JPH01312439A - 筒内圧検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、エンジンの燃焼室内の燃焼圧力を検出する筒
内圧検出装置に関する。

Ｂ、従来の技術 第６図は、例えば実開昭５９−１６０８８号公報で知ら
れている筒内圧検出装置の断面図である６図において、
全体符号１で示す筒内圧検出装置は、エンジンヘッド２
に螺着された主体金具３と、この主体金具３の偏心位置
にこれを貫通するよう装着された点火プラグセラミック
スアッセンブリ４と、主体金具３の上端部に偏心して取
り付けた圧力センサ５とを備えている。

主体金具３のエンジンヘッド２側の先端には、燃焼室６
に開口するガスボリューム７が形成されており、このガ
スボリューム７と圧力センサ５との間は、主体金具３内
に形成した導圧通路８により連通され、この導圧通路８
を通して燃焼室６の燃焼圧が圧力センサ５に作用する。

また、圧力センサ５を取り付けた主体金具３の装着部分
には、圧力センサ５を冷却するウォータジャケット９が
形成されており、このウォータジャケラ１〜９には冷却
水口］、Ｏａ、１０ｂが接続されている。

第７図は、圧力センサ５の詳細を示す断面図である。

図において、圧力センサ５は、下端開口をダイアフラム
１１により閉塞した筒状のハウジング１２と、このハウ
ジング１２内に挿入されダイアフラム１］−に接触する
底部１３ａを有するケース１３と、このケース１，３内
に精度補正板１４を介して積層収納された複数の圧電素
子１５と、この圧電素子１５上に積層したマス部材１６
及び加速度補正圧電素子１７と、ハウジング１２の上端
間口に螺合され、ケース１３内の積層体を締め付けるプ
ラグ部材１８と、マス部材１６に電気的に接続されるコ
ネクタ１９とから構成されている。

このように構成された筒内圧検出装置】において、点火
プラグセラミックスアッセンブリ４の中心＠極４８とそ
の先端に対向する電極３ａ間に電圧をかけて火花放電さ
せると、燃焼室６内の混合気が着火し燃焼する。このと
き、その燃焼圧力がガスボリューム７及び導圧通路８を
通して圧力センサ５に作用する。圧力センサ５では、燃
焼圧力をダイアフラム１１で受け、これによりケース１
３内の圧電素子１５を押圧すると、その圧電効果により
燃焼圧に応じた電圧が発生し、この電圧をコネクタ１−
９を通し、て図示しない計測器に加えることにより燃焼
圧を計測する。

この圧力検出に際し、て、圧力センサ５は高温の燃焼ガ
スに晒されるが、冷却水口１０ａ、］−０ｂを通して冷
却水がウォータジャケット９内に循環されているから、
温度上昇が抑えられ、安定した燃焼圧測定が可能である
。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 上述したように、従来の筒内圧検出装置１では。

圧力センサ５の受圧面と圧電素子１５とが近接している
ため、圧電素子１５が燃焼ガスによる熱の影響を受は易
く、従ってウォータジャケット９及び冷却水口］、Ｏａ
、ｉｏｂをその周囲に設けて圧力センサ５を冷却しでい
る。その結果、検出装置自体の外径が大きくなり、これ
に伴いスペース的に制約を受けるエンジンヘッドの燃焼
室近傍に取り付けることが困難で、ややｎれだ場所に設
置して導圧通路８により燃焼ガス１Ｆを圧力センサ５ま
で導いている。このため、導圧通路８が不可欠となるが
、燃焼ガス圧によりその通路８が共鳴して測定誤差が生
じる問題があった。

本発明は、上述のような問題を解決したもので９強制冷
却を不要にしてコンパクト化を図ると共に検出精度の高
い筒内圧検出装置を提供することにある。

［〕６問題点を解決するための手段 一実施例を示す第１−図（ａ）、（ｂ）により本発明を
説明すると、本発明に係る筒内圧検出装置は、燃焼部側
から所定深さに形成されたざぐり孔２４とこのざぐり孔
２４の底面に貫通する貫通孔２７ａとを有し、燃焼部に
固着される主体金具２０と；一端に燃焼圧を受ける受圧
部２５ａを、他端に燃焼圧で収縮変形するスプリング部
２５ｄを有し、かつ中間部に雌ねじ部？、５ｃを有し、
ざぐり孔２４内に設置される筒状の受圧ヘッド２５と；
貫通孔２７ａを通して受圧ヘッド２５内に挿入され該受
圧ヘッド２５の雌ねじ部２．５　ｃに螺合して受圧ヘッ
ド２５を主体金具２０のざぐり孔２４の底面に押圧固定
するねじ２９と；このねじ２９の頭部２９ａと主体金具
２０間に圧縮状態で介在された圧電素子３１とを備え、
燃焼圧によるスプリング２５ｄの収縮によりねじ２９に
よる受圧ヘッド２５の締付力が低下するように構成する
ことにより、−卜述した問題点を解決する。

