JP2018084561A - Pressure detection device and internal combustion with pressure detection device - Google Patents

Pressure detection device and internal combustion with pressure detection device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce errors of output values that are attributed to thermal expansion of a pressure reception unit receiving pressure.SOLUTION: A pressure detection device, which detects combustion pressure in a combustion chamber in an internal combustion, has: a cylindrical first housing 31; a stainless steel-made diaphragm head 40 that has a cylinder-like cylindrical part 41 and a closure part 42 closing the cylindrical part 41 on a tip end side of the cylindrical part 41, has a rear end side of the cylindrical part 41 provided on a tip end side of the first housing 31, and in which the closure part 42 receives pressure from an outside; a piezoelectric element 10 that is provided on an inner side of the first housing 31, and generates signals in accordance with the pressure received by the diaphragm head 40; and an annular suppression ring 80 that is composed of alumina ceramics lower in thermal expansion than the diaphragm head 40, and is attached on an outer side of the cylindrical part 41 of the diaphragm head 40, and suppresses a supply of heat to the cylindrical part 41 from the outside.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、圧力検出装置および圧力検出装置付き内燃機関に関する。   The present invention relates to a pressure detection device and an internal combustion engine with a pressure detection device.

特許文献1には、筒状のハウジング(胴体部)と、ハウジングの先端側に取り付けられるダイアフラムヘッド(受圧部)と、ハウジング内の軸方向であってダイアフラムヘッドの後端側に配置され、ダイアフラムヘッドを介して作用する圧力を検出する圧電素子(信号発生部)とを備えた圧力検出装置を、内燃機関のシリンダブロックに設けられた連通孔に挿入することで、ダイアフラムヘッドを燃焼室に対向させて配置することが記載されている。   In Patent Document 1, a cylindrical housing (body portion), a diaphragm head (pressure receiving portion) attached to the front end side of the housing, an axial direction in the housing and disposed on the rear end side of the diaphragm head, The diaphragm head is opposed to the combustion chamber by inserting a pressure detection device including a piezoelectric element (signal generation unit) that detects pressure acting through the head into a communication hole provided in a cylinder block of the internal combustion engine. It is described that they are arranged.

特開2013−174552号公報JP 2013-174552 A

ここで、受圧部が受けた圧力を信号発生部に伝達する構成を採用した場合、受圧部に圧力とともに熱が加えられると、受圧部が熱膨張によって変形し、受圧部から信号発生部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、信号発生部で生じる出力値が、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となってしまい、信号発生部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 pressure receiving part is transmitted to the signal generating part, when heat is applied to the pressure receiving part together with the pressure, the pressure receiving part is deformed by thermal expansion and is transmitted from the pressure receiving part to the signal generating part. A situation occurs in which the applied pressure increases or decreases compared to the magnitude that should be transmitted. Then, the output value generated in the signal generator increases or decreases compared to the size that should be output originally, and an error is included in the pressure obtained based on the output of the signal generator. End up.

本発明は、圧力を受ける受圧部の熱膨張に起因する出力値の誤差を低減することを目的とする。   An object of the present invention is to reduce an error in an output value caused by thermal expansion of a pressure receiving portion that receives pressure.

本発明の圧力検出装置は、筒状の胴体部と、筒状の筒状部と当該筒状部の一端部側で当該筒状部を塞ぐ閉塞部とを有し、当該筒状部の他端部側が前記胴体部の一端部側に設けられるとともに当該閉塞部が外部から圧力を受ける受圧部と、前記胴体部の内側に設けられ、前記受圧部が受けた圧力に応じた信号を発生する信号発生部と、前記受圧部よりも熱伝導率が低い無機材料で構成され、前記筒状部の外側に取り付けられる環状の環状部材とを含む。
ここで、前記環状部材における一端部側の面が前記受圧部に設けられた突き当て面に対向して配置され、当該環状部材における他端部側の面が前記胴体部に設けられた他の突き当て面に対向して配置されるとよい。
また、他の観点から捉えると、本発明の圧力検出装置付き内燃機関は、先端部側となる燃焼室内と後端部側となる外部とを連通する連通孔が形成されたシリンダヘッドと、前記連通孔に挿入されることで前記シリンダヘッドに取り付けられるとともに、前記燃焼室内の圧力を検出する圧力検出装置とを備え、前記圧力検出装置は、前記連通孔内に配置される筒状の胴体部と、筒状の筒状部と当該筒状部の一端部側で当該筒状部を塞ぐ閉塞部とを有し、当該筒状部の他端部側が前記胴体部の一端部側に設けられるとともに当該閉塞部が前記燃焼室から圧力を受ける受圧部と、前記胴体部の内側に設けられ、前記受圧部が受けた圧力に応じた信号を発生する信号発生部と、前記受圧部よりも熱伝導率が低い無機材料で構成され、前記筒状部の外側に取り付けられるとともに、前記連通孔の内周面と非接触に配置される環状の環状部材とを含む。
The pressure detection device of the present invention has a cylindrical body portion, a cylindrical cylindrical portion, and a closing portion that closes the cylindrical portion on one end side of the cylindrical portion. The end portion side is provided on one end portion side of the body portion and the closed portion is provided with a pressure receiving portion that receives pressure from the outside, and is provided inside the body portion, and generates a signal corresponding to the pressure received by the pressure receiving portion. It includes a signal generator and an annular member made of an inorganic material having a lower thermal conductivity than the pressure receiver and attached to the outside of the tubular part.
Here, the surface on the one end portion side of the annular member is disposed to face the abutting surface provided on the pressure receiving portion, and the surface on the other end portion side of the annular member is provided on the body portion. It is good to arrange | position facing an abutting surface.
From another point of view, the internal combustion engine with a pressure detection device according to the present invention includes a cylinder head in which a communication hole is formed to communicate the combustion chamber on the front end side and the outside on the rear end side, A cylindrical body part which is attached to the cylinder head by being inserted into the communication hole and which detects a pressure in the combustion chamber, and the pressure detection device is disposed in the communication hole. And a cylindrical tubular portion and a closing portion that closes the tubular portion on one end portion side of the tubular portion, and the other end portion side of the tubular portion is provided on one end portion side of the body portion. In addition, the closed portion receives pressure from the combustion chamber, the signal generating portion is provided inside the body portion, and generates a signal corresponding to the pressure received by the pressure receiving portion, and is heated more than the pressure receiving portion. Consists of inorganic material with low conductivity, outside of the cylindrical part With attached comprises an annular member of annular arranged on the inner circumferential surface and the non-contact of the communicating hole.

