JP2020122776A - Cylinder internal pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関の燃焼室内の圧力を検知する筒内圧センサに関するものである。 The present invention relates to an in-cylinder pressure sensor that detects the pressure inside a combustion chamber of an internal combustion engine.
内燃機関に装着される筒内圧センサとして、筒状の筐体と、筐体に接合されると共に筐体の開口に配置され筒内圧力に応じて変形するメンブレンと、筐体内に配置され圧力によって変化する電気的特性を有するセンサ部と、を備えるものが知られている。この種の筒内圧センサでは、高温の燃焼ガスによってメンブレンが熱膨張した結果、センサ部がメンブレンの熱膨張による変形を検知してしまい、圧力の検知精度が低下する。そこで、燃焼ガスによるメンブレンの熱影響を減らすため、メンブレンに受熱板を接合し、メンブレンよりも先端側に受熱板を配置する技術が開示されている(特許文献1及び2)。
As an in-cylinder pressure sensor attached to an internal combustion engine, a cylindrical casing, a membrane that is joined to the casing and that is arranged in an opening of the casing and deforms according to the in-cylinder pressure, and that is arranged in the casing by pressure. A sensor unit having a changing electrical characteristic is known. In this type of in-cylinder pressure sensor, as a result of thermal expansion of the membrane due to high temperature combustion gas, the sensor section detects deformation due to thermal expansion of the membrane, and pressure detection accuracy decreases. Therefore, in order to reduce the thermal effect of the combustion gas on the membrane, a technique has been disclosed in which a heat receiving plate is joined to the membrane and the heat receiving plate is arranged on the tip side of the membrane (
しかし、特許文献1及び2では、筐体とメンブレンとを接合する第1接合部が形成された界面や、メンブレンと受熱板とを接合する第2接合部が形成された界面が、それぞれ筒内圧センサの外部に露出している。このため、この2つの界面に燃焼室内の気流が流れ込み、筐体からメンブレン又はメンブレンから受熱板を引き剥がそうとする力が働き、その結果、第1接合部や第2接合部の破損や破壊が生じるおそれがある。
However, in
本発明はこの問題点を解決するためになされたものであり、第1接合部や第2接合部の破損や破壊を抑制できる筒内圧センサを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve this problem, and an object of the present invention is to provide an in-cylinder pressure sensor capable of suppressing damage or destruction of the first joint portion and the second joint portion.
この目的を達成するために本発明の筒内圧センサは、先端側から後端側へと軸線に沿って延びる筒状の筐体と、第1接合部により筐体と接合され、筐体の軸線に交差する方向に拡がりつつ筐体の開口を塞ぎ、受けた圧力に応じて変形するメンブレンと、メンブレンよりも先端側に配置され、第2接合部によりメンブレンと接合される受熱板と、筐体内に配置され、メンブレンの変形に伴って機械的ひずみが生じるダイアフラムと、ダイアフラム上に配置され、ダイアフラムの機械的ひずみ量を電気量に変換するセンサ素子と、を備えるものであって、筐体は、メンブレンの外周面に亘って配置された周状の先端部を備え、先端部は、受熱板の外周面にまで重なる。 In order to achieve this object, the in-cylinder pressure sensor of the present invention includes a cylindrical casing extending along the axis from the front end side to the rear end side, and the casing connected to the casing by the first joint portion. A membrane that expands in a direction that intersects with the opening and closes the opening of the housing and that is deformed according to the received pressure; a heat receiving plate that is disposed on the tip side of the membrane and that is bonded to the membrane by the second bonding portion; And a sensor element that is disposed on the diaphragm, in which mechanical strain is generated due to the deformation of the membrane, and a sensor element that is disposed on the diaphragm and that converts the mechanical strain amount of the diaphragm into an electrical amount. A peripheral tip portion is arranged over the outer peripheral surface of the membrane, and the tip portion overlaps the outer peripheral surface of the heat receiving plate.
