JPH05118946A - シリンダ内圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 かかる回り止め部材を使用することなく、点
火プラグの螺子込みによる締付けトルクにより捩り応力
が圧電センサＳに加わらないようにし得るとともに、そ
の製造が容易で、しかも圧電素子に適正に圧力が加わり
得る構成のシリンダ内圧検出装置の提供を目的とする。 【構成】 環状圧電素子２を金属製外皮７で包んで構成
した環状圧電センサＳの周面に回り止め周縁αを形成し
た。これにより、点火プラグＴを螺合孔ｒ₃ 内に螺子込
むときに圧電センサＳに剪断応力が作用しても、圧電セ
ンサＳの回り止め周縁αがプラグ装着部Ｒの内周壁に係
止されて回動不能となり、剪断強度の小さい圧電素子２
の破損が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンのシリンダー
ヘッドに保持し、ノッキングや燃料噴射によるシリンダ
内の圧力変動を圧電素子によって検知する圧電センサを
備えたシリンダ内圧力検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種従来のシリンダ内圧力検出装置と
しては、図５で示すように、環状圧電素子とその上下の
緩衝リング等とを積み重ねてなる集積体を金属製外皮で
包んで構成した環状の圧電センサＳをプラグ装着部Ｒに
座定して点火プラグＴの挟圧力により圧電センサ内の圧
電素子に歪を与えて出力信号を取り出すようにしたもの
が種々提案されている。さらに詳しく説明すると、プラ
グ装着部Ｒは、シリンダヘッドＰの外面から燃焼室Ｑに
向かって順次穿設された径大のプラグ挿入孔ｒ₁と、プ
ラグ座ｒ₂ と、径小のプラグ螺合孔ｒ₃ とからなり、前
記プラグ挿入孔ｒ₁ より点火プラグＴが挿入され、その
雄螺子ｔ₁ を螺合孔ｒ₃ に螺子込んで、必要に応じてガ
スケットリングを介してシート面ｔ₂ との間でプラグ座
ｒ₂ 上の圧電センサＳを強圧し、その火花放電部ｔ₃ を
燃焼室Ｑ内に臨ませるようにしている。

【０００３】そして前記シリンダーヘッドＰの振動によ
り圧電センサＳ内の圧電素子に圧縮歪を生じさせ、該振
動に同期する出力信号を圧電素子から取出すものであ
り、ノッキングや燃料噴射時期の検出に用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に圧電センサＳを点火プラグの締付けにより挟圧する形
式のものにあって、圧電センサＳは点火プラグＴの取付
け時に締付けトルクが直接、若しくはガスケットリング
を通して作用し、圧縮応力のほか捩り応力も重畳して加
わる。このため、特性が劣化したり、剪断強度の小さい
圧電素子を容易に破壊したりする。そこで、通常、種々
の構造の回り止め部材と共に併用されているが、この回
り止め部材の使用はセンサ構造を複雑にし、生産性、経
済性を損ない、価格を高騰するほか、圧電センサＳを背
高化して燃焼室内に突出する点火プラグＴの火花放電部
ｔ₃ を所定位置に設定することが困難となる等の問題を
生ずる。

【０００５】本発明は、かかる回り止め部材を使用する
ことなく、締付けトルクにより捩り応力が圧電センサＳ
に加わらないようにし得るとともに、その製造が容易
で、しかも圧電素子に適正に圧力が加わり得る構成のシ
リンダ内圧力検出装置の提供を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、シリンダヘッ
ドＰのプラグ装着部Ｒに形成されたプラグ座ｒ₂ と点火
プラグＴとの間に挟圧保持した環状圧電センサＳにより
シリンダ内圧力を検出するようにしてなるものにおい
て、前記圧電センサＳを少なくとも環状圧電素子を金属
製外皮で包むことにより構成すると共に、該金属製外皮
の周部に径方向へ張り出して前記プラグ装着部の内周璧
に係止される回り止め周縁を形成したことを特徴とする
ものである。

