JP2008002809A - 燃焼圧センサー - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンへ取付ける際に生じる圧力センサー装置の予備圧力の変動を低減し、高精度な燃焼圧の出力を検出できる燃焼圧センサーを提供すること。
【解決手段】エンジンヘッド１に気密構造で装着されるハウジング２と、ハウジング２の中空内部に配置され燃焼室１２の燃焼圧を受圧して軸線方向に摺動する伝達部材３とに気密に固定され、燃焼室１２の燃焼圧がハウジング２の中空部２１内へ侵入するを防止するシール部材８に、ハウジング２のエンジンヘッド１への装着による縮みによって生じる相対的な伝達部材３の移動による圧力センサー装置６へ作用する荷重を、伸びて吸収可能にする剛性の小さい波状の可撓部８１ａを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃焼圧センサーに関するもので、特に、自動車用ディーゼルエンジン（内燃機関）の燃焼圧を検出すると共に、グロープラグ機能を併設する燃焼圧センサーに好適である。

従来、ディーゼルエンジン用のグロープラグ機能を併設する燃焼圧センサーの構造は、下記特許文献１の図１に記載されている。即ち、接続側の上方部分２．２及び燃焼室側の下方部分２．１から成るグロープラグ本体２内に加熱ロッド１が配置され、上方部分２．２と下方部分２．１との間のグロープラグ本体２と加熱ロッド１との間に膜７がレーザ溶接等によって強固に固定され、膜７は、グロープラグ本体２への加熱ロッド１の熱伝達を達成するとともに、圧力グロープラグのグロー機能に必要な接地接続を保証し、グロープラグの接続側の方向に対する機密性を保持している。また、グロープラグ本体２の上方部分２．２の接続側の端面には、圧力センサー装置９が配置され、この圧力センサー装置９は、予備圧力下に、グロープラグ本体２と接触管６との間に配置されている。

また、本燃焼圧センサーをエンジンに取付ける際、燃焼圧がグロープラグ本体２の外周とエンジンの取付け孔の内周との隙間から漏れないように、グロープラグ本体２の上方部分２．２の外周に設けたオネジをエンジン側のメネジにねじ込み、グロープラグ本体２の下方部分２．１の先端部をエンジンの取付け孔の接触面に強固に密着（メタルシール）させる構造である。

そして、ディーゼルエンジンの燃焼室の圧力は、加熱ロッド１に作用し、加熱ロッド１が軸線方向に移動し、膜７が接触管６を接続側のグロープラグ本体２の上方部分２．２に対して移動させ、この移動が張力要素１０に伝達され、予備圧力が加えられた圧力センサー装置９を解放させる。この圧力センサー装置９の解放によって燃焼室の圧力を電子回路によって検出している。
特開２００５−９０９５４号公報

しかしながら上記構造の燃焼圧センサーにおいては、燃焼圧センサーを内燃機関へ取り付ける際に発生するグロープラグ本体２の軸線方向への形状の収縮により、剛性を有する膜７により、この膜７を介し接合状態にある加熱ロッド１はグロープラグ本体２に対して相対的に軸線方向の圧力センサー装置９側へ移動する。この移動による荷重が圧力センサー装置９に伝わることにより、不要な荷重が作用して予備圧力が変動し圧力センサー装置９のセンサー出力が当初の予備圧力に基づく正しい出力と異なってしまう恐れがある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、エンジンへ取付ける際に生じる圧力センサー装置の予備圧力の変動を大幅に低減し、燃焼圧の正しいセンサー出力を検出できる燃焼圧センサーを提供することを目的とする。

請求項１に係る発明では、エンジンヘッドに形成された貫通孔に気密構造にて装着され、内部に中空部を有するハウジングと、前記ハウジングの中空部内に摺動可能にして挿通配置され、前記エンジンの燃焼室内に突出して燃焼圧を受感する受圧部を有し、該受圧部で受感した燃焼圧を伝達するための伝達部材と、前記ハウジングと前記伝達部材との間に装着され、前記伝達部材が受感した前記燃焼圧により作用する荷重を検出すべく予備圧力が設定された圧力センサー装置と、
前記ハウジングと前記伝達部材とに気密に固定され前記燃焼室内の燃焼ガスが前記ハウジング内部への侵入を防止するシール部材とを備える燃焼圧サンサーにおいて、
前記シール部材に、前記エンジンヘッドへの装着による前記ハウジングの圧縮歪みによって相対的に生じる前記伝達部材の移動による前記圧力サンサー装置の荷重変動を吸収可能にする可撓部を設ける。

上記構成によれば、シール部材の可撓部の伸びによって、燃焼圧サンサーをエンジンヘッドへ装着する際に生じるハウジングの圧縮縮みにより相対的に生じる前記伝達部材の移動によって前記圧力サンサー装置へ作用する荷重変動を吸収可能にし、これにより圧力センサー装置の予備圧力の変動をなくし、予備圧力に基づく正しい出力の燃焼圧を検出することができる。