本発明によれば、圧力を受ける受圧部の熱膨張に起因する出力値の誤差を低減することができる。   According to the present invention, it is possible to reduce an error in the output value caused by the thermal expansion of the pressure receiving portion that receives pressure.

実施の形態に係る内燃機関の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine according to an embodiment. 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. 図5のVI部の拡大図である。It is an enlarged view of the VI section of FIG. 圧力検出装置における第1のハウジング、ダイアフラムヘッドおよび抑制リングの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the 1st housing, diaphragm head, and suppression ring in a pressure detection apparatus. (a)は従来の圧力検出装置を用いた場合における出力値の時間経過を、(b)は今回の圧力検出装置を用いた場合における出力値の時間経過を、それぞれ示す図である。(A) is a figure which shows the time passage of the output value at the time of using the conventional pressure detection apparatus, (b) is a figure which respectively shows the time passage of the output value at the time of using this pressure detection apparatus.

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。
[内燃機関]
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.
[Internal combustion engine]
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.

[圧力検出装置]
以下に、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。図6は、図5のVI部の拡大図である。図7は、圧力検出装置5における第1のハウジング31、ダイアフラムヘッド40および抑制リング80の分解斜視図である。
[Pressure detection device]
Below, the pressure detection apparatus 5 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. FIG. 6 is an enlarged view of a portion VI in FIG. FIG. 7 is an exploded perspective view of the first housing 31, the diaphragm head 40, and the suppression ring 80 in the pressure detection device 5.

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。   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.

(センサ部)
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。
また、センサ部100は、第2の電極部55を電気的に絶縁する絶縁リング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、ダイアフラムヘッド40の外周面における後端側に設けられて、外部からダイアフラムヘッド40への熱の進入を抑制する抑制リング80と、を備えている。
(Sensor part)
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.
The sensor unit 100 is provided with an insulating ring 60 that electrically insulates the second electrode unit 55 and a rear end side of the insulating ring 60, and an end portion of a cover member 23 described later of the signal processing unit 200. Is provided on the rear end side of the outer peripheral surface of the diaphragm head 40, and is provided from the outside to the diaphragm head. And a suppression ring 80 that suppresses the entry of heat into 40.

信号発生部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 signal generating unit 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、ガリウムの一部をアルミニウムで置換したランガテイト(LTGA))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. As a piezoelectric single crystal, a langasite crystal having a piezoelectric longitudinal effect and a piezoelectric transverse effect (Langasite, Langatate, Langanite, Langatate (LTGA) in which a part of gallium is replaced with aluminum), crystal, gallium phosphate, etc. Can be illustrated. 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。
胴体部の一例としての第1のハウジング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の孔311と、第1の孔311の孔径よりも大きな孔径の第2の孔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。
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 as an example of the body portion is a thin-walled cylindrical member having a cylindrical hole 310 formed therein so that the diameter thereof is gradually changed from the front end side to the rear end side. . On the outer peripheral surface, a projecting portion 315 that protrudes from the outer peripheral surface is provided in the central portion in the center line direction over the entire region in the circumferential direction.
The hole 310 includes a first hole 311 and a second hole 312 having a diameter larger than the diameter of the first hole 311 formed in order from the front end side to the rear end side. 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.

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。   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.

受圧部の一例としてのダイアフラムヘッド40は、円筒状を呈する筒状部41と、板状を呈するとともに筒状部41の先端側に設けられて筒状部41の先端側を塞ぐ閉塞部42と、を有している。また、ダイアフラムヘッド40は、筒状部41と閉塞部42との境界部における外周面を45°に面取加工することで設けられた面取部43をさらに有している。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。   A diaphragm head 40 as an example of a pressure receiving portion includes a cylindrical portion 41 that has a cylindrical shape, and a blocking portion 42 that has a plate shape and is provided on the distal end side of the cylindrical portion 41 to block the distal end side of the cylindrical portion 41. ,have. The diaphragm head 40 further includes a chamfered portion 43 provided by chamfering the outer peripheral surface at the boundary portion between the cylindrical portion 41 and the closed portion 42 to 45 °. 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, SUH660 can be exemplified.