【０００７】

【作用】点火プラグＴをプラグ装着部Ｒのプラグ螺合孔
ｒ₃ 内に螺子込むと、該プラグＴのシート面ｔ₂ と接す
る圧電センサＳに締付けトルクが加わり、その剪断応力
により圧電センサＳを回動しようとするが、金属製外皮
の周部には回り止め周縁が形成されており、このため該
回り止め周縁がプラグ装着部Ｒのプラグ挿入孔ｒ₁ の内
周璧に係止され、その回動を阻止される。従って圧電セ
ンサＳには圧縮応力のみが付与されることとなる。

【０００８】

【実施例】添付図面について本発明のシリンダ内圧力検
出装置の一実施例を説明する。図１に従って圧電センサ
Ｓの構成を説明すると、１は集積体であって、夫々環状
に形成した圧電素子２，電極リング３，アルミナ等から
なる絶縁板４を介して積み重ね、さらにその上面と下面
とに銅，アルミニュウム、ステンレス等の金属リング
５，６を配置して構成され、そして前記集積体１を絞り
加工により金属製外皮７で包み込み、その繋ぎ目８を前
記金属リング６の下面に位置させている。尚、金属リン
グ５，６の角縁には面取を施し、外皮７との密着性を良
好とするようにしても良い。

【０００９】前記圧電センサＳは、金属製外皮７の外周
壁７ａの形状をシリンダヘッドＰのプラグ装着部Ｒ内に
形成されたプラグ座ｒ₂ の外周とほぼ一致させ、かつプ
ラグ挿入孔ｒ₁ の中心Ｌを前記プラグ座ｒの中心Ｄと偏
位させて、前記金属製外皮７の内周壁７ｂの円弧中心を
外周壁７ａの円弧中心と偏心させプラグ挿入孔ｒ₁ の中
心Ｌ（点火プラグＴの軸心）と一致するようにしてい
る。これにより圧電センサＳの平面（底面）形状は、図
４で示すようにその径方向の幅が全周に渡って異なった
環状となり、その外周壁７ａの偏位面に回り止め周縁α
が形成される。そして、前記集積体１は内周壁７ｂに沿
って配設させている。ここで、上部の金属リング５は圧
電素子２，３と同様の、内縁と外縁とが同心となる環状
をしているが、前記金属リング６は金属製外皮７の偏心
形状に合致させて、その内縁と外縁の中心を夫々偏位さ
せており、これにより金属リング６で底板を構成するよ
うにしている。

【００１０】さらに該圧電センサＳの電気的取り出し手
段を説明すると、前記電極リング３には接続子３ａが延
成され、接続子３ａを前記金属製外皮７内で、円弧中心
の偏位によって形成される集積体１の周縁と内周壁７ｂ
の内面間に生ずる間隙ｓに位置させ、前記間隙ｓの直上
で前記金属製外皮７に穿設した引出し孔８から該接続子
３ａを引出し、金属製外套９に接続子３ａを挿通してか
ら、該外套９を前記引出し孔８に固着し、さらに該接続
子３ａに信号搬送用リード１０を半田付１１によって接
続して、接続パイプ１２を外嵌し、これによって信号搬
送用リード１０から出力信号を取り出すようにしてい
る。

【００１１】そしてかかる構成により環状圧電センサＳ
が構成され、その上下面に点火プラグＴにより圧電セン
サＳに圧力が掛かった場合に、該圧力は金属製外皮７の
上下面に直接作用し、金属リング５，６を介して圧電素
子２に作用する。而て、該圧電素子２には、前記圧力変
動に比例する電圧が発生し、電極リング３から信号搬送
用リード１０を介して出力信号として取出される。