請求項２に係る発明では、前記シール部材は、前記伝達部材の外周面の軸線方向に沿う対面部と、前記対面部と直交する直交面部とを有し、前記可撓部は前記対面部に形成され、前記対面部の剛性が前記直交面部の剛性より小さくしている。

上記構成によれば、ハウジングの圧縮縮みにより生じる伝達部材の移動による荷重の作用方向とシール部材の可撓部の伸び方向が一致し、且つ剛性が小さいので確実に伝達部材の移動によって生じる前記圧力サンサー装置へ作用する荷重を吸収することができる。

請求項３に係る発明では、前記可撓部を波状に形成している。

上記構成によれば、可撓部を波状にすることによって、剛性を小さくでき且つ可撓部の長さを大きくすることができ、より確実に伝達部材の移動によって生じる前記圧力サンサー装置へ作用する荷重を吸収することができる。

請求項４に係る発明では、前記シール部材は、前記伝達部材の外周面の軸線方向に沿う対面部と、前記対面部と直交する直交面部とを有し、前記可撓部は前記直交面部に形成され、前記直交面部の剛性が前記対面部の剛性より小さくしている。

上記構成によれば、ハウジングの圧縮縮みにより生じる伝達部材の移動によって前記圧力サンサー装置へ作用する荷重を、剛性の小さい可撓部により確実に吸収することができる。また、シール部材の直交面部は、ハウジングと伝達部材とを接続する必要な部分即ち、必然的に存在する部分であり、この部分に可撓部を形成すればシール部材をその体格を大きくすることなく形成することができる。

請求項５に係る発明では、前記可撓部を波状に形成している。

上記構成によれば、可撓部を波状にすることによって、剛性を小さくでき且つ可撓部の長さを大きくすることができ、より確実に伝達部材に生じる影響を吸収することができる。

請求項６に係る発明では、前記伝達部材は、その受圧部の内部に前記燃焼室内の混合気を予熱するための発熱体と、前記発熱体へ電力を供給する電線とを備えている。

上記構成によれば、グロープラグ機能を備えているので、ディーゼルエンジンの燃焼圧センサーとして好適である。

先ず、本発明になる燃焼圧センサーの第１実施形態について説明する。図１は本発明の燃焼圧センサーをディーゼルエンジンのエンジンヘッドに取付けた状態を示す縦断面図である。ディーゼルエンジンのエンジンヘッド１には貫通孔１１が形成され、燃焼室１２と連通している。貫通孔１１の段付き部は燃焼室１２側近傍に位置しテーパ部１３になっており、貫通孔１１の外部側にはメネジ１４が形成されている。

以下、本発明になる燃焼圧センサーの構成を図１により説明する。エンジンヘッド１の貫通孔１１内には、金属製のハウジング２が装着されている。ハウジング２は、ほぼ円筒形をなし内部は中空部２１を有しており、先端部は前記エンジンヘッド１のテーパ部１３と密着するテーパ部２２が形成され、エンジンヘッド１の反燃焼室１２側である外部側の外周には前記メネジ１４と螺合するオネジ２３が形成されている。

ハウジング２とエンジンヘッド１は、メネジ１４とオネジ２３との螺合による軸力によって、ハウジング２のテーパ部２２とエンジンヘッド１のテーパ部１３とが強固に密着してメタルシールを形成し、これらメネジ１４とオネジ２３及びテーパ部２２とテーパ部１３によりハウジング２とエンジンヘッド１との気密構造を構成している。そしてエンジンヘッド１の貫通孔１１の内周とハウジング２の外周との間隙から燃焼ガスが漏れないようにしている。

ハウジング２の反燃焼室１２側である外部側には、エンジンヘッド１に本発明燃焼圧センサーとして取付ける際、取付け工具（図示せず）を嵌め込むための六角部２４が設けられており、更にその外方には、後述する圧力センサー装置６を装着するための筒状の搭載部２５を有している。

ハウジング２の中空部２１内には、ステンレス等の耐熱金属製で内部が中空状の伝達部材３が２つのＯリング４によりハウジング２に対して芯出し、且つその軸線方向に摺動可能にして保持されている。

伝達部材３は、閉塞している先端部が受圧部３１として燃焼室１２内に露出しており、開放している後端部には前記ハウジング２の搭載部２５内に位置する円盤状の鍔部３２を有している。また、伝達部材３の受圧部３１の内部には、その先端にニッケルクロム線等の発熱体５と、発熱体５へ電力を供給するための電線５１が装着してあり、発熱体５と電線５１とによりディーゼルエンジンの低温始動時の燃焼室１２内を暖めるグロープラグ機能を構成している。発熱体５の先端は伝達部材３の受圧部３１に溶接固定されている。