筒状部41は、面取部43に隣接することで最も先端側に位置する先端筒状部411と、先端筒状部411の後端側に位置する中間筒状部412と、中間筒状部412の後端側であって最も後端側に位置する後端筒状部413と、を有している。この筒状部41では、先端筒状部411よりも中間筒状部412の外径が小さくなっており、中間筒状部412よりも後端筒状部413の外径が小さくなっている。また、筒状部41は、先端筒状部411と中間筒状部412との境界部において両者を接続する先端段差部414と、中間筒状部412と後端筒状部413との境界部において両者を接続する後端段差部415と、をさらに有している。なお、筒状部41の内径は、軸方向の位置によらず同じである。   The cylindrical portion 41 is adjacent to the chamfered portion 43, so that the distal end cylindrical portion 411 positioned closest to the distal end side, the intermediate cylindrical portion 412 positioned on the rear end side of the distal end cylindrical portion 411, and the intermediate cylindrical shape A rear end cylindrical portion 413 located on the rear end side and the rear end side of the portion 412. In the cylindrical portion 41, the outer cylindrical portion 412 has an outer diameter smaller than that of the front end cylindrical portion 411, and the rear end cylindrical portion 413 has an outer diameter smaller than that of the intermediate cylindrical portion 412. Further, the tubular portion 41 includes a front end step portion 414 that connects the front end tubular portion 411 and the intermediate tubular portion 412, and a boundary portion between the intermediate tubular portion 412 and the rear end tubular portion 413. And a rear end step portion 415 for connecting the two. The inner diameter of the cylindrical portion 41 is the same regardless of the position in the axial direction.

閉塞部42は、先端側すなわちその表面の中央部に設けられ、圧電素子10側に凹んだ表面凹部421と、後端側すなわちその裏面の中央部に設けられ、圧電素子10側に突出した裏面凸部422と、を有している。この閉塞部42では、表面凹部421の背面に裏面凸部422が位置している。   The blocking portion 42 is provided at the front end side, that is, the central portion of the surface thereof, and is recessed on the surface of the piezoelectric element 10, and the rear surface is provided at the rear end side, ie, the center portion of the back surface thereof, and protrudes toward the piezoelectric element 10 side. And a convex portion 422. In the closed portion 42, the back surface convex portion 422 is located on the back surface of the front surface concave portion 421.

第1の電極部50は、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部材であり、第1の円柱部51と、第1の円柱部51の外径よりも大きな外径の第2の円柱部52と、から構成される。第1の円柱部51の外径はダイアフラムヘッド40の筒状部41の内径よりも小さく、第2の円柱部52の外径は第1のハウジング31の第1の孔311の孔径と略同じである。そして、第1の円柱部51における先端側の端面がダイアフラムヘッド40の閉塞部42の裏面凸部422と、第2の円柱部52における後端側の端面が圧電素子10における先端側の面と接触するように配置される。第2の円柱部52の外周面が第1のハウジング31の内周面と接触すること、および/または第1の円柱部51における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側の端面である第2の円柱部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 a columnar member formed so that the diameters are gradually changed from the front end side to the rear end side. The first cylindrical portion 51 and the outer diameter of the first cylindrical portion 51 And a second cylindrical portion 52 having a larger outer diameter. The outer diameter of the first cylindrical portion 51 is smaller than the inner diameter of the cylindrical portion 41 of the diaphragm head 40, and the outer diameter of the second cylindrical portion 52 is substantially the same as the hole diameter of the first hole 311 of the first housing 31. It is. The end surface on the front end side of the first cylindrical portion 51 is the back surface convex portion 422 of the closing portion 42 of the diaphragm head 40, and the end surface on the rear end side of the second cylindrical portion 52 is the surface on the front end side of the piezoelectric element 10. Arranged to touch. When the outer peripheral surface of the second cylindrical portion 52 is in contact with the inner peripheral surface of the first housing 31 and / or the end surface on the distal end side of the first cylindrical portion 51 is in contact with the diaphragm head 40, the piezoelectric element 10 is electrically connected to the housing 30.
The first electrode portion 50 applies pressure in the combustion chamber C to the piezoelectric element 10, and the end surface on the rear end side of the second cylindrical portion 52 that is the end surface on the piezoelectric element 10 side is the piezoelectric element 10. It is formed in a size that can push the entire end face. 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の外径は第1のハウジング31の第2の孔312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 second hole 312 of the first housing 31, and the outer peripheral surface of the second electrode portion 55 and the first housing 31 There is a gap between the inner peripheral surface.
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、第1のハウジング31の第2の孔312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、中心位置と第1のハウジング31の第2の孔312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 second hole 312 of the first housing 31. 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 second hole 312 of the first housing 31 are the same. It is arranged to become.

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。
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.

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.

環状部材の一例としての抑制リング80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、その内径は、ダイアフラムヘッド40における中間筒状部412の外径よりもわずかに大きく、その外径は、ダイアフラムヘッド40における先端筒状部411の外径と略同じに設定されている。また、抑制リング80は、先端側に設けられるとともにダイアフラムヘッド40における先端段差部414と対向する先端面81と、後端側に設けられるとともに第1のハウジング31の端面31aに対向する後端面82と、を有している。   The restraining ring 80 as an example of the annular member is a cylindrical member formed of alumina ceramic or the like, and the inner diameter thereof is slightly larger than the outer diameter of the intermediate cylindrical portion 412 in the diaphragm head 40, and the outer diameter thereof. Is set to be substantially the same as the outer diameter of the distal cylindrical portion 411 in the diaphragm head 40. Further, the suppression ring 80 is provided on the front end side and the front end surface 81 facing the front end step portion 414 of the diaphragm head 40, and the rear end surface 82 provided on the rear end side and facing the end surface 31 a of the first housing 31. And have.

