JP4922822B2 - 燃焼圧センサ - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の燃焼室内における燃焼圧を検出するための燃焼圧センサに関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関に取付けられ、内燃機関の燃焼室内における燃焼圧を検出するための燃焼圧センサとして、例えば特許文献１に記載されているようなグロープラグと一体型の燃焼圧センサがある。
この燃焼圧センサは、加熱ロッドでもある伝達部がハウジングに対して軸線方向にスライドすることにより、燃焼室に発生した圧力を、基端部に配設された圧力センサに伝達し、燃焼室における燃焼圧を検出している。

しかしながら、上記圧力センサは、ハウジングの基端部に配されている。それ故、燃焼室の燃焼圧を直接受圧する先端受圧部と圧力センサとの距離（圧力伝達距離）が大きい。そのため、先端受圧部において受圧した燃焼圧を伝達部によって圧力サンサに伝達する間に機械的ノイズが加わりやすい。その結果、圧力センサにおいて、燃焼圧を精確に検出することが困難となる。
また、これを解決するために、圧力センサを先端受圧部に単に近づけると、燃焼室の熱によって圧力センサに過剰な熱負荷をかけてしまうという問題がある。

特開２００６−８４４６８号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、検出精度及び耐熱性に優れた燃焼圧センサを提供しようとするものである。

本発明は、内燃機関の燃焼室内における燃焼圧を検出するための燃焼圧センサであって、
先端側が上記燃焼室側に位置するように、上記内燃機関に穿設したセンサ挿通孔に取り付けられる中空状のハウジングと、
先端受圧部を上記ハウジングの先端部から露出させるように上記ハウジングの軸孔にスライド可能に挿通配置され、上記燃焼室の燃焼圧を伝達するための伝達部材と、
上記ハウジングの先端部と上記伝達部材の外周面とに固定されると共に、上記センサ挿通孔の内壁に当接する当接部を有する当接部材と、
該当接部材に設けた搭載部に搭載され、上記ハウジングと上記伝達部材との間に作用する荷重の変化を検出する荷重検出素子とを有し、
上記当接部材は、上記伝達部材の外周側に円環状に形成されていると共に上記搭載部を円環状に設けてなり、該円環状の搭載部に上記荷重検出素子が搭載されていることを特徴とする燃焼圧センサにある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記燃焼圧センサにおいては、上記荷重検出素子を、上記当接部材に設けた搭載部に搭載してある。それ故、上記荷重検出素子は、上記ハウジングの先端部付近に配されることとなる。これにより、上記荷重検出素子と燃焼室の燃焼圧を受圧する先端受圧部との間の距離（圧力伝達距離）を小さくすることができる。そのため、先端受圧部において受圧した荷重を、伝達部材を介して荷重検出素子に伝える間において、機械的ノイズが加わることを抑制することができる。その結果、燃焼圧の検出精度を向上させることができる。

また、上記荷重検出素子を搭載する搭載部は、上記当接部材の一部であり、上記当接部と一体となっている。そのため、上記搭載部に燃焼室の熱が伝わっても、その熱を、当接部材の当接部からセンサ挿通孔の内壁を通じて内燃機関のボディへ即座に放熱することができる。これにより、荷重検出素子への熱負荷を低減することができる。それ故、荷重検出素子をハウジングの先端部付近に配置しても、荷重検出素子に熱負荷がかかりすぎることを防ぎ、耐熱性を確保することができる。

以上のごとく、本発明によれば、検出精度及び耐熱性に優れた燃焼圧センサを提供することができる。

本発明（請求項１）において、上記荷重検出素子としては、例えば、歪ゲージ、圧電素子等を用いることができる。
なお、本明細書において、燃焼圧センサを内燃機関の燃焼室に挿入する側を先端側、その反対側を基端側として説明する。

また、上記搭載部は、ダイヤフラム状であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記伝達部材によって伝達された燃焼圧を、上記搭載部に搭載された上記荷重検出素子に充分に伝えることができる。

また、上記当接部材の上記当接部は、先端側へ行くほど縮径するテーパ面を有し、該テーパ面が上記センサ挿通孔の内壁に設けたテーパ壁面に当接するよう構成されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記当接部と上記センサ挿通孔の内壁との間の密着度を向上させ、燃焼ガスの漏れを確実に防ぐことができる。また、当接部材の熱を、テーパ面を介して内燃機関のボディに効率的に放熱することができる。