圧力センサー装置６は伝達部材３から伝達される微小な変位を検出するもので、ハウジング２の搭載部２５内に配置され、ハウジング２と伝達部材３との間に予備圧力を印加されて装着されている。例えば、圧力センサー装置６は、圧電素子６１、その両側に配置され電圧を出力する一対（＋、−）の電極６２、６３、更にその外側に一対のインシュレータ６４、６５が配置されて構成されている。圧力印加部材７は、その外周のネジ７１を搭載部２５の内周のネジ２６にネジ込み、インシュレータ６５、電極６２、圧電セラミック素子６１、電極６４、インシュレータ６４及び伝達部材３の鍔部３２を搭載部２５の底部に圧着して圧電セラミック素子６１に予備圧力を発生させている。予備圧力を印加させるのは、圧力印加部材７から搭載部２５の底部の間に微小な間隙が生じないようにし、伝達部材３の受圧部３１に燃焼圧が作用して発生する荷重を伝達部材３を経て圧電セラミック素子６１に確実に伝達させるために設定している。また、インシュレータ６５、電極６２、圧電セラミック素子６１、電極６４、インシュレータ６４は、その内径側に挿着された絶縁スペースカラー７２によって中心位置が定められると共に電線５１との絶縁を保っている。

ステンレス等の金属からなるシール部材８は、その両端でハウジング２の先端と伝達部材３の受圧部３１とにレーザ溶接等によって気密に固定されており、燃焼室１２内の燃焼ガスがハウジング３の中空部２１内に侵入するのを防止すると共に、伝達部材３を、その軸線方向の摺動を可能にしている。

シール部材８には、伝達部材３の外周の軸線方向に沿う対面部８１とこの対面部８１と直交する直交面部８２を有しており、対面部８１には可撓部８１ａを設けて剛性を小さくしてある。具体的な形状は波状（蛇腹）である。なお、可撓部８１ａの波状の谷は伝達部材３の外周に接触しておらず、僅かな間隙を保っている。 剛性の小さい可撓部８１ａが伝達部材３の外周の軸線方向に沿って設けられていることにより、伝達部材３の移動方向と一致し、この可撓部８１ａが伝達部材３の軸線方向の燃焼室１２側への移動を吸収して伸びる。

上記のように構成される本発明になる燃焼圧センサーは、圧力サンサー装置６に予備圧力が印加された状態で、ディーゼルエンジンのエンジンヘッド１に装着される。ハウジング２をエンジンヘッド１にネジ込み固定する際、ハウジング２の先端のテーパ部２２とオネジ２３との間が圧縮力を受けて燃焼室１２側に縮み、これにより圧力センサー装置６、伝達部材３も一体で燃焼室１２側に移動する。

この伝達部材３の燃焼室１２側への移動に対して、ハウジング２と伝達部材３とに固定されているシール部材８には、伝達部材３の燃焼室１２側への軸線方向に変形して伸びる剛性の小さい可撓部８１ａが設けてあるため、この可撓部８１ａが伸びて伝達部材３の燃焼室１２側への移動を可能にする。従って、ハウジング３をエンジンヘッド１に強固にネジ込むことによって生じるハウジング３の縮みの影響、即ち、エンジンヘッド１へ装着する際に生じるハウジング２の圧縮縮みにより相対的に生じる伝達部材３の反燃焼室１２側への移動によって圧力サンサー装置６に作用する荷重を吸収するため、この荷重が圧力サンサー装置６にほとんど伝達されず、圧力サンサー装置６の予備圧力の変動（加圧）を大幅に低減させ高精度な出力信号を得ることができる。更に、シール部材８の伝達部材３の移動方向となる軸線方向に沿う対面部８１の可撓部８１ａを伸び易い波状にすることで、エンジンへの取付け時のハウジング２の圧縮変形によって相対的に生じる伝達部材３の移動による荷重が圧力センサー装置６に作用する場合でも、可撓部８１ａの波状が伸びることによって吸収することができ、圧力センサー装置６への不要な加荷重（加圧力）を大幅に低減し圧力センサ装置６の高精度な出力の検出を可能としている。

また、本発明燃焼圧センサーにおいては、伝達部材３の内部に発熱コイル５と電力供給する電線５１が装着してあるので、電線５１から発熱コイル５、伝達部材３の受圧部３１、シール部材８、ハウジング２、エンジンヘッド１へ電流が流れ、発熱コイル５は発熱し冬期等の低温の燃焼室１２内を暖めることが可能である。

図２は、本発明になる燃焼圧センサーの第２実施形態を示すもので、エンジンヘッド１に装着した要部の縦断面図である。第２実施形態においては、シール部材８の直交面部８２に剛性の小さい波状の可撓部８２ａを設けた例である。他の部位、構成、作動は第１実施形態と同様である。

