JP2006058127A - 筒内圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筒内圧力検出装置において、造の簡素化により生産性の向上を図る。
【解決手段】ケーシング１１の先端部にダイアフラム１３を装着し、導電材よりなる第１圧力伝達部材１４を先端部がダイアフラム１３の裏面に接触するように装着し、この第１圧力伝達部材１４の後端部に検出素子１５を装着し、導電材よりなる第２圧力伝達部材１６を第１圧力伝達部材１４とで検出素子１５を挟持するように装着し、第１電気配線１７をケーシング１１内を通して第１圧力伝達部材１４に接続する一方、第２電気配線１８をケーシング１１内を通して第２圧力伝達部材１６に接続する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の筒内圧力を検出する筒内圧力検出装置に関するものである。

内燃機関の制御システムでは、点火時期制御、空燃比制御、ノック制御を実行する上で、現在の内燃機関の燃焼状態を把握する必要があり、この内燃機関の燃焼状態を把握する方法として、燃焼室（シリンダ）内での燃焼ガスの圧力（以下、筒内圧力）を検出する方法がある。そして、この筒内圧力を検出するためのセンサとして筒内圧力センサが知られており、この筒内圧力センサは、一般的に、ダイアフラム上に設けられた抵抗体の歪により圧力を印加し、この印加圧力に応じて抵抗体の抵抗値が変化する検知素子が用いられている。

従来の筒内圧力検出装置としては、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された「燃焼圧センサ」は、筺体の先端にダイアフラムを取付け、筐体の内部にダイアフラムの裏面に接するように圧力伝達部材を設け、この圧力伝達部材に接するように基板を設け、この基板上に電極パターン及び感歪抵抗体を形成したものである。

特開平８−１３６３８４号公報

上述した従来の燃焼圧力センサにあっては、電極パターンに対して通電を行うために、リード線の先端部を感歪抵抗体の貫通孔に挿入し、表面と裏面の電極パターンに半田付けにより接続している。ところが、燃焼圧力センサは先端部が内燃機関の筒内に露出するようにシリンダヘッドに装着されるため、極めて小型なものとなっており、小型の筐体内に位置する電極パターンに対してリード線を半田付けにより接続することは極めて難しい。そのため、燃焼圧力センサの組立作業が面倒なものとなり、組立時間が長くなってしまい、組立作業性、生産性が低下してしまう。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、構造の簡素化により生産性の向上を図った筒内圧力検出装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の筒内圧力検出装置は、中空形状をなすケーシングと、該ケーシングの先端部に装着されたダイアフラムと、導電材により形成されて前記ケーシング内にて先端部が前記ダイアフラムの裏面に接触する圧力伝達部材と、前記ケーシング内にて前記圧力伝達部材の後端部に装着された検出素子と、前記ケーシング内を通って先端部が前記圧力伝達部材に接続された電気配線とを具えたことを特徴とするものである。

また、本発明の筒内圧力検出装置は、中空形状をなすケーシングと、該ケーシングの先端部に装着されたダイアフラムと、導電材により形成されて前記ケーシング内にて先端部が前記ダイアフラムの裏面に接触する第１圧力伝達部材と、前記ケーシング内にて前記第１圧力伝達部材の後端部に装着された検出素子と、導電材により形成されて前記ケーシング内にて前記第１圧力伝達部材とで前記検出素子を挟持する第２圧力伝達部材と、前記ケーシング内を通って先端部が前記第１圧力伝達部材に接続された電気配線とを具えたことを特徴とするものである。

本発明の筒内圧力検出装置では、前記圧力伝達部材または前記第１圧力伝達部材の固有周波数が、内燃機関における２次ノッキングの共振周波数に設定されたことを特徴としている。

本発明の筒内圧力検出装置では、前記電気配線の先端部に連結リングが接続され、該連結リングに前記圧力伝達部材または前記第１圧力伝達部材が嵌合することを特徴としている。

