JP5654846B2 - 燃焼圧センサ - Google Patents

Description

本発明は、燃焼室内の燃焼圧を検知するための燃焼圧センサに関する。

燃焼圧を検知するための燃焼圧センサは、一般に、軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、前記軸孔内に挿設され、先端部が外部に露出する棒状の圧力伝達体と、圧力伝達体から加えられる圧力に基づいて信号を出力するセンサ素子とを備えている。また、ハウジングは、外周面に内燃機関の取付孔に螺合するためのねじ部を有する本体部と、当該本体部の先端部に接合されたキャップ部材とを備えている。そして、燃焼圧センサを前記内燃機関の取付孔に取付けた際には、前記キャップ部材の先端部に設けられた圧接部が内燃機関に圧接し、内燃機関と燃焼圧センサとの間がシールされるようになっている。

加えて、軸線方向に沿って変位可能な可動部材を介して前記圧力伝達体をハウジングに固定することで、ハウジングに対して圧力伝達体を軸線方向に相対移動可能とし、圧力伝達体からセンサ素子に対して圧力を伝達可能とする手法が知られている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００６−８４４６８号公報

ところで、内燃機関の取付孔にねじ部を螺合した際には、ハウジングのうちねじ部の先端と圧接部との間に位置する部位が、ねじ結合の軸力や燃焼時におけるエンジンヘッドの変形等により軸方向に沿って縮み変形してしまうおそれがある。ハウジングが縮み変形してしまうと、可動部材を介して圧力伝達体に軸方向に沿った力が加わることとなってしまう。その結果、圧力伝達体からセンサ素子に対して伝達される圧力に前記軸方向に沿った力が加わることとなってしまい、燃焼圧を精度よく検知することができなくなってしまうおそれがある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関に取付けた際の本体部の縮み変形を抑制することで、燃焼圧の検知精度を向上させることができる燃焼圧センサを提供することにある。

以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。

構成１．本構成の燃焼圧センサは、軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
前記軸孔内に配設されるとともに、一端側が前記ハウジングに固定され、前記軸線方向に沿って変位可能な可動部材と、
前記軸孔内に挿設されるとともに、外面が前記可動部材の他端側に固定され、先端部が外部に露出する棒状の圧力伝達体と、
前記ハウジングに直接又は間接的に固定されるとともに、前記圧力伝達体から加えられる圧力に基づいて信号を出力するセンサ素子とを備え、
前記ハウジングは、
内燃機関の取付孔に螺合するためのねじ部と、
前記内燃機関の取付孔に前記ねじ部を螺合した際に、前記内燃機関に対して圧接する圧接部とを有してなる燃焼圧センサであって、
前記ハウジングのうち前記ねじ部の後端と前記圧接部との中央に位置する部位よりも先端側に前記可動部材の一端側が固定されており、
前記可動部材と前記圧力伝達体との固定部位が、前記ハウジング内に配置されており、
前記ハウジングのうち前記ねじ部の先端及び前記圧接部の間に位置する部位に対して、前記軸線に沿った力を加えたときにおける、前記ハウジングのうち前記可動部材が固定された部位と前記ねじ部の先端との間の部位の圧縮量をＡとし、前記ハウジングのうち前記可動部材が固定された部位と前記圧接部の先端との間の部位の圧縮量をＢとしたとき、
Ａ＜Ｂ
を満たすことを特徴とする。

上記構成１によれば、燃焼圧センサを内燃機関に取付けた際に、圧縮変形したとしても圧力伝達体に影響を与えない部位（ハウジングのうち可動部材が固定された部位と圧接部の先端との間の部位）が、圧縮変形した際に圧力伝達体に影響を与える部位（ハウジングのうち可動部材が固定された部位とねじ部の先端との間の部位）よりも縮み変形することとなる。従って、燃焼圧センサを内燃機関に取付けた際に圧力伝達体へと加わる軸方向に沿った力を効果的に低減することができ、燃焼圧の検知精度を向上させることができる。

また、可動部材の一端側は、ハウジングのうちねじ部の後端と圧接部との中央に位置する部位よりも先端側に固定されている。このため、軸線に沿った可動部材の長さを比較的短くすることができ、圧力伝達体をより安定した状態で保持することができる。その結果、燃焼圧の検知精度を一層向上させることができる。

