JP5883691B2 - Internal combustion engine with combustion pressure detector - Google Patents
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Description
本発明は、燃焼圧検出装置付き内燃機関および燃焼圧検出装置に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine with a combustion pressure detection device and a combustion pressure detection device.
近年、燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧検出装置が取り付けられた内燃機関が知られている。このような内燃機関では、燃焼室における燃焼圧検出装置の取付け部において燃焼ガスが漏れ出すのを抑制したり、燃焼圧検出装置への燃焼ガスの流入などを防止したりする必要がある。
例えば、特許文献1に記載される燃焼圧検出装置は、筒状に形成された本体の前端部にダイアフラムを備え、そのダイアフラムの後方に配置された圧電素子からなるセンサ部により、ダイアフラムを介して作用する燃焼室内の燃焼圧を検知可能に、燃焼室壁に設けられた挿入孔に挿入されて設けられる燃焼圧センサにおいて、本体の前端部に、径方向に突出するガスシール部を備え、そのガスシール部が、挿入孔の内壁面と径方向に対向して圧接可能に構成されることが記載されている。
In recent years, an internal combustion engine equipped with a combustion pressure detecting device for detecting the pressure in the combustion chamber is known. In such an internal combustion engine, it is necessary to suppress the leakage of combustion gas at the mounting portion of the combustion pressure detection device in the combustion chamber, or to prevent the inflow of combustion gas to the combustion pressure detection device.
For example, a combustion pressure detecting device described in
ここで、燃焼圧検出装置では、燃焼圧検出装置を取り付ける内燃機関との間の隙間から流入する燃焼ガスによって外側の部材の温度が急激に上昇する。一方で、燃焼圧検出装置の内側の部材の温度は、外側の温度に比べると直ぐには上昇し難い。その結果として、装置内外の温度差に起因する内外の部材の膨張差が生じ、その膨張差によって圧力を検出する検出部に作用する荷重に影響が及ぶ。
例えば、内側の部材に対して相対的に外側の部材が延びることで、検出部に圧力を加えるべき部材が引っ張られた状態となって検出部との間に隙間が生じる。この場合、本来であれば検出部に荷重がかかり所定の圧力が検出されるべき状態であるにも関わらず、検出部にて検出される圧力が小さくなったり圧力が検出されなかったりという検出誤差が発生するおそれがある。このような検出誤差の発生を抑制するには、内燃機関と燃焼圧検出装置との間の隙間への燃焼ガスの流入を抑制することが有効である。
Here, in the combustion pressure detection device, the temperature of the outer member rapidly rises due to the combustion gas flowing in from the gap between the internal combustion engine to which the combustion pressure detection device is attached. On the other hand, the temperature of the inner member of the combustion pressure detecting device is unlikely to rise immediately compared to the outer temperature. As a result, an expansion difference between the internal and external members due to a temperature difference between the inside and outside of the apparatus occurs, and the load acting on the detection unit that detects the pressure is affected by the expansion difference.
For example, when the outer member extends relative to the inner member, a member to which pressure is applied to the detection unit is pulled, and a gap is generated between the detection unit and the detection unit. In this case, the detection error that the pressure detected by the detection unit becomes small or the pressure is not detected even though the detection unit is under a load and the predetermined pressure should be detected. May occur. In order to suppress the occurrence of such detection errors, it is effective to suppress the inflow of combustion gas into the gap between the internal combustion engine and the combustion pressure detection device.
本発明は、内燃機関と内燃機関に取り付ける燃焼圧検出装置との隙間への燃焼ガスの流入をより確実に防止することを目的とする。 An object of the present invention is to more reliably prevent an inflow of combustion gas into a gap between an internal combustion engine and a combustion pressure detection device attached to the internal combustion engine.
