JPH0528504Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、内燃機関のシリンダー内の、燃料噴
射、燃焼、ノツキング等に伴う圧力変化を、圧電
素子板の圧縮歪に伴つて生ずる信号出力により検
出する圧力センサーに関する。

〈従来技術〉 この圧力センサーとして、内燃機関のシリンダ
ーに装着される取付金具の装着孔に圧電素子板、
圧力伝達杆等の検出部材を収納して圧力伝達杆の
検知端を取付金具から突出するとともに、該検知
端を取付金具の先端を覆う金属製ダイアフラムと
連接して、各検出部材を装着孔の奥段面と、前記
ダイアフラム間で挟圧保持してなるものが既に提
供されている。

第３図は、この種の圧力センサーの一例を示す
ものである。

図中１は、その細径周面にシリンダーブロツク
に螺合する取付螺子部２が形成された筒状の取付
金具であつて、その中心には、長手方向に沿つて
貫通孔３が形成されている。前記貫通孔３の中央
部には細径の導通孔４が、その前部には取付螺子
部２の内側位置で装着孔５が、さらにその後部に
は大径孔６が夫々形成されている。

前記装着孔５内には、その奥段面５ａ側に、環
状の絶縁板７、導電体８、電極を上下主表面に形
成されたPZT等の材料による板状圧電素子板９
等が順次積層状に配設され、その周囲を絶縁材１
１で覆つて取付金具１と絶縁している。

さらに、前記装着孔５には前記圧電素子板９側
に圧接して圧力伝達杆１２が挿入され、その先端
の検知端を装着孔５の検出開口を覆うダイアフラ
ム１３に接合している。前記ダイアフラム１３
は、雄螺子１４の螺進により予圧をかけながらア
ルゴン溶接等の手段で前記圧力伝達杆１２の検知
端と接合する。

前記圧電素子板９の上面電極は、導電体８に半
田付けされたリード線ｘにより導通孔４から、大
径孔６側に電気的に引出されており、さらにケー
ブルｙにより外部に取出される。

前記構成からなる圧力センサーは、取付螺子部
２をシリンダーブロツクに装着して、取付金具１
先端を該シリンダー内に露出して装着される。こ
の装着状態で、シリンダー内に圧力変動が生ずる
と、前記圧力伝達杆１２の先端にダイアフラム１
３を介して圧力が作用する。このため、該圧力に
より圧電素子板９が、奥段面５ａ側へ圧縮され、
その圧縮歪を生じて電荷を発生する。かかる電荷
は電圧として前記ケーブルｙにより外部へ取出さ
れる。

〈考案が解決しようとする問題点〉 ところで、前記構成にあつて、取付金具１は、
エンジンブロツクに固定する際に塑性変形を生
じ、このため、圧電素子板９等の各検出部材間の
接合圧が緩み、第２図のように出力特性が変化す
る欠点があつた。またこの現象は、圧電素子板９
等の各検出部材と、金具１との相対的寸法変化に
よつても生ずるから、熱膨張によつても起る。

本考案は、この種の圧力センサーにあつて、各
検出部材間の緩みを可及的に防止することを目的
とするものである。

〈問題点を解決するための手段〉 本考案は、取付金具の取付螺子部の内側に形成
した装着孔に収納される圧力伝達杆を、後端を圧
電素子板側に当接する第一伝達杆と、先端を検知
端とする第二伝達杆とで分割構成し、第一伝達杆
の先端部に形成した当接顎面に、第二伝達杆に保
持した第一の補償バネを連係して、そのバネ弾力
を第一伝達杆が装着孔の奥断面側へ加圧される方
向に作用させるとともに、第二伝達杆に形成した
当接顎面に、取付金具、ダイアフラム等の固定部
材側に保持した第一の補償バネよりもバネ弾力の
強い第二の補償バネを連係して、そのバネ弾力を
第二伝達杆が装着孔の奥断面側へ加圧される方向
に作用させ、さらには第二の補償バネとして、第
一の補償バネよりもバネ弾力の強いものを適用し
たことを特徴とするものである。

