WO2011105084A1 - 燃焼圧センサ - Google Patents
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- G01L23/10—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 pressure-sensitive members of the piezoelectric type
Definitions
- the present invention relates to a combustion pressure sensor suitable for use in detecting combustion pressure in a combustion chamber of an engine.
- Patent Document 1 a pressure sensor disclosed in Patent Document 1 and a pressure transducer disclosed in Patent Document 2 are known as combustion pressure sensors attached to an engine to detect the combustion pressure in the combustion chamber.
- this type of combustion pressure sensor is usually configured as an amplifier built-in type, and at least a piezoelectric element that converts pressure into an electric signal in a housing, and a circuit board that processes an electric signal obtained from the piezoelectric element And a lead for electrically connecting the piezoelectric element and the circuit board.
- the reason why the amplifier is built in the combustion pressure sensor is that when an electrical signal obtained from a piezoelectric element is transmitted to an in-vehicle controller via a transmission cable, a malfunction occurs due to disturbance noise superimposed on the weak electrical signal transmitted. This is also for avoiding the use of an expensive low noise cable that is less susceptible to noise.
- this type of combustion pressure sensor is exposed to a severe temperature environment that changes from low temperature to high temperature, so when a circuit board is built in the combustion pressure sensor, heat resistant parts that can withstand these temperature environments are required.
- the lead connecting the piezoelectric element and the circuit board is usually provided with a curved portion for absorbing thermal contraction and thermal contraction. An internal space for escaping the lead displacement caused by the above is secured, but the internal structure becomes complicated, which causes a decrease in manufacturability, an increase in manufacturing man-hours, and an increase in cost.
- a combustion pressure sensor when attached to an engine, it is exposed not only to a severe temperature environment but also to a poor vibration environment. Therefore, if an internal space for escaping the lead displacement is secured, unnecessary vibrations, that is, vibrations other than the transmitted vibration and co-vibration are allowed.
- the relative displacement may cause disconnection of the joint portion, poor contact, and the like, and the reliability is not sufficient.
- Patent Document 1 is intended to solve such a conventional problem.
- the configuration of the pressure sensor (combustion pressure sensor) disclosed in Patent Document 1 is indicated by reference numeral 50 in FIG. 7, and the tip portion (detection head portion 51) of the pressure sensor 50 is shown in an enlarged manner in FIG. 8.
- the pressure sensor 50 includes a housing 52, and the housing 52 is constituted by a combination of a front housing part 52f and a rear housing part 52r that are divided into two parts in the front and rear directions.
- the front housing part 52f is formed in a cylindrical shape as a whole, and the piezoelectric element 53 and the electrode part 54 are accommodated in the front part, and the diaphragm head 55 is fixed to the front end part of the front housing part 52f.
- the diaphragm head 55 is formed by integrally forming a diaphragm portion 55d to which pressure acts, a flange portion 55f that constitutes a peripheral portion of the diaphragm head 55, and a transmission portion 55t that is provided on the rear surface of the diaphragm portion 55d.
- a piezoelectric element 53 that converts pressure acting on the diaphragm portion 55d into an electric signal is disposed.
- the transmitting portion 55t also serves as one electrode portion that is in surface contact with the front surface of the piezoelectric element 53.
- the other electrode portion 54 is disposed after the piezoelectric element 53.
- the electrode portion 54 integrally includes an element-side electrode portion 54 s that is in surface contact with the rear surface of the piezoelectric element 53 and a protruding lead-side electrode portion 56 that protrudes on the opposite side.
- a donut-shaped insulating ring 57 formed of alumina ceramics or the like is fitted into the electrode portion 54 (electrode portion 56).
- the electrode part 56 is accommodated in the center hole of the insulating ring 57, and the insulating ring 57 is provided with a spring accommodating recess 59 into which one end of a coil spring (elastic member) 58 described later is inserted.
- a cylindrical insulating pipe 60 is accommodated in the rear portion of the front housing portion 52f.
- the insulating pipe 60 has a lead insertion hole 62 through which a front portion 61f of a lead portion 61 described later is inserted.
- the intermediate portion of the front housing portion 52f functions as a stopper for the insulating ring 57 and the insulating pipe 60, and provides a small-diameter insertion hole to allow the spring accommodating recess 59 and the lead insertion hole 62 to communicate with each other.
- the rear housing portion 52r is formed in a cylindrical shape as a whole, and is provided with a mounting screw portion 63 on the outer peripheral surface of the front portion and a tool locking portion 64 on the outer peripheral surface of the rear portion.
- the rear end of the front housing portion 52f described above is joined to the front end of the rear housing portion 52r.
- the tool locking portion 64 is formed to have a relatively large diameter, and a substrate housing chamber 65 is provided therein, and a connector portion 66 is attached to the rear end of the rear housing portion 52r to close the substrate housing chamber 65.
- a guide pipe 67 is accommodated in the mounting screw portion 63 that is the front portion of the rear housing portion 52r.
- the guide pipe 67 has a lead insertion hole 68 through which the intermediate part 61 m of the lead part 61 is inserted.
- the circuit board housing chamber 65 accommodates a circuit board part 69 that processes (amplifies) an electric signal obtained from the piezoelectric element 53.
- the lead 61 is connected to the center of the circuit board 69.
- the circuit board portion 69 has a lead insertion hole through which one end 61s of the lead portion 61 is inserted (penetrated).
- the lead portion 61 is integrally formed by a straight pin member 61p having a circular cross section, and extends from a front end of the intermediate portion 61m, an intermediate portion 61m that is inserted into the lead insertion hole 68 of the guide pipe 67, and
- the front part 61f is inserted into the insulating pipe 60 by being formed with a smaller diameter than the intermediate part 61m, and the rear part 61r extends from the rear end of the intermediate part 61m and is formed with a larger diameter than the intermediate part 61m.
- a coil spring (elastic member) 58 is interposed between the electrode portion 56 and the other end 61t (front portion 61f) of the lead portion 61 in a compressed state.
- the connector portion 66 is integrally formed of an insulating material such as alumina ceramics or functional resin (polyphenylene sulfide resin or the like), and the front end portion is inserted into the rear end of the rear housing portion 52r (substrate housing chamber 65).
- a connector base 70 that closes the rear end is provided.
- the connector base portion 70 constitutes the connector portion 66 by passing through the above-described three plug pins 71a and 71c (described in two) and projecting into the connector base portion 70.
- the lead portion 61 is formed by the linear pin member 61p, and the one end 61s side of the lead portion 61 is connected to the circuit board portion. 69, and the other end 61t of the lead portion 61 is connected to the circuit board portion 69 on the opposite side of the circuit board portion 69, and the piezoelectric element 53 side is connected to the other end 61t of the lead portion 61 via a compressed conductive elastic member 58.
- the pressure sensor 50 is a combustion pressure sensor that detects the pressure of the combustion chamber Mr of the engine. Optimum to use. Furthermore, by using the coil spring 58 as the elastic member, it is possible to reliably absorb the relative displacement of the lead part 61 accompanying expansion and contraction while ensuring the linearity and balance of the lead part 61.
- Patent Document 2 is also intended to solve the above-described conventional problems.
- the configuration of the pressure transducer (combustion pressure sensor) disclosed in Patent Document 2 is indicated by reference numeral 80 in FIG.
- the pressure transducer 80 includes a dynamic compensator that adjusts the two masses of the components, including their respective connecting elements, to reduce the effects of acceleration or vibration, and the housing outer portion 81 is an inner portion 82.
- the inner portion 82 is composed of a compensation mass 83 mounted, a measurement crystal array 84 and a diaphragm bottom mass 87 coupled to a flange 86 via a diaphragm 85.
- the inner wall sleeve 88 which can also be replaced by individual slats, is coupled to the compensation mass 83 as well as the flange 86. This forms a closed unit in which the measuring crystal array 84 solidified is mechanically loaded.
