WO2011099445A1 - 筒内圧センサ - Google Patents

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cylinder
push rod
sensor
displacement
cylinder block
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Inventor
正 内山
充宏 阿曽
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いすゞ自動車株式会社
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    • G01L23/08—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
    • G01L23/12—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by changing capacitance or inductance
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    • G—PHYSICS
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    • G01L23/18—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by resistance strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0089—Transmitting or indicating the displacement of pistons by electrical, electromechanical, magnetic or electromagnetic means

Definitions

  • the present invention relates to an in-cylinder pressure sensor that has a simple structure, can be easily replaced, and can avoid the influence of temperature.
  • the fuel injection timing and injection pressure are appropriately controlled.
  • in-cylinder pressure which is one of the elements used for such control
  • the in-cylinder pressure of the internal combustion engine is accurately detected by the in-cylinder pressure sensor, the internal combustion engine is more appropriately controlled.
  • closed loop control of the internal combustion engine is possible, and deterioration of the internal combustion engine can be corrected.
  • the in-cylinder pressure can be used to correct the change in the injection amount due to the secular change of the injection system, and can also be applied to the correction of the measured values related to fuel consumption and exhaust gas.
  • the connection between the premixed combustion and the normal combustion and the power switching of the hybrid vehicle can be controlled more smoothly by the in-cylinder pressure.
  • In-cylinder pressure can also be used for misfire diagnosis as defined in US regulations.
  • an in-cylinder pressure sensor in which a pressure sensor is incorporated in a glow plug or a spark plug is known.
  • an in-cylinder pressure sensor in which a strain gauge is attached to a cylinder liner which is an outer shell of a cylinder, the strain of the cylinder liner is detected, and the in-cylinder pressure is derived from the strain of the cylinder liner.
  • the in-cylinder pressure sensor with a strain gauge attached to the cylinder liner does not affect the structure and characteristics of the engine, but the structure for waterproofing the strain gauge from cooling water is complicated. Moreover, it is difficult to replace the strain gauge at the time of failure, and the characteristics of the strain gauge fluctuate depending on the engine temperature and the coolant temperature, which is not preferable.
  • an object of the present invention is to provide an in-cylinder pressure sensor that solves the above-mentioned problems, has a simple structure, can be easily replaced, and can avoid the influence of temperature.
  • the present invention provides a cylinder which is attached to an engine having a cylinder block with a cooling water flow path outside a cylinder liner which is an outer shell of a cylinder in which a piston is accommodated and which is an air pressure in the cylinder.
  • An in-cylinder pressure sensor for detecting an internal pressure, the push rod penetrating the cylinder block from the outside of the cylinder block and coming into contact with the cylinder liner and being displaced by the in-cylinder pressure; and the push rod outside the cylinder block
  • a displacement sensor for detecting the displacement of.
  • the displacement sensor is arranged with a strain sensor pressed between one end of the push rod facing the outside of the cylinder block and a support member fixed to the cylinder block, and the strain sensor detects the displacement sensor.
  • the strain may represent the displacement of the push rod.
  • the displacement sensor has a generator mover pressed against one end of the push rod facing the outside of the cylinder block, the generator stator is fixed to the cylinder block, and the generator is generated. Electric power may represent the displacement of the push rod.
  • the displacement sensor is disposed in such a manner that a piezoelectric sensor is in pressure contact between one end of the push rod facing the outside of the cylinder block and a support member fixed to the cylinder block, and the piezoelectric sensor is electrically
  • the pressure to be detected may represent the displacement of the push rod.
  • a first electrode plate is pressed against one end of the push rod facing the outside of the cylinder block, and a second electrode plate facing the first electrode plate is fixed to the cylinder block.
  • the capacitance between the first electrode plate and the second electrode plate may represent the displacement of the push rod.
  • It may be attached within the range between the top of the cylinder of the engine and the top dead center of the piston.
  • a screw that is screwed into a screw hole that passes through the cylinder block may be provided, and the screw may be attached to the engine from outside the cylinder block by being screwed into the screw hole.
  • a push rod passage through which the push rod is inserted and held so as to be displaceable may be formed at the center of the screw.
  • the push rod may extend along an extension of the diameter of the cylinder, and when the cylinder liner is displaced in the diameter direction of the cylinder, the push rod may be displaced in a direction along the extension of the diameter of the cylinder.
  • a spring that presses the push rod against the cylinder liner may be provided.
  • the present invention exhibits the following excellent effects.
  • a piston 12 is accommodated in a cylinder 13, and a cooling water flow path (outside of a cylinder liner 14, which is an outer shell of the cylinder 13).
  • a cylinder block 16 is provided with a water jacket) 15 therebetween.
  • a seat 17 for attaching the cylinder pressure sensor 1 to the engine 11 is formed on the cylinder block 16 so as to protrude outward from the cylinder block 16.
  • the seat 17 is provided in a range between the top of the cylinder 13 and the top dead center of the piston 12. In the center of the seat 17, a screw hole 18 that penetrates the cylinder block 16 and passes from the outside of the cylinder block 16 to the cooling water passage 15 is formed.
  • the in-cylinder pressure sensor 1 of the present invention includes a screw 3 screwed into the screw hole 18 and a head 4 for rotating the screw 3, and the engine 11 is screwed into the screw hole 18. Attached to.