第２実施形態において、シール部材８の直交面部８２に可撓部８２ａを設けた場合においても、この可撓部８２ａが伸びて上述のハウジング２の圧縮縮みにより相対的に生じる伝達部材３の移動によって圧力センサー装置６に作用する荷重を吸収し、圧力サンサー装置６の予備圧力の変動を大幅に低減させ、高精度な燃焼圧の出力を検出することができる。また、直交面部８２は、シール部材８として必然的に存在する部分であるため、この直交面８２に可撓部８２ａを設けることは、何らシール部材８の体格を直交面部８２の直交方向に大きくすることなく設けることができる。更に、直交面８２の可撓部８２ａを剛性の小さい波状に形成することによって、可撓部８２ａの変形（伸び）をより大きくすることができ、上記第１実施形態と同様に、エンジンへの取付け時のハウジング２の圧縮変形により相対的に生じる伝達部材３の移動によって圧力センサー装置６に作用する荷重が、可撓部８２ａの波状が容易に伸びることによって吸収することができ、圧力センサー装置６への不要な荷重（加圧力）を低減し圧力センサ装置６の正しい出力の検出を可能としている。

なお、上述の第１、第２実施形態においては、シール部材８をハウジング２の先端部に固定した例であり、この位置にシール部材８が固定された構造の燃焼圧センサーでは、伝達部材３がハウジング８の取付け時の圧縮縮みが最も大きく生じる例であったが、シール部材８がハウジング２の他の位置（例えば中間部）に固定された構造の燃焼圧センサーであっても、本発明を適用でき、同様の効果が得られる。また、シール部材８に設けた可撓部８１ａ、８２ａは、第１実施形態においては対面部８１に、第２実施形態においては直交部８２に設けた例であったが、可撓部を対面部８１と直交部８２の両方に設けてもよい。

本発明になる燃焼圧センサーの第１実施形態を示すもので、エンジンのエンジンヘッドに装着した状態を示す縦断面図である。 本発明になる燃焼圧センサーの第２実施形態を示すもので、エンジンのエンジンヘッドに装着した状態を示す要部縦断面図である。

符号の説明

１ エンジンヘッド
１１ エンジンヘッド１の貫通孔
１２ 燃焼室
１３、１４、２２、２３ 機密構造をなすテーパ部、メネジ、テーパ部、オネジ
２ ハウジング
３ 伝達部材
４ Ｏリング
５ 発熱コイル
６ 圧力センサー装置
６１ 圧電セラミック素子
８ シール部材
８１ シール部材８の対面部
８１ａ シール部材８の対面部８１に設けた可撓部
８２ シール部材８の直交面部
８２ａ シール部材８の直交面部８２に設けた可撓部

Claims (6)

1. エンジンのエンジンヘッドに形成された貫通孔に気密構造にて装着され、内部に中空部を有するハウジングと、
   前記ハウジングの中空部内に摺動可能にして挿通配置され、前記エンジンの燃焼室内に突出して燃焼圧を受感する受圧部を有し、該受圧部で受感した燃焼圧を伝達するための伝達部材と、
   前記ハウジングと前記伝達部材との間に装着され、前記伝達部材が受感した前記燃焼圧により作用する荷重を検出すべく予備圧力が設定された圧力センサー装置と、
   前記ハウジングと前記伝達部材とに気密に固定され、前記ハウジング内部への前記燃焼室内の燃焼圧の侵入を防止するシール部材とを備える燃焼圧サンサーにおいて、
   前記シール部材に、前記エンジンヘッドへの装着による前記ハウジングの圧縮縮みによって相対的に生じる前記伝達部材の移動による前記圧力センサー装置に作用する荷重変動を吸収可能にする可撓部を設けたことを特徴とする燃焼圧サンサー。
2. 前記シール部材は、前記伝達部材の外周面の軸線方向に沿う対面部と、前記対面部と直交する直交面部とを有し、前記可撓部は前記対面部に形成され、前記対面部の剛性が前記直交面部の剛性より小さい請求項１記載の燃焼圧センサー。
3. 前記可撓部は波状に形成されている請求項１又は２記載の燃焼圧センサー。
4. 前記シール部材は、前記伝達部材の外周面の軸線方向に沿う対面部と、前記対面部と直交する直交面部とを有し、前記可撓部は前記直交面部に形成され、前記直交面部の剛性が前記対面部の剛性より小さい請求項１記載の燃焼圧センサー。
5. 前記可撓部は波状に形成されている請求項４記載の燃焼圧センサー。
6. 前記伝達部材は、前記受圧部の内部に前記燃焼室内の混合気を予熱するための発熱体と、前記発熱体へ電力を供給する電線とを備える請求項１〜５のいずれか一つに記載の燃焼圧センサー。