- the inner portion 82 is inserted into the housing outer portion 81 after coarse or precise compensation of acceleration sensitivity, and is joined to the housing outer portion 81 via the flange 86 by the welded portion 89. Therefore, the diaphragm portion 85 is firmly coupled to the housing outer portion 81 and to the machine wall 71 at the installation point via the assembly screw 70. Since the measuring device adapted to the inner part 82 does not touch any part of the wall of the outer part 81 of the housing, it can vibrate freely.
- the measurement crystal array 84 is a transverse cut crystal element, with a contact spring 72 elastically transmitting a signal to the connector at the center.
- the diaphragm 85 and the inner wall sleeve 88 are connection elements that act as spring elements with limited rigidity between the compensation mass 87, the bottom mass 83, and the flange 86. Their stiffness can be adapted by removing material to compensate for acceleration and vibration forces associated with mass adaptation.
- JP 2008-286589 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-160182
- the pressure sensor 50 of Patent Document 1 does not require a curved portion (bent portion) for absorbing thermal expansion and contraction provided in the lead portion and an internal space for escaping the displacement, and the manufacturability by simplifying the internal structure.
- the high temperature gas and the fuel from the combustion chamber Mr of the engine M can be used.
- the front housing portion 52f repeats deformation due to thermal expansion / thermal contraction, and the deformation due to thermal expansion / thermal contraction is transmitted to the piezoelectric element 33 and other internal structures housed in the front housing portion 52f, and the pressure sensor 50 This causes distortion of the output signal, that is, the combustion pressure waveform.
- FIG. 6 shows a characteristic diagram of the stroke capacity versus the in-cylinder pressure when the pressure sensor 50 is used, and it can be confirmed that noise Ns is generated in the suction stroke.
- the pressure transducer 80 of Patent Document 2 separates the measurement crystal array (piezoelectric element) 84 from the housing outer portion 81, and compensates acceleration and vibration force by the compensation mass 87 and the bottom mass 83, etc. Although the influence of deformation and vibration due to thermal expansion / contraction of 81 is suppressed, it is very difficult to adjust the compensation mass 87 and the bottom mass 83, and it is difficult to increase mass productivity.
- the present invention aims to provide a combustion pressure sensor that solves the problems in the background art.
- the present invention provides a cylindrical outer housing in which at least the front end 2s is opened when the combustion pressure sensors 1a, 1b, and 1c for detecting the combustion pressure Pr in the combustion chamber Mr of the engine M are configured.
- 2 is accommodated in the outer housing 2 and the front end flange portion 3f is coupled to the front end 2s of the outer housing 2, and the rear end engaging portion 3r is connected to the inner surface of the outer housing 2 in the axial direction Fa.
- the outer diameter of the housing main body portion 3m is selected between the front end flange portion 3f and the rear end engaging portion 3r so as to be displaceably engaged between the outer peripheral surface of the housing main body portion 3m and the inner peripheral surface of the outer housing 2.
- a cylindrical sensor housing 3 that forms a predetermined gap C, and a combustion pressure P that is accommodated in the sensor housing 3 and applied from the combustion chamber Mr.
- the rear end engaging portion 3r of the sensor housing 3 is formed to have a larger diameter than the outer diameter of the housing main body portion 3m, and part or all of the rear end engaging portion 3r is formed. May be in contact with the inner peripheral surface of the outer housing 2, or a pipe member 11 housed inside the outer housing 2 behind the rear end engaging portion 3r of the sensor housing 3 and the pipe member 11 may be provided with an elastic member 12 that presses 11 forward and presses the front end surface 11p of the pipe member 11 against the rear end engaging portion 3r of the sensor housing 3, and in this case, A configuration in which the outer diameter of the rear end engaging portion 3r of the sensor housing 3 is selected so as not to contact the inner peripheral surface of the outer housing 2 may be employed.
- the pressure detection unit 4 includes a diaphragm head 13 disposed at the front end position, a piezoelectric element 14 disposed behind the diaphragm head 13 and provided with a displacement of the diaphragm head 13, and behind the piezoelectric element 14. And an electrode portion 15 that is in contact with the rear surface of the piezoelectric element 14.
- the diaphragm head 13 is provided inside the ring-shaped diaphragm portion 13d, the head flange portion 13f provided outside the diaphragm portion 13d and fixed to the front end surface 3ff of the front end flange portion 3f, and the inside of the diaphragm portion 13d.
- a disk-shaped transmission portion 13t that is brought into contact with the front surface of the piezoelectric element 14 can be provided.
- FIG. 5 is a characteristic diagram of stroke capacity versus in-cylinder pressure when the combustion pressure sensor 1a according to the present embodiment is used.
- the amount of noise Ns superimposed in the suction stroke is the conventional (patented) patent shown in FIG. Compared with the case of the combustion pressure sensor (pressure sensor 50) of literature 1), it can reduce significantly.
- the rear end engaging portion 3r of the sensor housing 3 is formed to have a larger diameter than the outer diameter of the housing main body portion 3m, and a part or all of the rear end engaging portion 3r is disposed in the outer housing. 2 is employed, the displacement in the radial direction of the rear end engaging portion 3r of the sensor housing 3 is regulated by the inner circumferential surface of the outer housing 2, so that it is supported by the sensor housing 3. Unnecessary vibration components of the pressure detector 4 are suppressed, which can contribute to further reduction of the amount of noise superimposed on the output signal.
- the pipe member 11 housed inside the outer housing 2 behind the rear end engaging portion 3r of the sensor housing 3, and the front end of the pipe member 11 by pressing the pipe member 11 forward
- the form provided with the elastic member 12 which press-contacts the surface 11p to the rear-end engaging part 3r of the sensor housing 3 is employ
- adopted the heat transmitted from the combustion chamber Mr to the sensor housing 3 will cause the pipe member 11 and the outer housing 2 to pass. Since heat can be radiated via, heat can be prevented from being accumulated in the sensor housing 3, thereby reducing the thermal influence on the pressure detection unit 4.
- the outer housing 2 Even if the rear end engaging portion 3r of the sensor housing 3 is not in contact with the inner peripheral surface, the radial displacement at the rear end engaging portion 3r can be restricted, so that it is transmitted from the outer housing 2 to the sensor housing 3. This can contribute to further reduction of vibration transmission.
- the axial direction Fa and the radial direction of the sensor housing 3 with respect to the outer housing 2 The mechanical bond strength of can be increased.
- the sensor housing 3 can be easily assembled to the outer housing 2, and the pressure detector 4 can be easily assembled to the sensor housing 3.
- the half section side view showing the detection head part of the combustion pressure sensor concerning a 1st embodiment of the present invention The half section side view showing the detection head part of the combustion pressure sensor concerning a 2nd embodiment of the present invention, The half section side view showing the detection head part of the combustion pressure sensor concerning a 3rd embodiment of the present invention,
- Cross-sectional configuration diagram with combustion pressure sensor attached to engine The stroke capacity versus in-cylinder pressure characteristic diagram in the combustion pressure sensor according to the first embodiment of the present invention, Stroke capacity vs.
- 1 combustion pressure sensor
- 2 outer housing
- 2s front end of outer housing
- 3 sensor housing
- 3f front end flange portion
- 3r rear end engaging portion
- 3m housing main body portion
- 4 pressure detection portion
- 11 Pipe member
- 11p front end surface of pipe member
- 12 elastic member
- 13 diaphragm head
- 13d diaphragm portion
- 13f head flange portion
- 13t transmission portion
- 14 piezoelectric element
- 15 electrode portion
- M Engine
- Mr Combustion chamber
- Fa Axial direction
- C Predetermined clearance
- the combustion pressure sensor 1a (1b, 1c) detects the combustion pressure Pr in the combustion chamber Mr of the engine M, and a cylinder block constituting the engine M
- the attachment screw portion 63 of the combustion pressure sensor 1a is screwed and attached to the attachment hole Mph provided in a part of Mp.
- the combustion pressure sensor 1a is entirely covered with an outer housing 2, and the outer housing 2 is constituted by a combination of a front housing portion 2f on the front side and a rear housing portion 2r on the rear side.