Ｅ０作用 燃焼圧が受圧ヘッド２５の受圧部２５ａに作用すると、
受圧ヘッド２５ａのスプリング部２５ｄが燃焼圧に応じ
て収縮変形し、ねじ２９の締付力が低下し、圧電素子３
１への加圧力も低下する。

これにより圧電素子３１の出力電圧が変化し燃焼圧を検
知することができる。すなわち、受圧ヘッド２５を介し
て燃焼室内の圧力が圧電素子３１に伝達されるようにし
ているので、従来のような導圧通路が不要となる。

なお、本発明の詳細な説明する上記り項およびＥ項では
、本発明を分かり易くするために実施例の図を用いたが
、これにより本発明が実施例に限定されるものではない
。

Ｆ、実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

一第１の実施例− 第１図〜第３図は、本発明に係る筒内圧検出装置の第１
の実施例を示すもので、第１図（ａ）は全体の縦断面図
、第１図（ｂ）は部分拡大図、第２図は全体の外観を示
す正面図、第３図はその側面図である。

図において、２０はエンジンヘッド２に螺合される雄ね
じ部２０ａを有する主体金具で、この主体金具２０には
、その中心線２１より偏心して点火プラグ装着孔２０ｂ
が貫通して形成され、この装着孔２０ｂ内には、軸心に
中心電極２２ａを有する点火プラグセラミックスアッセ
ンブリ２２が装着されている。

また、主体金具２０のねじ込み先端には、エンジンの燃
焼室に開口するガスボリューム２３が形成され、そのガ
スボリューム２３から斜め上方に向く所定深さの円筒状
のざぐり孔２４が形成されている。このざぐり孔２４内
には、ガスボリューム２３側が閉塞された筒状の受圧ヘ
ッド２５が挿入され、この受圧ヘッド２５の挿入端とざ
ぐり孔２４の底部間には銅ガスケット２６が介在されて
いる。

この受圧ヘッド２５は、ガスボリューム２３に眺む受圧
部２５ａと、これに連設する断熱部２５ｂと、この断熱
部２５ｂの上方に位置する雌ねじ部２５ｃと、挿入端側
に位置するスプリング部２５ｄと、スプリング部２５ｄ
の先端にあって円筒孔２４に密嵌合するシール部２５ｅ
を備えている。スプリング部２５ｄは、ねじ部２９と雄
ねじ部２５ｃのねじのかみあいによるばね係数より小さ
い係数をもつようにし、燃焼圧により撓む影響をねじの
かみあい部分より十分大きくすることにより、ねじのか
みあい部分のばね係数の変動による測定精度の低下を防
いでいる。そしてここでは第１図（ｂ）かられかるとお
り、雄ねじ部２５ｃに比べて薄肉に形成され、受圧部２
５ａに作用する燃焼圧によ、り軸方向に撓むようにされ
ている。

主体金具２０は、ざぐり孔２４の底部にねじ受部２７を
有し、このねじ受部２７には、ざぐり孔２４と同心に貫
通孔２７ａが形成され、さらにシール用の空所２８も形
成されている。

空所２８から挿入されるねじ２９は、ねじ受部２７の貫
通孔２７ａを通して受圧ヘッド２５内に挿入され、受圧
ヘッド２５を適宜回り止めしてその雌ねじ部２５ｃに螺
合される。これにより、受圧ヘッド２５がざぐり孔２４
内に締め付は固定される。ねじ２９の首下部の外周は、
テフロン等から成る絶縁チューブ３０によって被覆され
ており、ねじ２９の頭部２９ａとこれに対向するねじ受
部２７間には、第１図（ｂ）の拡大図に示されるように
、リング状に成形した圧電セラミックス３１゜電極板３
２及び絶縁板３３の積層体の両面をワッシャ３４．．３
５で挟んで成るセンサＳＥが介在され、センサＳＥはね
じ２９によって所定の締付力で圧縮され、圧電セラミッ
クス３１及び電極板３２は絶縁チューブ３ｏ及び絶縁板
３３によってねじ２９及び主体金具２ｏから電気的に絶
縁されている。