ではここで、圧力検出装置5の先端側に設けられるダイアフラムヘッド40および抑制リング80の特性の関係について、説明しておく。   Here, the relationship between the characteristics of the diaphragm head 40 and the suppression ring 80 provided on the distal end side of the pressure detection device 5 will be described.

本実施の形態において、ダイアフラムヘッド40は、上述したように金属材料(この例ではステンレス)で構成される。これに対し、抑制リング80は、上述したように無機材料(この例ではアルミナ)で構成される。さらに、本実施の形態の抑制リング80は、多結晶体すなわちセラミックスで構成される。したがって、本実施の形態では、抑制リング80の導電率が、ダイアフラムヘッド40の導電率よりも低くなっている。   In the present embodiment, the diaphragm head 40 is made of a metal material (in this example, stainless steel) as described above. In contrast, the suppression ring 80 is made of an inorganic material (in this example, alumina) as described above. Furthermore, the suppression ring 80 of the present embodiment is made of a polycrystalline body, that is, ceramics. Therefore, in the present embodiment, the conductivity of the suppression ring 80 is lower than the conductivity of the diaphragm head 40.

そして、本実施の形態では、抑制リング80の熱伝導率が、ダイアフラムヘッド40の熱伝導率よりも低くなるように、各々の材料の選択が行われている。この例において、アルミナセラミックスの熱伝導率は15〜45(W/m・K)であり、ステンレスの熱伝導率は16〜27(W/m・K)である。   In the present embodiment, each material is selected so that the thermal conductivity of the suppression ring 80 is lower than the thermal conductivity of the diaphragm head 40. In this example, the thermal conductivity of alumina ceramics is 15 to 45 (W / m · K), and the thermal conductivity of stainless steel is 16 to 27 (W / m · K).

また、本実施の形態では、抑制リング80の融点が、ダイアフラムヘッド40の融点よりも高くなるように、各々の材料の選択が行われている。この例において、アルミナセラミックスの融点は2072(℃)であり、ステンレスの融点は1400〜1500(℃)である。   In the present embodiment, each material is selected such that the melting point of the suppression ring 80 is higher than the melting point of the diaphragm head 40. In this example, the melting point of alumina ceramics is 2072 (° C.), and the melting point of stainless steel is 1400 to 1500 (° C.).

さらに、本実施の形態では、抑制リング80の線膨張係数が、ダイアフラムヘッド40の線膨張係数よりも小さくなるように、各々の材料の選択が行われている。この例において、アルミナセラミックスの線膨張係数は7〜8(10−6/K)であり、ステンレスの線膨張係数は9〜18(10−6/K)である。 Further, in the present embodiment, each material is selected so that the linear expansion coefficient of the suppression ring 80 is smaller than the linear expansion coefficient of the diaphragm head 40. In this example, the linear expansion coefficient of alumina ceramics is 7 to 8 (10 −6 / K), and the linear expansion coefficient of stainless steel is 9 to 18 (10 −6 / K).

(信号処理部)
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。
(Signal processing part)
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 is 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の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 232 b for the O-ring 24 for sealing the inside of the housing 30 and the installation portion of the printed wiring board 210 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.

(保持部材)
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。
(Holding member)
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.

(圧力検出装置における電気的な接続構造)
次に、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を介して、金属製のハウジング30と電気的に接続される。
(Electrical connection structure in pressure detector)
Next, an electrical connection structure in the pressure detection device 5 described above will be described.
First, the end face on the front end side of the piezoelectric element 10 is electrically connected to the metal housing 30 via the metal first electrode portion 50 and the diaphragm head 40.

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.

(圧力検出装置の取り付け)
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。このとき、圧力検出装置5の先端側では、ダイアフラムヘッド40における筒状部41に取り付けられた抑制リング80の外周面が、空隙を介して、シリンダヘッド4に形成された連通孔4aの内周面に対峙する。すなわち、抑制リング80と連通孔4aとが、非接触な状態に設定される。また、圧電素子10とハウジング30とが直接接触しないよう、圧電素子10の側面とハウジング30の内壁面との間には空隙が設けられる。
(Attaching the pressure detector)
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. At this time, on the distal end side of the pressure detection device 5, the outer peripheral surface of the suppression ring 80 attached to the tubular portion 41 of the diaphragm head 40 is connected to the inner periphery of the communication hole 4 a formed in the cylinder head 4 via a gap. Face to face. That is, the suppression ring 80 and the communication hole 4a are set in a non-contact state. Further, a gap is provided between the side surface of the piezoelectric element 10 and the inner wall surface of the housing 30 so that the piezoelectric element 10 and the housing 30 do not directly contact each other.