- the front part of the front housing part 2f constitutes a detection head part 1ah, and a diaphragm head 13 facing the combustion chamber Mr is provided on the front end surface of the detection head part 1ah.
- the combustion pressure sensor 1a (1b, 1c) according to the present embodiment is an improvement of the detection head portion 1ah (1bh, 1ch).
- various specific embodiments will be described with reference to FIGS. Will be explained. (First embodiment)
- FIG. 1 shows a combustion pressure sensor 1a according to a first embodiment of the present invention, in particular, a detection head portion 1ah in the combustion pressure sensor 1a.
- the combustion pressure sensor 1a basically includes a cylindrical outer housing 2 having an open front end 2s, and is accommodated in the outer housing 2, and a front end flange portion 3f is coupled to the front end 2s of the outer housing 2.
- the rear end engaging portion 3r is engaged with the inner surface of the outer housing 2 so as to be displaceable in the axial direction Fa, and the outer diameter of the housing main body portion 3m between the front end flange portion 3f and the rear end engaging portion 3r.
- a cylindrical sensor housing 3 that forms a predetermined gap C between the outer peripheral surface of the housing main body 3m and the inner peripheral surface of the outer housing 2, and the combustion pressure is accommodated in the sensor housing 3
- a pressure detection unit 4 that converts Pr into an electrical signal and outputs the electrical signal.
- the outer housing 2 is constituted by a combination of a front housing part 2f and a rear housing part 2r which are divided into two parts in the front and rear direction.
- a stainless steel material or the like can be used as the material of the front housing portion 2f
- a carbon steel material or the like can be used as the material of the rear housing portion 2r.
- the sensor housing 3 is accommodated in the front portion of the front housing portion 2f.
- the sensor housing 3 includes, from the front side, the front end flange portion 3f, the housing main body portion 3m, and the rear end engagement portion 3r, and is integrally formed of a stainless steel material or the like.
- the front end flange portion 3f is engaged (fixed) by engaging with the front end 2s of the front housing portion 2f, in particular, engaging both the front end surface 2sf and the inner peripheral surface.
- the front end flange portion 3f can be engaged with and fixed to both the front end surface 2sf and the inner peripheral surface of the outer housing 2, so that the mechanical coupling strength in the axial direction Fa and the radial direction of the sensor housing 3 with respect to the outer housing 2 is achieved. Can be increased.
- the sensor housing 3 can be easily assembled to the outer housing 2, and the pressure detection unit 4 can be easily assembled to the sensor housing 3.
- the housing main body 3m selects an outer diameter, and generates a predetermined gap C between the outer peripheral surface of the housing main body 3m and the inner peripheral surface of the front housing 2f.
- the rear end engaging portion 3r is formed to have a larger diameter than the outer diameter of the housing main body portion 3m, and a part or all of the rear end engaging portion 3r is brought into contact with the inner peripheral surface of the outer housing 2, and the shaft It is configured to be slidable in the direction Fa.
- the entire rear end engaging portion 3r means the entire circumference, and a part of the rear end engaging portion 3r includes, for example, a plurality of protrusions at predetermined intervals along the circumferential direction, This means that the protrusion is brought into contact with the inner peripheral surface of the outer housing 2.
- the rear end engaging portion 3r is brought into contact with the inner peripheral surface of the front housing portion 2f without rattling and is not fixed.
- the contact of the rear end engaging portion 3r with the inner peripheral surface of the front housing portion 2f may be not only surface contact but also line contact or point contact.
- the sensor housing 3 It is hardly transmitted and is absorbed by the contact between the inner peripheral surface of the front housing portion 2f and the rear end engaging portion 3r. Further, vibrations of the engine M, particularly vibration components in the axial direction Fa are also absorbed.
- the radial displacement of the rear end engaging portion 3r in the sensor housing 3 is regulated by the inner peripheral surface of the front housing portion 2f, and therefore the pressure supported by the sensor housing 3
- Unnecessary vibration components of the detection unit 4 that is, vibration amplification components and resonance components generated when the rear end engaging portion 3r is not in contact with the inner peripheral surface of the front housing portion 2f are suppressed and superimposed on the output signal. It can contribute to the reduction of the amount of noise.
- the pressure detector 4 is accommodated in the sensor housing 3.
- the pressure detection unit 4 includes a diaphragm head 13 disposed at the front end position, a piezoelectric element 14 disposed behind the diaphragm head 13 and provided with a displacement of the diaphragm head 13, and disposed behind the piezoelectric element 14. And an electrode portion 15 in contact with the rear surface of the piezoelectric element 14.
- the electrode portion 15 is formed in a disk shape and includes a lead connection portion 15j protruding rearward from the center.
- a donut-shaped insulating ring 21 formed of alumina ceramics or the like is brought into contact with the rear surface of the electrode portion 15, and this insulating ring 21 is integrally formed at the rear end inside the sensor housing 3 and extends in the center direction. It is made to contact
- the lead connection portion 15j is accommodated in the center hole of the insulating ring 21, and a spring accommodating recess into which the front end of a coil spring (elastic member) 22 also serving as a lead to be described later is provided by the insulation ring 21 and the lead connection portion 15j.
- the diaphragm head 13 is provided inside the ring-shaped diaphragm portion 13d, the head flange portion 13f provided outside the diaphragm portion 13d and fixed to the front end surface 3ff of the front end flange portion 3f, and the inside of the diaphragm portion 13d. And a disc-shaped transmission portion 13t that is brought into contact with the front surface of the piezoelectric element 14.
- the transmission portion 13t also serves as the other electrode portion in surface contact with the front surface of the piezoelectric element 14.
- a pipe member 11 is disposed inside the front housing portion 2 f and behind the sensor housing 3.
- the pipe member 11 is integrally formed of an insulating material and has a lead insertion portion through which the coil spring 22 is inserted.
- a pressure spring (elastic member) 12 is disposed behind the pipe member 11 to press the pipe member 11 forward.
- a stopper portion 2is for locking the front end of the pipe member 11 is integrally formed on the inner peripheral surface of the front housing portion 2f so that the sensor housing 3 and the pipe member 11 are not in contact with each other.
- the sensor housing 3 is not restricted with respect to the axial direction Fa except that the front end flange portion 3f is fixed to the front end 2s of the front housing portion 2f. Therefore, the sensor housing 3 is distorted by expansion and contraction of the front housing portion 2f. There is nothing.
- the combustion pressure sensor 1a according to the first embodiment, it is assumed that the outer housing 2 has repeatedly deformed due to thermal expansion / contraction due to cooling by the high-temperature gas and fuel from the combustion chamber Mr of the engine M.
- the vibration of the engine M with respect to the pressure detector 4, particularly the vibration component in the axial direction Fa is absorbed, and the output signal (combustion pressure waveform) of the pressure detector 4 is absorbed.
- the amount of noise superimposed on can be greatly reduced, and the combustion pressure Pr can be detected with high accuracy.
- it can be easily implemented with a small number of parts and a relatively simple structure unnecessary enlargement of the combustion pressure sensor 1a and reduction in manufacturability can be avoided, and cost reduction in both parts cost and manufacturing cost can be achieved. be able to.
- FIG. 2 shows a combustion pressure sensor 1b according to a second embodiment of the present invention, in particular, a detection head portion 1bh in the combustion pressure sensor 1b.
- the basic configuration of the combustion pressure sensor 1b is the same as that of the first embodiment, but the combustion pressure sensor 1b according to the second embodiment is different from the combustion pressure sensor 1a according to the first embodiment in FIG.
- the front end surface 11p of the pipe member 11 disposed inside the outer housing 2 behind the rear end engaging portion 3r of the sensor housing 3 is pressed against the rear end surface of the rear end engaging portion 3r of the sensor housing 3.
- the difference is that the configuration to be added is added.
- the combustion pressure sensor 1b according to the second embodiment of the present invention includes a pipe member 11 housed inside the outer housing 2 behind the rear end engaging portion 3r of the sensor housing 3, and the pipe member 11 forward.