かかる目的のもと、本発明は、燃焼室と、燃焼室を構成する壁面に形成されて燃焼室に通じるとともに奧側の径に比べて手前側の径が広い開口と、を有する内燃機関と、内燃機関の開口に挿入可能な筒状であり開口の奧側の径に応じて挿入方向の先端側が細く開口の手前側の径に応じて後端側が太く先端側と後端側との間に肩部を有するハウジングと、ハウジングの挿入方向の先端側に設けられるダイアフラムと、ハウジング内であってダイアフラムの後方に配置されダイアフラムを介して作用する圧力を検出する検出部材と、を有する燃焼圧検出装置と、リング状であって、断面を開口形状とする開口部を有し、燃焼圧検出装置のハウジングの肩部にて内燃機関の開口とハウジングとをシールするシール部材と、を備え、ハウジングは、シール部材が嵌り込む段差部を有し、シール部材は、シール部材の開口部の開口縁部が段差部に係止することでハウジングに保持されることを特徴とする燃焼圧検出装置付き内燃機関である。 For this purpose, the present invention provides an internal combustion engine having a combustion chamber and an opening formed on a wall surface constituting the combustion chamber and leading to the combustion chamber and having a front side diameter wider than the side diameter. A cylindrical shape that can be inserted into the opening of the internal combustion engine, the tip end side in the insertion direction is narrow according to the diameter on the flange side of the opening, the rear end side is thick according to the diameter on the near side of the opening, and between the tip end side and the rear end side A combustion pressure having a housing having a shoulder portion, a diaphragm provided on a distal end side in the insertion direction of the housing, and a detection member that is disposed in the housing and is disposed behind the diaphragm and that detects pressure acting through the diaphragm comprising a detection device, a ring-shaped, having an opening cross section with opening shape, and the seal member for sealing the opening and the housing of the internal combustion engine at the shoulder of the housing of the combustion pressure detecting apparatus, a The housing is Has a stepped portion seal member is fitted, the seal member, the combustion pressure detector internal combustion engine with an opening edge of the opening of the sealing member, characterized in that it is held in the housing by engaging the step portion It is.
ここで、シール部材は、シール部材の開口部が燃焼室に向けて開かれた状態にあることを特徴とすることができる。
そして、燃焼圧検出装置の検出部材は、ハウジングにおける燃焼室と対向する側の端部に設けられ、ハウジングの肩部は、挿入方向における検出部材の位置に形成されることを特徴とすれば、検出部材を燃焼室側に配置することにより圧力検出の精度向上を図りつつ、熱膨張に伴う検出誤差の発生を抑制することが可能になる点で好ましい。
また、ハウジングの肩部は、先端側から後端側に向かうに従って次第に径が大きくなるテーパ部であることを特徴とすれば、燃焼ガスを開口部内により導き入れ易くすることができる点で好ましい。
Here, the seal member can be characterized in that the opening of the seal member is in a state of being opened toward the combustion chamber.
Its to the detection member of the combustion pressure detector is provided at an end of the side facing the combustion chamber in the housing, the shoulder of the housing, by being formed in the position of the detecting member in the insertion direction For example, it is preferable in that the detection member is arranged on the combustion chamber side to improve the accuracy of pressure detection and to suppress the generation of detection errors due to thermal expansion.
In addition, it is preferable that the shoulder portion of the housing is a tapered portion having a diameter that gradually increases from the front end side toward the rear end side in that the combustion gas can be easily introduced into the opening .
さらに、内燃機関の開口の外側にて、ハウジングを挿入する挿入方向と同方向に押し付けられてハウジングと燃焼室との間をシールする外側シール部材をさらに備えることを特徴とすることができる。Furthermore, it is possible to further include an outer seal member that is pressed in the same direction as the insertion direction in which the housing is inserted outside the opening of the internal combustion engine and seals between the housing and the combustion chamber.
そして、シール部材は、断面が馬蹄形状を有し、内燃機関の開口の内壁およびハウジングのテーパ部に沿って設けられることを特徴とすることができる。The sealing member may have a horseshoe shape in cross section, and is provided along the inner wall of the opening of the internal combustion engine and the tapered portion of the housing.