構成２．本構成の燃焼圧センサは、軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
前記軸孔内に配設されるとともに、一端側が前記ハウジングに固定され、前記軸線方向に沿って変位可能な可動部材と、
前記軸孔内に挿設されるとともに、外面が前記可動部材の他端側に固定され、先端部が外部に露出する棒状の圧力伝達体と、
前記ハウジングに直接又は間接的に固定されるとともに、前記圧力伝達体から加えられる圧力に基づいて信号を出力するセンサ素子とを備え、
前記ハウジングは、
内燃機関の取付孔に螺合するためのねじ部と、
前記内燃機関の取付孔に前記ねじ部を螺合した際に、前記内燃機関に対して圧接する圧接部とを有してなる燃焼圧センサであって、
前記ハウジングのうち前記ねじ部の先端と前記圧接部の先端との間に位置する部位に前記センサ素子が直接又は間接的に固定されており、前記ハウジングのうち前記センサ素子が固定された部位と前記圧接部との間に位置する部位に前記可動部材が固定されており、
前記ハウジングのうち前記ねじ部の先端及び前記圧接部の間に位置する部位に対して、前記軸線に沿った力を加えたときにおける、前記ハウジングのうち前記センサ素子が固定された部位と前記可動部材が固定された部位との間の部位の圧縮量をＸとし、前記ハウジングのうち前記可動部材が固定された部位と前記圧接部の先端との間の部位の圧縮量をＹとしたとき、
Ｘ＜Ｙ
を満たすことを特徴とする。

上記構成２によれば、ハウジングのうち圧縮変形することで圧力伝達体に影響を与える部位（ハウジングのうちセンサ素子が固定された部位と可動素子が固定された部位との間の部位）をより短くすることができる。そのため、燃焼圧センサを内燃機関に取付けた際に、圧力伝達体へと加わる軸方向に沿った力を効果的に低減することができる。

さらに、燃焼圧センサを内燃機関に取付けたときに、ハウジングのうち圧縮変形したとしても圧力伝達体に影響を与えない部位（ハウジングのうち可動部材が固定された部位と圧接部の先端との間の部位）が、ハウジングのうち圧縮変形した際に圧力伝達体に影響を与える部位（ハウジングのうちセンサ素子が固定された部位と可動素子が固定された部位との間の部位）よりも縮み変形することとなる。そのため、燃焼圧センサを内燃機関に取付けた際に圧力伝達体へと加わる軸方向に沿った力をより一層低減することができ、燃焼圧の検知精度をさらに向上させることができる。

構成３．本構成の燃焼圧センサは、軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
前記軸孔内に配設されるとともに、一端側が前記ハウジングに固定され、前記軸線方向に沿って変位可能な可動部材と、
前記軸孔内に挿設されるとともに、外面が前記可動部材の他端側に固定され、先端部が外部に露出する棒状の圧力伝達体と、
前記ハウジングに直接又は間接的に固定されるとともに、前記圧力伝達体から加えられる圧力に基づいて信号を出力するセンサ素子とを備え、
前記ハウジングは、
内燃機関の取付孔に螺合するためのねじ部と、
前記内燃機関の取付孔に前記ねじ部を螺合した際に、前記内燃機関に対して圧接する圧接部とを有してなる燃焼圧センサであって、
前記ハウジングのうち前記ねじ部の先端と前記圧接部の先端との間に位置する部位に前記センサ素子が直接又は間接的に固定されており、前記ハウジングのうち前記センサ素子が固定された部位と前記圧接部との間に位置する部位に前記可動部材が固定されており、
前記ハウジングのうち前記ねじ部の先端及び前記圧接部の間に位置する部位に対して、前記軸線に沿った力を加えたときにおける、前記ハウジングのうち前記センサ素子が固定された部位と前記可動部材が固定された部位との間の部位の圧縮量をＸとし、前記ハウジングのうち前記ねじ部の先端と前記センサ素子が固定された部位との間の部位の圧縮量をＺとしたとき、
Ｘ＜Ｚ
を満たすことを特徴とする。

上記構成３によれば、ハウジングのうち圧縮変形することで圧力伝達体に影響を与える部位をより短くすることができ、燃焼圧センサを内燃機関に取付けた際に圧力伝達体へと加わる軸方向に沿った力を効果的に低減することができる。

加えて、燃焼圧センサを内燃機関に取付けたときに、ハウジングのうち圧縮変形したとしても圧力伝達体に影響を与えない部位（ハウジングのうちねじ部の先端とセンサ素子が固定された部位との間の部位）が、ハウジングのうち圧縮変形した際に圧力伝達体に影響を与える部位よりも縮み変形することとなる。そのため、燃焼圧センサを内燃機関に取付けた際に圧力伝達体へと加わる軸方向に沿った力をより一層低減することができ、燃焼圧の検知精度を一層向上させることができる。

構成４．本構成の燃焼圧センサは、上記構成１乃至３のいずれかにおいて、前記圧力伝達体のうち外部に露出する部位の少なくとも一部は、発熱体であることを特徴とする。

上記構成４のように、圧力伝達体のうち外部に露出する部位の少なくとも一部を発熱体とし、燃焼圧センサに燃焼室内を加熱する機能を付加することとしてもよい。この場合においても、上記構成１等と同様の作用効果が奏されることとなる。

燃焼圧センサの構成を示す一部破断正面図である。 可動部材等の構成を示す部分拡大断面図である。 センサ構造体等の構成を示す部分拡大断面図である。 内燃機関に燃焼圧センサを取付けた状態を示す一部破断正面図である。 第２実施形態におけるキャップ部材等の構成を示す一部破断拡大図である。 第３実施形態における燃焼圧センサの構成を示す図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は正面図である。 第３実施形態におけるセンサ素子等の配置位置を示す部分拡大断面図である。 別の実施形態におけるキャップ部材等の構成を示す部分拡大断面図である。 別の実施形態におけるハウジングに対する可動部材の固定態様を示す部分拡大断面図である。

