounted;
An irradiation unit for irradiating a laser beam to the diaphragm of the device attached to the attachment unit;
A thermal strain measurement apparatus comprising: a calculation unit that calculates a change in pressure generated in the pressure sensitive element using an output acquired from the pressure sensitive element in which the diaphragm is irradiated with laser light.
前記照射部は、レーザを発振させる発振器と、当該発振器が発振したレーザ光を導く導光部と、当該導光部にて導かれたレーザ光を前記機器の前記ダイアフラムに射出する射出部とを含むことを特徴とする請求項7記載の熱歪測定装置。   The irradiation unit includes an oscillator that oscillates a laser, a light guide that guides laser light oscillated by the oscillator, and an emission unit that emits the laser light guided by the light guide to the diaphragm of the device. The thermal strain measuring device according to claim 7, comprising: 前記射出部は、レーザ光を集光するとともに、レーザ光の焦点から外れた位置にてレーザ光を前記ダイアフラムに照射することを特徴とする請求項8記載の熱歪測定装置。   9. The thermal strain measuring apparatus according to claim 8, wherein the emitting unit condenses the laser beam and irradiates the diaphragm with the laser beam at a position deviated from a focal point of the laser beam. 前記射出部は、レーザ光を集光するとともに、レーザ光の焦点位置にてレーザ光を前記ダイアフラムに照射することを特徴とする請求項8記載の熱歪測定装置。   9. The thermal strain measuring apparatus according to claim 8, wherein the emitting unit condenses the laser beam and irradiates the diaphragm with the laser beam at a focal position of the laser beam. 前記導光部は、ガウシアンパターンを呈するレーザ光を、トップハットパターンを呈するレーザ光として出力する方形ファイバからなることを特徴とする請求項8記載の熱歪測定装置。   9. The thermal strain measuring device according to claim 8, wherein the light guide unit is formed of a square fiber that outputs laser light having a Gaussian pattern as laser light having a top hat pattern.
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