  • a sensor base 5 that forms a reference surface for detecting the displacement of the push rod 2 is fixed to the head 4.
  • a connector cap 6 for fitting a wiring connector is integrally formed on the sensor base 5.
  • the cylinder pressure sensor 1 includes a push rod 2 that penetrates the cylinder block 16 from the outside of the cylinder block 16 and contacts the cylinder liner 14, and a displacement sensor that detects the displacement of the push rod 2 outside the cylinder block 16 (see FIG. Not shown; see FIG. 2 and subsequent figures).
  • the push rod 2 extends along the extension of the diameter of the cylinder 13.
  • the push rod 2 is displaced in a direction along the extension of the diameter of the cylinder 13. Since the cylinder liner 14 is displaced in the diameter direction of the cylinder 13 by the in-cylinder pressure that is the atmospheric pressure in the cylinder 13, the in-cylinder pressure that is the atmospheric pressure in the cylinder 13 can be detected from the displacement of the push rod 2.
  • the displacement sensor 201 used in the in-cylinder pressure sensor 1 is fixed to one end of the push rod 2 facing the outside of the cylinder block 16 and the cylinder block 16.
  • a strain sensor (strain gauge) 203 is disposed in pressure contact with the sensor base 5 serving as the support member 202.
  • the displacement sensor 201 is configured such that the strain detected by the strain sensor 203 represents the displacement of the push rod 2.
  • a push rod passage 7 is formed in the center of the screw 3 of the in-cylinder pressure sensor 1 to hold the push rod 2 in a displaceable manner.
  • the push rod 2 is inserted into the push rod passage 7.
  • the cylinder pressure sensor 1 is fixed to the cylinder block 16 and the tip of the push rod 2 is brought into contact with the cylinder liner 14.
  • a sensor chamber 204 that is recessed from the base end of the head 4 to the inside of the head 4 is formed.
  • the support member 202 (sensor base 5) is fixed to the opening of the sensor chamber 204 so as to close the opening of the sensor chamber 204.
  • One side of the strain sensor 203 is fixed to the support member 202.
  • Two terminals 8 that penetrate into the connector cap 6 are electrically connected to the strain sensor 203.
  • a pressing plate 205 that can be displaced in the sensor chamber 204 is provided opposite the support member 202 so as to be sandwiched between the strain sensor 203 and the push rod 2.
  • a coil spring (spring) 206 that is expanded and contracted by the displacement of the pressing plate 205 is inserted between the pressing plate 205 and the support member 202.
  • the pressing plate 205 is in contact with the opposite surface of the strain sensor 203, and the coil spring 206 is inserted between the pressing plate 205 and the support member 202.
  • the force due to the displacement is received by the strain sensor 203 and the coil spring 206 through the pressing plate 205.
  • the push rod 2 is pressed against the cylinder liner 14 by the spring force of the coil spring 206.
  • the force due to the displacement of the push rod 2 is transmitted to the strain sensor 203 through the pressing plate 205.
  • the electric resistance value changes according to the strain.
  • An electrical signal due to distortion generated in the distortion sensor 203 is transmitted from a terminal 8 to a processing circuit (not shown).
  • the processing circuit detects the in-cylinder pressure based on the electrical signal from the strain sensor 203.
  • the relationship between the in-cylinder pressure and the electrical signal of the strain sensor 203 is obtained in advance by experiments, and a map may be set in an ECM (digital controller) or the like.
  • the in-cylinder pressure sensor 1 of the present invention includes the push rod 2 that penetrates the cylinder block 16 from the outside of the cylinder block 16 and comes into contact with the cylinder liner 14. Displace.
  • the displacement sensor 201 detects the displacement of the push rod 2 outside the cylinder block 16 to detect the in-cylinder pressure.
  • the displacement sensor 201 since the displacement sensor 201 is installed outside the cylinder block 16 outside the cooling water flow path 15, it is not immersed in the cooling water and the displacement sensor 201 does not need to be waterproofed.
  • the structure of the in-cylinder pressure sensor 1 is simplified.
  • the displacement sensor 201 since the displacement sensor 201 is attached to the outside of the cylinder block 16, even if the displacement sensor 201 breaks down, it can be easily replaced. Further, since the push rod 2 is held in the push rod passage 7 in the screw 3, the push rod 2 is attached to the cylinder block 16 by the work outside the cylinder block 16 in which the in-cylinder pressure sensor 1 is attached to the seat 17. The cylinder liner 14 is covered so that the cylinder pressure sensor 1 can be easily attached and detached.
  • the displacement sensor 201 since the displacement sensor 201 is located outside the cylinder block 16, the influence of the engine temperature and the cooling water temperature is avoided, and the characteristics of the displacement sensor 201 depend on the engine temperature and the cooling water temperature. It does not fluctuate.
  • the displacement sensor 301 used for the in-cylinder pressure sensor 1 has a generator mover 302 at one end 2 a facing the outside of the cylinder block 16 of the push rod 2. Are pressed against each other, and the stator 303 of the generator is fixed to the cylinder block 16.
  • the displacement sensor 301 is configured such that the electric power generated by the generator represents the displacement of the push rod 2.
  • a push rod passage 7 is formed in the center of the screw 3 of the in-cylinder pressure sensor 1 to hold the push rod 2 in a displaceable manner.
