JPH08110279A - 筒内圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関の筒内ガスの圧縮・膨張サイクルに
よる温度変化による測定誤差を免れる。 【構成】 内燃機関のシリンダ内に連通する連通円筒孔
１２があけられ、この連通円筒孔１２内の圧力を受けて
弾性変形をする薄肉部１３と弾性変形をしない厚肉部１
４とが形成された本体１０と、薄肉部１３及び厚肉部１
４に各々貼着されたアクティブストレンゲージ５１及び
ダミーストレンゲージ５２と、この両ストレンゲージ５
１，５２をホィートストンブリッジ回路に接続して圧力
を検出する手段とからなる筒内圧力センサであって、薄
肉部１３よりシリンダに近い連通円筒孔１２内に孔軸方
向に移動自由に連通円筒孔１２内を区画する圧力伝達区
画体（フリーピストン）６１を設け、この圧力伝達区画
体６１によって区画されたシリンダから遠い側の連通円
筒孔１２内に液体７０を充填密閉した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関に取り付け
て運転中におけるシリンダ内のガス圧の変化を検出する
筒内圧力センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来の筒内圧力センサを示す。本
体１０の下部外面には取付ねじ部１８が形成されてい
る。本体１０内の中心を貫通するように穿孔されて連通
円筒孔１２が形成されている。連通円筒孔１２の上部に
形成された薄肉部１３にアクティブストレンゲージ５１
が貼着され、その上部の厚肉部１４にダミーストレンゲ
ージ５２が貼着されている。保護ケース２１のリード線
取付材２３で支持されて引き出された両ストレンゲージ
５１及び５２のリード線５６は、図示しない計測測定装
置内のホィートストンブリッジ回路に接続されている。
連通円筒孔１２の上端部はガス抜き孔１９となり、上端
にガス抜き止め弁３１が設けられている。

【０００３】図２に示す従来の筒内圧力センサは、取付
ねじ部１８により図示しない内燃機関のシリンダの筒内
圧力計測用のねじ孔に螺着し、内燃機関を運転すれば、
シリンダ内圧力の変化は連通円筒孔１２内に伝達し、圧
力によって弾性変形する薄肉部１３に貼着されたアクテ
ィブストレンゲージ５１は伸縮して電気抵抗値が変化す
る。厚肉部１４に貼着されたダミーストレンゲージ５２
は圧力によって伸縮せず電気抵抗値も変化しない。図示
しないホィートストンブリッジ回路に接続されたアクテ
ィブストレンゲージ５１のダミーストレンゲージ５２に
対する電気抵抗値の変化を検出することにより、筒内圧
力の変化を知ることができる。なお一般に、ストレンゲ
ージは機械的伸縮の他に温度による伸縮、いわゆる温度
ドリフトが生じるので、この温度ドリフトを相殺するた
めにダミーストレンゲージ５２が設けられている。な
お、連通円筒孔１２内に煤などが生じた場合はガス抜き
止め弁３１をねじ戻してガス抜き孔１９から吹き出して
排出させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の筒内圧力センサ
は上記のようであるが、内燃機関の運転にともない、連
通円筒孔１２内のガスも圧縮・膨張を繰り返すが、図３
に示すように、例えば、圧縮始めガス温度が２００℃で
あれば圧縮終り時のガス温度は１０００℃を超える。こ
のサイクル毎に生じる圧縮・膨張により生じる大きな温
度変化が連通円筒孔１２内のガスにも当然発生し、薄肉
部１３の部分には温度伸縮が生じ、アクティブストレン
ゲージ５１を伸縮させる。ところが、この筒内ガスの圧
縮・膨張にともなう急激な温度変化は厚肉部１４には伝
達し難く、温度ドリフトを相殺するために設けられたダ
ミーストレンゲージ５２が、アクティブストレンゲージ
５１と同じ温度変化をしない。そのため、筒内圧力の測
定値に誤差が生じるというような課題があった。

【０００５】この発明は上記課題を解消するためになさ
れたもので、内燃機関の運転にともなう筒内ガスの圧縮
・膨張サイクルによる温度変化を遮断して、この温度変
化による測定誤差を免れることができる筒内圧力センサ
を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る筒内圧力
センサは、内燃機関のシリンダ内に連通するように連通
円筒孔があけられ、この連通円筒孔内の圧力を受けて弾
性変形をする薄肉部と弾性変形をしない厚肉部とが形成
された本体と、前記薄肉部及び厚肉部に各々貼着された
アクティブストレンゲージ及びダミーストレンゲージ
と、この両ストレンゲージをホィートストンブリッジ回
路に接続して電気的特性の変化から圧力を検出する手段
とからなる筒内圧力センサであって、前記薄肉部より前
記シリンダに近い前記連通円筒孔内に孔軸方向に移動自
由に前記連通円筒孔内を区画する圧力伝達区画体を設
け、この圧力伝達区画体によって区画された前記シリン
ダから遠い側の前記連通円筒孔内に液体を充填密閉した
ものである。