〔第１実施形態〕
以下に、実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、燃焼室内を加熱する機能を具備してなる燃焼圧センサの一例を示す一部破断正面図である。

図１に示すように、加熱機能付き燃焼圧センサ（以下、「燃焼圧センサ」と称す）１は、筒状のハウジング２と、ハウジング２の先端から先端部が露出する圧力伝達体３と、燃焼圧を検知するためのセンサ構造体４とを備えている。

ハウジング２は、それぞれ筒状をなす本体部２１とキャップ部材２２とが接合されてなり、軸線ＣＬ１方向に貫通する軸孔２３を有している。

前記本体部２１は、所定の金属材料により形成されており、その外周面には、ディーゼルエンジン等の内燃機関の取付孔に螺合するためのねじ部２４と、トルクレンチ等の工具を係合させるための断面六角形状の工具係合部２５とが形成されている。

加えて、前記キャップ部材２２は、所定の金属材料により形成されており、自身の後端部が本体部２１の先端部に対して接合されている。また、キャップ部材２２は、圧接部２６と、当該圧接部２６から軸線ＣＬ１に沿って後端側に延びる筒状の円筒部２７とを備えている。圧接部２６は、円筒部２７よりも厚肉（径方向の厚さを比較）に形成されており、軸線ＣＬ１方向先端側へと先細るテーパ状のテーパ面２６ａを有している。また、圧接部２６のテーパ面２６ａは、内燃機関ＥＮの取付孔ＨＯに前記ねじ部２４を螺合した際に、取付孔ＨＯの奥側に形成されたテーパ状のシート面ＳＥに対して圧接し、これにより内燃機関ＥＮと燃焼圧センサ１との間がシールされるようになっている（図４参照）。

さらに、前記圧力伝達体３は、棒状の発熱体３１と筒状のスリーブ３２とが直列的に接続されることで構成されている。

前記発熱体３１は、チューブ３３の内部に発熱コイル３４及び制御コイル３５が酸化マグネシウム粉末等の絶縁粉末３６とともに封入されて構成されている。

チューブ３３は、鉄（Ｆｅ）又はニッケル（Ｎｉ）を主成分とする金属（例えば、インコネルやステンレス合金等）から形成されており、先端部が閉じた筒状をなしている。また、スウェージング加工等によって、チューブ３３の後端側には、外径の比較的大きな圧入大径部３３ａが形成されている。一方で、チューブ３３の先端側には、前記圧入大径部３３ａよりも小径であり、発熱コイル３４が収容される発熱部３３ｂが形成されている。

前記発熱コイル３４及び制御コイル３５は直列接続されており、発熱コイル３４の先端部がチューブ３３の先端部に対して接合されている。加えて、発熱コイル３４は、Ｆｅを主成分とし、クロム（Ｃｒ）やアルミニウム（Ａｌ）等を含有してなる抵抗発熱線により構成されている。一方で、制御コイル３５は、発熱コイル３４の材質よりも電気比抵抗の温度係数が大きい材質、例えばコバルト（Ｃｏ）−Ｎｉ−Ｆｅ系合金等に代表されるＣｏ又はＮｉを主成分とする抵抗発熱線により構成されている。これにより、制御コイル３５は、自身の発熱及び発熱コイル３４からの発熱を受けることにより電気抵抗値を増大させ、発熱コイル３４に対する電力供給量を制御する。すなわち、通電初期においては発熱コイル３４には比較的大きな電力供給がなされ、発熱コイル３４の温度は急速に上昇する。一方で、発熱コイル３４の発熱が進むと、その発熱等により制御コイル３５が加熱されて制御コイル３５の電気抵抗値が増大し、発熱コイル３４への電力供給が減少する。従って、発熱体３１の昇温特性は、通電初期に急速昇温した後、以降は制御コイル３５の働きにより電力供給が抑制されて温度が飽和する形となる。つまり、制御コイル３５の存在により、急速昇温性を高めつつ発熱コイル３４の温度の過昇（オーバーシュート）も生じにくくすることができるようになっている。

尚、所定の外部コントローラを用いて、発熱コイル３４に対する電力の供給量を調節し、発熱コイル３４の発熱を制御することとしてもよい。この場合には、前記外部コントローラの故障時における発熱コイル３４の過昇温を制御コイル３５により防止することができる。すなわち、発熱コイル３４への電力供給量を積極的に調整するために制御コイル３５を用いてもよいし、外部コントローラの故障時等において発熱コイル３４への過電流の供給を防止するために制御コイル３５を用いてもよい。

前記絶縁粉末３６は、チューブ３３内において発熱コイル３４及び制御コイル３５の周囲に充填されている。そのため、発熱コイル３４の先端部はチューブ３３に対して電気的に接続されている一方で、発熱コイル３４及び制御コイル３５の外周面とチューブ３３の内周面とは、絶縁粉末３６の介在により絶縁された状態となっている。