本発明の筒内圧力検出装置によれば、中空形状をなすケーシングの先端部にダイアフラムを装着し、ケーシング内にて、導電材により形成された圧力伝達部材を先端部がダイアフラムの裏面に接触するように装着し、この圧力伝達部材の後端部に検出素子を装着し、電気配線をケーシング内を通して圧力伝達部材に接続したので、圧力伝達部材を導電材により構成することで、圧力伝達部材に電気配線を接続するだけで、この圧力伝達部材と接触状態にある検出素子と電気的に接続することができ、検出素子への直接の配線が不要となり、構造を簡素化することができ、生産性を向上することができる。

また、本発明の筒内圧力検出装置によれば、中空形状をなすケーシングの先端部にダイアフラムを装着し、ケーシング内にて、導電材により形成された第１圧力伝達部材を先端部がダイアフラムの裏面に接触するように装着し、この第１圧力伝達部材の後端部に検出素子を装着し、導電材により形成された第２圧力伝達部材を第１圧力伝達部材とで検出素子を挟持するように装着し、電気配線をケーシング内を通して第１圧力伝達部材に接続したので、第１、第２圧力伝達部材を導電材により構成することで、第１圧力伝達部材に電気配線を接続するだけで、この第１圧力伝達部材と接触状態にある検出素子及び第２圧力伝達部材と電気的に接続することができ、検出素子への直接の配線が不要となり、構造を簡素化することができ、生産性を向上することができる。

以下に、本発明に係る筒内圧力検出装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施例に係る筒内圧力検出装置を表す断面図、図２−１は、本実施例の筒内圧力検出装置における第１圧力伝達部材と電気配線との接続手順を表す斜視図、図２−２は、本実施例の筒内圧力検出装置における第１圧力伝達部材と電気配線との接続状態を表す斜視図である。

本実施例の筒内圧力検出装置は、図示しないが、内燃機関の燃焼室に装着されてこの燃焼室（シリンダ）内での燃焼ガスの圧力、つまり、筒内圧力を常時検出するものであり、検出した筒内圧力は、点火時期制御、空燃比制御、ノッキング制御などに利用される。そして、この筒内圧力検出装置は、印加圧力、つまり、筒内圧力に応じて抵抗値が変化する検知素子を用いてこの筒内圧力を検出する構成となっている。

本実施例の筒内圧力検出装置において、図１及びに示すように、ケーシング１１は金属製または合成樹脂製で中空円筒形状をなし、基端部が支持部１２であり、先端部に絶縁体であるダイアフラム１３が装着されている。このケーシング１１には、支持部１２とダイアフラム１３との間に位置して、第１圧力伝達部材１４と、検出素子１５と、第２圧力伝達部材１６とが積層された状態で内装されている。

第１圧力伝達部材１４は、所定長さで、ケーシング１１の内径より細い外径を有する円柱形状をなしており、ステンレスやアルミニウムなどの導電材により形成されている。そして、ケーシング１１内にて、第１圧力伝達部材１４は先端部がダイアフラム１３の裏面に接触するように配設されている。検出素子１５は、圧電素子または抵抗素子などにより構成されており、ケーシング１１内にて、第１圧力伝達部材１４の後端部に接触するように配設されている。

第２圧力伝達部材１６は、ケーシング１１の内径より細い外径を有する円柱形状をなしており、ステンレスやアルミニウムなどの導電材により形成されている。そして、ケーシング１１内にて、第２圧力伝達部材１６は先端部が検出素子１５の後端部に接触する一方、後端部が支持部１２に接触するように配設されている。即ち、第１圧力伝達部材１４と検出素子１５と第２圧力伝達部材１６とをほぼ同じ外径とし、ケーシング１１内にて、第１圧力伝達部材１４と第２圧力伝達部材１６により検出素子１５を所定圧力で挟持している。