請求項1記載の筒内圧センサによれば、メンブレンの外周面に亘って配置された周状の筐体の先端部が、受熱板の外周面にまで重なるので、第1接合部が形成された界面や第2接合部が形成された界面を先端部によって覆い隠すことで筒内圧センサの内部に配置することができる。その結果、2つの界面に流れ込む燃焼室内の気流を遮ることができる。これにより、筐体からメンブレンを引き剥がそうとする力やメンブレンから受熱板を引き剥がそうとする力が抑制されるので、第1接合部や第2接合部の破損や破壊を抑制できる。
According to the in-cylinder pressure sensor of
請求項2記載の筒内圧センサによれば、受熱板の外周面の周方向の少なくとも一部と先端部の内周面との間には隙間が形成されてなるので、隙間の分だけ受熱板が熱膨張できる。受熱板の熱膨張が制限されると受熱板が撓むので、受熱板の撓みが、第2接合部を介してメンブレンに伝わり、筒内圧力に応じたメンブレンの変形以外の機械的ひずみがダイアフラムに生じ、圧力の検知精度の低下につながる。これを抑制できるので、請求項1の効果に加え、圧力の検知精度を向上できる。
According to the in-cylinder pressure sensor of the second aspect, since a gap is formed between at least a part of the outer peripheral surface of the heat receiving plate in the circumferential direction and the inner peripheral surface of the tip portion, the heat receiving plate corresponds to the gap. Can be thermally expanded. When the thermal expansion of the heat receiving plate is limited, the heat receiving plate bends, so that the bending of the heat receiving plate is transmitted to the membrane through the second joint, and mechanical strain other than the deformation of the membrane according to the cylinder internal pressure causes the diaphragm. Occurs, which leads to a decrease in pressure detection accuracy. Since this can be suppressed, in addition to the effect of
請求項3記載の筒内圧センサによれば、受熱板の外周面の周方向の全部と先端部の内周面との間には隙間が形成されてなるので、請求項2の効果に加え、圧力の検知精度をさらに向上できる。 According to the in-cylinder pressure sensor of the third aspect, a gap is formed between the entire outer circumferential surface of the heat receiving plate in the circumferential direction and the inner circumferential surface of the tip portion. Therefore, in addition to the effect of the second aspect, The pressure detection accuracy can be further improved.
請求項4記載の筒内圧センサによれば、受熱板の先端面は先端部よりも先端側に位置し、先端部は、受熱板の外周面の軸線方向における距離の少なくとも半分以上重なる。これにより第2接合部が形成された界面に流れ込む気流をさらに遮ることができ、メンブレンから受熱板を引き剥がそうとする力をさらに抑制するので、請求項1から3のいずれかの効果に加え、第2接合部の破損や破壊をさらに抑制できる。
According to the in-cylinder pressure sensor of the fourth aspect, the front end surface of the heat receiving plate is located closer to the front end side than the front end portion, and the front end portion overlaps at least half or more of the distance in the axial direction of the outer peripheral surface of the heat receiving plate. Thereby, the airflow flowing into the interface where the second joint portion is formed can be further blocked, and the force for peeling the heat receiving plate from the membrane is further suppressed. Therefore, in addition to the effect according to any one of
請求項5記載の筒内圧センサによれば、メンブレンの本体部は第2接合部を介して受熱板に接合され、本体部の外周に位置する縁部は第1接合部を介して筐体に接合される。受熱板の外周面の軸線方向における距離D、本体部の厚さTはD/T≦1を満たすので、受熱板の厚さを本体部の厚さT以下にできる。本体部よりも受熱板が厚くならないようにできるので、本体部の変形を受熱板が妨げ難くなる。よって、請求項4の効果に加え、圧力の検知感度が低下しないようにできる。
According to the in-cylinder pressure sensor of
請求項6記載の筒内圧センサによれば、0.33≦D/T≦1を満たすので、受熱板が薄くなり過ぎないようにできる。これにより請求項5の効果に加え、メンブレンから受熱板を引き剥がそうとする力によって、第2接合部の界面や第2接合部の破損を抑制できる。 According to the in-cylinder pressure sensor of the sixth aspect, since 0.33≦D/T≦1 is satisfied, the heat receiving plate can be prevented from becoming too thin. Thereby, in addition to the effect of the fifth aspect, it is possible to suppress the interface of the second joint and the damage of the second joint due to the force of peeling the heat receiving plate from the membrane.