電極板３２には、シールドケーブル３６の中心導体３６
ａが接続され、その接続部分は絶縁チューブ３７により
被覆されている。シールドケーブル３６はケーブルホル
ダ３８により保持され、このケーブルホルダ３８は空所
２８の開口部にかしめにより固定されている。さらに空
所２８の内部には軟質のシール部材３９が充填され、か
しぬ部分３８ａの外周囲は硬質のシール部材４０により
水密にシールされている。

なお、受圧ヘッド２５がざぐり孔２４内に円滑に挿入さ
れるように受圧ヘッド２５の外周にテフロンや二硫化モ
リブデン等の潤滑剤を塗布しておくことが望ましい。

次に、このように構成された本実施例の動作について説
明する。

まず、筒内圧検出装置の主体金具２０を第６図に示す場
合と同様にエンジンへ・・２ド２に螺着する。これは、
第４図に示すプラグレンチ４１の爪４１ａ、４１ｂを主
体金具２０の切欠部４２ａ。

４２ｂ（第２図、第３図参照）　１＝係合し、プラグレ
ンチ４１で主体金具２０を締め（−＝１けることにより
行われる。

かかる状態で、点火プラグセラミックスアッセンブリ２
２の中心電極２２ａと電極４３間に火花放電が発生する
と、エンジン燃焼室内の混合気が着火燃焼し、その燃焼
圧が受圧・＼ラド２５の受圧部２５　ａに作用する。こ
れにより、受圧ヘッド２５のスプリング部２５（ｊが軸
方向に撓み、受圧ヘッド２５を含むねじ２９が第１図（
ａ）の矢印六方向に変位する。この結果、ねじ２９によ
り所定の締付力で締め付けられていた圧電セラミックス
３１に生ずる応力が減少し、その応力の減少に応じて圧
電セラミックス３１の発生電圧が変化する。従って、こ
の電圧変化分を電極板３２およびシールドケーブル３６
を通して不図示の計測装置により検出することで燃焼圧
を計測する。

一方、受圧ヘッド２５には、混合気の燃焼による熱が伝
達されるが、受圧ヘット２５の断熱部２５ｂは中空にな
っており、その熱伝達断面積が小さいため、ねじ２９を
通して圧電セラミックス３］に伝達される熱は少なく、
圧電セラミックス３１の温度は、その圧電特性を損なう
温度まで上昇することがない。従って、圧電セラミック
ス３１の冷却は不要となる。しかも、受圧ヘッド２５の
受圧部２５　ａがガスボリューム２３に直接に対向して
おり、従来のような導圧通路が全くないため、燃焼ガス
圧による共鳴が生じることがなく、燃焼圧の検出精度も
向しできる。

−第２の実施例− 第５図は、本発明の第２の実施例を示す筒内検出装置の
要部の断面図である。

図において、第１図と同様の部分には同一への符号を付
してその説明を省略し、第１図と異なる部分を重点に述
へる。

本実施例における受圧ヘッド２５では、受圧部２５ａの
端面に結合部２５ｆを介してシール用のダイアフラム２
５ｇが設けられている。このダイアフラム２５ｇは軸方
向に比較的容易に弾性変形する形状になっている。また
、受圧ヘッド挿入用ざぐり孔２４の開口端が太径穴２４
　Ｌとされ、この太径穴２４Ｉ、とざぐり孔２４との連
設部分にテーパ部２４Ｔが形成される。

上記、構成の受圧ヘッド２５において、受圧ヘッド２５
がねじ２９により締め付けられると、その受圧ヘッド２
５はシール部２５ｅが主体金具２０に押圧されて固定さ
れると同時に、ダイアフラム２５にの外周がテーパ部２
４Ｔに弾性的に押し付けられ、受圧ヘッド２５によるざ
ぐり孔２４のシール性をより確実にする。

また、燃焼圧がダイアフラム２５ｇに加わると、ダイア
プラム２５ｇは比較的容易に弾性変形するため、燃焼圧
は主に結合部２５ｆを通して受圧ヘッド２５に伝わり、
受圧ヘッド２５を矢印Ａ方向へ変位させる。そして、受
圧ヘッド２５の矢印Ａ方向への変位に伴いダイアプラム
２５ｇはテーパ部２４Ｔに強く押し付けられるため、そ
の両者の接触面のシールがさらに確実となって、燃焼ガ
スが受圧ヘッド２５とざぐり孔２４間の隙間に侵入する
ことが防止される。さらに受圧ヘッド２５へ伝わる熱の
一部がダイアフラム２５ｇを通して主体金！１．２０に
逃す効果もある。