そして、第１電気配線１７の端部が支持部１２の貫通孔１２ａを通してケーシング１１内に挿通され、第１圧力伝達部材１４の外周部に接続されている。また、第２電気配線１８の端部が支持部１２の貫通孔１２ｂを通してケーシング１１内に挿通され、第２圧力伝達部材１６の端部に接続されている。

この場合、図２−１に示すように、第１圧力伝達部材１４を、下部が若干細く形成された逆円錐台形状をなすように形成し、一方、第１電気配線１７の先端部にリング形状をなす連結リング１９を連結しておき、この連結リング１９の内径を第１圧力伝達部材１４における長手方向のほぼ中間位置の外径となるように設定する。そして、図２−２に示すように、この連結リング１９に対してその上方からに第１圧力伝達部材１４を挿入することで、第１圧力伝達部材１４の中間位置に連結リング１９を嵌合して固定し、第１圧力伝達部材１４に第１電気配線１７を電気的に接続する。なお、必要に応じて接着、半田付け等の締結手段を用いればよい。

また、本実施例では、ほぼ一体に構成された第１圧力伝達部材１４と検出素子１５と第２圧力伝達部材１６との固有振動数が、内燃機関における１次ノッキング共振周波数となるように設定されている。また、第１圧力伝達部材１４は、その固有周波数が内燃機関における２次ノッキング共振周波数となるように設定されている。

この場合、物質の固有振動数ｆは、質量ｍとばね定数Ｋを用いた下記数式により設定されるものである。
ｆ＝１／２π・√Ｋ／ｍ

このように構成された本実施例の筒内圧力検出装置は、図１に示すように、内燃機関のシリンダヘッド２１に、先端部が燃焼室２２に臨むように装着されている。

従って、燃焼室２２の圧力が変動すると、その圧力変動がダイアフラム１３から第１圧力伝達部材１４を介して検出素子１５へ伝達される。即ち、検出素子１５は、燃焼室２２の圧力変動を第１圧力伝達部材１４と第２圧力伝達部材１６との圧縮力の変動として受け止め、この変動による抵抗値の変化量が電気配線１７，１８を通じて出力されることとなり、筒内圧力を適正に検出することができる。

また、このとき、第１圧力伝達部材１４と検出素子１５と第２圧力伝達部材１６の固有振動数が、１次ノッキング共振周波数となるように設定され、第１圧力伝達部材１４の固有周波数が２次ノッキング共振周波数となるように設定されており、出力される抵抗値が増幅される。そのため、内燃機関の１次ノッキング及び２次ノッキングを高精度に検出することができ、２次ノッキングを適正に検出することで、ピストンのストローク変動による筒内圧力変動を排除して内燃機関のノッキングを確実に検出することができる。

このように本実施例の筒内圧力検出装置にあっては、ケーシング１１の先端部にダイアフラム１３を装着し、導電材よりなる第１圧力伝達部材１４を先端部がダイアフラム１３の裏面に接触するように装着し、この第１圧力伝達部材１４の後端部に検出素子１５を装着し、導電材よりなる第２圧力伝達部材１６を第１圧力伝達部材１４とで検出素子１５を挟持するように装着し、第１電気配線１７をケーシング１１内を通して第１圧力伝達部材１４に接続する一方、第２電気配線１８をケーシング１１内を通して第２圧力伝達部材１６に接続している。

従って、第１、第２圧力伝達部材１４，１６を導電材により構成することで、各圧力伝達部材１４，１６に電気配線１７，１８を接続するだけで、この圧力伝達部材１４，１６と接触状態にある検出素子１５と電気的に接続することができ、この検出素子１５への直接の配線が不要となり、装置全体の構造を簡素化することができ、生産性を向上することができる。

また、本実施例では、第１圧力伝達部材１４への第１電気配線１７の接続を連結リング１９を用いて行っている。従って、第１電気配線１７と第１圧力伝達部材１４との電気的な接続を容易に行うことができ、狭いケーシング１１内での作業を可能とし、装置の組立作業を短時間で容易に行うことができる。