[シール部材]
次に、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圧力検出装置5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4の外周面334が設けられた円柱状の部位の先端側の端面との間に配置され、シリンダヘッド4と圧力検出装置5との間をシールする第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、シリンダヘッド4と圧力検出装置5との間をシールする第2のシール部材72を有している。
[Seal material]
Next, the seal member 7 will be described.
The seal member 7 has a cylindrical shape provided with an end surface in the tightening direction of the pressure detection device 5 on the surrounding wall forming the communication hole 4 a in the cylinder head 4 and a fourth outer peripheral surface 334 of the housing 30 of the pressure detection device 5. And a first seal member 71 that seals between the cylinder head 4 and the pressure detection device 5. Further, the seal member 7 is disposed between the inclined portion 4c of the communication hole 4a of the cylinder head 4 and the inclined surface 315a of the first housing 31 of the housing 30 of the pressure detecting device 5, and the cylinder head 4 and the pressure detecting member are detected. A second seal member 72 that seals between the device 5 is provided.

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.

[圧力検出装置の製造方法]
次に、圧力検出装置5の製造方法について説明する。
まず、ダイアフラムヘッド40の先端段差部414と抑制リング80の先端面81とが接触するまで、ダイアフラムヘッド40と抑制リング80とを嵌合(圧入)する。続いて、抑制リング80が装着されたダイアフラムヘッド40の後端段差部415と第1のハウジング31の端面31a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の後端段差部415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(接合)する。
[Manufacturing method of pressure detection device]
Next, a manufacturing method of the pressure detection device 5 will be described.
First, the diaphragm head 40 and the suppression ring 80 are fitted (press-fitted) until the leading end step portion 414 of the diaphragm head 40 and the leading end surface 81 of the suppression ring 80 come into contact with each other. Subsequently, the first housing 31 and the diaphragm head 40 are fitted (press-fitted) until the rear end step portion 415 of the diaphragm head 40 to which the suppression ring 80 is attached and the end surface 31a of the first housing 31 come into contact with each other. To do. Thereafter, a laser beam is emitted from a direction intersecting the center line direction (for example, a direction orthogonal to the center line direction) to a portion where the end surface 31a of the first housing 31 and the rear end step portion 415 of the diaphragm head 40 are in contact with each other. Irradiation is performed to weld (join) the first housing 31 and the diaphragm head 40.

次いで、第1のハウジング31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を挿入した状態のものを、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。それから、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。そして、第1のハウジング31内の圧電素子10に、予め決められた大きさの荷重(予荷重)を作用させた状態で、支持部材65と第1のハウジング31とを固定する。   Next, the first electrode unit 50 and the piezoelectric element 10 are inserted from the opening on the rear end side in the first housing 31. 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. Then, the support member 65 is inserted from the opening on the rear end side in the first housing 31. Then, the supporting member 65 and the first housing 31 are fixed in a state where a predetermined load (preload) is applied to the piezoelectric element 10 in the first housing 31.

支持部材65と第1のハウジング31とを固定した後、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。   After the support member 65 and the first housing 31 are fixed, the first housing 31 until the vertical surface 315b of the projecting 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. And the second housing 32 are fitted (press-fitted). 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.

次に、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。   Next, 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 through 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。   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.

[圧力検出装置による圧力検出動作]
では、圧力検出装置5による内燃機関1の圧力検出動作について説明を行う。
内燃機関1が動作しているとき、ダイアフラムヘッド40における閉塞部42の先端側(表面)に、燃焼室C内で発生した燃焼ガスによる圧力(燃焼圧)が付与される。ダイアフラムヘッド40では、表面凹部421側で受けた圧力が裏面側の裏面凸部422に伝達され、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に供給される。回路基板部21に供給された電荷は、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。
[Pressure detection operation by pressure detector]
Now, the pressure detection operation of the internal combustion engine 1 by the pressure detection device 5 will be described.
When the internal combustion engine 1 is operating, pressure (combustion pressure) due to the combustion gas generated in the combustion chamber C is applied to the distal end side (surface) of the closing portion 42 in the diaphragm head 40. In the diaphragm head 40, the pressure received on the front surface concave portion 421 side is transmitted to the back surface convex portion 422 on the back surface side, and acts on the piezoelectric element 10 sandwiched between the first electrode portion 50 and the second electrode portion 55. Thus, an electric charge corresponding to the combustion pressure is generated in the piezoelectric element 10. Then, the electric charge generated in the piezoelectric element 10 is supplied to the circuit board portion 21 via the second electrode portion 55, the coil spring 70, and the conductive member 22. The charge supplied 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.

[燃焼ガスの挙動と圧力検出装置との関係]
ここで、上述した圧力検出動作における、燃焼ガスの挙動と圧力検出装置5との関係について説明を行う。
[Relationship between combustion gas behavior and pressure detector]
Here, the relationship between the behavior of the combustion gas and the pressure detection device 5 in the pressure detection operation described above will be described.

まず、内燃機関1の燃焼室C内で、燃料を燃焼させることに伴って生じた燃焼ガスが熱膨張し、燃焼圧が発生する。そして、燃焼室C内で発生した燃焼ガスが、圧力検出装置5のダイアフラムヘッド40の閉塞部42に作用する。これに伴い、上述した手順にて、圧力検出動作が行われる。   First, in the combustion chamber C of the internal combustion engine 1, the combustion gas generated as the fuel is burned is thermally expanded to generate combustion pressure. The combustion gas generated in the combustion chamber C acts on the closing portion 42 of the diaphragm head 40 of the pressure detection device 5. Accordingly, the pressure detection operation is performed according to the above-described procedure.