  • the push rod 2 is inserted into the push rod passage 7.
  • the in-cylinder pressure sensor 1 is fixed to the cylinder block 16 and the tip of the push rod 2 is brought into contact with the cylinder liner 14.
  • a sensor chamber 304 that is recessed from the base end of the head 4 to the inside of the head 4 is formed.
  • the sensor base 5 is embedded in the sensor chamber 304 and fixed to the head 4.
  • the stator 303 is accommodated in the sensor base 5 and fixed to the sensor base 5.
  • the mover 302 is close to the stator 303 and is held so as to be displaceable in the direction of displacement of the push rod 2.
  • a displaceable pressing plate 305 is provided to face the sensor base 5 so as to be sandwiched between the mover 302 and the push rod 2.
  • a coil spring (spring) 306 that is expanded and contracted by the displacement of the pressing plate 305 and the movable element 302 is inserted.
  • the push rod 2 is pressed into contact with the cylinder liner 14 by the spring force of the coil spring 306 via the pressing plate 305 and the movable element 302.
  • the mover 302 is composed of a permanent magnet
  • the stator 303 is composed of a winding wound around the permanent magnet.
  • Two terminals 8 penetrating into the connector cap 6 are electrically connected to the winding.
  • the displacement of the push rod 2 is transmitted to the mover 302 via the pressing plate 305.
  • An induced current is generated in the winding that is the stator 303 of the generator in accordance with the displacement speed of the permanent magnet that is the generator movable element 302.
  • the induced current is transmitted from the terminal 8 to a processing circuit (not shown).
  • the processing circuit the in-cylinder pressure is detected based on the electrical signal of the generator.
  • the relationship between the in-cylinder pressure and the electrical signal of the generator may be obtained in advance by experiments, and a map may be set in the ECM or the like.
  • the displacement sensor 401 used for the in-cylinder pressure sensor 1 is in relation to the one end 2 a of the push rod 2 facing the outside of the cylinder block 16 and the cylinder block 16.
  • a piezoelectric sensor 403 is disposed in pressure contact with the sensor base 5 as the fixed support member 402.
  • the displacement sensor 401 is configured such that the pressure electrically detected by the piezoelectric sensor 403 represents the displacement of the push rod 2.
  • a push rod passage 7 is formed in the center of the screw 3 of the in-cylinder pressure sensor 1 to hold the push rod 2 in a displaceable manner.
  • the push rod 2 is inserted into the push rod passage 7.
  • the in-cylinder pressure sensor 1 is fixed to the cylinder block 16 and the tip of the push rod 2 is brought into contact with the cylinder liner 14.
  • a sensor chamber 404 that is recessed from the base end of the head 4 to the inside of the head 4 is formed.
  • the support member 402 (sensor base 5) is embedded in the sensor chamber 404 and fixed to the head 4.
  • the piezoelectric sensor 403 has a structure in which a piezoelectric element 405 is sandwiched between a single electrode 406 and an opposite electrode 407.
  • the push rod 2 is pressed against the one side electrode 406, and the opposite side electrode 407 is fixed to the support member 402.
  • Two terminals 8 penetrating into the connector cap 6 are electrically connected to the one side electrode 406 and the opposite side electrode 407.
  • a spring chamber 408 is formed by being recessed from the sensor chamber 404 into the screw 3.
  • a flange plate 409 fixed to the push rod 2 is provided in the spring chamber 408 so as to face the one-side electrode 406.
  • a coil spring (spring) 410 that is expanded and contracted by the displacement of the flange plate 409 is inserted between the flange plate 409 and the one-side electrode 406. The push rod 2 is pressed against the cylinder liner 14 by the spring force of the coil spring 410.
  • the displacement of the push rod 2 is transmitted to the one-side electrode 406 of the piezoelectric element 405.
  • a voltage is generated in the piezoelectric element 405 sandwiched between the one side electrode 406 and the opposite side electrode 407.
  • the electrical signals of the one-side electrode 406 and the opposite-side electrode 407 are transmitted from the terminal 8 to a processing circuit (not shown).
  • the in-cylinder pressure is detected based on the electric signal of the piezoelectric sensor 403.
  • the relationship between the in-cylinder pressure and the electric signal of the piezoelectric sensor 403 is obtained in advance by experiments, and a map may be set in the ECM or the like.
  • the displacement sensor 501 used for the in-cylinder pressure sensor 1 has a first electrode plate 502 at one end 2 a facing the outside of the cylinder block 16 of the push rod 2. Are fixed to the cylinder block 16 by fixing the second electrode plate 503 facing the first electrode plate 502 to the sensor base 5.
  • the displacement sensor 501 is configured such that the capacitance between the first electrode plate 502 and the second electrode plate 503 represents the displacement of the push rod 2.
  • a push rod passage 7 is formed in the center of the screw 3 of the in-cylinder pressure sensor 1 to hold the push rod 2 in a displaceable manner.
  • the push rod 2 is inserted into the push rod passage 7.
  • the in-cylinder pressure sensor 1 is fixed to the cylinder block 16 and the tip of the push rod 2 is brought into contact with the cylinder liner 14.
  • the sensor chamber 504 that is recessed from the base end of the head 4 to the inside of the head 4 is formed in the head 4.