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図1は第1実施の形態における筒内圧センサ10の部分断面図である。図2は筒内圧センサ10の軸線Oを含む断面図であり、図3は図2のIIIで示す部分の拡大図である。図2では筒内圧センサ10の後端側の図示が省略されている。図1の紙面下側を筒内圧センサ10の先端側、紙面上側を筒内圧センサ10の後端側という(図2、図3及び図5においても同じ)。図1に示すように筒内圧センサ10は、筐体11、メンブレン30及びダイアフラム43を主に備えている。図1では、筐体11の内側に配置されたケーブルの図示が省略されている(図2においても同じ)。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a partial sectional view of an in-
筐体11は、耐熱性や耐ガス性のある金属材料(例えばステンレス鋼や低炭素鋼等)によって形成された軸線Oに沿って延びる円筒状の部材である。本実施形態では、筐体11の内周面12の、軸線Oに垂直な断面は円形である。筐体11の外周面にはねじ部21及び工具係合部22が設けられている。ねじ部21は、内燃機関(図示せず)に形成されたねじ穴に取り付けられるおねじである。工具係合部22は、内燃機関への筒内圧センサ10の取り付け及び取り外しに用いられるレンチ等の工具(図示せず)が係り合う部位である。
The
図2に示すように筐体11は後端側から先端側へ、第1部材13、第2部材14が順に配置されている。第1部材13は、少なくとも先端部が円筒状に形成される部材である。第2部材14は、先端側に向かうにつれて縮径する外周面をもつ円環状の部材である。第2部材14は、筐体11の先端側の開口16を構成する。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように第2部材14には、メンブレン30の径方向の外側に位置する円筒状の先端部18が設けられている。先端部18には、軸線Oを中心とする円環状の先端向き面17が形成されている。先端向き面17は、第2部材14の開口16に連絡している。先端部18の先端面19は、先端向き面17よりも先端側に位置する。
As shown in FIG. 3, the
メンブレン30は、筐体11の開口16を塞ぐ金属製の円形の薄い膜である。メンブレン30は、円板状の本体部31と、本体部31の外周に位置する円環状の縁部32と、が一体に成形されている。本実施形態では、メンブレン30の先端面30aは軸線Oに垂直な平面である。縁部32の厚さは本体部31の厚さTよりも薄い。縁部32は先端部18の先端向き面17に当接している。本体部31は、先端部18の径方向の内側に配置されている。本体部31の外周面31aは先端部18に接触している。
The
受熱板34は、メンブレン30の先端面30aを覆う金属製の円形の薄い板である。先端部18は、メンブレン30の外周面31a,33に重なり、さらに受熱板34の外周面35にまで重なる。
The
メンブレン30は、縁部32の全周が、第1接合部36により第2部材14の先端向き面17に接合されている。本実施形態では、第1接合部36は、メンブレン30の先端面30aのうち縁部32に照射されたレーザビームにより形成された溶接部である。受熱板34は、メンブレン30のうち第1接合部36よりも径方向の内側の部位に第2接合部37により接合されている。本実施形態では、第2接合部37は、受熱板34の中心に照射されたレーザビームにより形成された点状の溶接部である。受熱板34の中心に第2接合部37が形成されているので、第2接合部37が、受熱板34の径方向の熱膨張収縮の影響をメンブレン30に与え難くできる。
The entire periphery of the
第1接合部36のうちメンブレン30の先端面30aに露出する部位36aは、受熱板34の外周面35よりも径方向の内側に位置し、受熱板34の外周面35と離隔されている。メンブレン30の外周面33は第1接合部36に溶融しておらず、外周面33の全体が残存している。
A
メンブレン30の先端面30aは、先端部18の先端面19よりも後端側に位置する。受熱板34の先端面34aは、先端部18の先端面19よりも先端側に位置する。先端部18は、受熱板34の外周面35の軸線方向における距離Dの少なくとも半分以上に重なっている。受熱板34の外周面35の少なくとも一部と先端部18の内周面20との間には隙間38が形成されている。距離Dは、本体部31の厚さT以下である。
The front end surface 30 a of the
図4は図1の矢印IV方向から見た筒内圧センサ10の正面図である。図4に示すように隙間38は、受熱板34の外周面35(図3参照)の全部と先端部18の内周面20(図3参照)との間に形成されている。
FIG. 4 is a front view of the in-