さらに、前記軸孔２３の内部には、軸線ＣＬ１方向に延びる金属製の中軸５が設けられている。当該中軸５は、その先端部がチューブ３３内に挿入されており、制御コイル３５に対して電気的に接続されている。また、中軸５の後端部には、導電性の端子金具６が固定されており、端子金具６及び中軸５を介して、前記発熱コイル３４側へと電力が供給されるようになっている。尚、前記チューブ３３の後端部と中軸５との間には環状ゴム７が設けられており、チューブ３３の内部は封止状態とされている。

加えて、圧力伝達体３（発熱体３１）は、図２に示すように、金属製（例えば、ＳＵＳ製）で筒状をなす可動部材８を介して本体部２１に保持されている。具体的には、前記本体部２１の先端部分には軸線ＣＬ１方向先端側に向けて突設された筒状の突起部２８が設けられており、可動部材８の後端部に対して前記突起部２８が圧入接合されている。すなわち、可動部材８の先端部は、ハウジング２のうちねじ部２４の後端と圧接部２６との中央に位置する部位よりも先端側に固定されている。その一方で、前記可動部材８の先端部には、前記チューブ３３の圧入大径部３３ａが圧入接合されており、これにより、圧力伝達体３が本体部２１に保持されている。

さらに、前記可動部材８の略中央部分には、軸線ＣＬ１方向に沿って伸縮変形することで変位可能な蛇腹部８１が形成されており、これにより、可動部材８は軸線ＣＬ１方向に沿って伸縮変形可能となっている。そして、発熱体３１の先端部に圧力が加えられた際には、可動部材８の蛇腹部８１が収縮変形し、この変形に伴って可動部材８に保持された発熱体３１が、ハウジング２に対して軸線ＣＬ１方向後端側へと相対移動するようになっている。

図１に戻り、前記スリーブ３２は、所定の金属材料により形成されており、前記中軸５の外周側において、軸孔２３の内周面及び中軸５の外周面に対してそれぞれ隙間をあけた状態で設けられている。また、スリーブ３２の先端部には、前記発熱体３１の後端部が圧入接合されている。このため、ハウジング２に対して発熱体３１が相対移動することによって、スリーブ３２もハウジング２に対して相対移動するようになっている。

加えて、スリーブ３２の後端部と中軸５との間には、環状の絶縁ゴム９が挿入されており、振動に伴う中軸５の後端部の振れ動きが防止され、中軸５とスリーブ３２との接触が回避されるようになっている。また、スリーブ３２の外周面の軸線ＣＬ１に沿った略中央部分には、軸線ＣＬ１を中心とした環状の溝部３７が形成されており、当該溝部３７に環状のＯリング１０が配設されている。当該Ｏリング１０は、スリーブ３２及び本体部２１の双方に接触するように構成されている。これにより、エンジン等の内燃機関の駆動に伴ってスリーブ３２が共振してしまうことを抑制でき、スリーブ３２とハウジング２の軸孔とが接触・短絡してしまうことを防止できるようになっている。

加えて、図３に示すように、本体部２１の後端側には、前記センサ構造体４が接合されている。センサ構造体４は、ケース４１、並びに、当該ケース４１内に配設されるセンサ素子４２、歪部材４３、及び、中継部材４４等から構成されている。

ケース４１は、円筒状をなし、その後端部に、中軸５を挿通可能な孔部を有する後壁部（上壁部）を備えている。そして、前記本体部２１の後端部に突出形成された筒状の取付部２９を前記ケース４１内に挿入した上で、当該ケース４１及び取付部２９を接合することで、本体部２１にセンサ構造体４が接合されている。

また、ケース４１内には、スリーブ３２の外径と略同一の外径を有する内壁部４３ａと、ケース４１の内周面に接触する外壁部４３ｂと、両壁部４３ａ，４３ｂを連接する後壁部４３ｃとを備える環状の歪部材４３が設けられている。加えて、ケース４１内には、円筒状をなすとともに、中軸５を挿通可能な孔部が形成された後壁部４４ｃを備えてなる中継部材４４が設けられている。当該中継部材４４は、前記歪部材４３上に載置された状態となっており、歪部材４３及び中継部材４４の外周面はケース４１の内周面に対して固定されている。さらに、歪部材４３の内壁部４３ａの先端部には、前記スリーブ３２の後端部分が接合されている。従って、発熱体３１が圧力を受けることでスリーブ３２が相対移動した際には、歪部材４３の後壁部４３ｃがスリーブ３２に押圧されて変形するようになっている。