  • the sensor base 5 is embedded in the sensor chamber 504 and fixed to the head 4.
  • a gap chamber 505 is formed in the sensor base 5 on the side facing the push rod 2.
  • a first insulating plate 506 that contacts the first electrode plate 502 by a surface
  • a second insulating plate 507 that contacts the second electrode plate 503 by a surface
  • a first insulating plate 506 A spring 508 made of a non-conductor inserted between the second insulating plates 507 is accommodated.
  • the spring 508 is not limited to a coil spring, and may be a silicon block, for example.
  • the push rod 2 is pressed against the cylinder liner 14 by the spring force of the spring 508.
  • the first electrode plate 502 is movable with respect to the sensor base 5 and pressed against the push rod 2.
  • the second electrode plate 503 is fixed to the cylinder block 16 by being fixed to the sensor base 5.
  • Two terminals 8 penetrating into the connector cap 6 are electrically connected to the first electrode plate 502 and the second electrode plate 503, respectively.
  • the first electrode plate 502 is displaced by the displacement of the push rod 2.
  • the capacitance between the first electrode plate 502 and the second electrode plate 503 changes.
  • Electrical signals from these two electrode plates 502 and 503 are transmitted from a terminal 8 to a processing circuit (not shown).
  • the in-cylinder pressure is detected based on the electrical signals from the electrode plates 502 and 503.
  • the relationship between the in-cylinder pressure and the electrical signals from the electrode plates 502 and 503 is obtained in advance by experiments, and a map may be set in the ECM or the like.

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Abstract

　構造が簡素であり、交換が容易であり、温度の影響が避けられる筒内圧センサを提供する。　ピストン１２が収容されたシリンダ１３の外殻であるシリンダライナ１４の外側に冷却水流路１５を隔ててシリンダブロック１６を有するエンジン１１に取り付けられてシリンダ１３内の気圧である筒内圧を検出する筒内圧センサ１であって、シリンダブロック１６の外側からシリンダブロック１６を貫通してシリンダライナ１４に当接され、筒内圧によって変位するプッシュロッド２と、シリンダブロック１６の外側でプッシュロッド２の変位を検出する変位センサとを備えた筒内圧センサ。

Description

筒内圧センサ
　本発明は、構造が簡素であり、交換が容易であり、温度の影響が避けられる筒内圧センサに関する。
　内燃機関の燃焼効率が高められるためには、燃料の噴射タイミングや噴射圧力が適切に制御されることが望ましい。このような制御に用いられる要素の一つである筒内圧が検出されるために、内燃機関に筒内圧センサが設けられる必要がある。筒内圧センサによって内燃機関の筒内圧が正確に検出されると、内燃機関がより適切に制御されるようになる。例えば、内燃機関のクローズドループコントロールが可能となり、内燃機関の劣化の補正も可能となる。特に、ディーゼルエンジンの場合は、筒内圧が、噴射系の経年変化による噴射量の変化の補正に用いられることができ、燃費や排気ガスに関する測定値の補正にも応用されることができる。また、筒内圧により、予混合燃焼と通常燃焼との切り替えやハイブリッド車の動力切り替えのつながりが、より滑らかに制御されることができる。筒内圧は、米国の法規に規定されているミスファイヤー診断にも利用されることができる。