さらにまた、ダイアフラム２５ｇの厚さを薄くしてその
弾性率を所定値までＦげることにより、受圧ヘッド２５
のスプリング部２５ｄが多少へタリぎみになり軸方向に
緩みが生しるようになっても、ダイアフラム２５ｇとテ
ーパ部２４Ｔとの接触圧が確保され、シール性を保持で
きる。

なお、上記各実施例において、主体金具２０の雄ねじ部
２０ａをエンジンヘッド２に螺合する時。

雄ねじ部２０ａの近傍の主体金具２０は軸方向へ歪むが
、受圧ヘット２５は、雄ねじ部２０ａから外れたねじ受
部２７にシール部２５ｅを介して主体金具２０に取付け
られており、その軸方向歪みによる影響は少ない。

また、主体金具２０は銅ガスケット４８を介してエンジ
ンヘッド２に接するため主体金具２０の座面部分２０ｉ
はエンジンヘッド２のウォータジャケット部（不図示）
により冷却されるから、比較的温度が低くなる。そこで
、座面部分２０ｉの近くに圧電セラミックス３１を設置
することが望ましい。

Ｇ０発明の効果 以上のように本発明によれば、一端に燃焼圧を受ける受
圧部を他端に燃焼圧により収縮変形するスプリング部を
有しかつ中間部に取付雌ねじ部を有する筒状の受圧ヘッ
ドを、主体金具に燃焼室側から形成したざぐり孔内に挿
入し、主体金具の外側からざぐり孔の座面を貫通してね
じを受圧ヘッドの雌ねじ部に螺合することにより受圧ヘ
ッドを主体金具に固定すると共に、ねじの頭部と主体金
具間に圧電素子を圧縮状態で介在させ、受圧部に作用す
る燃焼圧によりスプリング部が収縮するとねじ頭部によ
る圧電素子への加圧力が変化するようにし、そのときの
圧電素子の出力電圧変化から燃焼圧を検知するようにし
た。この結果、燃焼熱の影響を低減するため圧電素子を
燃焼室から離れた位置に設置する際に従来不可欠であっ
た導圧通路が不要となり、共鳴の問題が解決され燃焼圧
の検出精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の筒内圧検出装置の一実施例を示
す縦断正面図、第１図（ｂ）はその部分拡大図、第２図
は本発明に係る筒内圧検出装置全体の外観を示す正面図
、第３図はその側面図、第４図はプラグレンチの側面図
、第５図は本発明の筒内圧検出装置の他の実施例を示す
要部の断面図、第６図は従来の筒内圧検出装置の断面図
、第７図は従来の圧力センサの断面図である。 ２０：主体金具 ２２：点火プラグセラミックスアッセンブリ２３：ガス
ボリューム ２４：ざぐり孔　　　２５：受圧ヘッド２５ａ：受圧部
　　　２５ｂ＝断熱部 ２５ｃ：雌ねじ部　　２５ｄニスプリング部２５ｅ：シ
ール部　　　２７：ねじ受部２７ａ：貫通孔　　　　２
９：ねじ ３１：圧電セラミックス ３２：電極板 ２５ｇ＝シール用ダイアフラム ２４Ｔ：テーパ部 特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人弁理士　　　永　井　冬　紀 第１図（ｂ）　　３６ ■ 沫 Ｃ鵠 ト 沫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　燃焼部側から所定深さに形成されたざぐり孔とこのざ
   ぐり孔の底面に貫通する貫通孔とを有し、燃焼部に固着
   される主体金具と、 一端に燃焼圧を受ける受圧部を、他端に燃焼圧で収縮変
   形するスプリング部を有し、かつ中間部に雌ねじ部を有
   し、前記ざぐり孔内に設置される筒状の受圧ヘッドと、 前記貫通孔を通して前記受圧ヘッド内に挿入され該受圧
   ヘッドの雌ねじ部に螺合して受圧ヘッドを前記主体金具
   のざぐり孔底面に押圧固定するねじと、 このねじの頭部と前記主体金具間に圧縮状態で介在され
   た圧電素子とを備え、燃焼圧による前記スプリングの収
   縮により前記ねじによる受圧ヘッドの締付力が低下する
   ように構成したことを特徴とする筒内圧検出装置。