加えて、歪部材４３の後壁部４３ｃ上には、前記センサ素子４２が配置されている。センサ素子４２は、例えば、シリコン等の半導体基板上にピエゾ抵抗型素子を形成した公知の半導体歪みゲージにより構成されており、前記歪部材４３の後壁部４３ｃの変形の程度により自身の抵抗値が変化するものである。また、歪部材４３の後壁部４３ｃと対向する前記中継部材４４の後壁部４４ｃ上には、中継基板４５が配置されている。当該中継基板４５は、センサ素子４２に対してワイヤーボンディング又はフレキシブルケーブル（図示せず）により電気的に接続されており、センサ素子４２の抵抗値を電圧値に変換・増幅する機能を有している。そして、変換・増幅された電圧値は、中継部材４４に接続されたケーブル４６を介してＥＣＵ等の外部回路（図示せず）へと出力されるようになっている。

さらに、本実施形態では、キャップ部材２２がヤング率の比較的低い材料（例えば、チタン合金やアルミニウム等）により形成されている一方で、ハウジングはヤング率の比較的高い材料（例えば、炭素鋼やＳＵＳ等）により形成されている。すなわち、キャップ部材２２のヤング率が、本体部２１のヤング率よりも小さなものとされている。

次に、上記のように構成されてなる燃焼圧センサ１の製造方法について説明する。尚、特に明記しない部位については、従来公知の方法により製造している。

まず、発熱体３１を製造しておく。すなわち、Ｆｅを主成分とする抵抗発熱線をコイル形状に加工して発熱コイル３４を得るとともに、Ｃｏ合金等の抵抗発熱線をコイル形状に加工して制御コイル３５を得る。次いで、発熱コイル３４の後端部分と制御コイル３５の先端部分とを接合し、中軸５の先端と、当該中軸５と一体となった発熱コイル３４及び制御コイル３５とを先端の閉じていないチューブ３３内に配置する。そして、アーク溶接によって、チューブ３３の先端部分を閉塞させるとともに、チューブ３３の先端部分と発熱コイル３４の先端部分とを接合する。その後、チューブ３３内に絶縁粉末３６を充填した上で、チューブ３３にスウェージング加工を施す。これにより、チューブ３３に圧入大径部３３ａ、及び、発熱部３３ｂが形成されるとともに、中軸５と一体となった発熱体３１が得られる。

また、所定の合金に鍛造加工や転造加工等を施すことで、軸孔２３やねじ部２４等を有してなる本体部２１を製造する。さらに、前記本体部２１を構成する合金のヤング率よりもヤング率が小さい合金を用意し、当該合金に対して鍛造加工等を施すことで、キャップ部材２２を製造しておく。また、所定の合金に対して鍛造加工等を施すことで、スリーブ３２を得る。

次いで、中軸５の後端部を切断して中軸５の長さを調整した上で、中軸５の外周側に前記スリーブ３２を配置する。そして、レーザー溶接によって、スリーブ３２の先端部と発熱体３１（チューブ３３）の後端部とを接合する。

スリーブ３２と発熱体３１との接合後、スリーブ３２の後端部及び中軸５の間に絶縁ゴム９を挿入した上で、スリーブ３２の後端部分とセンサ構造体４の歪部材４３（内壁部４３ａ）とを接合する。その後、スリーブ３２の外周部分にＯリング１０を配置した上で、前記本体部２１内へとその後端開口から発熱体３１及びスリーブ３２を挿入する。そして、前記センサ構造体４のケース４１を本体部２１の後端部に接合する。また、センサ構造体４から軸線ＣＬ１方向後端側に突出した中軸５の後端部に対して端子金具６を圧入接合する。

次に、予め製造した可動部材８に前記発熱体３１を挿通する。そして、可動部材８の後端部に本体部２１の突起部２８を圧入した上で、可動部材８の外周面側からレーザービームを照射し、可動部材８の後端部と本体部２１とを接合する。さらに、可動部材８の先端部に対して発熱体３１（チューブ３３）を接合する。

最後に、キャップ部材２２に発熱体３１を挿通した上で、本体部２１の先端部とキャップ部材２２の後端部との接触面外縁にレーザービームを照射する。これによりキャップ部材２２と本体部２１とが接合され、上述した燃焼圧センサ１が得られる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、キャップ部材２２のヤング率が本体部２１のヤング率よりも小さくされているため、軸線ＣＬ１方向に沿った力が加えられた際には、本体部２１よりもキャップ部材２２の方が縮み変形しやすい。従って、燃焼圧センサ１を内燃機関ＥＮに取付けた際に、圧縮変形したとしても圧力伝達体３に影響を与えないキャップ部材２２をより大きく変形させることができる一方で、圧力伝達体３に影響を与える本体部２１の変形量を比較的小さくすることができる。その結果、本体部２１の変形に伴い圧力伝達体３へと加わる軸方向に沿った力を効果的に低減することができ、燃焼圧の検知精度の向上を図ることができる。

また、可動部材８の先端部は、ハウジング２のうちねじ部２４の後端と圧接部２６との中央に位置する部位よりも先端側に固定されている。このため、軸線ＣＬ１に沿った可動部材８の長さを比較的短くすることができ、圧力伝達体３をより安定した状態で保持することができる。その結果、燃焼圧の検知精度を一層向上させることができる。
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。

