JP6607005B2 - グロープラグ一体型燃焼圧センサ - Google Patents
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Description
該ケースの先端部の内側に保持され、上記燃焼室内の燃料混合気を加熱するグローヒータ(3)と、
上記ケースの内側に摺動可能に配置された荷重伝達部材(5)と、
該荷重伝達部材の基端側に対向する位置において上記ケースに固定された保持部材(6)と、
上記荷重伝達部材と上記保持部材との間に配置された回路基板(7)と、
該回路基板に配置され、上記ケースに生じる歪に応じて上記荷重伝達部材から伝達される圧力を測定して、上記燃焼室内の圧力を求める圧電素子(8)と、
上記回路基板に配置され、上記圧電素子に生じる電荷の電圧を増幅するための増幅回路部品(9)と、を有し、
上記回路基板の外周側、先端側及び基端側は、上記ケース、上記荷重伝達部材及び上記保持部材によって囲まれている、グロープラグ一体型燃焼圧センサ(1)にある。
グロープラグ一体型燃焼圧センサの実施形態につき、図1〜図6を用いて説明する。
本実施形態のグロープラグ一体型燃焼圧センサ1は、図1、図2に示すごとく、金属製のケース2、グローヒータ3、通電線4、荷重伝達部材5、保持部材6、回路基板7、圧電素子8及び増幅回路部品9を有する。以下、グロープラグ一体型燃焼圧センサ1のことを、単に燃焼圧センサ1という。
圧電素子8及び増幅回路部品9が配置された回路基板7の外周側、内周側、先端側及び基端側の全ては、ケース2、荷重伝達部材5、保持部材6によって囲まれている。
燃焼圧センサ1は、図1に示すごとく、エンジンヘッド11の燃焼室12内にグローヒータ3の先端部を突出させるようにして、プラグ取付孔13に配置される。燃焼圧センサ1は、グローヒータ3に通電線4を介して通電を行って、燃焼室12内における燃料混合気を予熱する機能と、圧電素子8等によって燃焼室12内の燃焼圧を測定する機能とを有する。
第1ケース21は、円環形状に形成されており、グローヒータ3を内周に保持する。第1ケース21は、円環形状の厚肉部211と、厚肉部211の先端側に設けられ、厚肉部211よりも外径が縮小した円環形状の薄肉部212とを有している。
第2ケース22は、円環形状に形成されており、内周に通電線4の一部を挿通させている。
第3ケース23は、円環形状に形成されており、内周に通電線4及び荷重伝達部材5を挿通させている。
また、プラグ取付孔13の先端側部分132は、基端側部分133に比べて縮径しており、先端側部分132と基端側部分133との間には段部134が形成されている。この段部134に、第1ケース21の厚肉部211が当接していることにより、燃焼室12内の燃焼ガスが外部に漏出することを防止している。第1ケース21、第2ケース22及び第3ケース23は、ステンレス鋼等の金属から構成されている。
第1荷重伝達部材52は、円環形状を有しており、その先端は第2ケース22の基端に当接している。第2荷重伝達部材53は、図2に示すごとく、回路基板7の先端側に配置された先端側部分531と、回路基板7の内周面及び保持部材6の内周側に挿通された内周側部分532とを有している。
先端側部分531は、円環形状を有しており、その先端は第1荷重伝達部材52の基端に当接している。内周側部分532は、円環形状を有しており、その先端は先端側部分531の基端に連結されている。内周側部分532は、先端側部分531よりも縮径して形成されている。先端側部分531の中心部に形成された中空穴と、内周側部分532の中心部に形成された中空穴とは、導通線4を挿通させるために連通している。
圧電素子8は、図3に示すように、回路基板7の周方向に等間隔に並んで複数配置されている。複数の圧電素子8は、図4に示すように、回路基板7と、回路基板7に対向して配置された電極板81との間に挟持されている。電極板81は、複数の圧電素子8に荷重を分散して伝達するものである。圧電素子8は、ケース2に生じる歪に応じて荷重伝達部材5から伝達される圧力を受け、この圧力に比例した電荷量を発生させるものである。圧電素子8の基端側の面は、電極板81、保持部材6及びケース2を介してエンジンヘッド11に導通されている。圧電素子8は、水晶、PZT、ニオブ酸リチウム、ポリフッ化ビニリデン等の圧電材からなる。電極板81は、ステンレス鋼等の金属からなり、円環形状を有する。
信号引出線72及びGND引出線73は、一対の接続端子75を介して、コネクタ部94に引き出される一対のリード線76に接続されている。