　従来技術として、シリンダ内に圧力センサが挿入される筒内圧センサが知られている。
　また、グロープラグや点火プラグに圧力センサが組み込まれた筒内圧センサが知られている。
　また、シリンダの外殻であるシリンダライナに歪みゲージが取り付けられて、シリンダライナの歪みが検出され、シリンダライナの歪みから筒内圧が導出される筒内圧センサが知られている。
特開２００９－１６２６９３号公報 特開平８－５００７２号公報
　しかしながら、シリンダ内に圧力センサが挿入されると、シリンダ内の表面積が拡大される結果が招かれ、かつ、熱効率の見地からは、発生した熱エネルギが圧力センサに奪われて熱効率が低下することになるので、好ましくない。
　グロープラグや点火プラグに圧力センサが組み込まれると、エンジンの構造が複雑になり、かつ、エンジンの耐久性・信頼性が損なわれるので、好ましくない。
　これら２種の筒内圧センサに比べると、シリンダライナに歪みゲージが取り付けられた筒内圧センサは、エンジンの構造や特性には影響はないものの、歪みゲージを冷却水から防水する構造が複雑となり、かつ、歪みゲージの故障時の交換が困難であり、かつ、歪みゲージの特性がエンジン温度や冷却水温度に依存して変動するので、好ましくない。
　そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、構造が簡素であり、交換が容易であり、温度の影響が避けられる筒内圧センサを提供することにある。
　上記目的を達成するために本発明は、ピストンが収容されたシリンダの外殻であるシリンダライナの外側に冷却水流路を隔ててシリンダブロックを有するエンジンに取り付けられて前記シリンダ内の気圧である筒内圧を検出する筒内圧センサであって、前記シリンダブロックの外側から前記シリンダブロックを貫通して前記シリンダライナに当接され、筒内圧によって変位するプッシュロッドと、前記シリンダブロックの外側で前記プッシュロッドの変位を検出する変位センサとを備えたものである。
　前記変位センサは、前記プッシュロッドの前記シリンダブロックの外側に向いた一端と前記シリンダブロックに対して固定された支持部材との間に、歪みセンサが圧接させて配置され、前記歪みセンサが検出する歪みが前記プッシュロッドの変位を表してもよい。
　前記変位センサは、前記プッシュロッドの前記シリンダブロックの外側に向いた一端に発電機の可動子が圧接され、前記発電機の固定子が前記シリンダブロックに対して固定され、前記発電機が発生する電力が前記プッシュロッドの変位を表してもよい。
　前記変位センサは、前記プッシュロッドの前記シリンダブロックの外側に向いた一端と前記シリンダブロックに対して固定された支持部材との間に、圧電センサが圧接させて配置され、前記圧電センサが電気的に検出する圧力が前記プッシュロッドの変位を表してもよい。
　前記変位センサは、前記プッシュロッドの前記シリンダブロックの外側に向いた一端に第一の電極板が圧接され、前記第一の電極板に対向する第二の電極板が前記シリンダブロックに対して固定され、前記第一の電極板と前記第二の電極板間の静電容量が前記プッシュロッドの変位を表してもよい。
　前記エンジンの前記シリンダの頂部と前記ピストンの上死点との間の範囲内に取り付けられてもよい。
　前記シリンダブロックを貫通するネジ穴に螺合されるネジを備え、前記ネジが前記ネジ穴に螺合されることで前記シリンダブロックの外から前記エンジンに取り付けられてもよい。
　前記ネジの中心に、前記プッシュロッドが挿通されて変位自在に保持されるプッシュロッド通路が形成されてもよい。
　前記プッシュロッドは、前記シリンダの直径の延長に沿って延び、前記シリンダライナが前記シリンダの直径方向に変位すると、前記プッシュロッドが前記シリンダの直径の延長に沿う方向に変位してもよい。
　前記プッシュロッドを前記シリンダライナに圧接するスプリングを備えてもよい。
　本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
　（１）構造が簡素となる。
　（２）交換が容易となる。
　（３）温度の影響が避けられる。
本発明の筒内圧センサが取り付けられたエンジンの部分断面図である。 本発明の第一実施形態を示す筒内圧センサの断面図である。 本発明の第二実施形態を示す筒内圧センサの断面図である。 本発明の第三実施形態を示す筒内圧センサの断面図である。 本発明の第四実施形態を示す筒内圧センサの断面図である。
　以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
　図１に示されるように、本発明の筒内圧センサ１が適用されるエンジン１１は、ピストン１２がシリンダ１３に収容され、そのシリンダ１３の外殻であるシリンダライナ１４の外側に冷却水流路（ウォータジャケット）１５を隔ててシリンダブロック１６を有する。シリンダブロック１６には、このエンジン１１に筒内圧センサ１を取り付けるための座１７がシリンダブロック１６から外方に突き出るように形成される。座１７は、シリンダ１３の頂部とピストン１２の上死点との間の範囲内に設けられる。座１７の中央には、シリンダブロック１６を貫通してシリンダブロック１６の外から冷却水流路１５に抜けるネジ穴１８が形成されている。
　本発明の筒内圧センサ１は、ネジ穴１８に螺合されるネジ３と、ネジ３が回転されるためのヘッド４とを備え、ネジ３がネジ穴１８に螺合されることによってエンジン１１に取り付けられる。ヘッド４には、プッシュロッド２の変位を検出する基準面を形成するセンサベース５が固定される。センサベース５には、図示しない配線コネクタを嵌合させるためのコネクタキャップ６が一体的に形成される。