本発明によれば、内燃機関と内燃機関に取り付ける燃焼圧検出装置との隙間への燃焼ガスの流入をより確実に防止することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to prevent more reliably the inflow of combustion gas to the clearance gap between an internal combustion engine and the combustion pressure detection apparatus attached to an internal combustion engine.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本実施形態に係る内燃機関1の概略構成図である。
図2は、図1のII部の拡大図である。
内燃機関1は、図1に示すように、シリンダ2aを有するシリンダブロック2と、シリンダ2a内を往復動するピストン3と、シリンダブロック2に締結されてシリンダ2aおよびピストン3などとともに燃焼室Cを形成するシリンダヘッド4と、を備えている。また、内燃機関1は、シリンダヘッド4に装着されて燃焼室C内の圧力を検出する圧力検出装置5と、圧力検出装置5が検出した圧力に基づいて内燃機関1の作動を制御する制御装置6と、圧力検出装置5とシリンダヘッド4との間に介在して燃焼室C内の気密性を保つためのシール部7と、圧力検出装置5と制御装置6との間で電気信号を伝送する伝送ケーブル8と、を備えている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
FIG. 2 is an enlarged view of a portion II in FIG.
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、シリンダヘッド4には、燃焼室Cと外部とを連通する開口の一例としての連通孔4aが形成されている。本実施形態の連通孔4aの断面は、円形状をしている。連通孔4aは、燃焼室C側から、第1孔部4bと、第1孔部4bの孔径から徐々に径が拡大している傾斜部4cと、第1孔部4bの孔径よりも孔径が大きい第2孔部4dと、を有している。第2孔部4dを形成する周囲の壁には、圧力検出装置5に形成された後述するハウジング30の雄ねじ332aがねじ込まれる雌ねじ4eが形成されている。
As shown in FIG. 2, the cylinder head 4 is formed with a
以下に、圧力検出装置5について詳述する。
図3は、圧力検出装置5の概略構成図である。図4は、図3のIV−IV部の断面図である。図5は、図4のV部の拡大図である。
図3に示すように、燃焼圧検出装置の一例としての圧力検出装置5は、燃焼室C内の圧力を電気信号に変換する圧電素子10を有するセンサ部100と、センサ部100からの電気信号を処理する信号処理部200と、信号処理部200を保持する保持部材300と、を備えている。この圧力検出装置5をシリンダヘッド4に装着する際には、センサ部100の後述するダイアフラムヘッド40の方から先に、シリンダヘッド4に形成された連通孔4aに挿入していく。
Below, the
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the
As shown in FIG. 3, the
先ずは、センサ部100について説明する。
図4に示すように、センサ部100は、受けた圧力を電気信号に変換する圧電素子10と、筒状であってその内部に圧電素子10などを収納する円柱状の孔が形成されたハウジング30と、を備えている。
なお、以下では、ハウジング30に形成された円柱状の孔の中心線方向を、単に中心線方向と称す。また、以下の説明において、図4の左側を圧力検出装置5の先端側、右側を圧力検出装置5の後端側とする。
センサ部100は、ハウジング30における先端側の開口部を塞ぐように設けられて、燃焼室C内の圧力が作用するダイアフラムヘッド40と、ダイアフラムヘッド40と圧電素子10との間に設けられた第1電極部50と、圧電素子10に対して第1電極部50とは反対側に配置された第2電極部55と、を備えている。
First, the
As shown in FIG. 4, the
In the following, the center line direction of the cylindrical hole formed in the
The
また、図5に示すように、センサ部100は、第2電極部55を電気的に絶縁するアルミナセラミック製の絶縁リング60と、絶縁リング60よりも後端側に設けられて、信号処理部200の後述する覆い部材23の端部を支持する支持部材65と、第2電極部55と後述する伝導部材22との間に介在するコイルスプリング70と、を備えている。