更に、第１圧力伝達部材１４と検出素子１５と第２圧力伝達部材１６の固有振動数を１次ノッキング共振周波数となるように設定し、第１圧力伝達部材１４の固有周波数を２次ノッキング共振周波数となるように設定している。従って、１次ノッキング及び２次ノッキング発生時の出力値が増幅されることとなり、内燃機関の１次ノッキング及び２次ノッキングを高精度に検出することができ、２次ノッキングを適正に検出することで、ピストンのストローク変動による筒内圧力変動を排除して内燃機関のノッキングを確実に検出することができる。その結果、別途、ノッキングを検出するためのセンサを不要としてコストを低減することができる。

なお、上述した実施例では、ケーシング１１に、ダイアフラム１３に接触するように第１圧力伝達部材１４と検出素子１５と第２圧力伝達部材１６とを積層状態で内装したが、ケーシング１１に、ダイアフラム１３に接触するように第１圧力伝達部材１４と検出素子１５とを積層状態で内装し、第１圧力伝達部材１４と検出素子１５の固有振動数を１次ノッキング共振周波数となるように設定し、第１圧力伝達部材１４の固有周波数を２次ノッキング共振周波数となるように設定してもよい。

また、第１圧力伝達部材１４と第１電気配線１７との接続において、第１圧力伝達部材１４を円錐台形状としてこれに嵌合する連結リング１９を用いたが、これに限るものではない。例えば、第１圧力伝達部材１４に段部を設けて連結リング１９がこれに係止するようにしても良く、連結リング１９に代えて第１圧力伝達部材１４に係止するフックなどを用いても良い。

以上のように、本発明に係る筒内圧力検出装置は、検出素子に対して効果的に配線して生産性の向上を図ったものであり、全ての内燃機関の筒内圧力検出装置として有用である。

本発明の一実施例に係る筒内圧力検出装置を表す断面図である。 本実施例の筒内圧力検出装置における第１圧力伝達部材と電気配線との接続手順を表す斜視図である。 本実施例の筒内圧力検出装置における第１圧力伝達部材と電気配線との接続状態を表す斜視図である。

符号の説明

１１ ケーシング
１３ ダイアフラム
１４ 第１圧力伝達部材（圧力伝達部材）
１５ 検出素子
１６ 第２圧力伝達部材（圧力伝達部材）
１７ 第１電気配線
１８ 第２電気配線
１９ 連結リング
２１ シリンダヘッド
２２ 燃焼室

Claims (4)

1. 中空形状をなすケーシングと、該ケーシングの先端部に装着されたダイアフラムと、導電材により形成されて前記ケーシング内にて先端部が前記ダイアフラムの裏面に接触する圧力伝達部材と、前記ケーシング内にて前記圧力伝達部材の後端部に装着された検出素子と、前記ケーシング内を通って先端部が前記圧力伝達部材に接続された電気配線とを具えたことを特徴とする筒内圧力検出装置。
2. 中空形状をなすケーシングと、該ケーシングの先端部に装着されたダイアフラムと、導電材により形成されて前記ケーシング内にて先端部が前記ダイアフラムの裏面に接触する第１圧力伝達部材と、前記ケーシング内にて前記第１圧力伝達部材の後端部に装着された検出素子と、導電材により形成されて前記ケーシング内にて前記第１圧力伝達部材とで前記検出素子を挟持する第２圧力伝達部材と、前記ケーシング内を通って先端部が前記第１圧力伝達部材に接続された電気配線とを具えたことを特徴とする筒内圧力検出装置。
3. 請求項１または２に記載の筒内圧力検出装置において、前記圧力伝達部材または前記第１圧力伝達部材の固有周波数が、内燃機関における２次ノッキングの共振周波数に設定されたことを特徴とする筒内圧力検出装置。
4. 請求項１または２に記載の筒内圧力検出装置において、前記電気配線の先端部に連結リングが接続され、該連結リングに前記圧力伝達部材または前記第１圧力伝達部材が嵌合することを特徴とする筒内圧力検出装置。

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