　筒内圧センサ１は、シリンダブロック１６の外側からシリンダブロック１６を貫通してシリンダライナ１４に当接されるプッシュロッド２と、シリンダブロック１６の外側でプッシュロッド２の変位を検出する変位センサ（図示せず；図２以下参照）とを備える。プッシュロッド２は、シリンダ１３の直径の延長に沿って延びている。シリンダライナ１４がシリンダ１３の直径方向に変位すると、プッシュロッド２がシリンダ１３の直径の延長に沿う方向に変位するようになっている。シリンダ１３内の気圧である筒内圧によってシリンダライナ１４がシリンダ１３の直径方向に変位するので、プッシュロッド２の変位からシリンダ１３内の気圧である筒内圧が検出されることができる。
　図２に示されるように、本発明の第一実施形態では、筒内圧センサ１に用いられる変位センサ２０１は、プッシュロッド２のシリンダブロック１６の外側に向いた一端とシリンダブロック１６に対して固定された支持部材２０２としてのセンサベース５との間に、歪みセンサ（歪みゲージ）２０３が圧接されて配置される。変位センサ２０１は、歪みセンサ２０３が検出する歪みがプッシュロッド２の変位を表すようになっている。
　詳しく述べると、筒内圧センサ１のネジ３の中心には、プッシュロッド２を変位自在に保持するプッシュロッド通路７が形成されている。プッシュロッド通路７内にプッシュロッド２が挿通される。ヘッド４が回転されてネジ３を図１のネジ穴１８に螺合されることで、筒内圧センサ１がシリンダブロック１６に固定されると共に、プッシュロッド２の先端がシリンダライナ１４に当接される。
　ヘッド４には、ヘッド４の基端からヘッド４の内部に凹んだセンサ室２０４が形成される。支持部材２０２（センサベース５）は、センサ室２０４の開口部を塞ぐようにセンサ室２０４の開口部に固定される。歪みセンサ２０３は、片面がこの支持部材２０２に固定される。歪みセンサ２０３には、コネクタキャップ６内に突き抜けた２つの端子８が電気的に接続されている。
　歪みセンサ２０３とプッシュロッド２に挟み込まれるように、センサ室２０４内を変位可能な押さえ板２０５が支持部材２０２に対向して設けられる。押さえ板２０５と支持部材２０２との間に、押さえ板２０５の変位によって伸縮されるコイルばね（スプリング）２０６が挿入される。
　支持部材２０２が歪みセンサ２０３の片面に接し、歪みセンサ２０３の反対面に押さえ板２０５が接し、押さえ板２０５と支持部材２０２との間にコイルばね２０６が挿入されているので、プッシュロッド２の変位による力は、押さえ板２０５を介し、歪みセンサ２０３とコイルばね２０６により受けられる。同時に、プッシュロッド２はコイルばね２０６のばね力によりシリンダライナ１４に圧接される。
　図２の変位センサ２０１を用いた筒内圧センサ１の動作を図１及び図２により説明する。
　ピストン１２がシリンダ１３内を圧縮の方向に移動し、ピストン１２が上死点の近傍（適切な進角の位置）にあるとき、シリンダ１３内で圧縮されていた混合気が点火（ガソリンエンジンの場合）又はシリンダ１３内の高圧吸気中に噴射された燃料が着火（ディーゼルエンジンの場合）する。シリンダ１３内で発生する爆発により、筒内圧が急激に上昇する。このため、シリンダ１３の頂部とピストン１２の間でシリンダライナ１４がわずかに拡大変形する。これによるシリンダライナ１４のシリンダ１３の直径方向の変位は、シリンダライナ１４に当接されているプッシュロッド２に伝達される。プッシュロッド２は、シリンダ１３の直径の延長に沿う方向に変位する。
　プッシュロッド２の変位による力は、押さえ板２０５を介して歪みセンサ２０３に伝達される。歪みセンサ２０３では歪みに応じて電気抵抗値が変化する。
　歪みセンサ２０３に生じる歪みによる電気信号は、端子８より図示しない処理回路に送信される。処理回路では、歪みセンサ２０３の電気信号に基づいて筒内圧を検出する。筒内圧と歪みセンサ２０３の電気信号との関係は、あらかじめ実験により求められ、ＥＣＭ（デジタル制御装置）等にマップが設定されているとよい。
　以上説明したように、本発明の筒内圧センサ１では、シリンダブロック１６の外側からシリンダブロック１６を貫通してシリンダライナ１４に当接されるプッシュロッド２を備えるため、プッシュロッド２が筒内圧によって変位する。変位センサ２０１により、シリンダブロック１６の外側でプッシュロッド２の変位が検出されることで筒内圧が検出される。
　上記構成によれば、変位センサ２０１は、冷却水流路１５よりも外側のシリンダブロック１６の外側に設置されるので、冷却水に浸漬されることがなく、変位センサ２０１が防水される必要がなくなり、筒内圧センサ１の構造が簡素となる。
　上記構成によれば、変位センサ２０１は、シリンダブロック１６の外側に取り付けられているので、変位センサ２０１が故障した場合でも、交換が簡単である。また、プッシュロッド２がネジ３内のプッシュロッド通路７に保持されているため、筒内圧センサ１が座１７に取り付けられるというシリンダブロック１６の外での作業により、プッシュロッド２がシリンダブロック１６に覆われているシリンダライナ１４に当接されることになり、筒内圧センサ１の着脱の作業が容易である。
　上記構成によれば、変位センサ２０１は、シリンダブロック１６の外側に位置するので、エンジン温度や冷却水温度からの影響が避けられ、変位センサ２０１の特性がエンジン温度や冷却水温度に依存して変動することがない。
　次に、筒内圧センサ１に用いる変位センサの他の実施形態を説明する。