本第２実施形態における燃焼圧センサ１０１は、図５に示すように、上記第１実施形態と比較して、特にキャップ部材１２２の構成が相違する。すなわち、キャップ部材１２２は、比較的厚肉の圧接部１２６と、当該圧接部１２６の後端から軸線ＣＬ１に延びる円筒部１２７を備える一方で、前記円筒部１２７の外周面に軸線ＣＬ１を中心として環状をなす凹状の薄肉部１２７ａが設けられている。また、前記キャップ部材１２２としては、機械的強度の維持を図るべく、本体部２１を構成する材料と同一の金属材料（例えば、炭素鋼やＳＵＳ等）により形成されている。

以上、本第２実施形態によれば、キャップ部材１２２の円筒部１２７に薄肉部１２７ａが設けられているため、燃焼圧センサ１０１を内燃機関ＥＮに取付けた際には、キャップ部材１２２をより大きく変形させることができる一方で、本体部２１の変形量を比較的小さくすることができる。これにより、本体部２１の変形に伴い圧力伝達体３へと加わる軸方向に沿った力を低減することができ、燃焼圧の検知精度を向上させることができる。
〔第３実施形態〕
次いで、第３実施形態について、上記第１、第２実施形態との相違点を中心に説明する。図６（ａ），（ｂ）に示すように、本第３実施形態における燃焼圧センサ２０１において、センサ素子２４２は、ハウジング２０２の内部に設けられており、ハウジング２０２のうちねじ部２２４の先端と圧接部２２６の先端との間に位置する部位に対して間接的に固定されている。具体的には、図７に示すように、ハウジング２０２の本体部２２１とキャップ部材２２２との間において両者に接合された筒状のスリーブ２５１と、当該スリーブ２５１の後端側内周に配置されるとともに、スリーブ２５１に嵌合されたストッパー部材２５３により少なくとも軸線ＣＬ１方向後端側への移動が規制された台座２５２とを介してセンサ素子２４２はハウジング２０２に固定されている。

また、キャップ部材２２２は、圧接部２２６を有する第１部材２６１と、第１部材２６１の後端側に接合された第２部材２６２とを備えている。そして、第２部材２６２の先端側には、第１部材２６１の内径よりも外径が小径に形成され、当該第１部材２６１から径方向に離間して筒状の突起部２７１が設けられており、当該突起部２７１を介して可動部材２０８が第２部材２６２（ハウジング２０２）に固定されている。すなわち、ハウジング２０２のうちセンサ素子２４２が固定された部位Ｐ１と圧接部２２６との間に可動部材２０８の一端側が固定されている。

加えて、第２部材２６２のうち、本体部２２１と第１部材２６１との間に位置する部位が、本体部２２１のうちその先端とねじ部２２４との間の部位、及び、第１部材２６１の円筒部２２７（圧接部２２６から後端側に延びる円筒状の部位）の少なくとも一方よりも（本実施形態では、両者よりも）厚肉に形成されている。尚、第１部材２６１を、ヤング率の比較的低い材料（例えば、チタン合金やアルミニウム等）により形成する一方で、第２部材２６２をヤング率の比較的高い材料（例えば、炭素鋼やＳＵＳ等）により形成することとしてもよい。

また、本第３実施形態においては、図６（ａ）に示すように、絶縁性セラミックからなる筒状の基体２３１と、当該基体２３１の内部に設けられた導電性セラミックからなる発熱素子２３２とを有するセラミックヒータ２３３、及び、セラミックヒータ２３３の後端側に設けられた円板状の中間部材２３４，２３５によって、圧力伝達体２０３が構成されている。そして、可動部材２０８の他端側に対して、圧力伝達体２０３（セラミックヒータ２３３）の外面が固定されている。尚、本実施形態では、セラミックヒータ２３３に対して、ハウジング２０２の内部に設けられた筒状の中軸２８１を介して電力が投入される。さらに、前記中軸２８１の内部に設けられた複数の信号線２８２を介して、センサ素子２４２からの信号が外部に出力されるようになっている。

さらに、本第３実施形態においては、次の式（１）及び（２）のうち、少なくとも一方を満たすように構成されている。すなわち、図７に示すように、ハウジング２０２のうちねじ部２２４の先端及び圧接部２２６の間に位置する部位に対して、軸線ＣＬ１に沿った力を加えたときにおける、ハウジング２０２のうちセンサ素子２４２が固定された部位Ｐ１と可動部材２０８が固定された部位Ｐ２との間の部位の圧縮量をＸとし、ハウジング２０２のうち可動部材が固定された部位Ｐ２と圧接部２２６の先端との間の部位の圧縮量をＹとし、ハウジング２０２のうちねじ部２２４の先端とセンサ素子２４２が固定された部位Ｐ１との間の部位の圧縮量をＺとしたとき、Ｘ＜Ｙ…（１）、及び、Ｘ＜Ｚ…（２）の少なくとも一方を満たすように構成されている。