- An elastic member 12 that presses the front end face 11p of the pipe member 11 against the rear end engaging portion 3r of the sensor housing 3 is configured.
- the stopper portion 2 is provided in the first embodiment shown in FIG. 1 is not provided.
- the front end surface 11p of the pipe member 11 pressed forward by the pressure spring (elastic member) 12 is in pressure contact with the rear end surface of the rear end engaging portion 3r of the sensor housing 3.
- the front end surface 11p of the pipe member 11 is formed as a flat surface, and is brought into surface contact with the rear end surface of the rear end engaging portion 3r as much as possible.
- the same operational effect can be obtained, that is, the high-temperature gas and fuel from the combustion chamber Mr of the engine M Even if the outer housing 2 is repeatedly deformed due to thermal expansion / shrinkage due to the cooling due to the above, the vibration is hardly transmitted to the pressure detection unit 4, and the vibration of the engine M with respect to the pressure detection unit 4, particularly the vibration component in the axial direction Fa is As a result, the amount of noise superimposed on the output signal of the pressure detector 4 is greatly reduced, and the combustion pressure Pr with high accuracy can be detected.
- FIG. 3 shows a combustion pressure sensor 1c according to a third embodiment of the present invention, in particular, a detection head portion 1ch in the combustion pressure sensor 1c.
- the combustion pressure sensor 1c according to the third embodiment is different from the combustion pressure sensor 1b according to the second embodiment in FIG.
- the rear end engaging portion 3r is different from the inner peripheral surface of the outer housing 2 in that the rear end engaging portion 3r is not in contact with the inner peripheral surface.
- the outer diameter of the rear end engaging portion 3r of the sensor housing 3 is selected so as not to contact the inner peripheral surface of the outer housing 2. Is provided. For this reason, in the combustion pressure sensor 1c according to the third embodiment, the outer diameter of the rear end engaging portion 3r of the sensor housing 3 is formed to be the same as the outer diameter of the housing main body portion 3m. Even in this case, a configuration similar to that of the combustion pressure sensor 1b according to the second embodiment shown in FIG. 2, that is, inside the outer housing 2 behind the rear end engaging portion 3r of the sensor housing 3 is provided.
- the sensor housing 3 is elastically fixed in the axial direction, and the direction orthogonal to the axial direction Fa is caused by resistance due to surface contact between the rear end surface of the rear end portion 3r of the sensor housing 3 and the front end surface 11p of the pipe member 11. Therefore, even if the rear end portion 3r of the sensor housing 3 is not in contact with the inner peripheral surface of the front housing portion 2f, the same fixing force as that in the case of contact is secured.
- the outer housing 2 is deformed by thermal expansion / contraction due to the same effect as the combustion pressure sensor 1a according to the first embodiment of FIG. 1, that is, cooling by the high-temperature gas and fuel from the combustion chamber Mr of the engine M. Is repeated, the vibration of the engine M with respect to the pressure detection unit 4, particularly the vibration component in the axial direction Fa, is absorbed, and the output signal of the pressure detection unit 4 is absorbed. The amount of noise to be superimposed is greatly reduced, and the combustion pressure Pr with high accuracy can be detected. Further, since it can be easily implemented with a small number of parts and a relatively simple structure, unnecessary enlargement of the combustion pressure sensor 1c and reduction in manufacturability can be avoided, and cost reduction in both parts cost and manufacturing cost can be achieved. be able to. In FIG. 3, the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals to clarify the configuration, and detailed description thereof is omitted.