　図３に示されるように、本発明の第二実施形態では、筒内圧センサ１に用いられる変位センサ３０１は、プッシュロッド２のシリンダブロック１６の外側に向いた一端２ａに発電機の可動子３０２が圧接され、発電機の固定子３０３がシリンダブロック１６に対して固定される。変位センサ３０１は、発電機が発生する電力がプッシュロッド２の変位を表すようになっている。
　詳しく述べると、筒内圧センサ１のネジ３の中心には、プッシュロッド２を変位自在に保持するプッシュロッド通路７が形成されている。プッシュロッド通路７内にプッシュロッド２が挿通される。ヘッド４が回転されてネジ３が図１のネジ穴１８に螺合されることで、筒内圧センサ１がシリンダブロック１６に固定されると共に、プッシュロッド２の先端がシリンダライナ１４に当接される。
　ヘッド４には、ヘッド４の基端からヘッド４の内部に凹んだセンサ室３０４が形成される。センサベース５は、センサ室３０４に埋め込まれてヘッド４に固定される。固定子３０３は、センサベース５内に収容されてセンサベース５に固定される。可動子３０２は、固定子３０３に近接し、プッシュロッド２の変位の方向に変位自在に保持される。
　可動子３０２とプッシュロッド２に挟み込まれるように、変位可能な押さえ板３０５がセンサベース５に対向して設けられる。可動子３０２とセンサベース５との間には、押さえ板３０５及び可動子３０２の変位によって伸縮されるコイルばね（スプリング）３０６が挿入されている。プッシュロッド２は、押さえ板３０５及び可動子３０２を介し、コイルばね３０６のばね力によりシリンダライナ１４に圧接される。
　ここでは、可動子３０２が永久磁石で構成され、固定子３０３が永久磁石の周囲に巻かれた巻線で構成される。巻線には、コネクタキャップ６内に突き抜けた２つの端子８が電気的に接続される。
　図３の変位センサ３０１が用いられた場合、プッシュロッド２の変位は、押さえ板３０５を介して可動子３０２に伝達される。発電機の可動子３０２である永久磁石の変位速度に応じて発電機の固定子３０３である巻線に誘導電流が生じる。誘導電流は、端子８より図示しない処理回路に送信される。処理回路では、発電機の電気信号に基づいて筒内圧が検出される。筒内圧と発電機の電気信号との関係は、あらかじめ実験により求められ、ＥＣＭ等にマップが設定されているとよい。
　このように、変位センサ３０１が用いられた場合でも、シリンダブロック１６の外側でプッシュロッド２の変位が検出されることで筒内圧が検出される。これにより、変位センサ２０１が用いられた場合と同様の作用効果が得られる。
　図４に示されるように、本発明の第三実施形態では、筒内圧センサ１に用いられる変位センサ４０１は、プッシュロッド２のシリンダブロック１６の外側に向いた一端２ａとシリンダブロック１６に対して固定された支持部材４０２としてのセンサベース５との間に、圧電センサ４０３が圧接させて配置される。変位センサ４０１は、圧電センサ４０３が電気的に検出する圧力がプッシュロッド２の変位を表すようになっている。
　詳しく述べると、筒内圧センサ１のネジ３の中心には、プッシュロッド２を変位自在に保持するプッシュロッド通路７が形成されている。プッシュロッド通路７内にプッシュロッド２が挿通される。ヘッド４が回転されてネジ３が図１のネジ穴１８に螺合されることで、筒内圧センサ１がシリンダブロック１６に固定されると共に、プッシュロッド２の先端がシリンダライナ１４に当接される。
　ヘッド４には、ヘッド４の基端からヘッド４の内部に凹んだセンサ室４０４が形成される。支持部材４０２（センサベース５）は、センサ室４０４に埋め込まれてヘッド４に固定される。
　圧電センサ４０３は、圧電素子４０５が片側電極４０６及び反対側電極４０７で挟まれた構造を有する。プッシュロッド２は片側電極４０６に圧接され、反対側電極４０７は支持部材４０２に固定される。片側電極４０６及び反対側電極４０７には、コネクタキャップ６内に突き抜けた２つの端子８が電気的に接続される。
　センサ室４０４からネジ３の内部に凹ませてスプリング室４０８が形成される。スプリング室４０８内には、片側電極４０６に対向するように、プッシュロッド２に固定されたフランジ板４０９が設けられる。フランジ板４０９と片側電極４０６との間には、フランジ板４０９の変位によって伸縮されるコイルばね（スプリング）４１０が挿入される。プッシュロッド２は、コイルばね４１０のばね力によりシリンダライナ１４に圧接される。
　図４の変位センサ４０１が用いられた場合、プッシュロッド２の変位は、圧電素子４０５の片側電極４０６に伝達される。圧電センサ４０３では、片側電極４０６及び反対側電極４０７で挟まれた圧電素子４０５に電圧が生じる。片側電極４０６と反対側電極４０７の電気信号は、端子８より図示しない処理回路に送信される。処理回路では、圧電センサ４０３の電気信号に基づいて筒内圧を検出する。筒内圧と圧電センサ４０３の電気信号との関係は、あらかじめ実験により求められ、ＥＣＭ等にマップが設定されているとよい。
　このように、変位センサ４０１が用いられた場合でも、シリンダブロック１６の外側でプッシュロッド２の変位が検出されることで筒内圧が検出される。これにより、変位センサ２０１が用いられた場合と同様の作用効果が得られる。
　図５に示されるように、本発明の第四実施形態では、筒内圧センサ１に用いられる変位センサ５０１は、プッシュロッド２のシリンダブロック１６の外側に向いた一端２ａに第一の電極板５０２が圧接され、第一の電極板５０２に対向する第二の電極板５０３がセンサベース５に固定されることでシリンダブロック１６に対して固定される。変位センサ５０１は、第一の電極板５０２と第二の電極板５０３間の静電容量がプッシュロッド２の変位を表すようになっている。