〈作用〉 各検出部材は第一、第二の補償バネによつて装
着孔の奥段面側に付勢された状態にある。このと
き、第二の補償バネを、第一の補償バネよりもバ
ネ弾力を強く設定したいるから、第一の補償バネ
は、常に圧縮した状態となつている。

そこで取付金具の螺装により、取付螺子部が伸
張すると、バネ弾力の強い第二の補償バネが寸法
変化に対応して、補償バネの復元作用により、こ
の伸張量を吸収する。そして、この伸張量が大き
く、第二の補償バネでは吸収しきれない場合に
は、第二の補償バネが作用して、伸縮量を吸収す
る。このため、第一の補償バネは、大きな変位が
ないかぎり、常にほぼ一定の力で、圧電素子板へ
予圧力を付与することとなり、予圧力の変動が可
及的に一定となる。

また取付金具の伸張量が大きいため、第二の補
償バネのみでは吸収し得ない場合にあつても、第
一の補償バネが作用して、これに対応することが
できる。従つて、端子板、圧電素子板、端子板、
第二伝達杆等の検出部材は、奥段面側に圧接され
て挟圧状態を保持され、各部材間は常に緩みがな
い。

〈実施例〉 第１図は、本考案の一実施例を示す。

その細径周面にシリンダーブロツクに螺合する
取付螺子部２１が形成された筒状の取付金具２０
には、長手方向に沿つて後方から、大径孔２２、
リード線ｘを挿通する導通孔２３及び先端を検出
開口とする装着孔２４が、その中心を貫通して順
次連成されている。また装着孔２４の下部内周面
には雌螺子２５が形成されている。

前記装着孔２４の内部には、奥段面２４ａ側
に、絶縁体２７、パツキン２８、スペーサ２９、
環状の導電筒片３０、端子板３１、電極を上下主
表面に形成されたPZT等の材料による板状圧電
素子板３２及び端子板３３が順次積層状に配設さ
れ、その周囲を絶縁材３４で覆つて装着孔２４と
電気的に絶縁している。また端子板３１の上面か
らは、リード線ｘが接続される接続用舌片３１ａ
が突設し、前記導電筒片３０の孔部に挿通してい
る。さらには絶縁体２７、パツキン２８、スペー
サ２９には導通孔２３と上下で一致してリード線
ｘを通入可能とする透孔が形成されている。そし
て圧電素子板３２の上面電極は、端子板３１の接
続用舌片３１ａに接続されたリード線ｘを介して
ケーブルｙに電気的に接続される。

前記装着孔２４の内部には、さらに第一伝達杆
３６が挿通されて、その上端を端子板３３の下面
に当接している。前記第一伝達杆３６は下方に径
小短部３６ａが突成され、該短部３６ａに段部を
形成して、これを当接顎面３６ｂとしている。

さらにまた、第一伝達杆３６の先端方には、第
二伝達杆３７が配設されている。前記第二伝達杆
３７の後端には、前記端部３６ａの先端が嵌入す
る連結孔３７ａが設けられているとともに、その
周部の突縁に皿状の第一の補償バネ３８の周縁が
保持されている。そして、該補償バネ３８の中心
の透孔には、第一伝達杆３６の径小部３６ａが挿
通し、補償バネ３８の透孔周縁がその当接顎面３
６ｂに弾接している。

前記第二伝達杆３７は、中央から先端にかけて
径小部３７ｂが形成されている。また前記装着孔
２４には、前記径小部３７ｂの周囲位置で、筒状
螺子４０が雌螺子２５に沿つて螺入されている。
そして、前記筒状螺子４０の後端には、皿状の第
二の補償バネ４２の周縁が保持され、該補償バネ
４２の中心の透孔に、圧力伝達杆３７の径小部３
７ｂが挿通している。前記筒状螺子４０は断熱材
により形成される。尚、前記第二の補償バネ４２
は、第一の補償バネ３８よりもバネ弾力の強いも
のを適用している。

そして筒状螺子４０の螺子込みにより、補償バ
ネ４２の透孔の周縁は第二伝達杆３７の当接顎面
３７ｃに弾接するとともに、第一の補償バネ３８
の透孔周縁は第一伝達杆３６の当接顎面３６ｂに
弾接し、圧電素子板３にに所要の予圧力が付与さ
れる。