一方、燃焼室C内で発生した燃焼ガスは、圧力検出装置5の先端側すなわちダイアフラムヘッド40側から、シリンダヘッド4に設けられた連通孔4aの内周面と、圧力検出装置5(ダイアフラムヘッド40、抑制リング80およびハウジング30)の外周面との間に存在するエアギャップに進入し、後端側へと向かう。   On the other hand, the combustion gas generated in the combustion chamber C from the front end side of the pressure detection device 5, that is, the diaphragm head 40 side, and the inner peripheral surface of the communication hole 4a provided in the cylinder head 4 and the pressure detection device 5 (diaphragm head). 40, enters the air gap existing between the restraining ring 80 and the outer peripheral surface of the housing 30) and heads toward the rear end side.

このとき、圧力検出装置5では、ダイアフラムヘッド40が、高温の燃焼ガスにさらされることで加熱され、熱膨張する。熱膨張に伴ってダイアフラムヘッド40における筒状部41が軸方向に伸びると、ダイアフラムヘッド40、第1の電極部50および第2の電極部55等を介して圧電素子10に付与している予荷重が減少する。そして、この熱膨張が解消する前すなわちダイアフラムヘッド40が収縮する前に、燃焼室Cにて次の燃焼が開始されると、圧力検出装置5からの出力値は、予荷重が減少している分、本来の出力値よりも低下してしまうことになる。   At this time, in the pressure detection device 5, the diaphragm head 40 is heated by being exposed to the high-temperature combustion gas, and is thermally expanded. When the tubular portion 41 of the diaphragm head 40 extends in the axial direction along with thermal expansion, it is preliminarily applied to the piezoelectric element 10 via the diaphragm head 40, the first electrode portion 50, the second electrode portion 55, and the like. The load decreases. When the next combustion is started in the combustion chamber C before the thermal expansion is eliminated, that is, before the diaphragm head 40 contracts, the output value from the pressure detection device 5 is reduced in the preload. Therefore, the output value will be lower than the original output value.

ここで、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における筒状部41の外側に、ダイアフラムヘッド40よりも熱伝導率が低い抑制リング80を設けている。これにより、圧力検出装置5の先端側から、シリンダヘッド4に設けられた連通孔4aの内周面と、圧力検出装置5の外周面との間に存在するエアギャップに進入してきた燃焼ガスの熱は、抑制リング80を設けない場合と比較して、ダイアフラムヘッド40における筒状部41に伝達されにくくなる(熱の伝達が抑制される)。これに伴い、燃焼ガスの熱に起因する、ダイアフラムヘッド40における筒状部41の熱膨張が生じにくくなる。その結果、ダイアフラムヘッド40等を用いて圧電素子10に付与する予荷重の変動、ひいては、圧力検出装置5からの出力値の変動が生じにくくなる。   Here, in the present embodiment, a suppression ring 80 having a thermal conductivity lower than that of the diaphragm head 40 is provided outside the tubular portion 41 of the diaphragm head 40 provided in the pressure detection device 5. As a result, the combustion gas that has entered the air gap between the inner peripheral surface of the communication hole 4 a provided in the cylinder head 4 and the outer peripheral surface of the pressure detection device 5 from the front end side of the pressure detection device 5. Compared with the case where the suppression ring 80 is not provided, the heat is less likely to be transmitted to the tubular portion 41 in the diaphragm head 40 (heat transmission is suppressed). As a result, thermal expansion of the tubular portion 41 in the diaphragm head 40 due to the heat of the combustion gas is less likely to occur. As a result, fluctuations in the preload applied to the piezoelectric element 10 using the diaphragm head 40 and the like, and consequently fluctuations in the output value from the pressure detection device 5 are less likely to occur.

図8は、圧力検出装置5からの出力値の時間経過を示した図である。ここで、図8(a)は、抑制リング80を設けないことでダイアフラムヘッド40の筒状部41の外周面をすべて露出させた圧力検出装置5(以下では、従来の圧力検出装置5という)の場合を、図8(b)は、抑制リング80を設けた圧力検出装置5(以下では、今回の圧力検出装置5という)の場合を、それぞれ例示している。なお、図8(a)、(b)のそれぞれにおいて、横軸は時間であり、縦軸は圧力検出装置5からの出力値である。   FIG. 8 is a diagram showing the time lapse of the output value from the pressure detection device 5. Here, FIG. 8A shows the pressure detection device 5 in which the outer peripheral surface of the cylindrical portion 41 of the diaphragm head 40 is exposed by not providing the suppression ring 80 (hereinafter referred to as the conventional pressure detection device 5). FIG. 8B illustrates the case of the pressure detection device 5 provided with the suppression ring 80 (hereinafter referred to as the current pressure detection device 5). 8A and 8B, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the output value from the pressure detection device 5.

従来の圧力検出装置5の場合、ダイアフラムヘッド40における筒状部41の熱膨張が1熱サイクルでは解消しきれなくなり、時間の経過とともに予荷重が減少していく。その結果、図8(a)に示したように、時間の経過とともに出力値の基準値(非燃焼時の出力値)が徐々に低下していき、例えば各熱サイクルにおける燃焼圧が同じであったとしても、得られる出力値のピーク値は徐々に低下していくこととなる。   In the case of the conventional pressure detection device 5, the thermal expansion of the tubular portion 41 in the diaphragm head 40 cannot be eliminated in one thermal cycle, and the preload decreases with the passage of time. As a result, as shown in FIG. 8 (a), the reference value of the output value (output value at the time of non-combustion) gradually decreases with time, for example, the combustion pressure in each thermal cycle is the same. Even so, the peak value of the output value obtained gradually decreases.