【００１２】かかる構成にあって、圧電センサＳは点火
プラグＴの取付け時にそのシート面ｔ₂ に圧接して剪断
応力により締付けトルクが作用し、圧縮応力のほか捩り
応力も重畳して加わる。ところが点火プラグＴの軸心
（プラグ挿入孔ｒ₁ の中心Ｌ）と前記プラグ座ｒ₂ の中
心Ｄ（圧電センサＳの外周面の中心）とは偏位してお
り、このため、圧電センサＳの外周面に形成された回り
止め周縁αはプラグ挿入孔ｒ₁ の内周壁に衝接して回動
不能となる。従って圧電センサＳには圧縮応力のみが付
与されることとなり、回り止め部材を用いなくても剪断
応力による圧電素子２の破壊等が阻止される。

【００１３】尚、圧電センサＳの外周面に形成された回
り止め周縁αは、例えば金属製外皮７の外周壁７ａの周
面形状を多角形として、前記プラグ挿入孔ｒ₁ の内周壁
をこれに合致する多角形とすれば、その全周に回り止め
周縁αが形成されることとなる。また該周壁７ａの一部
を外方に突出させて、その突出端を回り止め周縁αと
し、少し回転するとその突出端がプラグ挿入孔ｒ₁の内
周壁に当接して係止され、その回転が阻止されるように
しても良い。

【００１４】本実施例にあっては、図３に示すようにあ
らかじめ金属製外皮７の内周壁７ｂの下縁の折代ｘを７
ａの下縁の折代ｙよりも長くしておき、前記環状圧電素
子２等の集積体１を金属製外皮７の内周壁７ｂに沿って
同心状に嵌装して、図１に示すように金属製外皮７の各
折代ｘ，ｙを折込んでカシメ、その繋ぎ目１３を下面に
位置させることにより、その繋ぎ目の内端部１３ａを外
端部１３ｂよりも延成し，該内端部１３ａが圧電素子２
を下面からほぼ覆うような構成をしている。このため、
前記圧電素子２にノッキング等に伴って挟圧力が作用し
た場合に、その圧力が前記内端部１３ａを介して圧電素
子２の全下面にほぼ均等に作用し、加圧時と減圧時にヒ
ステリシスに生ずることなく、良好な応答性を得ること
ができる。

【００１５】一方、前記内端部１３ａよりも外端部１３
ｂを広幅とした場合には図６に示すように、加圧時と減
圧時の圧力に対する発生電荷が不可逆的となりヒステリ
シスを生ずることが実験により確認された。同様に内端
部１３ａと外端部１３ｂとを同一幅とした場合にもヒス
テリシスが表われた。これは、圧電センサＳの内外縁の
偏心により圧電素子２の全下面に圧力が均等に作用しな
い結果と考えられる。

【００１６】さらにまた前記金属製外皮７の繋ぎ目１３
を実施例のように下面に位置させた場合には、前記繋ぎ
目１３がプラグ座ｒ₂ と面接触して、内端部１３ａと外
端部１３ｂとがカシメ方向の均等な力を受けるから、積
層体１が常に緊密に金属製外皮７に収納され、安定した
出力を生じ得ることとなる。

【００１７】

【発明の効果】本発明は、上述したように、少なくとも
環状圧電素子２を金属製外皮７で包んで構成した環状圧
電センサＳの周面に回り止め周縁αを形成したから、点
火プラグＴを螺合孔ｒ₃ 内に螺子込むときに圧電センサ
Ｓに剪断応力が作用しても、圧電センサＳの回り止め周
縁αがプラグ装着部Ｒの内周壁に係止されて回動不能と
なり、剪断強度の小さい圧電素子２を破損することはな
い。しかも従来のように回り止め部材を併用する装置に
比して、部品点数が少なく、構造が簡易となり、生産性
が高く、さらに圧電センサＳの背高化を防止できて、点
火プラグＴの火花放電部ｔ₃ を燃焼室内の所定位置に確
実、容易に設定でき、その着火性を損なうことがない。