【０００７】

【作用】この発明における筒内圧力センサの薄肉部に貼
着されたアクティブストレンゲージは、圧力の変化に応
じて伸縮し電気的特性が変化する。これを、変化しない
厚肉部に貼着されたダミーストレンゲージを対にして、
ホィートストンブリッジ回路に接続して電気的特性の変
化を検出すれば筒内圧力が検出される。この発明におけ
る筒内圧力センサの薄肉部よりシリンダに近い連通円筒
孔内には、孔軸方向に移動自由に連通円筒孔内を区画す
る圧力伝達区画体が設けられ、この圧力伝達区画体によ
って区画されたシリンダから遠い側の連通円筒孔内には
液体が充填密閉されているので、ガス圧の変化は圧力伝
達区画体を介して液体内の圧力に伝達し、アクティブス
トレンゲージを伸縮させる。しかし、ガス部がサイクル
毎に圧縮・膨張することによる温度変化は短周期で急激
であるので、圧力伝達区画体を介して液体に伝達し難
く、薄肉部及びアクティブストレンゲージにこの温度変
化の影響を及ぼさない。すなわち、この筒内圧力センサ
は、ガスの圧縮・膨張による温度変化にともなう測定誤
差を回避することができる。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１において、１０はこの筒内圧力センサの本体
であり、本体１０の中心線を貫通するように連通円筒孔
１２が穿孔形成されている。また、本体１０の図の下部
外周には取付ねじ部１８が形成されている。取付ねじ部
１８は、図示しない内燃機関のシリンダヘッドに設けら
れている筒内圧力計測用のねじ穴にねじ込んで取り付け
るものである。本体１０の上部には薄肉部１３及び厚肉
部１４が形成されている。薄肉部１３は連通円筒孔１２
内の圧力の変化に対応して弾性変形をする程度の薄い肉
厚とし、厚肉部１４は連通円筒孔１２内の圧力が変化し
ても弾性変形をほとんどしない程度の厚い肉厚とする。
本体１０の上端部１５には連通円筒孔１２を密閉するよ
うにキャップ２５がガスケット２６を挾んで締着され
る。

【０００９】図１に示すように、連通円筒孔１２の径は
薄肉部１３より下方の箇所で段差１６があり、この段差
１６より上方では連通円筒孔１２の径は大きく均一で滑
らかに形成されている。この段差１６よりある程度上方
に位置するように、圧力伝達区画体として滑動自由なフ
リーピストン６１が挿入され、フリーピストン６１の上
方の空間には液体７０が充填され、上端はキャップ２５
で密閉されている。内燃機関は運転中比較的高温になる
ので、液体７０は水銀などの沸点の高いものがよい。フ
リーピストン６１にはＯリング６２が装備され、上方の
液体及び下方のガスの漏洩を阻止している。また、この
段差１６より下方の箇所にはガス抜き孔１９が穿孔さ
れ、ガス抜き止め弁３１が設けられている。なお、段差
１６はフリーピストン６１の不本意な落下を止めるもの
であり、段差１６の代わりに落下止めの突起のようなも
のを設けてもよい。

【００１０】図１に示すように、薄肉部１３の外周面に
はアクティブストレンゲージ５１が貼着され、厚肉部１
４の外周面にはダミーストレンゲージ５２が貼着されて
いる。このアクティブストレンゲージ５１及びダミース
トレンゲージ５２を保護し、温度条件をなるべく同一に
するため、本体１０の外周には保護ケース２１及び上部
保護ケース２２が取り付けられている。保護ケース２１
にはリード線取付材２３が設けられ、リード線取付材２
３は両ストレンゲージ５１及び５２に接続されたリード
線５６を支持している。両リード線５６は、図示しない
計測測定装置内のホィートストンブリッジ回路に接続さ
れている。

【００１１】次に、図１に示す実施例の動作について説
明する。フリーピストン６１の上方の連通円筒孔１２内
には液体７０を充填しキャップ２５で密閉しておく。本
体１０の取付ねじ部１８を、図示しない内燃機関のシリ
ンダヘッドにある筒内圧力計測用のねじ穴にねじ込んで
取り付ける。リード線５６は図示しない計測装置のホィ
ートストンブリッジ回路の各端子に接続する。これで計
測準備が完了したので内燃機関の運転を開始する。な
お、連通円筒孔１２内に煤などが詰まった場合はガス抜
き止め弁３１をねじ戻してガス抜き孔１９からガスと共
に煤等を噴出させて排出する。

【００１２】一般に、２サイクルディーゼル機関では、
圧縮の上昇行程と燃焼膨張掃気の下降行程とからなる。
４サイクル機関では、圧縮，燃焼膨張，排気，吸気の行
程からなる。筒内圧力センサは、このようなサイクル中
にシリンダ内の圧力がどのように変化するか、最高圧力
はいくらかなどを調べるものである。