一方、今回の圧力検出装置5の場合、ダイアフラムヘッド40における筒状部41の熱膨張が生じにくくなる分、予荷重の変動も生じにくくなる。その結果、図8(b)に示したように、時間の経過に関わりなく出力値の基準値(非燃焼時の出力値)が安定するようになり、各熱サイクルにおける出力値のピーク値のずれも発生しにくくなる。   On the other hand, in the case of the pressure detection device 5 of this time, the thermal expansion of the cylindrical portion 41 in the diaphragm head 40 is less likely to occur, and therefore the preload fluctuation is less likely to occur. As a result, as shown in FIG. 8B, the reference value of the output value (output value at the time of non-combustion) becomes stable regardless of the passage of time, and the peak value of the output value in each thermal cycle becomes stable. Misalignment is less likely to occur.

なお、発明者の実験によれば、燃焼室Cでの燃焼時における圧力検出装置5の先端側(ダイアフラムヘッド40周辺)の温度は、250〜300℃程度になることが判明している。ここで、抑制リング80を構成する材料として、PTFE(polytetrafluoroethylene)等の樹脂を用いた場合、上記温度領域において樹脂の劣化や分解が生じ、抑制リング80としての機能を果たさなくなってしまうおそれがある。
これに対し、本実施の形態では、上記温度領域において劣化や分解が生じ難い無機材料(セラミックス材料)を用いていることから、このような問題は生じ難いといえる。
According to the experiment by the inventor, it has been found that the temperature on the front end side (around the diaphragm head 40) of the pressure detection device 5 during combustion in the combustion chamber C is about 250 to 300 ° C. Here, when a resin such as PTFE (polytetrafluoroethylene) is used as a material constituting the suppression ring 80, the resin may be deteriorated or decomposed in the temperature range, and the function as the suppression ring 80 may not be performed. .
On the other hand, in this embodiment, since an inorganic material (ceramic material) that hardly deteriorates or decomposes in the temperature range is used, it can be said that such a problem hardly occurs.

[その他]
なお、本実施の形態では、圧力検出装置5で用いる抑制リング80として、アルミナを用いていたが、これに限られるものではなく、ジルコニア(安定化ジルコニアを含む)やイットリア等の各種酸化物、窒化アルミニウム等の窒化物、さらには炭化珪素等の炭化物等を用いてもかまわない。
また、本実施の形態では、圧力検出装置5で用いる抑制リング80として、絶縁体(アルミナセラミックス)を用いていたが、ダイアフラムヘッド40との間の熱伝導率の関係を満たすものであれば、半導体あるいは導体であってもかまわない。
さらに、本実施の形態では、圧力検出装置5で用いる抑制リング80を構成する無機材料として、セラミックス(多結晶体)を用いていたが、例えばガラスであってもかまわない。
[Others]
In the present embodiment, alumina is used as the suppression ring 80 used in the pressure detection device 5, but the present invention is not limited to this, and various oxides such as zirconia (including stabilized zirconia) and yttria, A nitride such as aluminum nitride or a carbide such as silicon carbide may be used.
Moreover, in this Embodiment, although the insulator (alumina ceramics) was used as the suppression ring 80 used with the pressure detection apparatus 5, if the relationship of the thermal conductivity between the diaphragm heads 40 is satisfy | filled, It may be a semiconductor or a conductor.
Furthermore, in the present embodiment, ceramics (polycrystal) is used as the inorganic material constituting the suppression ring 80 used in the pressure detection device 5, but glass may be used, for example.

また、本実施の形態では、圧力検出装置5で用いる抑制リング80を、ダイアフラムヘッド40の外周面における後端側に設けていたが、これに限られるものではなく、例えばハウジング30に設けてもかまわない。抑制リング80をハウジング30に設ける場合は、抑制リング80をダイアフラムヘッド40に近い、ハウジング30の先端側に設けることが好ましい。この構成を採用した場合には、抑制リング80により、ハウジング30の熱膨張が生じにくくなり、圧力検出装置5の予荷重の変動も生じにくくなる。
さらに、本実施の形態では、圧力検出装置5における信号発生部として、圧電素子10を用いた場合を例として説明を行ったが、これに限られるものではなく、例えばひずみゲージや離間した電極等を用いてもかまわない。
さらにまた、本実施の形態では、圧力検出装置5による圧力の検出対象を内燃機関1としていたが、これに限られるものではなく、内燃機関1以外であってもかまわない。
In the present embodiment, the suppression ring 80 used in the pressure detection device 5 is provided on the rear end side of the outer peripheral surface of the diaphragm head 40. However, the present invention is not limited to this, and may be provided in the housing 30, for example. It doesn't matter. When the suppression ring 80 is provided in the housing 30, it is preferable to provide the suppression ring 80 on the distal end side of the housing 30 close to the diaphragm head 40. In the case of adopting this configuration, the restraining ring 80 makes it difficult for the housing 30 to thermally expand, and the preload variation of the pressure detection device 5 is also less likely to occur.
Furthermore, in the present embodiment, the case where the piezoelectric element 10 is used as the signal generation unit in the pressure detection device 5 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, for example, a strain gauge, a separated electrode, or the like May be used.
Furthermore, in the present embodiment, the pressure detection target by the pressure detection device 5 is the internal combustion engine 1, but the present invention is not limited to this and may be other than the internal combustion engine 1.