ここで、上記当接部材の上記テーパ面と上記燃焼圧センサの軸方向とのなす角度θ１（図２参照）と、上記センサ挿通孔の内壁に設けたテーパ壁面と上記燃焼圧センサの軸方向とのなす角度θ２（図２参照）とは、同一の角度とはせずに、若干異ならせることが好ましい。例えば、上記テーパ壁面と上記軸方向とのなす角度θ２を４５°とし、上記テーパ面と上記軸方向とのなす角度θ１を４７°とする。これにより、センサ挿通孔のテーパ壁面と当接部材のテーパ面とが、面ではなく線で接触することとなり面圧が大きくなり、シール性を向上させることができる。
また、センサ挿通孔の上記テーパ壁面と上記軸方向とのなす角度θ２は、例えば４５°〜６０°とし、当接部材の上記テーパ面と上記軸方向とのなす角度θ１を、θ２＋１°〜θ２＋２°、或いはθ２−１°〜θ２−２°とすることが好ましい。

請求項１〜３のいずれか一項において、上記当接部材の先端側であって、上記伝達部材と上記当接部材との間には、シール部材が配設されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記シール部材によって、燃焼ガスが当接部材の搭載部まで侵入することを防ぐことができる。これにより、荷重検出素子の温度上昇を防ぎ、熱負荷を軽減することができる。そのため、より耐熱性に優れた燃焼圧センサを得ることができる。

また、上記シール部材の剛性は、上記当接部材の上記搭載部の剛性よりも小さいことが好ましい（請求項５）。
この場合には、伝達部材の変位による荷重の変化を、搭載部に設けた荷重検出素子に充分に伝えることができる。また、ハウジングの締付け荷重が当接部材に作用して当接部材に歪みが生じたとき、シール部材においてその歪みを吸収して、上記搭載部の歪みを抑制することができる。即ち、燃焼圧センサを内燃機関に取付ける際には、ハウジングから締付け荷重が当接部に作用する。この締付け荷重を上記シール部材において吸収することにより、締付け荷重による燃焼圧の測定誤差を抑制することができる。

また、上記搭載部は、上記当接部に作用する上記ハウジングからの加圧力が直接加わらない位置に形成されていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、燃焼圧センサを内燃機関に取付ける際の締付け荷重が、上記搭載部に伝わることを防ぎ、荷重検出素子に上記締付け荷重が作用することを防ぐことができる。即ち、燃焼圧センサを内燃機関に取付ける際には、ハウジングから締付け荷重である加圧力が当接部に作用する。この加圧力が直接作用しない部分に、上記搭載部を配置する。
これにより、一層検出精度に優れた燃焼圧センサを得ることができる。

また、上記燃焼圧センサは、上記荷重検出素子の検出信号を増幅する信号処理部を有し、該信号処理部は、上記ハウジングと上記センサ挿通部とを締結するネジ部よりも先端側に配されていることが好ましい（請求項７）。
この場合には、上記荷重検出素子と上記信号処理部との間の距離を小さくすることができ、両者間の信号配線を短くすることができる。これにより、この信号配線において電気的ノイズが検出信号に加わることを抑制することができる。その結果、より検出精度に優れた燃焼圧センサを得ることができる。

即ち、上記荷重検出素子から上記信号処理部へ伝達される信号電流は、一般的に微弱な電流であり、この微弱電流を上記信号処理部において増幅して、外部のＥＣＵ等の制御部へ送信する。それ故、微弱な信号電流が流れる上記荷重検出素子と上記信号処理部との間の信号配線が長いと、電磁ノイズが検出信号に影響しやすく、検出誤差が大きくなるおそれがある。そこで、上記信号処理部を上記荷重検出素子に近付けて、上記信号配線を短くすることにより、検出精度を向上させることができる。

また、上記伝達部材の先端受圧部は、通電により発熱する発熱部材と該発熱部材に通電する電気的導通手段とを有するグロープラグを構成していることが好ましい（請求項８）。
この場合には、燃焼圧検出機能とグロープラグ機能とを一つの部品に集約することができるため、低コスト化、省スペース化、組み付け性の向上を図ることができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる燃焼圧センサにつき、図１、図２を用いて説明する。
本例の燃焼圧センサ１は、図１に示すごとく、内燃機関の燃焼室６１内における燃焼圧を検出するためのセンサであり、以下のハウジング２と伝達部材３と当接部材４と荷重検出素子５とを有する。