エンジンヘッド11に生じる圧縮応力は、荷重として雌螺子部131と段部134とを介してエンジンヘッド11に取り付けられたケース2に加わる。そして、ケース2にも圧縮応力が生じ、ケース2に生じた圧縮応力が荷重として荷重伝達部材5に加わり、荷重伝達部材5から圧電素子8に圧力が加わる。圧電素子8は、電極板81及び保持部材6によって移動が阻止されており、ケース2に生じた圧縮応力が圧電素子8によって圧力として測定される。
また、燃焼室12内の燃焼圧と圧電素子8の圧力の出力との関係は、実際に測定を行って形成したマップ等によって求められている。そして、圧電素子8の圧力の出力に応じて燃焼室12内の燃焼圧を算出することができる。
燃焼圧センサ1においては、圧電素子8に生じる電荷の電圧を増幅するための増幅回路部品9を、圧電素子8と同じ回路基板7に配置している。これにより、圧電素子8から増幅回路部品9までの距離が短くなり、圧電素子8の微小な出力信号を増幅回路部品9によって直ちに増幅することができる。そのため、燃焼圧センサ1の耐ノイズ性能を向上させることができる。
以上のごとく、燃焼圧センサ1によれば、圧電素子8の出力信号を、外来ノイズ及びグローヒータ3に通電を行う際に生じる電流ノイズから保護することができる。
2 ケース
3 グローヒータ
4 通電線
5 荷重伝達部材
6 保持部材
7 回路基板
8 圧電素子
9 増幅回路部品
Claims (7)
- エンジン(11)の燃焼室(12)に繋がるプラグ取付孔(13)に取り付けられる金属製のケース(2)と、
該ケースの先端部の内側に保持され、上記燃焼室内の燃料混合気を加熱するグローヒータ(3)と、
上記ケースの内側に摺動可能に配置された荷重伝達部材(5)と、
該荷重伝達部材の基端側に対向する位置において上記ケースに固定された保持部材(6)と、
上記荷重伝達部材と上記保持部材との間に配置された回路基板(7)と、
該回路基板に配置され、上記ケースに生じる歪に応じて上記荷重伝達部材から伝達される圧力を測定して、上記燃焼室内の圧力を求める圧電素子(8)と、
上記回路基板に配置され、上記圧電素子に生じる電荷の電圧を増幅するための増幅回路部品(9)と、を有し、
上記回路基板の外周側、先端側及び基端側は、上記ケース、上記荷重伝達部材及び上記保持部材によって囲まれている、グロープラグ一体型燃焼圧センサ(1)。 - 上記グローヒータは、その基端部から上記ケースの基端部側へ延設された通電線(4)を有しており、
上記荷重伝達部材、上記保持部材及び上記回路基板は、それらの中心部に上記通電線を挿通させための中空穴を有しており、
上記回路基板の外周側、内周側、先端側及び基端側の全ては、上記ケース、上記荷重伝達部材及び上記保持部材によって囲まれている、請求項1に記載のグロープラグ一体型燃焼圧センサ(1)。 - 上記荷重伝達部材は、上記ケースの内部に先端側が接触して、該ケース内に配置された第1荷重伝達部材(52)と、
該第1荷重伝達部材の基端側に接触する第2荷重伝達部材(53)と、を有しており、
該第2荷重伝達部材は、上記回路基板の先端側に配置された先端側部分(531)と、上記回路基板の内周側及び上記保持部材の内周側に挿通された内周側部分(532)とを有しており、
上記回路基板の内周側及び先端側は、上記第2荷重伝達部材によって囲まれている、請求項2に記載のグロープラグ一体型燃焼圧センサ。 - 上記圧電素子は、上記回路基板の周方向に等間隔に並んで複数配置されており、
該複数の圧電素子は、上記回路基板と、該回路基板に対向して配置された、上記複数の圧電素子に荷重を分散して伝達するための電極板(81)との間に挟持されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載のグロープラグ一体型燃焼圧センサ。 - 上記回路基板に配置された上記増幅回路部品の高さは、上記回路基板に配置された上記圧電素子の高さよりも低く、上記増幅回路部品と上記電極板との間には隙間が形成されている、請求項4に記載のグロープラグ一体型燃焼圧センサ。
- 上記増幅回路部品は、上記圧電素子に生じる電荷を蓄積して電圧を発生させるコンデンサ(91)と、
該コンデンサの電圧を増幅する増幅部(92)と、を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のグロープラグ一体型燃焼圧センサ。 - 上記増幅部には、該増幅部に流れる電流を一定にするための定電流素子(921)又は定電流回路が接続されている、請求項6に記載のグロープラグ一体型燃焼圧センサ。
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