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、21…回路基板部、22…伝導部材、23…覆い部材、24…Oリング、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…抑制リング、100…センサ部、200…信号処理部、300…保持部材 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, 21 ... Circuit board part , 22 ... conductive member, 23 ... cover member, 24 ... O-ring, 30 ... housing, 40 ... diaphragm head, 50 ... first electrode portion, 55 ... second electrode portion, 60 ... insulating ring, 65 ... support member , 70 ... Coil spring, 80 ... Suppression ring, 100 ... Sensor part, 200 ... Signal processing part, 300 ... Holding member

Claims (3)

筒状の胴体部と、
筒状の筒状部と当該筒状部の一端部側で当該筒状部を塞ぐ閉塞部とを有し、当該筒状部の他端部側が前記胴体部の一端部側に設けられるとともに当該閉塞部が外部から圧力を受ける受圧部と、
前記胴体部の内側に設けられ、前記受圧部が受けた圧力に応じた信号を発生する信号発生部と、
前記受圧部よりも熱伝導率が低い無機材料で構成され、前記筒状部の外側に取り付けられる環状の環状部材と
を含む圧力検出装置。
A cylindrical body,
A cylindrical tubular portion and a closed portion that closes the tubular portion on one end side of the tubular portion, and the other end portion side of the tubular portion is provided on one end portion side of the body portion, and A pressure receiving portion where the closed portion receives pressure from the outside;
A signal generator that is provided inside the body part and generates a signal corresponding to the pressure received by the pressure receiver;
A pressure detection device including an annular member made of an inorganic material having a lower thermal conductivity than the pressure receiving portion and attached to the outside of the cylindrical portion.
前記環状部材における一端部側の面が前記受圧部に設けられた突き当て面に対向して配置され、当該環状部材における他端部側の面が前記胴体部に設けられた他の突き当て面に対向して配置されること
を特徴とする請求項1記載の圧力検出装置。
The one end side surface of the annular member is disposed opposite to the abutting surface provided in the pressure receiving portion, and the other end surface of the annular member is provided on the body portion. The pressure detection device according to claim 1, wherein the pressure detection device is disposed so as to oppose to the surface.
先端部側となる燃焼室内と後端部側となる外部とを連通する連通孔が形成されたシリンダヘッドと、
前記連通孔に挿入されることで前記シリンダヘッドに取り付けられるとともに、前記燃焼室内の圧力を検出する圧力検出装置と
を備え、
前記圧力検出装置は、
前記連通孔内に配置される筒状の胴体部と、
筒状の筒状部と当該筒状部の一端部側で当該筒状部を塞ぐ閉塞部とを有し、当該筒状部の他端部側が前記胴体部の一端部側に設けられるとともに当該閉塞部が前記燃焼室から圧力を受ける受圧部と、
前記胴体部の内側に設けられ、前記受圧部が受けた圧力に応じた信号を発生する信号発生部と、
前記受圧部よりも熱伝導率が低い無機材料で構成され、前記筒状部の外側に取り付けられるとともに、前記連通孔の内周面と非接触に配置される環状の環状部材と
を含む圧力検出装置付き内燃機関。
A cylinder head formed with a communication hole communicating the combustion chamber on the front end side and the outside on the rear end side;
A pressure detecting device that is attached to the cylinder head by being inserted into the communication hole and detects the pressure in the combustion chamber;
The pressure detection device includes:
A cylindrical body portion disposed in the communication hole;
A cylindrical tubular portion and a closed portion that closes the tubular portion on one end side of the tubular portion, and the other end portion side of the tubular portion is provided on one end portion side of the body portion, and A pressure receiving portion where the closed portion receives pressure from the combustion chamber;
A signal generator that is provided inside the body part and generates a signal corresponding to the pressure received by the pressure receiver;
The pressure detection is made of an inorganic material having a lower thermal conductivity than the pressure receiving portion, is attached to the outside of the cylindrical portion, and includes an annular annular member disposed in non-contact with the inner peripheral surface of the communication hole. Internal combustion engine with device.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3857287A (en) * 1972-05-08 1974-12-31 Kistler Instrumente Ag Pressure transducers
JP2006250614A (en) * 2005-03-09 2006-09-21 Denso Corp Pressure detector
JP2009097926A (en) * 2007-10-15 2009-05-07 Denso Corp Pressure sensor and its mounting structure
JP2009122076A (en) * 2007-11-19 2009-06-04 Nippon Soken Inc Structure of mounting pressure sensor
JP2013174552A (en) * 2012-02-27 2013-09-05 Citizen Finetech Miyota Co Ltd Manufacturing method of pressure detection device, and pressure detection device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3857287A (en) * 1972-05-08 1974-12-31 Kistler Instrumente Ag Pressure transducers
JP2006250614A (en) * 2005-03-09 2006-09-21 Denso Corp Pressure detector
JP2009097926A (en) * 2007-10-15 2009-05-07 Denso Corp Pressure sensor and its mounting structure
JP2009122076A (en) * 2007-11-19 2009-06-04 Nippon Soken Inc Structure of mounting pressure sensor
JP2013174552A (en) * 2012-02-27 2013-09-05 Citizen Finetech Miyota Co Ltd Manufacturing method of pressure detection device, and pressure detection device

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