図2に戻って説明する。メンブレン30には、メンブレン30の本体部31の中央から軸線Oに沿って後端側へ延びる円柱状の伝達部材40が設けられている。本実施形態では、メンブレン30及び伝達部材40は、ステンレス鋼などの金属材料を用いて、例えば鍛造や切削などによって一体に形成されている。しかし、これに限られるものではなく、メンブレン30と伝達部材40とを別々に形成した後、溶接等によってメンブレン30と伝達部材40とを一体化することは当然可能である。
It returns to FIG. 2 and demonstrates. The
伝達部材40と筐体11の内周面12との間に、接続部材41及びダイアフラム43が配置されている。接続部材41は、伝達部材40の径方向の外側に伝達部材40に沿って配置される金属製の円筒状の部材である。接続部材41には、接続部材41の先端部から径方向の外側へ張り出す円環状の第1張出部42が設けられている。
The
ダイアフラム43は、接続部材41と筐体11の内周面12との間に配置される金属製の円環状の部材である。ダイアフラム43は、軸線Oに対して垂直に配置される円板状の膜部44と、膜部44の伝達部材40側の部位から伝達部材40に沿って先端側へ延びる円筒状の第1凸部45と、膜部44の筐体11側の部位から筐体11の内周面12に沿って先端側へ延びる円筒状の第2凸部46と、を備えている。第2凸部46の軸線方向の長さは第1凸部45の軸線方向の長さよりも短い。第2凸部46には、第2凸部46の軸線方向の中央付近から径方向の外側へ張り出す円環状の第2張出部47が設けられている。
The
第1凸部45は、接続部材41の第1張出部42よりも後端側に配置されている。第1凸部45の先端は、第1張出部42に突き当てられている。ダイアフラム43の第2張出部47は、第1部材13と第2部材14との間に配置されている。膜部44、第1凸部45、第2凸部46及び第2張出部47は一体に成形されている。
The first
ダイアフラム43にはセンサ素子48が固定されている。センサ素子48は、ダイアフラム43の機械的ひずみ量を電気量に変換するピエゾ抵抗式のひずみゲージである。センサ素子48は、膜部44の軸線Oを挟んだ2箇所に2つが固定されている。
A
センサ素子48は、接着剤などの接合材によって形成された接続部49により膜部44の上に固定されている。接続部49は、膜部44の後端側を向く面に形成されている。センサ素子48の出力信号は、センサ素子48に接続されたケーブル(図示せず)により、筒内圧センサ10に内蔵された電気回路(図示せず)に伝達され、その電気回路により筒内圧力が算出される。
The
第3接合部50は、伝達部材40の後端部を接続部材41の後端部に接合する。第4接合部51は、接続部材41の先端部を第1凸部45の先端部に接合する。第3接合部50は、第4接合部51よりも後端側に位置する。本実施形態では、第3接合部50及び第4接合部51はレーザビームの照射により形成された溶接部である。第4接合部51は、第2凸部46の先端部よりも先端側に位置する。接続部49は、第3接合部50よりも先端側に位置する。接続部49は、第4接合部51よりも後端側に位置する。
The third
第5接合部52は、第2部材14の後端部を、全周に亘って第2張出部47に接合する。第6接合部53は、第1部材13の先端部を、全周に亘って第2張出部47に接合する。本実施形態では、第5接合部52及び第6接合部53はレーザビームの照射により形成された溶接部である。
The fifth
ダイアフラム43の第1凸部45のうち第4接合部51よりも後端側の部位と接続部材41との間に、隙間55が形成されている。隙間55は第1凸部45の全周に亘って形成されている。ダイアフラム43の第2凸部46のうち第6接合部53よりも後端側の部位と第1部材13との間に、隙間56が形成されている。隙間56は第1部材13の全周に亘って形成されている。
A
筒内圧センサ10の筐体11、メンブレン30、伝達部材40、接続部材41及びダイアフラム43は、例えば以下の順に接合される。まず、ダイアフラム43の先端側からダイアフラム43に接続部材41を挿入した後、第4接合部51によりダイアフラム43と接続部材41とを接続する。
The
これとは別に、伝達部材40が設けられたメンブレン30の縁部32を第2部材14の先端向き面17に当接した後、第1接合部36により縁部32を第2部材14に接合する。次いで、メンブレン30に受熱板34を第2接合部37により接合する。伝達部材40を接続部材41に挿入し、第2部材14の後端部を第2張出部47に突き当てた後、第3接合部50により伝達部材40と接続部材41とを接合する。最後に、第5接合部52により第2部材14と第2張出部47とを接合し、その後、第6接合部53により第1部材13とダイアフラム43とを接合する。
Separately from this, after the
筒内圧センサ10は、内燃機関(図示せず)に形成されたねじ穴にねじ部21が取り付けられると、第2部材14の外周面が内燃機関に押し付けられ、先端部18の先端面19及び受熱板34が燃焼室に露出する。燃焼室に露出した先端面19及び受熱板34は、燃焼室内の気流(スワールやタンブル等)に曝される。