ハウジング２は、先端側が燃焼室６１側に位置するように、内燃機関に穿設したセンサ挿通孔６２に取り付けられる中空状の部材である。
伝達部材３は、先端受圧部３１をハウジング２の先端部から露出させるようにハウジング２の軸孔２２にスライド可能に挿通配置され、燃焼室６１の燃焼圧を伝達するための部材である。
当接部材４は、ハウジング２の先端部と伝達部材３の外周面とに固定されると共に、センサ挿通孔６２の内壁に当接する当接部４１を有する。
荷重検出素子５は、当接部材４に設けた搭載部４２に搭載され、ハウジング２と伝達部材３との間に作用する荷重の変化を検出する。

ハウジング２は、略円筒形状を有していると共に、外周面の一部にネジ部２３を有する。そして、内燃機関のボディ６０のセンサ挿通孔６２に設けた雌ネジ部に上記ネジ部２３を螺合することにより、ハウジング２をセンサ挿通孔６２に固定する。即ち、燃焼圧センサ１をセンサ挿通孔６２に固定する。

また、ハウジング２の軸孔２２に挿通配置されると共に先端側へ突出した伝達部材３は略円柱形状を有する。そして、ハウジング２と伝達部材３との間に配された当接部材４は、略円環状に形成されている。
図２に示すごとく、この円環状の当接部材４の最外周部分が当接部４１、その内側が搭載部４２となっている。即ち搭載部４２も円環状に形成され、その上に荷重検出素子５が配設されている。なお、荷重検出素子５としては歪ゲージを用いることができる。

また、搭載部４２の内側には、伝達部材３が挿通配置される先端挿通孔４４が形成されている。この先端挿通孔４４の内壁を構成すると共に伝達部材３と固定される内壁部４３は、搭載部４２の内側端から先端側へ向かって延設されている。
また、当接部４１は、先端側へ行くほど縮径するテーパ面４１１を有し、該テーパ面４１１がセンサ挿通孔６２の内壁６２１に設けたテーパ壁面６２２に当接するよう構成されている。例えば、このテーパ面４１１と燃焼圧センサ１の軸方向とのなす角度θ１（図２）は、４７°の角度を有し、テーパ壁面６２２と燃焼圧センサ１の軸方向とのなす角度θ２（図２）は、４５°の角度を有する。

また、当接部４１の基端側には、燃焼圧センサ１の軸方向に直交する基端面４１２が形成され、該基端面４１２にハウジング２の先端が当接している。
そして、基端面４１２におけるハウジング２よりも内側部分から基端側へ延設されると共に更に内側に向かって、上記搭載部４２が形成されている。即ち、搭載部４２は、上記当接部４１に作用するハウジング２からの加圧力が直接加わらない位置に形成されている。

つまり、燃焼圧センサ１をセンサ挿通孔６２に配設するに当っては、ハウジング２のネジ部２３をセンサ挿通孔６２の雌ネジ部に螺合して締付ける。このとき、ハウジング２の先端部が当接部４１を燃焼室６１側へ向かって押し付ける。即ち、当接部４１は、センサ挿通孔６２の内壁のテーパ壁面６２２とハウジング２の先端部とによって挟持され、圧縮荷重がかかる。しかし、搭載部４２は、ハウジング２の内側部分に配されており、上記の圧縮荷重が作用しない。

また、搭載部４２は、他の部分よりも厚みを小さく形成してなり、ダイヤフラム状となっている。即ち、当接部４１が固定された状態で、伝達部材３によって伝達される荷重によって内壁部４３が軸方向に変位したとき、ダイヤフラム状の搭載部４２が変形する。これにより、搭載部４２に搭載された荷重検出素子５が荷重の変化を検出することができるよう構成されている。

また、ハウジング２の基端部には、荷重検出素子５によって検出された荷重信号を増幅する信号処理部１１が配設されている。そして、荷重検出素子５と信号処理部１１とは信号配線１２２によって電気的に接続されている。
また、信号処理部１１の基端側には、ＥＣＵ等の制御部と接続された外部リード（図示略）と接続するコネクタ部１４が形成されており、その中の一部の端子１４２に信号処理部１１の端子が接続されている。

また、当接部材４の先端側であって、伝達部材３と当接部材４との間には、シール部材１３が配設されている。シール部材１３は、当接部材４の当接部４１の先端部と内壁部の先端部とに固定されると共に、伝達部材３の外周面に固定されている。本例においては、伝達部材３の外周面に施されたスリーブ３２の表面に、シール部材１３の一部が固定されている。

本例においては、後述するごとく、伝達部材３はグロープラグを兼ねており、セラミックによって構成されている。そして、このセラミックからなる伝達部材３を保護すべく、金属からなるスリーブ３２が外周に形成されている。