このとき、第二の補償バネ４２を、第一の補償
バネ３８よりもバネ弾力を強く設定したいるか
ら、第一の補償バネ３８は、常に圧縮した状態と
なつている。このため、第一の補償バネ３８は、
大きな変位がないかぎり、常にほぼ一定の力で、
圧電素子板３２へ圧力を付与することとなり、予
圧力の変動が可及的に一定となる。

この予圧印加は、各検出部材の体積変化を吸収
し、装着孔２４の内部に緊密に封入するととも
に、圧電素子板３２にバイアスを掛けるためにな
される。而て、装着孔２４の内部の各検出部材
は、予圧により奥段面２４ａ側に押付けられるこ
ととなる。

前記筒状螺子４０は、その上部内径を第二伝達
杆３７の径小部３７ｂの外径と略等しくしてお
り、この装着状態で、該第二伝達杆３７は筒状螺
子４０内を通入して、その先端を装着孔２４の内
部よりもさらに突出し、該端部を検知端とする。
そして、該検知端にはダイアフラム４３を外嵌
し、さらにその周部の立上がり側壁４５を取付金
具２０下端に外嵌して、各必要接合箇所をアルゴ
ン溶接により固着し、ダイアフラム４３と第二伝
達杆３７の検知端との連結がなされる。

前記構成からなる圧力センサーは、取付金具２
０の取付螺子部２１をシリンダーブロツクに装着
して、取付金具２０先端を該シリンダー内に露出
して装着される。かかる装着状態で、シリンダー
内に圧力変動が生ずると、前記第二伝達杆３７の
検知端に圧力が作用する。このため、該圧力によ
り第二伝達杆３７、第一伝達杆３６を介して圧電
素子板３２が、奥段面２４ａ側へ圧縮され、その
圧縮歪みにより電荷を発生する。この電荷は電圧
として前記ケーブルｙにより外部へ取出される。

前記構成にあつて、内燃機関のシリンダーブロ
ツクに取付螺子部２１を螺合する際に取付金具２
０に伸張を生じたり、または温度変化等の影響に
より取付け後に熱膨張して、取付金具２０に寸法
変化を生じることがある。ところが、前記第一伝
達杆３６には第一の補償バネ３８のバネ弾力が、
前記第二伝達杆３７には第二の補償バネ４２のバ
ネ弾力が作用し、各検出部材を挟圧側に付勢して
いる。そして、上述のように、前記第二の補償バ
ネ４２は、第一の補償バネ３８よりもバネ弾力の
強いものを適用している。

このため取付金具２０が伸張すると、まず第二
の補償バネ４２の還元作用により、この伸張量を
吸収する。そして、この伸張量が大きく、第二の
補償バネ４２では吸収しきれない場合には、第二
の補償バネ３８が作用して、伸縮量を吸収する。

このため、第一の補償バネ３８は、大きな変位
がないかぎり、常に一定の力で、圧電素子板３２
へ圧力を付与することとなり、予圧力の変動が可
及的に一定となる。

また、取付金具２０が大きく伸張しても、端子
板３１、圧電素子板３２、端子板３３、第二伝達
杆３７等の検出部材は、奥段面２４ａ側に圧接さ
れて挟圧状態を保持され、各部材間での緩みがな
い。

また前記実施例では、補償バネ４２の位置を装
着孔２４の内部に配置するとともに、シリンダー
ブロツク内と、断熱材からなる筒状螺子４０によ
り熱的に絶縁するようにしている。このため、補
償バネ４２の周囲温度雰囲気を低温に保つことが
でき、温度衝撃を緩和して金属疲労を低減させる
ことができる。このため、その弾力の低下が可及
的に阻止される。

第２図は、上述の従来の圧力センサーと前記実
施例装置の取付金具１，２０の寸法変化による影
響を比較するために、夫々の取付螺子部２，２１
の締付けトルクを変化させた場合の感度の変動を
調べたものである。これによると、従来の圧力セ
ンサーの感度には著しい変動がみられるが、実施
例装置にあつては安定した感度を得られることが
確認できた。