In the in-
筒内圧センサ10は、燃焼室の圧力(筒内圧力)を受けてメンブレン30が撓むと、伝達部材40が軸線方向に変位する。伝達部材40の変位は、第3接合部50、接続部材41、第4接合部51を介して、ダイアフラム43の第1凸部45に伝達される。ダイアフラム43の第2凸部46に設けられた第2張出部47は筐体11に固定されているので、第1凸部45の軸線方向の変位により膜部44に機械的ひずみが生じる。センサ素子48は膜部44の機械的ひずみ量に応じた出力信号を発生する。筒内圧センサ10に内蔵された電気回路(図示せず)は、センサ素子48の出力信号に基づいて筒内圧力を算出する。
In the in-
しかし、メンブレン30は第1接合部36を介して縁部32が筐体11に接合されているので、高温の燃焼ガスによってメンブレン30が熱膨張すると、膨張した分だけメンブレン30に撓みが生じる。筒内圧力に応じたメンブレン30の撓みに、熱膨張による撓みが加わると、筒内圧力に応じたメンブレン30の変形以外の機械的ひずみがダイアフラム43に生じるので、圧力の検知精度の低下につながる。これを防ぐため、第2接合部37を介してメンブレン30に受熱板34が接合される。メンブレン30よりも先端側に配置された受熱板34は、燃焼ガスによるメンブレン30の熱影響を減らす。
However, since the
また、先端部18はメンブレン30の外周面33に亘って配置され、受熱板34の外周面35にまで先端部18が重なる。そのため、第1接合部36が形成された界面S1(図3参照)や、第2接合部37が形成された界面S2(図3参照)を、先端部18により覆い隠すことで筒内圧センサ10の内部に配置できる。これにより、2つの界面S1,S2に流れ込む燃焼室内の気流を遮ることができる。その結果、第2部材14からメンブレン30を引き剥がそうとする力やメンブレン30から受熱板34を引き剥がそうとする力が抑制されるので、第1接合部36や第2接合部37の破損や破壊を抑制できる。
Further, the
先端部18は、受熱板34の外周面35の軸線方向における距離Dの少なくとも半分以上に重なるので、受熱板34の外周面35のうち距離Dの半分未満の部位に先端部18が重なる場合に比べ、第2接合部37が形成された界面S2に流れ込む気流をさらに遮ることができる。メンブレン30から受熱板34を引き剥がそうとする力をさらに抑制できるので、第2接合部37の破損や破壊をさらに抑制できる。
Since the
受熱板34の外周面35の周方向の少なくとも一部と先端部18の内周面20との間には隙間38が形成されてなるので、隙間38の分だけ受熱板34が熱膨張できる。先端部18によって受熱板34の熱膨張が制限されると受熱板34が撓むので、受熱板34の撓みが、第2接合部37を介してメンブレン30に伝わり、筒内圧力に応じたメンブレン30の変形以外の機械的ひずみがダイアフラム43に生じ、圧力の検知精度の低下につながる。これを抑制できるので、圧力の検知精度を向上できる。特に、受熱板34の外周面35の周方向の全部と先端部18の内周面20との間に隙間38が形成されてなるので、圧力の検知精度をさらに向上できる。
Since the
受熱板34の厚さDが、メンブレン30の本体部31の厚さT以下なので、本体部31の変形を受熱板34が妨げ難くなる。よって、圧力の検知感度が低下しないようにできる。
Since the thickness D of the
第1接合部36のうちメンブレン30の先端面30aに露出する部位36aは、受熱板34の外周面35よりも径方向の内側に位置し、第1接合部36の全体が受熱板34の外周面35と離隔されているので、燃焼ガスに第1接合部36が曝され難くできる。その結果、燃焼ガスの影響による第1接合部36の劣化を抑制できる。
A
筐体11の先端部18に先端向き面17が形成されているので、筒内圧センサ10を製造するときに、メンブレン30を先端向き面17に当接させてメンブレン30の軸線方向の位置決めができる。よって、第1接合部36を介してメンブレン30と第2部材14とを接合し易くできる。
Since the
メンブレン30の本体部31よりも厚さの薄い縁部32と先端向き面17とが第1接合部36によって接合されているので、第1接合部36の幅(軸線Oに垂直な方向の寸法)が狭くても第1接合部36の溶込み深さを確保し、第1接合部36の機械的強度を確保できる。第1接合部36の幅を狭くできるので、第1接合部36の全体を受熱板34の外周面35と離隔させ易くすることができる。その結果、燃焼ガスに第1接合部36が曝され難くできる。さらに、縁部32よりも厚い本体部31の外周面31aが第2部材14に接触しているので、本体部31によってメンブレン30の機械的強度を確保できる。
Since the
