JPH0781925B2 - 筒内圧検出装置 - Google Patents

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。

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を冷却するウオータジャケット９が
形成されており、このウオータジャケット９には冷却水
口10a,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11に接触する底部13aを
有するケース13と、このケース13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の上端開口に螺合され、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１において、点火
プラグセラミックスアッセンブリ４の中心電極4a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を作用する。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13内の圧
電素子15を押圧すると、こ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19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,10b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。

C.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け易く、従って
ウォータジャケット９及び冷却水口10a,10bをその周囲
に設けて圧力センサ５を冷却している。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、やや離れた場所に設置して導圧通路８に
より燃焼ガス圧を圧力センサ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、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。

D.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25c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25c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、上述した問題点を解決する。

E.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31への加圧も低
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、本発明の構成を説明する上記Ｄ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。

−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25
a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）からわかるとおり、雄ねじ部25cに比べて薄肉に
形成され、受圧部25a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27
a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内に締め付け固定さ
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29
a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32及び絶縁板33の積層体の両面をワ
ッシャ34,35で挟んで成るセンサSEが介在され、センサS
E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30及び絶縁板33
によってねじ29及び主体金具20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36a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、かしめ部分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
と同様にエンジンヘッド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）に係合し、プラグレ
ンチ41で主体金具20を締め付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22
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
圧ヘッド25の受圧部25aに作用する。これにより、受圧
ヘッド25のスプリング部25d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Ａ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、受圧ヘッド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31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25a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上できる。

−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べ
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25g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24Lとされ、この太
径穴24L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25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25gの外周がテーパ部24T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、ダイアフ
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フラム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
を通して主体金具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
性率を所定値まで下げることにより、受圧ヘッド25のス
プリング部25dが多少ヘタリぎみになり軸方向に緩みが
生じるようになっても、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20
a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、受圧ヘッド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。

G.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:スプリング部 25e:シール部、27:ねじ受部 27a:貫通孔、29: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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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。