- the present invention is not limited to such an embodiment, and the detailed configuration, shape, material, quantity, and the like are within the scope that does not depart from the spirit of the present invention. , Can be changed, added and deleted arbitrarily.
- the case where the cylindrical outer housing 2 is configured by a combination of the front housing 2f and the rear housing 2r has been shown, but it may be configured as an integral type.
- the fixing structure of the front end flange portion 3f with respect to the front end 2s of the outer housing 2, the configuration of the pressure detection unit 4, and the configuration of the diaphragm head 13 are not limited to the illustrated configuration and configuration, and exhibit similar functions. It can be replaced by other structures and configurations.
- the combustion pressure sensors 1a, 1b, and 1c according to the present invention can be used as sensors for detecting the combustion pressure of engines (internal combustion engines) in various other applications including various engines M represented by automobile engines. .
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Abstract
前端２ｓが開口した円筒状のアウタハウジング２と、このアウタハウジング２の内部に収容し、かつ前端フランジ部３ｆを当該アウタハウジング２の前端２ｓに結合するとともに、後端係合部３ｒをアウタハウジング２の内面に対して軸方向Ｆａへ変位可能に係合させ、かつ前端フランジ部３ｆと後端係合部３ｒ間におけるハウジング本体部３ｍの外径を選定して当該ハウジング本体部３ｍの外周面とアウタハウジング２の内周面間に所定の隙間Ｃを形成する円筒状のセンサハウジング３と、このセンサハウジング３の内部に収容し、かつ燃焼室Ｍｒから付与される燃焼圧Ｐｒを電気信号に変換して出力する圧力検出部４とを備える。
Description
本発明は、エンジンの燃焼室内における燃焼圧を検出する際に用いて好適な燃焼圧センサに関する。
従来、エンジンに付設して燃焼室内の燃焼圧を検出する燃焼圧センサとしては、特許文献１で開示される圧力センサ及び特許文献２で開示される圧力トランスデューサが知られている。
ところで、この種の燃焼圧センサは、通常、アンプ内蔵型として構成され、ハウジング内には、少なくとも、圧力を電気信号に変換する圧電素子と、この圧電素子から得られる電気信号を処理する回路基板と、圧電素子と回路基板を電気的に接続するリードとを備えている。燃焼圧センサにアンプを内蔵させる理由は、圧電素子から得られる電気信号を伝送ケーブルを介して車載コントローラまで伝送する場合、伝送される微弱な電気信号に外乱ノイズが重畳することにより誤動作を生じる問題を回避するとともに、加えて、ノイズの影響を受けにくい高価なローノイズケーブルの使用を回避するためである。
一方、この種の燃焼圧センサは、低温から高温まで変化する厳しい温度環境に晒されるため、燃焼圧センサに回路基板を内蔵させる場合、これらの温度環境に耐える耐熱性部品が必要になるとともに、特に、熱伸縮に伴う接合部の断線を防止するための対策を施す必要があるため、通常、圧電素子と回路基板を接続するリードに熱収縮を吸収するための湾曲部を設けるとともに、熱収縮により生じるリードの変位を逃すための内部空間を確保しているが、内部構造が複雑になり、製造性の低下，製造工数の増加及びコストアップを招く原因となる。
また、燃焼圧センサをエンジンに付設した場合、厳しい温度環境のみならず、劣悪な振動環境にも晒される。したがって、リードの変位を逃がすための内部空間を確保した場合には、リードに無用な振動、即ち、伝達される振動以外の揺れや共振動を許容してしまうことから、無用な振動に伴うリードの相対変位により接合部の断線や接触不良等を招く虞があり、信頼性においても十分とは言えなかった。
特許文献１は、このような従来における課題の解決を目的としたものである。特許文献１で開示される圧力センサ（燃焼圧センサ）の構成を、図７に符号５０で示すとともに、図８に当該圧力センサ５０の先端部（検出ヘッド部５１）を拡大して示す。
圧力センサ５０はハウジング５２を備え、このハウジング５２は前後に二分割したフロントハウジング部５２ｆとリアハウジング部５２ｒの組合せにより構成する。フロントハウジング部５２ｆは全体を筒状に形成し、前部に、圧電素子５３及び電極部５４を収容するとともに、フロントハウジング部５２ｆの前端部には、ダイヤフラムヘッド５５を固着する。ダイヤフラムヘッド５５は、圧力が作用するダイヤフラム部５５ｄと、ダイヤフラムヘッド５５の周縁部を構成するフランジ部５５ｆと、ダイヤフラム部５５ｄの後面に有する伝達部５５ｔを一体形成してなる。ダイヤフラムヘッド５５の後には、ダイヤフラム部５５ｄに作用する圧力を電気信号に変換する圧電素子５３を配設する。
なお、伝達部５５ｔは圧電素子５３の前面に面接触する一方の電極部を兼ねている。圧電素子５３の後には、他方の電極部５４を配設する。電極部５４は、圧電素子５３の後面に面接触する素子側電極部５４ｓと、この反対側に突出する突起状のリード側電極部５６を一体に有する。この電極部５４（電極部５６）には、アルミナセラミックス等により形成したドーナツ形の絶縁リング５７を嵌合する。これにより、電極部５６が絶縁リング５７の中心孔に収容され、絶縁リング５７には、後述するコイルスプリング（弾性部材）５８の一端が入るスプリング収容凹部５９が設けられる。また、フロントハウジング部５２ｆの後部には、円筒状の絶縁パイプ６０を収容する。絶縁パイプ６０は、後述するリード部６１の前部６１ｆが挿通するリード挿通孔６２を有する。また、フロントハウジング部５２ｆの中間部は、絶縁リング５７及び絶縁パイプ６０のストッパとして機能し、かつ小径の挿通孔を設けることにより、スプリング収容凹部５９とリード挿通孔６２を連通させる。
さらに、リアハウジング部５２ｒは、図７に示すように、全体を筒状に形成し、前部の外周面に取付ネジ部６３を設けるとともに、後部の外周面に工具係止部６４を設ける。そして、リアハウジング部５２ｒの前端には、上述したフロントハウジング部５２ｆの後端を接合する。また、工具係止部６４は比較的大径に形成し、内部に基板収容室６５を設けるとともに、リアハウジング部５２ｒの後端にコネクタ部６６を取付け、基板収容室６５を閉塞する。一方、リアハウジング部５２ｒの前部となる取付ネジ部６３の内部には、ガイドパイプ６７を収容する。このガイドパイプ６７はリード部６１の中間部６１ｍが挿通するリード挿通孔６８を有する。さらに、基板収容室６５には、圧電素子５３から得られる電気信号を処理（増幅処理）する回路基板部６９を収容する。そして、この回路基板部６９の中心にはリード部６１を接続する。このため、回路基板部６９は、中心にリード部６１の一端６１ｓを挿通（貫通）させるリード挿通孔を有する。リード部６１は、直線状をなす断面円形のピン部材６１ｐによリ一体に形成し、ガイドパイプ６７のリード挿通孔６８に挿通する中間部６１ｍと、この中間部６１ｍの前端から延出し、かつこの中間部６１ｍよりも小径に形成することにより絶縁パイプ６０に挿通する前部６１ｆと、中間部６１ｍの後端から延出し、かつこの中間部６１ｍよりも大径に形成する後部６１ｒからなる。そして、上述した電極部５６とリード部６１の他端６１ｔ（前部６１ｆ）間には、コイルスプリング（弾性部材）５８を圧縮した状態で介在させる。