図5を参照して第2実施の形態について説明する。第1実施形態では、筐体11の先端向き面17にメンブレン30が接合される場合について説明した。これに対し第2実施形態では、先端部64の内周面66にメンブレン67が接合される場合について説明する。なお、第1実施形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図5は第2実施の形態における筒内圧センサ60の軸線Oを含む部分断面図である。図5では筒内圧センサ60の軸線Oを境にした半分の図示および軸線方向の後端側の図示が省略されている。
A second embodiment will be described with reference to FIG. In the first embodiment, the case where the
図5に示すように筒内圧センサ60の筐体61は、ダイアフラム43(図2参照)の第2張出部47を介して第1部材13に接合された第2部材62を備えている。第2部材62は、筐体61の先端側の開口63を構成する。第2部材62は、メンブレン67の径方向の外側に位置する円筒状の先端部64を有している。
As shown in FIG. 5, the
メンブレン67は、筐体61の開口63を塞ぐ金属製の円形の薄い膜である。メンブレン67には、メンブレン67の中央から軸線Oに沿って後端側へ延びる円柱状の伝達部材40が設けられている。先端部64は、メンブレン67の外周面68の全周に亘って位置する。受熱板69は、メンブレン67の先端面67cを覆う金属製の円形の薄い板である。先端部64は、メンブレン67の外周面68に重なり、さらに受熱板69の外周面70にまで重なる。
The
メンブレン67は、メンブレン67の外周面68の全周が、第1接合部71を介して第2部材62に接合されている。第1接合部71はメンブレン67の径方向の外側の部位に形成されているから、第1接合部71はメンブレン67の縁部67bに形成されていると言える。メンブレン67の縁部67bは、メンブレン67のうち第1接合部71の径方向の内側の端から外周面68までの部位である。
The entire periphery of the outer
本実施形態では、第1接合部71は、メンブレン67の先端面67cから第2部材62に向けて照射されたレーザビームにより形成された溶接部である。受熱板69は、メンブレン67のうち第1接合部71よりも径方向の内側の部位に第2接合部72を介して接合されている。本実施形態では、第2接合部72は、受熱板69が軸線Oと交わる位置に設けられている。第2接合部72は、受熱板69の中心に照射されたレーザビームにより形成された溶接部である。
In the present embodiment, the first
第1接合部71のうちメンブレン67の先端面67cに露出する部位71aは、受熱板69の外周面70よりも径方向の内側に位置し、受熱板69の外周面70と離隔されている。第1接合部71の形成によって一部が消失(溶融)したメンブレン67の外周面68は、軸線方向の全長のうち一部が残存している。
A
メンブレン67の先端面67cは、先端部64の先端面65よりも後端側に位置する。受熱板69の先端面69aは、先端部64の先端面65よりも先端側に位置する。先端部64は、受熱板69の外周面70の軸線方向における距離Dの少なくとも半分以上に重なっている。受熱板69の外周面70の周方向の少なくとも一部と先端部64の内周面66との間には隙間73が形成されている。距離Dは、メンブレン67の本体部67aの厚さT以下である。本体部67aは、第1接合部71が形成されたメンブレン67の縁部67bより径方向の内側の部分を指す。本実施形態では、隙間73は受熱板69の外周面70の周方向の全部と先端部64の内周面66との間に形成されている。
The
筒内圧センサ60によれば、筐体61の先端部64が、メンブレン67の外周面68に亘って位置し、受熱板69の外周面70にまで重なるので、第1接合部71が形成された界面S3や、第2接合部72が形成された界面S4を、先端部64によって覆い隠すことで筒内圧センサ60の内部に配置できる。これにより、2つの界面S3,S4に流れ込む燃焼室内の気流を遮ることができる。その結果、第2部材62からメンブレン67を引き剥がそうとする力やメンブレン67から受熱板69を引き剥がそうとする力が抑制されるので、第1接合部71や第2接合部72の破損や破壊を抑制できる。
According to the in-cylinder pressure sensor 60, the
第1接合部71のうちメンブレン67の先端面67cに露出する部位71aは、受熱板69の外周面70よりも径方向の内側に位置し、第1接合部71の部位71aが受熱板69の外周面70と離隔されているので、燃焼ガスに第1接合部71が曝され難くできる。その結果、燃焼ガスの影響による第1接合部71の劣化を抑制できる。
A
受熱板69の厚さDが、メンブレン67の本体部67aの厚さT以下なので、本体部67aの変形を受熱板69が妨げ難くなる。よって、圧力の検知感度が低下しないようにできる。
Since the thickness D of the
本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.