以上、本第３実施形態によれば、ハウジング２０２のうち圧縮変形することで圧力伝達体２０３に影響を与える部位（ハウジング２０２のうち部位Ｐ１と部位Ｐ２との間の部位）をより短くすることができる。そのため、燃焼圧センサ２０１を内燃機関に取付けた際に、圧力伝達体２０３へと加わる軸方向に沿った力を効果的に低減することができる。

さらに、燃焼圧センサ２０１を内燃機関に取付けたときに、ハウジング２０２のうち圧縮変形したとしても圧力伝達体２０３に影響を与えない部位（ハウジング２０２のうち部位Ｐ２と圧接部２２６の先端との間の部位や、ハウジング２０２のうちねじ部２２４の先端と部位Ｐ１との間の部位）が、ハウジング２０２のうち圧縮変形した際に圧力伝達体２０３に影響を与える部位（部位Ｐ１と部位Ｐ２との間の部位）よりも縮み変形することとなる。そのため、燃焼圧センサ２０１を内燃機関に取付けた際に圧力伝達体２０３へと加わる軸方向に沿った力をより一層低減することができ、燃焼圧の検知精度をさらに向上させることができる。

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。

（ａ）上記実施形態では、キャップ部材２２のヤング率を本体部２１のヤング率よりも小さくしたり、円筒部１２７の外周面に薄肉部１２７ａを設けたりすることで、軸線ＣＬ１に沿った力を加えたときにおいて、ハウジング２のうち可動部材８が固定された部位とねじ部２４の先端との間の部位の圧縮量が、ハウジング２のうち可動部材８が固定された部位と圧接部２６の先端との間の部位の圧縮量よりも小さくなる構成とされている。但し、このような構成を実現する手法は上記実施形態の手法に限定されるものではなく、例えば、キャップ部材２２の円筒部２７の肉厚を一定とした上で、円筒部２７に軸線ＣＬ１を中心とする環状の湾曲部を設けたりすることで、上記構成を実現することとしてもよい。

（ｂ）上記第２実施形態では、円筒部１２７の外周面に薄肉部１２７ａが設けられているが、図８に示すように、円筒部１２７の内周面に薄肉部１２７ｂを設けることとしてもよい。この場合においても、上記第２実施形態と同様の作用効果が奏されることとなる。

（ｃ）上記実施形態において、圧力伝達体３は発熱体３１を備えて構成されているが、発熱体３１を備えることなく（つまり、加熱機能を省略して）燃焼圧センサを構成することとしてもよい。

（ｄ）上記実施形態では、センサ素子４２として半導体基板上にピエゾ抵抗型素子を形成した半導体歪みゲージが用いられているが、センサ素子４２はこれに限定されるものではなく、例えば、圧電素子等を用いることとしてもよい。

（ｅ）上記実施形態において、圧力伝達体３は、蛇腹部８１を備える可動部材８により保持されているが、可動部材８の構成はこれに限定されるものではない。従って、例えば、筒状部と、当該筒状部の端部から径方向外側に膨出する鍔部とを有し、筒状部に対して鍔部が撓み変形可能な部材や、径方向に向けて湾曲変形することで軸線方向に沿って伸縮変形な筒状部材（いわゆる、メンブレン）などを可動部材として用いることとしてもよい。尚、メンブレンを用いる場合には、前記筒状部（前記筒状部材の先端側）に圧力伝達体３が固定されるとともに、前記鍔部（前記筒状部材の後端側）が本体部２１に固定されることとなる。

（ｆ）上記第３実施形態では、ハウジング２０２の第２部材２６２に対して可動部材２０８が間接的に固定されているが、図９に示すように、可動部材３０８の後端部を鍔状にし、第１部材３６１と第２部材３６２との間に挟み両者に接合することで、可動部材３０８をハウジング３０２に固定することとしてもよい。尚、この場合において、「ハウジングのうち可動部材が固定された部位」とあるのは、ハウジング３０２と可動部材３０８とが固定される部位のうち軸線ＣＬ１方向に沿って最も先端側に位置する部位Ｐ３をいう。すなわち、セラミックヒータ３３３を軸線ＣＬ１方向後端側へと相対移動させる可動部材３０８のうち、燃焼圧によって変位しない筒状の部位３０９と、第１部材３６１から径方向に離間し、燃焼圧によって変形する蛇腹部３８１との間が前記部位Ｐ３である。また、この図９に示す構成では第２部材３６２を排除し、可動部材３０８の鍔状部とスリーブ２５１の鍔状に形成した先端部とを直接に接合することとしてもよい。

（ｇ）燃焼圧センサ１の形状等は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、チューブ３３について、小径の発熱部３３ｂを省略し、チューブ３３の先端側の外径が略一定のストレート形状をなすように構成することとしてもよい。また、センサ素子の配設位置も特に限定されるものではなく、例えば、本体部２１の内部にセンサ素子を設けることとしてもよい。

（ｈ）上記実施形態において、燃焼圧センサ１は、制御コイル３５を備えているが、制御コイル３５を省略し、発熱コイル３４の後端を中軸５に対して直接接合することとしてもよい。