また、コネクタ部６６は、アルミナセラミックスや機能性樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂等）等の絶縁材料により一体形成し、前端部がリアハウジング部５２ｒ（基板収容室６５）の後端に挿入することにより当該後端を閉塞するコネクタ基部７０を備える。このコネクタ基部７０には、前述した三つのプラグピン７１ａ，７１ｃ（二つ記載）が貫通し、コネクタ基部７０内に突出することにより、コネクタ部６６を構成する。
したがって、このような構成を有する特許文献１の圧力センサ（燃焼圧センサ）５０によれば、リード部６１を直線状のピン部材６１ｐにより形成し、リード部６１の一端６１ｓ側を、回路基板部６９に貫通させ、かつ回路基板部６９の反対側で当該回路基板部６９に接続するとともに、リード部６１の他端６１ｔを、圧縮した導電性を有する弾性部材５８を介して圧電素子５３側の電極部５６に接続するため、リード部６１に設ける熱伸縮を吸収するための湾曲部（折曲部）やその変位を逃がす内部空間の確保が不要となり、内部構造の単純化による製造性の向上，製造工数の低減及び製造コストの削減を図ることができる。また、リード部６１に設ける熱伸縮を吸収するための湾曲部（折曲部）やその変位を逃がす内部空間の確保が不要になることから、リード部５に対する振動環境による悪影響を防止することができる。したがって、振動による接合部（接続部）の断線や接触不良等を回避し、信頼性を飛躍的に高めることができ、圧力センサ５０は、エンジンの燃焼室Ｍｒの圧力を検出する燃焼圧センサに用いて最適となる。さらに、弾性部材に、コイルスプリング５８を用いることにより、リード部６１の直線性及びバランス性を確保しつつ伸縮に伴うリード部６１の相対変位を確実に吸収することができる。
他方、特許文献２も、前述した従来における課題の解決を目的としたものである。特許文献２で開示される圧力トランスデューサ（燃焼圧センサ）の構成を、図９に符号８０で示す。
圧力トランスデューサ８０は、加速度又は振動の影響を少なくするため、構成要素の２つの質量をそれぞれの接続要素を含めて調整する動的補償装置を備えたものであり、ハウジング外側部分８１は内側部分８２を囲み、内側部分８２は載置された補償質量８３、測定結晶アレー８４及びダイヤフラム８５を介してフランジ８６に結合されたダイヤフラム付き底部質量８７より構成されている。個々のスラットによっても置換し得る内壁スリーブ８８は、フランジ８６と同様に補償質量８３にも結合している。これは閉鎖ユニットを形成し、その中に固まれた測定結晶アレー８４が機械的に負荷されている。
内側部分８２は、加速度感度の粗または精密補償の後、ハウジング外側部分８１内に挿入され、溶接部８９によりフランジ８６を介してハウジング外側部分８１に結合される。それ故、ダイヤフラム部分８５は、ハウジング外側部分８１に、また、組付けねじ７０を介して設置点で機械の壁７１に強固に結合される。内側部分８２に適合した測定装置は、ハウジング外側部分８１の壁のどこにも接触しないため、自由に振動することができる。測定結晶アレー８４は横断カットの結晶要素であり、その中央部において接触ばね７２が信号をコネクタに弾性的に伝達する。
ダイヤフラム８５および内壁スリーブ８８は、補償質量８７及び底部質量８３及びフランジ８６間の剛性が限定されたばね要素として作用する接続要素である。それらの剛性は、質量の適合に関連して加速度及び振動力を補償するため、材料を除去することによって適合させることができる。
しかし、上述した従来の燃焼圧センサは、次のような解決すべき課題が存在した。
まず、特許文献１の圧力センサ５０は、リード部に設ける熱伸縮を吸収するための湾曲部（折曲部）やその変位を逃がす内部空間の確保が不要となり、内部構造の単純化による製造性の向上，製造工数の低減及び製造コストの削減を図ることができるが、図４に示すように、圧力センサ５０をエンジンＭに取り付けた場合、エンジンＭの燃焼室Ｍｒからの高温ガスと燃料による冷却により、フロントハウジング部５２ｆが熱膨張／熱収縮による変形を繰り返し、この熱膨張／熱収縮による変形はフロントハウジング部５２ｆに収容された圧電素子３３や他の内部構造に伝わり、圧力センサ５０の出力信号、即ち、燃焼圧波形を歪ませる原因となる。また、エンジンの振動により圧力センサ５０も振動し、この結果、フロントハウジング部５２ｆが変形するため、フロントハウジング部５２ｆに収容された圧電素子５３や他の内部構造に伝わり、圧力センサ５０の出力信号の燃焼圧波形にノイズとして重畳される。図６は、圧力センサ５０を用いた場合の行程容量対筒内圧力の特性図を示すが、吸入行程ではノイズＮｓの発生を確認できる。
他方、特許文献２の圧力トランスデューサ８０は、測定結晶アレー（圧電素子）８４をハウジング外側部分８１から分離し、補償質量８７及び底部質量８３等により加速度及び振動力を補償することにより、ハウジング外側部分８１の熱膨張／熱収縮による変形や振動による影響を抑えているが、補償質量８７及び底部質量８３等の調整は非常に難しく、量産性を高めるのは困難となる。
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した燃焼圧センサの提供を目的とするものである。
本発明は、上述した課題を解決するため、エンジンＭの燃焼室Ｍｒ内における燃焼圧Ｐｒを検出する燃焼圧センサ１ａ，１ｂ，１ｃを構成するに際して、少なくとも前端２ｓが開口した円筒状のアウタハウジング２と、このアウタハウジング２の内部に収容し、かつ前端フランジ部３ｆを当該アウタハウジング２の前端２ｓに結合するとともに、後端係合部３ｒをアウタハウジング２の内面に対して軸方向Ｆａへ変位可能に係合させ、かつ前端フランジ部３ｆと後端係合部３ｒ間におけるハウジング本体部３ｍの外径を選定して当該ハウジング本体部３ｍの外周面とアウタハウジング２の内周面間に所定の隙間Ｃを形成する円筒状のセンサハウジング３と、このセンサハウジング３の内部に収容し、かつ燃焼室Ｍｒから付与される燃焼圧Ｐｒを電気信号に変換して出力する圧力検出部４とを具備することを特徴とする。
この場合、発明の好適な実施の態様により、センサハウジング３の後端係合部３ｒを、ハウジング本体部３ｍの外径よりも大径に形成し、後端係合部３ｒの一部又は全部をアウタハウジング２の内周面に接触させる形態であってもよいし、或いは、センサハウジング３の後端係合部３ｒの後方におけるアウタハウジング２の内部に収容したパイプ部材１１と、このパイプ部材１１を前方へ押圧して当該パイプ部材１１の前端面１１ｐをセンサハウジング３の後端係合部３ｒに圧接させる弾性部材１２とを備えた形態であっても良いし、さらに、この場合において、センサハウジング３の後端係合部３ｒの外径を選定することによりアウタハウジング２の内周面に対して非接触にした形態であってもよい。他方、前端フランジ部３ｆは、アウタハウジング２の前端面２ｓｆ及び内周面の双方に係合させて固定することができる。また、圧力検出部４は、前端位置に配したダイヤフラムヘッド１３と、このダイヤフラムヘッド１３の後方に配し、かつダイヤフラムヘッド１３の変位が付与される圧電素子１４と、この圧電素子１４の後方に配し、圧電素子１４の後面に接触する電極部１５とを備えて構成できる。さらに、ダイヤフラムヘッド１３は、リング状のダイヤフラム部１３ｄと、このダイヤフラム部１３ｄの外側に設け、かつ前端フランジ部３ｆの前端面３ｆｆに固定するヘッドフランジ部１３ｆと、ダイヤフラム部１３ｄの内側に設け、かつ圧電素子１４の前面に当接させる円盤状の伝達部１３ｔとを備えて構成できる。
このような本発明に係る燃焼圧センサ１ａ，１ｂ，１ｃによれば、次のような顕著な効果を奏する。
（１） エンジンＭの燃焼室Ｍｒからの高温ガスと燃料による冷却により、アウタハウジング２が熱膨張／熱収縮による変形を繰り返したとしても、圧力検出部４にはほとんど伝達されないとともに、圧力検出部４に対するエンジンＭの振動、特に軸方向Ｆａの振動成分は吸収されることになり、圧力検出部４の出力信号（燃焼圧波形）に重畳するノイズ量を大幅に低減し、精度の高い燃焼圧Ｐｒを検出できる。図５は、本実施形態に係る燃焼圧センサ１ａを用いた場合の行程容量対筒内圧力の特性図を示すが、吸入行程でのノイズＮｓの重畳量は、図６に示した従来（特許文献１）の燃焼圧センサ（圧力センサ５０）の場合に比べて大幅に低減させることができる。
（２） 少ない部品点数と比較的簡易な構造により容易に実施できるため、燃焼圧センサ１ａ，１ｂ，１ｃの無用な大型化及び製造性の低下を回避できるとともに、部品コスト及び製造コストの双方における低コスト化を図ることができる。
（３） 好適な態様により、センサハウジング３の後端係合部３ｒを、ハウジング本体部３ｍの外径よりも大径に形成し、当該後端係合部３ｒの一部又は全部をアウタハウジング２の内周面に接触させる形態を採用すれば、アウタハウジング２の内周面によりセンサハウジング３の後端係合部３ｒの径方向の変位が規制されるため、このセンサハウジング３に支持される圧力検出部４の無用な振動成分が抑制され、出力信号に重畳するノイズ量の更なる低減に寄与できる。