(試験1)
第1実施形態における筒内圧センサの、本体部31の厚さT及び受熱板34の外周面35の軸線方向における距離Dが異なる種々のサンプル1−18を作製した。各サンプルは、距離Dの半分の位置に先端部18の先端面19が位置するように、先端部18の軸線方向の長さを設定した。各サンプルは、厚さT、距離D及び先端部18の軸線方向の長さ以外の寸法は一定にした。
(Test 1)
Various samples 1-18 having different thicknesses T of the
直列4気筒1.3リットルのエンジンの燃焼室の圧力を測定するように、エンジンに各サンプルを取り付けた。エンジンの回転数1500rpm、トルク40Nmの条件のときに各サンプルのセンサ素子48が出力する電圧の波形を取得した。同じ条件において基準センサ(例えばAVL社製ZI31)が出力する電圧の波形を取得し、基準センサの測定値と各サンプルの測定値との差(誤差)を求めた。サンプル1−18のD(mm),T(mm),D/T及び誤差(%)を表1に記した。
Each sample was attached to the engine to measure the pressure in the combustion chamber of a 1.3 liter inline 4-cylinder engine. The waveform of the voltage output by the
(試験2)
サンプル1−18における各サンプルを直列4気筒1.3リットルのエンジンに取り付け、エンジンのアイドリング1分間、WOT(吸気絞り弁全開)1分間を繰り返して100時間稼働した。その後、各サンプルの軸線Oを含む第2接合部37の切断面を顕微鏡で観察して、第2接合部37と受熱板34との界面の全長のうち破壊している界面の長さの割合を算出した。破壊した界面は酸化されているので、接合が維持されている界面と剥離した界面とを判別できる。サンプル1−18のうち界面の破壊が50%以上のサンプルはBと評価し、界面の破壊が50%未満のサンプルはAと評価した。結果は表1の「破壊」の欄に記した。
(Test 2)
Each sample in Sample 1-18 was attached to an in-line 4-cylinder engine having a capacity of 1.3 liters, and the engine was idling for 1 minute and WOT (intake throttle valve fully open) for 1 minute, and operated for 100 hours. After that, the cut surface of the second
表1に示すようにD/T≧0.33のサンプル6−18は評価がAであった。サンプル6−18は受熱板34が薄くなり過ぎないようにできるので、第2接合部37の強度を確保できたと推察される。試験1及び試験2によれば、0.33≦D/T≦1を満たすことにより、圧力の検知感度の確保および信頼性を向上できることが明らかになった。第2実施形態における筒内圧センサにおいても、これと同じことがいえる。
As shown in Table 1, the samples 6-18 with D/T≧0.33 were evaluated as A. Since it is possible to prevent the
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。 Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements and modifications are possible without departing from the spirit of the present invention. It can be easily guessed.