シール部材１３も、当接部材４と同様に、伝達部材３の全周に渡って配されるように円環状に形成されている。
また、シール部材１３は、金属板を波状に形成してなり、弾性変形可能な状態となっている。このシール部材１３の剛性は、当接部材４の搭載部４２の剛性よりも小さく設定されている。

伝達部材３の先端受圧部３１は、通電により発熱する発熱部材と該発熱部材に通電する電気的導通手段とを有するグロープラグを構成している（図示略）。そして、このグロープラグは、セラミック基材に発熱部材を形成したセラミックグロープラグである。
即ち、上記伝達部材３の先端受圧部は、内燃機関の燃焼圧を受圧する機能と、燃焼室６１の温度を上昇させるためのグロープラグとしての機能とを併せ持つ。
また、発熱部材の電気的導通手段は、ヒータ配線１２１によって、燃焼圧センサ１の基端部に設けたコネクタ部１４の一つの端子１４１に接続されている。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記燃焼圧センサ１においては、荷重検出素子５を、当接部材４に設けた搭載部４２に搭載してある。それ故、荷重検出素子５は、ハウジング２の先端部付近に配されることとなる。これにより、荷重検出素子５と燃焼室６１の燃焼圧を受圧する先端受圧部３１との間の距離（圧力伝達距離）を小さくすることができる。そのため、先端受圧部３１において受圧した荷重を、伝達部材３を介して荷重検出素子５に伝える間において、機械的ノイズが加わることを抑制することができる。その結果、燃焼圧の検出精度を向上させることができる。

また、荷重検出素子５を搭載する搭載部４２は、当接部材４の一部であり、当接部３と一体となっている。そのため、搭載部４２に燃焼室６１の熱が伝わっても、その熱を、当接部材４の当接部４１（テーパ面４１１）からセンサ挿通孔６２の内壁（テーパ壁面６２２）を通じて内燃機関のボディ６０へ即座に放熱することができる。これにより、荷重検出素子５への熱負荷を低減することができる。それ故、荷重検出素子５をハウジング２の先端部付近に配置しても、荷重検出素子５に熱負荷がかかりすぎることを防ぎ、耐熱性を確保することができる。

また、搭載部４２は、ダイヤフラム状であるため、伝達部材３によって伝達された燃焼圧を、搭載部４２に搭載された荷重検出素子５に充分に伝えることができる。
また、当接部材４の当接部４１は、テーパ面４１１を有し、該テーパ面４１１がセンサ挿通孔６２の内壁に設けたテーパ壁面６２２に当接するよう構成されている。これにより、当接部４１とセンサ挿通孔６２の内壁との間の密着度を向上させ、燃焼ガスの漏れを確実に防ぐことができる。また、当接部材４の熱を、テーパ面４１１を介して内燃機関のボディ６０に効率的に放熱することができる。

当接部材４の先端側であって、伝達部材３と当接部材４との間には、シール部材１３が配設されている。これにより、シール部材１３によって、燃焼ガスが当接部材４の搭載部４２まで侵入することを防ぐことができる。これにより、荷重検出素子５の温度上昇を防ぎ、熱負荷を軽減することができる。そのため、より耐熱性に優れた燃焼圧センサ１を得ることができる。

また、シール部材１３の剛性は、当接部材４の搭載部４２の剛性よりも小さいため、伝達部材３の変位による荷重の変化を、搭載部４２に設けた荷重検出素子５に充分に伝えることができる。また、ハウジング２の締付け荷重が当接部材４に作用して当接部材４に歪みが生じたとき、シール部材１３においてその歪みを吸収して、搭載部４２の歪みを抑制することができる。
即ち、燃焼圧センサ１を内燃機関に取付ける際には、ハウジング２から締付け荷重が当接部４１に作用する。この締付け荷重をシール部材１３において吸収することにより、締付け荷重による燃焼圧の測定誤差を抑制することができる。

また、搭載部４２は、当接部４１に作用するハウジング２からの加圧力が直接加わらない位置に形成されている。そのため、燃焼圧センサ１を内燃機関に取付ける際の締付け荷重が、搭載部４２に伝わることを防ぎ、荷重検出素子５に締付け荷重が作用することを防ぐことができる。即ち、燃焼圧センサ１の締付け荷重である加圧力が直接作用しない部分に搭載部４２を配置することにより、一層検出精度に優れた燃焼圧センサ１を得ることができる。

また、伝達部材３の先端受圧部３１は、発熱部材と電気的導通手段とを有するグロープラグを構成している。これにより、燃焼圧検出機能とグロープラグ機能とを一つの部品に集約することができるため、低コスト化、省スペース化、組み付け性の向上を図ることができる。