１，１０１…燃焼圧センサ、２…ハウジング、３…圧力伝達体、８…可動部材、２１…本体部、２２，１２２…キャップ部材、２４…ねじ部、２６，１２６…圧接部、２７，１２７…円筒部、４２…センサ素子、１２７ａ，１２７ｂ…薄肉部、ＣＬ１…軸線、ＥＮ…内燃機関、ＨＯ…取付孔。

Claims (4)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
   前記軸孔内に配設されるとともに、一端側が前記ハウジングに固定され、前記軸線方向に沿って変位可能な可動部材と、
   前記軸孔内に挿設されるとともに、外面が前記可動部材の他端側に固定され、先端部が外部に露出する棒状の圧力伝達体と、
   前記ハウジングに直接又は間接的に固定されるとともに、前記圧力伝達体から加えられる圧力に基づいて信号を出力するセンサ素子とを備え、
   前記ハウジングは、
   内燃機関の取付孔に螺合するためのねじ部と、
   前記内燃機関の取付孔に前記ねじ部を螺合した際に、前記内燃機関に対して圧接する圧接部とを有してなる燃焼圧センサであって、
   前記ハウジングのうち前記ねじ部の後端と前記圧接部との中央に位置する部位よりも先端側に前記可動部材の一端側が固定されており、
   前記可動部材と前記圧力伝達体との固定部位が、前記ハウジング内に配置されており、
   前記ハウジングのうち前記ねじ部の先端及び前記圧接部の間に位置する部位に対して、前記軸線に沿った力を加えたときにおける、前記ハウジングのうち前記可動部材が固定された部位と前記ねじ部の先端との間の部位の圧縮量をＡとし、前記ハウジングのうち前記可動部材が固定された部位と前記圧接部の先端との間の部位の圧縮量をＢとしたとき、
   Ａ＜Ｂ
   を満たすことを特徴とする燃焼圧センサ。
2. 軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
   前記軸孔内に配設されるとともに、一端側が前記ハウジングに固定され、前記軸線方向に沿って変位可能な可動部材と、
   前記軸孔内に挿設されるとともに、外面が前記可動部材の他端側に固定され、先端部が外部に露出する棒状の圧力伝達体と、
   前記ハウジングに直接又は間接的に固定されるとともに、前記圧力伝達体から加えられる圧力に基づいて信号を出力するセンサ素子とを備え、
   前記ハウジングは、
   内燃機関の取付孔に螺合するためのねじ部と、
   前記内燃機関の取付孔に前記ねじ部を螺合した際に、前記内燃機関に対して圧接する圧接部とを有してなる燃焼圧センサであって、
   前記ハウジングのうち前記ねじ部の先端と前記圧接部の先端との間に位置する部位に前記センサ素子が直接又は間接的に固定されており、前記ハウジングのうち前記センサ素子が固定された部位と前記圧接部との間に位置する部位に前記可動部材が固定されており、
   前記ハウジングのうち前記ねじ部の先端及び前記圧接部の間に位置する部位に対して、前記軸線に沿った力を加えたときにおける、前記ハウジングのうち前記センサ素子が固定された部位と前記可動部材が固定された部位との間の部位の圧縮量をＸとし、前記ハウジングのうち前記可動部材が固定された部位と前記圧接部の先端との間の部位の圧縮量をＹとしたとき、
   Ｘ＜Ｙ
   を満たすことを特徴とする燃焼圧センサ。
3. 軸線方向に延びる軸孔を有する筒状のハウジングと、
   前記軸孔内に配設されるとともに、一端側が前記ハウジングに固定され、前記軸線方向に沿って変位可能な可動部材と、
   前記軸孔内に挿設されるとともに、外面が前記可動部材の他端側に固定され、先端部が外部に露出する棒状の圧力伝達体と、
   前記ハウジングに直接又は間接的に固定されるとともに、前記圧力伝達体から加えられる圧力に基づいて信号を出力するセンサ素子とを備え、
   前記ハウジングは、
   内燃機関の取付孔に螺合するためのねじ部と、
   前記内燃機関の取付孔に前記ねじ部を螺合した際に、前記内燃機関に対して圧接する圧接部とを有してなる燃焼圧センサであって、
   前記ハウジングのうち前記ねじ部の先端と前記圧接部の先端との間に位置する部位に前記センサ素子が直接又は間接的に固定されており、前記ハウジングのうち前記センサ素子が固定された部位と前記圧接部との間に位置する部位に前記可動部材が固定されており、
   前記ハウジングのうち前記ねじ部の先端及び前記圧接部の間に位置する部位に対して、前記軸線に沿った力を加えたときにおける、前記ハウジングのうち前記センサ素子が固定された部位と前記可動部材が固定された部位との間の部位の圧縮量をＸとし、前記ハウジングのうち前記ねじ部の先端と前記センサ素子が固定された部位との間の部位の圧縮量をＺとしたとき、
   Ｘ＜Ｚ
   を満たすことを特徴とする燃焼圧センサ。
4. 前記圧力伝達体のうち外部に露出する部位の少なくとも一部は、発熱体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃焼圧センサ。

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