実施形態では、筐体11,61が、軸線方向に配置された第1部材13及び第2部材14,62を備える場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。筐体11,61を構成する部材の形状や数は適宜設定できる。
In the embodiment, the case in which the
実施形態では、メンブレン30,67の変形を筐体11,61の後端側へ伝達する伝達部材40とダイアフラム43との間に円筒状の接続部材41が配置される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。接続部材41の形状は任意に設定できる。
In the embodiment, the case where the
実施形態では、伝達部材40とダイアフラム43との間に接続部材41が配置される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。接続部材41を省略して、伝達部材40に直接ダイアフラム43を接合することは当然可能である。
In the embodiment, the case where the
実施形態では、センサ素子48が固定された膜部44から先端側に向かって第1凸部45及び第2凸部46が突出するダイアフラム43を備える場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第1凸部45及び第2凸部46のいずれか又は両方が、膜部44から後端側に突出するダイアフラム43を用いることは当然可能である。
In the embodiment, the case in which the
実施形態では、第1接合部36,71の形成によってメンブレン30,67の外周面35,68の少なくとも一部が残存する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第1接合部36,71を形成してメンブレン30,67の外周面35,68を全て消失(溶融)させることは当然可能である。メンブレン30,67の外周面35,68が第1接合部36,71に全て溶融した場合は、請求項の「メンブレンの外周面に亘って位置する先端部」という記載の「メンブレンの外周面」とは、メンブレンと第1接合部との界面のことをいう。
In the embodiment, the case where at least a part of the outer
実施形態では、受熱板34,69の外周面35,70と先端部18,64の内周面20,66との隙間38,73が、受熱板34,69の外周面35,70の全周に亘って設けられる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。受熱板34,69の外周面35,70の周方向の一部が先端部18,64の内周面20,66に接触していても良い。
In the embodiment, the
実施形態では、第1接合部36,71及び第2接合部37,72がレーザ溶接により形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。他の接合方法により接合部を形成することは当然可能である。他の接合方法としては、例えば電子ビーム溶接が挙げられる。
In the embodiment, the case where the first
実施形態では、受熱板34,69の中心に点状の第2接合部37,72が形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第2接合部37,72を環状などの他の形状にすることは当然可能である。
In the embodiment, the case where the dot-shaped second
第1実施形態では、本体部31よりも薄い縁部32をメンブレン30に設ける場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。縁部32の厚さを本体部31の厚さと同じにすることは当然可能である。
In the first embodiment, the case where the
10,60 筒内圧センサ
11,61 筐体
12 筐体の内周面
16,63 筐体の開口
18,64 先端部
20,66 先端部の内周面
30,67 メンブレン
31,67a 本体部
32,67b 縁部
33,68 メンブレンの外周面
34,69 受熱板
35,70 受熱板の外周面
36,71 第1接合部
37,72 第2接合部
38,73 隙間
43 ダイアフラム
48 センサ素子
D 距離
O 軸線
T 本体部の厚さ
10,60 In-
Claims (6)
第1接合部により前記筐体と接合され、前記筐体の軸線に交差する方向に拡がりつつ前記筐体の開口を塞ぎ、受けた圧力に応じて変形するメンブレンと、
前記メンブレンよりも先端側に配置され、第2接合部により前記メンブレンと接合される受熱板と、
前記筐体内に配置され、前記メンブレンの変形に伴って機械的ひずみが生じるダイアフラムと、
前記ダイアフラム上に配置され、前記ダイアフラムの機械的ひずみ量を電気量に変換するセンサ素子と、を備える筒内圧センサであって、
前記筐体は、前記メンブレンの外周面に亘って配置された周状の先端部を備え、
前記先端部は、前記受熱板の外周面にまで重なる筒内圧センサ。 A cylindrical casing extending along the axis from the front end side to the rear end side,
A membrane that is joined to the housing by the first joining portion, closes the opening of the housing while expanding in a direction intersecting the axis of the housing, and deforms according to the pressure received.
A heat receiving plate arranged on the tip side of the membrane and joined to the membrane by a second joining portion;
A diaphragm that is disposed in the housing and in which mechanical strain is generated along with the deformation of the membrane,
A cylinder pressure sensor provided on the diaphragm, comprising: a sensor element that converts a mechanical strain amount of the diaphragm into an electric amount,
The casing includes a circumferential tip portion arranged over the outer peripheral surface of the membrane,
The in-cylinder pressure sensor in which the tip portion overlaps with the outer peripheral surface of the heat receiving plate.
前記先端部は、前記受熱板の前記外周面の軸線方向における距離Dの少なくとも半分以上重なる請求項1から3のいずれかに記載の筒内圧センサ。 The tip surface of the heat receiving plate is located closer to the tip side than the tip portion,
The in-cylinder pressure sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the tip portion overlaps with at least half the distance D in the axial direction of the outer peripheral surface of the heat receiving plate.
前記距離D、前記本体部の厚さTはD/T≦1を満たす請求項4記載の筒内圧センサ。 The membrane includes a main body portion joined to the heat receiving plate via the second joint portion, and an edge portion located on the outer periphery of the main body portion and joined to the housing via the first joint portion, Equipped with
The cylinder pressure sensor according to claim 4, wherein the distance D and the thickness T of the body portion satisfy D/T≦1.
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