以上のごとく、本例によれば、検出精度及び耐熱性に優れた燃焼圧センサを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図３に示すごとく、荷重検出素子５の検出信号を増幅する信号処理部１１を、ハウジング２のネジ部２３よりも先端側に配した燃焼圧センサ１の例である。
信号処理部１１は、ハウジング２のネジ部２３の先端よりも更に先端側における、ハウジング２の軸孔２２内に配設されている。これに伴い、荷重検出素子５と信号処理部１１との間の信号配線１２２は、実施例１の場合よりも短くなる。

また、信号処理部１１とコネクタ部１４の端子１４２との間には、両者を接続する第２の信号配線１２３が配線されている。この信号配線１２３には、荷重検出素子５による検出信号を信号処理部１１によって信号処理した後、即ち増幅した後の信号電流が流れることとなる。
その他は、実施例１と同様である。

本例においては、信号処理部１１が、ハウジング２のネジ部２３よりも先端側に配されている。これにより、荷重検出素子５と信号処理部１１との間の距離を小さくすることができ、両者間の信号配線１２２を短くすることができる。これにより、この信号配線１２２において電気的ノイズが検出信号に加わることを抑制することができる。その結果、より検出精度に優れた燃焼圧センサを得ることができる。

即ち、荷重検出素子５から信号処理部１１へ伝達される信号電流は、一般的に微弱な電流であり、この微弱電流を信号処理部１１において増幅して、外部のＥＣＵ等の制御部へ送信する。それ故、微弱な信号電流が流れる荷重検出素子５と信号処理部１１との間の信号配線１２２が長いと、電気的ノイズが検出信号に影響しやすく、検出誤差が大きくなるおそれがある。そこで、信号処理部１１を荷重検出素子５に近付けて、信号配線１２２を短くすることにより、検出精度を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

実施例１における、燃焼圧センサの断面図。 実施例１における、当接部材及びその周辺の構造の断面図。 実施例２における、燃焼圧センサの断面図。

符号の説明

１ 燃焼圧センサ
２ ハウジング
３ 伝達部材
３１ 先端受圧部
４ 当接部材
４１ 当接部
４２ 搭載部
５ 荷重検出素子
６１ 燃焼室
６２ センサ挿通孔

Claims (8)

1. 内燃機関の燃焼室内における燃焼圧を検出するための燃焼圧センサであって、
   先端側が上記燃焼室側に位置するように、上記内燃機関に穿設したセンサ挿通孔に取り付けられる中空状のハウジングと、
   先端受圧部を上記ハウジングの先端部から露出させるように上記ハウジングの軸孔にスライド可能に挿通配置され、上記燃焼室の燃焼圧を伝達するための伝達部材と、
   上記ハウジングの先端部と上記伝達部材の外周面とに固定されると共に、上記センサ挿通孔の内壁に当接する当接部を有する当接部材と、
   該当接部材に設けた搭載部に搭載され、上記ハウジングと上記伝達部材との間に作用する荷重の変化を検出する荷重検出素子とを有し、
   上記当接部材は、上記伝達部材の外周側に円環状に形成されていると共に上記搭載部を円環状に設けてなり、該円環状の搭載部に上記荷重検出素子が搭載されていることを特徴とする燃焼圧センサ。
2. 請求項１において、上記搭載部は、ダイヤフラム状であることを特徴とする燃焼圧センサ。
3. 請求項１又は２において、上記当接部材の上記当接部は、先端側へ行くほど縮径するテーパ面を有し、該テーパ面が上記センサ挿通孔の内壁に設けたテーパ壁面に当接するよう構成されていることを特徴とする燃焼圧センサ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記当接部材の先端側であって、上記伝達部材と上記当接部材との間には、シール部材が配設されていることを特徴とする燃焼圧センサ。
5. 請求項４において、上記シール部材の剛性は、上記当接部材の上記搭載部の剛性よりも小さいことを特徴とする燃焼圧センサ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、上記搭載部は、上記当接部に作用する上記ハウジングからの加圧力が直接加わらない位置に形成されていることを特徴とする燃焼圧センサ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、上記燃焼圧センサは、上記荷重検出素子の検出信号を増幅する信号処理部を有し、該信号処理部は、上記ハウジングを上記センサ挿通部に締結するネジ部よりも先端側に配されていることを特徴とする燃焼圧センサ。
8. 請求項１〜７のいずれか一項において、上記伝達部材の先端受圧部は、通電により発熱する発熱部材と該発熱部材に通電する電気的導通手段とを有するグロープラグを構成していることを特徴とする燃焼圧センサ。

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