前記実施例にあつて、雌螺子２５、筒状螺子４
０を除去して、第二伝達杆３７の当接顎面３７ｃ
を装着孔２４の検出開口よりも外方に配置すると
ともに、ダイアフラム４３の立上がり側壁４５の
内面で、皿状の第二の補償バネ４２の周縁を保持
し、該補償バネ４２の中心透孔周縁で当接顎面３
７ｃを挟圧側に弾接するようにしてもよい。

〈考案の効果〉 本考案は、上述したように、装着孔内の各検出
部材を第一及び第二の補償バネにより挟圧方向に
付勢するようにしたから、取付金具に大きな寸法
変化を生じても、両バネの協働作用により、各検
出部材間に緩みを生ずることなく、その挟圧状態
は良好に維持される。

また第二の補償バネを、第一の補償バネよりも
バネ弾力を強く設定したから、取付螺子部が伸張
すると、バネ弾力の強い第二の補償バネが寸法変
化に対応して、補償バネの復元作用により、この
伸張量を吸収する。このため、第一の補償バネ
は、大きな変化がないかぎり、常にほぼ一定の力
で、圧電素子板へ予圧力を付与することとなり、
予圧力の変動が可及的に一定となる。

而して、圧電素子から発生する出力信号の特性
が安定し、シリンダ内の圧力変化等を正確に検知
し得る等の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第一実施例の縦断側面図、第２図は従
来装置と実施例装置の特性を比較して示すグラ
フ、第３図は従来装置の縦断側面図である。 ２０……取付金具、２１……取付螺子部、２４
……装着孔、２４ａ……奥段面、２９……圧電素
子板、３６……第一伝達杆、３６ａ……径小部、
３６ｂ……当接顎面、３７……第二伝達杆、３７
ｂ……径小部、３７ｃ……当接顎面、３８……第
一の補償バネ、４２……第二の補償バネ、４３…
…ダイヤフラム。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １） 内燃機関のシリンダーに螺着される取付金
   具の取付螺子部の内側に形成した装着孔に圧電
   素子板、圧力伝達杆等の検出部材を収納して圧
   力伝達杆の検知端を取付金具から突出するとと
   もに、該検知端を取付金具の先端を覆う金属製
   ダイアフラムと連接して、各検出部材を装着孔
   の奥段面と、前記ダイアフラム間で挟圧保持し
   てなるものにおいて、 前記圧力伝達杆を、後端を圧電素子板側に当
   接する第一伝達杆と、先端を検知端とする第二
   伝達杆とで分割構成し、第一伝達杆の先端部に
   形成した当接顎面に、第二伝達杆に保持した第
   一の補償バネを連係して、そのバネ弾力を第一
   伝達杆が装着孔の奥断面側へ加圧される方向に
   作用させるとともに、第二伝達杆に形成した当
   接顎面に、取付金具、ダイアフラム等の固定部
   材側に保持した第一の補償バネよりもバネ弾力
   の強い第二の補償バネを連係して、そのバネ弾
   力を第二伝達杆が装着孔の奥断面側へ加圧され
   る方向に作用させ、さらには第二の補償バネと
   して、第一の補償バネよりもバネ弾力の強いも
   のを適用したことを特徴とする内燃機関の圧力
   センサー。 ２） 前記装着孔の先端部側内周面に雌螺子を形
   成し、該雌螺子に第二伝達杆が通入する筒状螺
   子を螺合し、該筒状螺子の内端部に、第二伝達
   杆が通入する透孔を形成した皿状補償バネを保
   持し、該透孔周縁を、第二伝達杆の当接顎面に
   連係したことを特徴とする実用新案登録請求の
   範囲第１項記載の内燃機関の圧力センサー。 ３） 内燃機関のシリンダーブロツクに装着され
   る取付金具内に貫通孔を形成し、該貫通孔内に
   その内部を装着孔として、圧電素子板、圧力伝
   達杆等の検出部材を収納した内筒を配設し、さ
   らに該内筒の先端側内部に係止縁を形成して、
   該係止縁で、第二伝達杆の当接顎面に連係する
   第二の補償バネを保持したことを特徴とする実
   用新案登録請求の範囲第１項記載の内燃機関の
   圧力センサー。