【００１８】また環状圧電センサＳの金属製外皮７の外
周壁７ａを内周壁７ｂに対して偏心させることにより、
外周壁の周部に径方向へ張り出す回り止め周縁αを形成
した構成にあっては、前記金属製外皮７内で、円弧中心
の偏位によって集積体１の周縁と金属製外皮７の内周壁
７ｂ内面間に間隙ｓが生ずるから、この間隙ｓにより電
極リング３からの電気的取り出しを行なうことができ、
ケース外周壁を貫通して外方に突出した電極リングの接
続子にリード線を接続するようにした従来構成に比し
て、リード線の取付け作業が容易となり、圧電センサＳ
の量産性を高め得る。

【００１９】一方、環状圧電素子Ｓを、金属製外皮７の
内周壁に沿って同心状に嵌装すると共に、金属製外皮７
の繋ぎ目１３を上下いずれかの面に位置させ、その繋ぎ
目１３の内端部１３ａを外端部１３ｂよりも延成した場
合には、前記圧電素子２にノッキング等に伴う挟圧力が
前記内端部１３ａを介して圧電素子２の全下面にほぼ均
等に作用し、加圧時と減圧時にヒステリシスに生ずるこ
となく、良好な応答性を得ることができる。

【００２０】さらにまた前記金属製外皮７の繋ぎ目１３
を下面に位置させた場合には、前記繋ぎ目１３がプラグ
座ｒ₂ と面接触してカシメ方向に作用するから、積層体
１が常に緊密に金属製外皮７に収納され、安定した出力
を生じ得ることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るシリンダ内圧力検出装置
の要部を示す縦断正面図である。

【図２】図１の部分切欠平面図である。

【図３】金属製外皮７をカシメる前の圧電センサＳの縦
断側面図である。

【図４】圧電センサＳの底面図である。

【図５】従来の実施例に係るシリンダ内圧力検出装置を
概略的に示した縦断正面図である。

【図６】金属製外皮７の内端部１３ａよりも外端部１３
ｂを広幅とした圧電センサＳの、加圧時と減圧時の圧力
に対する発生電荷を示すグラフである。

【符号の説明】

Ｓ 圧電センサ Ｒ プラグ装着孔 ｒ₁ プラグ挿入孔 ｒ₂ プラグ座 １ 集積体 ２ 圧電素子 ５，６ 金属リング ７ 金属製外皮 ７ａ 外周壁 ７ｂ 内周壁 １０ 信号搬送用リード １３ 繋ぎ目 １３ａ 内端部 １３ｂ 外端部 ｓ 間隙 α 回り止め周縁

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッドのプラグ装着部に形成さ
   れたプラグ座と点火プラグとの間に挟圧保持した環状圧
   電センサによりシリンダ内圧力を検出するようにしてな
   るものにおいて、 前記圧電センサを少なくとも環状圧電素子を金属製外皮
   で包むことにより構成すると共に、該金属製外皮の周部
   に、径方向へ張り出して前記プラグ装着部の内周璧に係
   止される回り止め周縁を形成したことを特徴とするシリ
   ンダ内圧力検出装置。
2. 【請求項２】 前記金属製外皮は、その外周壁を内周壁
   に対して偏心させることにより、外周壁の周部に径方向
   へ張り出す回り止め周縁を形成したことを特徴とするシ
   リンダ内圧力検出装置。
3. 【請求項３】 前記圧電センサの環状圧電素子を、金属
   製外皮の内周壁に沿って同心状に嵌装すると共に、金属
   製外皮の繋ぎ目を上下いずれかの面に位置させ、その繋
   ぎ目の内端部を外端部よりも延成したことを特徴とする
   請求項１のシリンダ内圧力検出装置。
4. 【請求項４】 前記金属製外皮の繋ぎ目を下面に位置さ
   せたことを特徴とする請求項１のシリンダ内圧力検出装
   置。