Further, as shown in FIG. 5, the
圧電素子10は、圧電縦効果の圧電作用を示す圧電体を有している。圧電縦効果とは、圧電体の電荷発生軸と同一方向の応力印加軸に外力を作用させると、電荷発生軸方向の圧電体の表面に電荷が発生する作用をいう。本実施形態に係る圧電素子10は、中心線方向が応力印加軸の方向となるようにハウジング30内に収納されている。
The
次に、圧電素子10に圧電横効果を利用した場合を例示する。圧電横効果とは、圧電体の電荷発生軸に対して直交する位置にある応力印加軸に外力を作用させると、電荷発生軸方向の圧電体の表面に電荷が発生する作用をいう。薄板状に薄く形成した圧電体を複数枚積層して構成しても良く、このように積層することで、圧電体に発生する電荷を効率的に集めてセンサの感度を上げることができる。圧電体としては、圧電縦効果及び圧電横効果を有するランガサイト系結晶(ランガサイト、ランガテイト、ランガナイト、LGTA)や水晶、ガリウムリン酸塩などを使用することを例示することができる。なお、本実施形態の圧電素子10には、圧電体としてランガサイト単結晶を用いている。
Next, a case where the piezoelectric lateral effect is used for the
また、圧電素子10を、薄板状に薄く形成した圧電体を複数枚積層して構成してもよい。このようにすることで、燃焼圧に応じて発生する電荷を効率的に集めて検出の感度を上げることができる。また、圧電体を複数枚積層して一体のブロック状とすることによって、内燃機関1の燃焼室C内に発生する大きな燃焼圧に対する耐力が増す。なお、薄板状に形成した圧電体を積層して形成すると、外見上は端面が平坦面となる直方体状になる。
Alternatively, the
ハウジング30は、図4に示すように、先端側に設けられた第1ハウジング31と、後端側に設けられた第2ハウジング32と、を有する。
第1ハウジング31は、内部に、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された円柱状の孔310が形成された薄肉円筒状の部材である。孔310は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第1孔311と、第1孔311の孔径よりも大きな孔径の第2孔312と、から構成される。
As shown in FIG. 4, the
The
また、第1ハウジング31は、外部に、ダイアフラムヘッド40を取り付ける部分を形成する端面31aと、外周面を構成する側面31bと、周方向の全域にわたって側面31bから突出して設けられる突出部315とを備えている。突出部315は、先端側に、先端側から後端側に向けて次第に外径が大きくなるテーパ状に形成された肩部の一例としての傾斜面315aと、後端部に、中心線方向に垂直な垂直面315bとを有している。さらに、本実施形態では、側面31bの傾斜面315a側には、周方向の全域に亘って形成される溝である段差部31btが形成される。
In addition, the
傾斜面315aは、シリンダヘッド4との間に後述の第2シール部材72を間に挟んでシール(密閉)部分を形成する。具体的には、圧力検出装置5がシリンダヘッド4に装着された状態にて、傾斜面315aとシリンダヘッド4の傾斜部4cとの間に第2シール部材72を間に挟み込める間隔を形成する。そして、シリンダヘッド4と圧力検出装置5との間にて、傾斜面315aおよび側面31bと、傾斜部4cおよび第2孔部4dの内壁とによって、第2シール部材72を配置する空間である保持部Hを形成する(後述の図6(c)参照)。本実施形態の保持部Hの断面は、傾斜部4cと傾斜面315aとを備えて構成されるため菱形状に形成される。
また、本実施形態の保持部Hは、圧力検出装置5の中心軸方向において圧電素子10が設けられる位置(横)に設けられている(後述の図6(c)参照)。
The
In addition, the holding portion H of the present embodiment is provided at a position (lateral) where the
垂直面315bは、図5に示すように、第1ハウジング31と第2ハウジング32との接触する部分を形成する。具体的には、第1ハウジング31と第2ハウジング32とを接続させる際に、第1ハウジング31の垂直面315bは、第2ハウジング32の先端部に形成される垂直な面に対応している。そして、第1ハウジング31の垂直面315bは、第2ハウジング32の先端部と密着することで両者が接続する。
As shown in FIG. 5, the
段差部31btは、圧力検出装置5に後述の第2シール部材72を取り付けた際に、後述の第2シール部材72が外れないように保持する部分を形成する。具体的には、後述の第2シール部材72の一部が、段差部31btに嵌り込む。そして、本実施形態では、予め段差部31btに第2シール部材72を取り付けることによって、内燃機関1の動作時に第2シール部材72をずれにくくしたり、圧力検出装置5をシリンダヘッド4の連通孔4aに着脱する際の作業性を向上させたりしている。