（４） 好適な態様により、センサハウジング３の後端係合部３ｒの後方におけるアウタハウジング２の内部に収容したパイプ部材１１と、このパイプ部材１１を前方へ押圧して当該パイプ部材１１の前端面１１ｐをセンサハウジング３の後端係合部３ｒに圧接させる弾性部材１２とを備える形態を採用すれば、燃焼室Ｍｒからセンサハウジング３に伝達された熱は、パイプ部材１１及びアウタハウジング２を経由して放熱できるため、センサハウジング３内に熱が蓄積されるのを防止でき、もって、圧力検出部４に対する熱的な影響を低減できる。
（５） 好適な態様により、センサハウジング３の後端係合部３ｒの外径を選定することによりアウタハウジング２の内周面に対して非接触にする形態を採用すれば、アウタハウジング２の内周面に対するセンサハウジング３の後端係合部３ｒの接触無しであっても、当該後端係合部３ｒにおける径方向の変位を規制できるため、アウタハウジング２からセンサハウジング３に伝達される振動の伝達量に対する更なる低減に寄与できる。
（６） 好適な態様により、前端フランジ部３ｆを、アウタハウジング２の前端面２ｓｆ及び内周面の双方に係合させて固定すれば、アウタハウジング２に対するセンサハウジング３の軸方向Ｆａ及び径方向の機械的結合強度を高めることができる。また、アウタハウジング２に対するセンサハウジング３の組付けを容易に行うことができるとともに、センサハウジング３に対する圧力検出部４の組付容易化にも寄与できる。
１：燃焼圧センサ，２：アウタハウジング，２ｓ：アウタハウジングの前端，３：センサハウジング，３ｆ：前端フランジ部，３ｒ：後端係合部，３ｍ：ハウジング本体部，４：圧力検出部，１１：パイプ部材，１１ｐ：パイプ部材の前端面，１２：弾性部材，１３：ダイヤフラムヘッド，１３ｄ：ダイヤフラム部，１３ｆ：ヘッドフランジ部，１３ｔ：伝達部，１４：圧電素子，１５：電極部，Ｍ：エンジン，Ｍｒ：燃焼室，Ｆａ：軸方向，Ｃ：所定の隙間
次に、本発明に係る最良実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
本実施形態に係る燃焼圧センサ１ａ（１ｂ，１ｃも同様）は、図４に示すように、エンジンＭの燃焼室Ｍｒ内における燃焼圧Ｐｒを検出するものであり、エンジンＭを構成するシリンダブロックＭｐの一部に設けた取付孔Ｍｐｈに、燃焼圧センサ１ａの取付ネジ部６３を螺着して取付ける。燃焼圧センサ１ａは、全体がアウタハウジング２により覆われ、このアウタハウジング２は前側のフロントハウジング部２ｆと後側のリアハウジング部２ｒの組合わせにより構成する。また、フロントハウジング部２ｆの前部は、検出ヘッド部１ａｈを構成し、この検出ヘッド部１ａｈの前端面には、燃焼室Ｍｒに臨むダイヤフラムヘッド１３を備える。
本実施形態に係る燃焼圧センサ１ａ（１ｂ，１ｃ）は、検出ヘッド部１ａｈ（１ｂｈ，１ｃｈ）を改善したものであり、以下、具体的な各種実施形態を挙げ、図１～図３を参照して説明する。
（第１実施形態）
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃焼圧センサ１ａ、特に、燃焼圧センサ１ａにおける検出ヘッド部１ａｈを示す。燃焼圧センサ１ａは、基本的な構成として、前端２ｓが開口した円筒状のアウタハウジング２と、このアウタハウジング２の内部に収容し、かつ前端フランジ部３ｆを当該アウタハウジング２の前端２ｓに結合するとともに、後端係合部３ｒをアウタハウジング２の内面に対して軸方向Ｆａへ変位可能に係合させ、かつ前端フランジ部３ｆと後端係合部３ｒ間におけるハウジング本体部３ｍの外径を選定して当該ハウジング本体部３ｍの外周面とアウタハウジング２の内周面間に所定の隙間Ｃを形成する円筒状のセンサハウジング３と、このセンサハウジング３の内部に収容し、かつ燃焼圧Ｐｒを電気信号に変換して出力する圧力検出部４とを備える。
アウタハウジング２は、前後に二分割したフロントハウジング部２ｆとリアハウジング部２ｒの組合せにより構成する。この場合、フロントハウジング部２ｆの材料にはステンレス鋼材等を用いることができるとともに、リアハウジング部２ｒの材料には炭素鋼材等を用いることができる。フロントハウジング部２ｆの前部であってその内部には、センサハウジング３を収容する。
センサハウジング３は、上述したように、前側から、前端フランジ部３ｆ，ハウジング本体部３ｍ及び後端係合部３ｒを備え、ステンレス鋼材等により全体を一体形成する。前端フランジ部３ｆは、フロントハウジング部２ｆの前端２ｓに係合、特に、前端面２ｓｆ及び内周面の双方に係合させて固定（接合）する。これにより、前端フランジ部３ｆを、アウタハウジング２の前端面２ｓｆ及び内周面の双方に係合させて固定できるため、アウタハウジング２に対するセンサハウジング３の軸方向Ｆａ及び径方向の機械的結合強度を高めることができる。しかも、アウタハウジング２に対するセンサハウジング３の組付けを容易に行うことができるとともに、センサハウジング３に対する圧力検出部４の組付容易化にも寄与できる。
また、ハウジング本体部３ｍは、外径を選定し、ハウジング本体部３ｍの外周面とフロントハウジング部２ｆの内周面間に所定の隙間Ｃを生じさせる。さらに、後端係合部３ｒは、ハウジング本体部３ｍの外径よりも大径に形成し、当該後端係合部３ｒの一部又は全部をアウタハウジング２の内周面に接触させ、軸方向Ｆａに摺動可能に構成する。この場合、後端係合部３ｒの全部とは全周を意味し、後端係合部３ｒの一部とは、例えば、周方向に沿って所定間隔おきに複数の突起部を形成し、この突起部をアウタハウジング２の内周面に接触させる意味である。このように、後端係合部３ｒは、フロントハウジング部２ｆの内周面に対して、ガタ付き無く接触させ、固定はしない。なお、フロントハウジング部２ｆの内周面に対する後端係合部３ｒの接触は、面接触のみならず、線接触或いは点接触であってもよい。
このような構成により、エンジンＭの燃焼室Ｍｒからの高温ガスと燃料による冷却により、アウタハウジング２（フロントハウジング部２ｆ）が熱膨張／熱収縮による変形を繰り返したとしても、センサハウジング３にはほとんど伝達されず、フロントハウジング部２ｆの内周面と後端係合部３ｒの接触により吸収される。また、エンジンＭの振動、特に軸方向Ｆａの振動成分も吸収されることになる。しかも、このような構成を採用すれば、フロントハウジング部２ｆの内周面によりセンサハウジング３における後端係合部３ｒの径方向の変位が規制されるため、このセンサハウジング３に支持される圧力検出部４の無用な振動成分、即ち、後端係合部３ｒがフロントハウジング部２ｆの内周面に接触していない場合に生じる振動の増幅成分や共振成分が抑制され、出力信号に重畳するノイズ量の低減に寄与できる。
一方、センサハウジング３の内部には圧力検出部４を収容する。この圧力検出部４は、前端位置に配したダイヤフラムヘッド１３と、このダイヤフラムヘッド１３の後方に配し、かつダイヤフラムヘッド１３の変位が付与される圧電素子１４と、この圧電素子１４の後方に配し、圧電素子１４の後面に接触する電極部１５を備える。また、電極部１５は円盤状に形成し、中心から後方に突出したリード接続部１５ｊを備える。さらに、電極部１５の後面には、アルミナセラミックス等により形成したドーナツ形の絶縁リング２１を当接させ、この絶縁リング２１は、センサハウジング３の内部の後端に一体形成し、かつ中心方向に向けて形成したフランジ部３ｉの内面に当接させる。これにより、リード接続部１５ｊが絶縁リング２１の中心孔に収容され、絶縁リング２１とリード接続部１５ｊにより、後述するリードを兼ねるコイルスプリング（弾性部材）２２の前端が入るスプリング収容凹部が設けられる。
また、ダイヤフラムヘッド１３は、リング状のダイヤフラム部１３ｄと、このダイヤフラム部１３ｄの外側に設け、かつ前端フランジ部３ｆの前端面３ｆｆに固定するヘッドフランジ部１３ｆと、ダイヤフラム部１３ｄの内側に設け、かつ圧電素子１４の前面に当接させる円盤状の伝達部１３ｔとを備える。なお、伝達部１３ｔは圧電素子１４の前面に面接触する他方の電極部を兼ねている。
他方、フロントハウジング部２ｆの内部であって、センサハウジング３の後方にはパイプ部材１１を配する。このパイプ部材１１は絶縁素材により一体形成し、内部にコイルスプリング２２が挿通するリード挿通部を設ける。さらに、パイプ部材１１の後方には加圧スプリング（弾性部材）１２を配することにより、パイプ部材１１を前方へ押圧する。この場合、フロントハウジング部２ｆの内周面には、パイプ部材１１の前端を係止するストッパ部２ｉｓを一体形成し、センサハウジング３とパイプ部材１１は非接触にする。これにより、センサハウジング３は、前端フランジ部３ｆをフロントハウジング部２ｆの前端２ｓに固定する以外は、軸方向Ｆａに対する規制が無いため、フロントハウジング部２ｆの伸縮によりセンサハウジング３に歪みが発生することはない。
よって、このような第１実施形態に係る燃焼圧センサ１ａによれば、エンジンＭの燃焼室Ｍｒからの高温ガスと燃料による冷却により、アウタハウジング２が熱膨張／熱収縮による変形を繰り返したとしても、圧力検出部４にはほとんど伝達されないとともに、圧力検出部４に対するエンジンＭの振動、特に軸方向Ｆａの振動成分は吸収されることになり、圧力検出部４の出力信号（燃焼圧波形）に重畳するノイズ量を大幅に低減し、精度の高い燃焼圧Ｐｒを検出できる。また、少ない部品点数と比較的簡易な構造により容易に実施できるため、燃焼圧センサ１ａの無用な大型化及び製造性の低下を回避できるとともに、部品コスト及び製造コストの双方における低コスト化を図ることができる。