【００１３】図１において、連通円筒孔１２は図示しな
い内燃機関のシリンダ内に連通しているので、シリンダ
内の圧力は連通円筒孔１２内に伝達し、移動自由なフリ
ーピストン６１を介して液体７０に伝達される。液体７
０の圧力変化に対応して薄肉部１３は弾性変形すなわち
伸縮をし、薄肉部１３に貼着されたアクティブストレン
ゲージ５１も伸縮する。アクティブストレンゲージ５１
は伸縮に対応して電気抵抗値が変化するので、アクティ
ブストレンゲージ５１の電気抵抗値を計測すれば、アク
ティブストレンゲージ５１の伸縮から薄肉部１３の弾性
変形から液体７０の圧力、すなわちシリンダ内圧力を知
ることができる。ダミーストレンゲージ５２は厚肉部１
４に貼着されており、液体７０の圧力が変化しても伸縮
しないので、保護ケース２１及び上部保護ケース２２で
囲って、アクティブストレンゲージ５１とダミーストレ
ンゲージ５２とを同じ温度条件になるようにすれば、両
ストレンゲージ５１及び５２をホィートストンブリッジ
回路に接続することによりアクティブストレンゲージ５
１からダミーストレンゲージ５２で温度補償をさせて温
度ドリフトを除去することができる。

【００１４】従来は、図２に示すように、連通円筒孔１
２内はガスがあり、このガスがサイクル毎に圧縮・膨張
すれば、図３に示すように、例えば、２００℃から１０
００℃以上に温度変化が生じて、この温度変化により薄
肉部１３が伸縮し、アクティブストレンゲージ５１を伸
縮させていた。これに対して厚肉部１４の伸縮はほとん
どなく、この温度変化の影響による誤差が生じていた。

【００１５】これに対して、図１に示す実施例では、連
通円筒孔１２内にフリーピストン６１を設け、フリーピ
ストン６１の上方には液体７０を充填したので、圧力変
化は前述のように伝達される。しかし、フリーピストン
６１より下方の範囲でのみ生じるサイクル毎の圧縮・膨
張による温度変化は、フリーピストン６１を介して液体
７０に伝達する時間的余裕がない。内燃機関のサイクル
は、最も遅い大形舶用ディーゼル機関で毎秒１サイクル
以上、その他では毎秒数サイクル以上であり、このよう
な短時間の温度変化は、この実施例の構成では伝達しえ
ないからである。これにより、圧力計測結果から温度変
化の影響を除去することができる。

【００１６】なお、図１において、厚肉部１４から上方
の部分を薄肉部１３から切り離して別体として製作し、
フリーピストン６１を挿入した後に組み立てる構造とす
れば、厚肉部１４は、図２に示すような小さな内径の厚
肉形状とすることができ、圧力の変化に対する弾性変形
をより小さくすることができる。

【００１７】また、図１に示す実施例では圧力伝達区画
体としてフリーピストン６１を示したが、フリーピスト
ン６１の代わりに、ベローズ又はダイアフラムのような
ものを用いることもできる。フリーピストン６１は容積
可変範囲が大きい利点があり、ベローズ又はダイアフラ
ムは漏洩のおそれがない利点がある。

【００１８】また、液体７０として水銀等の比重の大き
いものを用いる場合は、また、そうでなくても、フリー
ピストン６１及び液体７０の全重量を支持させるよう
に、例えば、フリーピストン６１をキャップ２５からコ
イルばねで吊り下げるというような手段をとれば、液体
７０を充填するとき空隙を生じさせず、フリーピストン
６１を所望の位置にするなどの組み立てや取り扱いなど
の点で具合がよい。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、連通
円筒孔内に圧力伝達区画体を設け、そのシリンダから遠
い側には液体を充填したので、ガスの圧縮・膨張による
温度変化の影響が及ばなくなり、この温度変化による圧
力測定の誤差をなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による筒内圧力センサの
（Ａ）は側面縦断面図、（Ｂ）は要部縦断面図である。

【図２】従来の筒内圧力センサの側面縦断面図である。

【図３】シリンダ内のガスの圧縮にともなう温度変化を
示すグラフである。

【符号の説明】

１０：本体、 １２：連通円筒孔、１３：薄肉部、 １
４：厚肉部、１８：取付ねじ部、 １９：ガス抜き孔、
２１：保護ケース、 ２２：上部保護ケース、２５：キ
ャップ、 ３１：ガス抜き止め弁、５１：アクティブス
トレンゲージ、５２：ダミーストレンゲージ、６１：フ
リーピストン（圧力伝達区画体）、６２：Ｏリング（シ
ール材）、７０：液体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のシリンダ内に連通するように
   連通円筒孔があけられ、この連通円筒孔内の圧力により
   弾性変形をする薄肉部と弾性変形をしない厚肉部とが形
   成された本体と、前記薄肉部及び厚肉部に各々貼着され
   たアクティブストレンゲージ及びダミーストレンゲージ
   と、この両ストレンゲージをホィートストンブリッジ回
   路に接続して電気的特性の変化から圧力を検出する手段
   とからなる筒内圧力センサであって、前記薄肉部より前
   記シリンダに近い前記連通円筒孔内に孔軸方向に移動自
   由に前記連通円筒孔内を区画する圧力伝達区画体を設
   け、この圧力伝達区画体によって区画された前記シリン
   ダから遠い側の前記連通円筒孔内に液体を充填密閉した
   ことを特徴とする筒内圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記圧力伝達区画体はフリーピストンで
   ある請求項１記載の筒内圧力センサ。