　詳しく述べると、筒内圧センサ１のネジ３の中心には、プッシュロッド２を変位自在に保持するプッシュロッド通路７が形成されている。プッシュロッド通路７内にプッシュロッド２が挿通される。ヘッド４が回転されてネジ３が図１のネジ穴１８に螺合されることで、筒内圧センサ１がシリンダブロック１６に固定されると共に、プッシュロッド２の先端がシリンダライナ１４に当接される。
　ヘッド４には、ヘッド４の基端からヘッド４の内部に凹んだセンサ室５０４が形成される。センサベース５は、センサ室５０４に埋め込まれてヘッド４に固定される。
　センサベース５には、プッシュロッド２に臨む側にギャップ室５０５が形成される。ギャップ室５０５内には、第一の電極板５０２に面で接する第一の絶縁板５０６と、第二の電極板５０３に面で接する第二の絶縁板５０７と、第一の絶縁板５０６と第二の絶縁板５０７間に挿入された非導体からなるスプリング５０８が収容される。スプリング５０８は、コイルばねに限らず、例えば、シリコンブロックでもよい。プッシュロッド２は、スプリング５０８のばね力によりシリンダライナ１４に圧接される。第一の電極板５０２は、センサベース５に対して可動であり、プッシュロッド２に圧接される。第二の電極板５０３は、センサベース５に固定されることでシリンダブロック１６に対して固定される。第一の電極板５０２及び第二の電極板５０３には、それぞれコネクタキャップ６内に突き抜けた２つの端子８が電気的に接続されている。
　図５の変位センサ５０１が用いられた場合、プッシュロッド２の変位により、第一の電極板５０２が変位する。第一の電極板５０２と第二の電極板５０３間の距離が変化することにより、第一の電極板５０２と第二の電極板５０３間の静電容量が変化する。これら２つの電極板５０２，５０３による電気信号は、端子８より図示しない処理回路に送信される。処理回路では、電極板５０２，５０３による電気信号に基づいて筒内圧を検出する。筒内圧と電極板５０２，５０３による電気信号との関係は、あらかじめ実験により求められ、ＥＣＭ等にマップが設定されているとよい。
　このように、変位センサ５０１が用いられた場合でも、シリンダブロック１６の外側でプッシュロッド２の変位が検出されることで筒内圧が検出される。これにより、変位センサ２０１が用いられた場合と同様の作用効果が得られる。
　１　筒内圧センサ
　２　プッシュロッド
　３　ネジ
　４　ヘッド
　５　センサベース
　６　コネクタキャップ
　７　プッシュロッド通路
　８　端子
　１１　エンジン
　１２　ピストン
　１３　シリンダ
　１４　シリンダライナ
　１５　冷却水流路
　１６　シリンダブロック

Claims (10)

  1. 　ピストンが収容されたシリンダの外殻であるシリンダライナの外側に冷却水流路を隔ててシリンダブロックを有するエンジンに取り付けられて前記シリンダ内の気圧である筒内圧を検出する筒内圧センサであって、
    　前記シリンダブロックの外側から前記シリンダブロックを貫通して前記シリンダライナに当接され、筒内圧によって変位するプッシュロッドと、
    　前記シリンダブロックの外側で前記プッシュロッドの変位を検出する変位センサとを備えたことを特徴とする筒内圧センサ。
  2. 　前記変位センサは、前記プッシュロッドの前記シリンダブロックの外側に向いた一端と前記シリンダブロックに対して固定された支持部材との間に、歪みセンサが圧接させて配置され、前記歪みセンサが検出する歪みが前記プッシュロッドの変位を表すことを特徴とする請求項１記載の筒内圧センサ。
  3. 　前記変位センサは、前記プッシュロッドの前記シリンダブロックの外側に向いた一端に発電機の可動子が圧接され、前記発電機の固定子が前記シリンダブロックに対して固定され、前記発電機が発生する電力が前記プッシュロッドの変位を表すことを特徴とする請求項１記載の筒内圧センサ。
  4. 　前記変位センサは、前記プッシュロッドの前記シリンダブロックの外側に向いた一端と前記シリンダブロックに対して固定された支持部材との間に、圧電センサが圧接させて配置され、前記圧電センサが電気的に検出する圧力が前記プッシュロッドの変位を表すことを特徴とする請求項１記載の筒内圧センサ。
  5. 　前記変位センサは、前記プッシュロッドの前記シリンダブロックの外側に向いた一端に第一の電極板が圧接され、前記第一の電極板に対向する第二の電極板が前記シリンダブロックに対して固定され、前記第一の電極板と前記第二の電極板間の静電容量が前記プッシュロッドの変位を表すことを特徴とする請求項１記載の筒内圧センサ。
  6. 　前記エンジンの前記シリンダの頂部と前記ピストンの上死点との間の範囲内に取り付けられることを特徴とする請求項１～５いずれか記載の筒内圧センサ。
  7. 　前記シリンダブロックを貫通するネジ穴に螺合されるネジを備え、
    　前記ネジが前記ネジ穴に螺合されることで前記シリンダブロックの外から前記エンジンに取り付けられることを特徴とする請求項１～５いずれか記載の筒内圧センサ。
  8. 　前記ネジの中心に、前記プッシュロッドが挿通されて変位自在に保持されるプッシュロッド通路が形成されることを特徴とする請求項７記載の筒内圧センサ。
  9. 　前記プッシュロッドは、前記シリンダの直径の延長に沿って延び、
    　前記シリンダライナが前記シリンダの直径方向に変位すると、前記プッシュロッドが前記シリンダの直径の延長に沿う方向に変位することを特徴とする請求項１～８いずれか記載の筒内圧センサ。
  10. 　前記プッシュロッドを前記シリンダライナに圧接するスプリングを備えることを特徴とする請求項１～９いずれか記載の筒内圧センサ。
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