（第２実施形態）
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係る燃焼圧センサ１ｂ、特に、燃焼圧センサ１ｂにおける検出ヘッド部１ｂｈを示す。燃焼圧センサ１ｂにおいて、基本的な構成は、第１実施形態と同じであるが、第２実施形態に係る燃焼圧センサ１ｂは、第１実施形態に係る燃焼圧センサ１ａに対して、図２に示すように、センサハウジング３の後端係合部３ｒの後方におけるアウタハウジング２の内部に配したパイプ部材１１の前端面１１ｐを、センサハウジング３の後端係合部３ｒの後端面に圧接させる構成を追加した点が異なる。
即ち、本発明の第２実施形態に係る燃焼圧センサ１ｂは、センサハウジング３の後端係合部３ｒの後方におけるアウタハウジング２の内部に収容したパイプ部材１１と、このパイプ部材１１を前方へ押圧して当該パイプ部材１１の前端面１１ｐをセンサハウジング３の後端係合部３ｒに圧接させる弾性部材１２とを備える形態として構成する。このため、第２実施形態に係る燃焼圧センサ１ｂでは、図１で示した第１実施形態に備えるストッパ部２ｉｓは設けない。この結果、加圧スプリング（弾性部材）１２により前方へ押圧されるパイプ部材１１の前端面１１ｐはセンサハウジング３の後端係合部３ｒの後端面に圧接する。この場合、パイプ部材１１の前端面１１ｐは平坦面に形成し、後端係合部３ｒの後端面に対して、できるだけ広い面積により面接触させることが望ましい。これにより、燃焼室Ｍｒからセンサハウジング３に伝達された熱は、パイプ部材１１及びアウタハウジング２を経由して放熱できるため、センサハウジング３内に熱が蓄積されるのを防止でき、圧力検出部４に対する熱的な影響を低減できる。
また、図１に示した第１実施形態に係る燃焼圧センサ１ａと同様の構成は包含するため、同様の作用効果を得ることができる、即ち、エンジンＭの燃焼室Ｍｒからの高温ガスと燃料による冷却により、アウタハウジング２が熱膨張／熱収縮による変形を繰り返したとしても、圧力検出部４にはほとんど伝達されないとともに、圧力検出部４に対するエンジンＭの振動、特に軸方向Ｆａの振動成分は吸収されることになり、圧力検出部４の出力信号に重畳するノイズ量を大幅に低減し、精度の高い燃焼圧Ｐｒを検出できる。また、少ない部品点数と比較的簡易な構造により容易に実施できるため、燃焼圧センサ１ｂの無用な大型化及び製造性の低下を回避できるとともに、部品コスト及び製造コストの双方における低コスト化を図ることができる。なお、図２において、図１と同一部分には、同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
（第３実施形態）
（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態に係る燃焼圧センサ１ｃ、特に、燃焼圧センサ１ｃにおける検出ヘッド部１ｃｈを示す。燃焼圧センサ１ｃにおいて、基本的な構成は、第２実施形態と同じであるが、第３実施形態に係る燃焼圧センサ１ｃは、第２実施形態に係る燃焼圧センサ１ｂに対して、図３に示すように、後端係合部３ｒがアウタハウジング２の内周面に対して非接触となるように構成した点が異なる。
即ち、本発明の第３実施形態に係る燃焼圧センサ１ｃは、センサハウジング３の後端係合部３ｒの外径を選定することによりアウタハウジング２の内周面に対して非接触にする形態を備える。このため、第３実施形態に係る燃焼圧センサ１ｃでは、センサハウジング３の後端係合部３ｒの外径をハウジング本体部３ｍの外径と同一に形成した。なお、この場合であっても、図２に示した第２実施形態に係る燃焼圧センサ１ｂと同様の構成、即ち、センサハウジング３の後端係合部３ｒの後方におけるアウタハウジング２の内部に収容したパイプ部材１１と、このパイプ部材１１を前方へ押圧して当該パイプ部材１１の前端面１１ｐをセンサハウジング３の後端係合部３ｒに圧接させる弾性部材１２とを包含するため、同様の作用効果を得ることができる、即ち、燃焼室Ｍｒからセンサハウジング３に伝達された熱は、パイプ部材１１及びアウタハウジング２を経由して放熱できるため、センサハウジング３内に熱が蓄積されるのを防止でき、圧力検出部４に対する熱的な影響を低減できる。また、パイプ部材１１の前端面１１ｐをセンサハウジング３の後端係合部３ｒにおける後端面に圧接させていることから、後端係合部３ｒにおける径方向の変位は規制される。即ち、センサハウジング３は軸方向において弾性的に固定されるとともに、軸方向Ｆａと直交する方向はセンサハウジング３の後端部３ｒにおける後端面とパイプ部材１１の前端面１１ｐの面接触による抵抗により固定されるため、フロントハウジング部２ｆの内周面にセンサハウジング３の後端部３ｒが非接触であっても接触している場合と同等の固定力が確保される。
したがって、図１の第１実施形態に係る燃焼圧センサ１ａと同様の作用効果、即ち、エンジンＭの燃焼室Ｍｒからの高温ガスと燃料による冷却により、アウタハウジング２が熱膨張／熱収縮による変形を繰り返したとしても、圧力検出部４にはほとんど伝達されないとともに、圧力検出部４に対するエンジンＭの振動、特に軸方向Ｆａの振動成分は吸収されることになり、圧力検出部４の出力信号に重畳するノイズ量を大幅に低減し、精度の高い燃焼圧Ｐｒを検出できる。また、少ない部品点数と比較的簡易な構造により容易に実施できるため、燃焼圧センサ１ｃの無用な大型化及び製造性の低下を回避できるとともに、部品コスト及び製造コストの双方における低コスト化を図ることができる。なお、図３において、図２と同一部分には、同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
以上、最良実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量等において、本発明の精神を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、円筒状のアウタハウジング２は、フロントハウジング２ｆとリアハウジング２ｒの組合わせにより構成した場合を示したが一体形に構成してもよい。また、アウタハウジング２の前端２ｓに対する前端フランジ部３ｆの固定構造，圧力検出部４の構成，ダイヤフラムヘッド１３の構成は、例示の構造及び構成に限定されるものではなく、同様の機能を発揮する他の構造及び構成により置換できる。
本発明に係る燃焼圧センサ１ａ，１ｂ，１ｃは、自動車のエンジンで代表される各種エンジンＭをはじめ、他の各種用途におけるエンジン（内燃機関）の燃焼圧を検出するセンサとして利用することができる。
Claims (7)
- エンジンの燃焼室内における燃焼圧を検出する燃焼圧センサであって、少なくとも前端が開口した円筒状のアウタハウジングと、このアウタハウジングの内部に収容し、かつ前端フランジ部を当該アウタハウジングの前端に結合するとともに、後端係合部を前記アウタハウジングの内面に対して軸方向へ変位可能に係合させ、かつ前記前端フランジ部と前記後端係合部間におけるハウジング本体部の外径を選定して当該ハウジング本体部の外周面と前記アウタハウジングの内周面間に所定の隙間を形成する円筒状のセンサハウジングと、このセンサハウジングの内部に収容し、かつ前記燃焼室から付与される燃焼圧を電気信号に変換して出力する圧力検出部とを具備してなることを特徴とする燃焼圧センサ。
- 前記センサハウジングの後端係合部は、前記ハウジング本体部の外径よりも大径に形成し、当該後端係合部の一部又は全部を前記アウタハウジングの内周面に接触させる構成を備えることを特徴とする請求項１記載の燃焼圧センサ。
- 前記センサハウジングの後端係合部の後方における前記アウタハウジングの内部に収容したパイプ部材と、このパイプ部材を前方へ押圧して当該パイプ部材の前端を前記センサハウジングの後端係合部に圧接させる弾性部材とを備えることを特徴とする請求項１記載の燃焼圧センサ。
- 前記センサハウジングの後端係合部は、外径を選定することにより前記アウタハウジングの内周面に対して非接触に構成することを特徴とする請求項３記載の燃焼圧センサ。
- 前記前端フランジ部は、前記アウタハウジングの前端面に固定することを特徴とする請求項１記載の燃焼圧センサ。
- 前記圧力検出部は、前端位置に配したダイヤフラムヘッドと、このダイヤフラムヘッドの後方に配し、かつ前記ダイヤフラムヘッドの変位が付与される圧電素子と、この圧電素子の後方に配し、前記圧電素子の後面に接触する電極部とを備えることを特徴とする請求項１記載の燃焼圧センサ。
- 前記ダイヤフラムヘッドは、前記燃焼圧が作用するリング状のダイヤフラム部と、このダイヤフラム部の外側に設け、かつ前記前端フランジ部の前端面に固定するヘッドフランジ部と、前記ダイヤフラム部の内側に設け、かつ前記圧電素子の前面に当接させた円盤状の伝達部とを備えることを特徴とする請求項６記載の燃焼圧センサ。
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