JP2017161337A - 検出装置および検出システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内燃機関の燃焼圧を検出する圧力検出装置は、燃焼室内の圧力に応じた電荷信号を出力する圧電素子10と、圧電素子10が出力する電荷信号を積分する積分回路212および積分で得られた電圧信号を増幅する増幅回路213を実装してなる実装基板210とを有する。この実装基板210には、制御装置から電源電圧を受電する受電端子211aと、制御装置に向けて増幅後の出力信号を出力する出力端子211bと、制御装置および実装基板210のグランドを共通化するための接地端子211cとが設けられる。そして、実装基板210において、接地端子211cと積分回路212および増幅回路213の各接地端とを、接地用フェライトビーズ216を介して接続する。
【選択図】図7
Description
本発明は、検出装置の処理回路に、外部から侵入してくるノイズを低減することを目的とする。
ここで前記誘導性素子が、低周波領域ではリアクタンス成分が支配的となり、高周波領域では抵抗成分が支配的となる誘導/抵抗素子で構成されるとよい。
また、前記誘導/抵抗素子のリアクタンス成分の大きさが、0Hzを超え且つ400MHz以下の周波数範囲において0Ω超であるとよい。
さらに、前記誘導/抵抗素子のインピーダンスの大きさが、100MHzにおいて0Ωを超え且つ50Ω以下であるとよい。
さらにまた、前記誘導/抵抗素子がフェライトビーズで構成されるとともに、当該フェライトビーズの自己共振周波数が400MHz超であるとよい。
また、他の観点から捉えると、本発明の検出システムは、物理量の変化を検出する検出素子と、当該検出素子が出力する検出信号に電気的な処理を施す処理回路と、外部に設けられた接地体に接続される接地端子と、誘導性を示し且つ当該接地端子と当該処理回路におけるグランドとに接続される誘導性素子とを含む検出装置と、前記処理回路に電源電圧を供給するための供給線と、当該処理回路から出力される出力信号を伝送するための伝送線と、当該処理回路の前記接地端子と接続するための接地線とを介して前記検出装置に接続され、当該検出装置に当該電源電圧を供給するとともに当該検出装置から入力される当該出力信号に処理を施す供給/処理装置とを含む。
図1は、本実施形態に係る内燃機関1の概略構成図である。また、図2は、図1に示す圧力検出装置5のII部の拡大図である。
図3は、圧力検出装置5の概略構成図である。図4は、図3に示す圧力検出装置5のIV−IV部の断面図である。図5は、図4に示す圧力検出装置5のV部の拡大図である。また、図6は、図4に示す圧力検出装置5のVI部の拡大図である。
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、第2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。
第1ハウジング31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310が形成された薄肉円筒状の部材である。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。
孔310は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第1孔311と、第1孔311の孔径よりも大きな孔径の第2孔312と、から構成される。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。
孔320は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第1孔径を有する第1円柱孔321と、第1孔径よりも小さな第2孔径を有する第2円柱孔322と、第2孔径よりも大きな第3孔径を有する第3円柱孔323と、第3孔径よりも大きな第4孔径を有する第4円柱孔324と、第4孔径よりも大きな第5孔径を有する第5円柱孔325と、から構成される。
第2ハウジング32における先端部は、第1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円柱孔321における第1孔径は、第1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。
第2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外周面333には、後述する第1シール部材71がすきまばめで嵌め込まれ、第3外周面333の外径と第1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。
円筒状部41における後端部は、ハウジング30の第1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を例示することができる。
第1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側の端面である第2円柱部52におけ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、それぞれ平滑面に形成されるとともに、中心線方向と直交する面に沿って互いに略平行に設けられている。
第1電極部50の材質としては、ステンレスを例示することができる。
第2電極部55の材質としては、ステンレスを例示することができる。
孔650は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第1孔651と、第1孔651の孔径よりも大きな孔径の第2孔652と、第2孔652の孔径よりも大きな孔径の第3孔653と、から構成される。第1孔651の孔径は、第2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孔653の孔径は、後述する信号処理部200の覆い部材23における先端側の端部の外径よりも小さく、この覆い部材23が第3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。
信号処理部200は、図3および図4に示すように、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(電荷信号)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26と、を備えている。
また、伝導部材被覆部231は、先端側から後端側にかけて段階的に外径が異なるように、複数の円筒形状の部分から構成される。具体的には、先端側から後端側にかけて、第1外径を有する第1円筒部241と、第1外径よりも小さな第2外径を有する第2円筒部242と、第2外径よりも大きな第3外径を有する第3円筒部243と、第3外径よりも大きな第4外径を有する第4円筒部244とが並んで形成されている。
第1円筒部241における第1外径は、支持部材65の第3孔653の孔径よりも大きく形成されている。これにより、伝導部材被覆部231における先端部は、支持部材65の第3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。
この例では、第1凸部251は、第2円筒部242の外周面において、周方向に沿って90度間隔で4個設けられている。また、第2凸部252は、第4円筒部244の外周面において、周方向に沿って90度間隔で4個設けられている。
なお、この例では、4個の第1凸部251は、伝導部材被覆部231における第2円筒部242と一体的に形成され、4個の第2凸部252は、伝導部材被覆部231における第4円筒部244と一体的に形成されている。
保持部材300は、薄肉円筒状の部材であり、図4に示すように、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ハウジング32に装着された後、外部から、第5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している。
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。
シール部材7は、図2に示すように、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の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外周面333と第4外周面334とを接続する接続面との間に配置された第1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ハウジング31の傾斜面315a(図3参照)との間に配置された第2シール部材72を有している。
図7は、実装基板210の回路構成を示す図である。
本発明者は、実装基板210における各フェライトビーズの有無やその特性を異ならせた複数の圧力検出装置5を作製し、BCI(Bulk Current Injection)試験による評価を行った。
BCI試験は、自動車のEMC(Electromagnetic Compatibility)規格のうち、EMS(Electromagnetic Susceptibility)に対応するイミュニティ規格として定められたものであって、例えばISO11452−4:2011に規定されている。
Claims (6)
- 物理量の変化を検出する検出素子と、
前記検出素子が出力する検出信号に電気的な処理を施す処理回路と、
外部に設けられた接地体に接続される接地端子と、
誘導性を示し且つ前記接地端子と前記処理回路におけるグランドとに接続される誘導性素子と
を含む検出装置。 - 前記誘導性素子が、低周波領域ではリアクタンス成分が支配的となり、高周波領域では抵抗成分が支配的となる誘導/抵抗素子で構成されることを特徴とする請求項1記載の検出装置。
- 前記誘導/抵抗素子のリアクタンス成分の大きさが、0Hzを超え且つ400MHz以下の周波数範囲において0Ω超であることを特徴とする請求項2記載の検出装置。
- 前記誘導/抵抗素子のインピーダンスの大きさが、100MHzにおいて0Ωを超え且つ50Ω以下であることを特徴とする請求項2または3記載の検出装置。
- 前記誘導/抵抗素子がフェライトビーズで構成されるとともに、当該フェライトビーズの自己共振周波数が400MHz超であることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項記載の検出装置。
- 物理量の変化を検出する検出素子と、当該検出素子が出力する検出信号に電気的な処理を施す処理回路と、外部に設けられた接地体に接続される接地端子と、誘導性を示し且つ当該接地端子と当該処理回路におけるグランドとに接続される誘導性素子とを含む検出装置と、
前記処理回路に電源電圧を供給するための供給線と、当該処理回路から出力される出力信号を伝送するための伝送線と、当該処理回路の前記接地端子と接続するための接地線とを介して前記検出装置に接続され、当該検出装置に当該電源電圧を供給するとともに当該検出装置から入力される当該出力信号に処理を施す供給/処理装置と
を含む検出システム。
Priority Applications (4)
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