The step portion 31bt forms a portion that holds the
第2ハウジング32は、内部に、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された円柱状の孔320が形成された筒状の部材であり、外部に、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された外周面330が設けられている。
孔320は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第1孔321と、第1孔321の孔径よりも小さな孔径の第2孔322と、第2孔322の孔径よりも大きな孔径の第3孔323と、第3孔323の孔径よりも大きな孔径の第4孔324と、第4孔324の孔径よりも大きな孔径の第5孔325と、から構成される。
第2ハウジング32における先端部は、第1ハウジング31における後端部にしまりばめで嵌合(圧入)されるように、第1孔321の孔径は、第1ハウジング31の外周面の径以下となるように設定されている。
The
The
The diameter of the
外周面330は、先端側から後端側にかけて、第1外周面331と、第1外周面331の外径よりも大きな外径の第2外周面332と、第2外周面332の外径よりも大きな外径の第3外周面333と、第3外周面333の外径よりも大きな外径の第4外周面334と、第4外周面334の外径よりも小さな外径の第5外周面335と、から構成される。第2外周面332における先端部には、シリンダヘッド4の雌ねじ4eにねじ込まれる雄ねじ332aが形成されている。第3外周面333には、後述する第1シール部材71がすきまばめで嵌め込まれ、第3外周面333の外径と第1シール部材71の内径との寸法公差は、例えば零から0.2mmとなるように設定される。第4外周面334における後端部は、周方向に等間隔に6つの面取りを有する正六角柱に形成されている。この正六角柱に形成された部位が、圧力検出装置5をシリンダヘッド4に締め付ける際に、締付用の工具が嵌め込まれ、工具に付与された回転力が伝達される部位となる。第5外周面335における中心線方向の中央部には、外周面から凹んだ凹部335aが全周に渡って形成されている。
The outer
また、第2ハウジング32は、第4孔324から第5孔325への移行部分であり、第5孔325における先端部には、信号処理部200の後述する覆い部材23の基板被覆部232における先端側の端面が突き当たる突当面340が設けられている。突当面340には、後述する信号処理部200のプリント配線基板210の第2接続ピン21bが差し込まれるピン用凹部340aが形成されている。
The
第1ハウジング31および第2ハウジング32は、燃焼室Cに近い位置に存在するため、少なくとも、−40〜350〔℃〕の使用温度環境に耐える材料を用いて製作することが望ましい。具体的には、耐熱性の高いステンレス鋼材、例えば、JIS規格のSUS630、SUS316、SUS430等を用いることが望ましい。
Since the
図5に示すように、ダイアフラムヘッド40は、円筒状の円筒状部41と、円筒状部41の内側に形成された内側部42と、を有している。
円筒状部41における後端部は、ハウジング30の第1ハウジング31における先端部としまりばめで嵌合(圧入)されて、この先端部の内部に入り込む進入部41aと、この先端部における端面31aと同形状に形成され、嵌合された際にこの端面31aが突き当たる突当面41bと、を有している。
内側部42は、円筒状部41における先端側の開口を塞ぐように設けられた円盤状の部材であり、後端側の面における中央部にはこの面から圧電素子10側に突出する突出部42aが設けられている。
ダイアフラムヘッド40の材料としては、高温でありかつ高圧となる燃焼室C内に存在するため、弾性が高く、かつ耐久性、耐熱性、耐触性等に優れた合金製であることが望ましく、例えばSUH660であることを例示することができる。
As shown in FIG. 5, the
The rear end portion of the
The
The material of the
第1電極部50は、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された円柱状の部材であり、第1円柱部51と、第1円柱部51の外径よりも大きな外径の第2円柱部52と、から構成される。第1円柱部51の外径はダイアフラムヘッド40の進入部41aの内径よりも小さく、第2円柱部52の外径は第1ハウジング31の第1孔311の孔径と略同じである。そして、第1円柱部51における先端側の端面がダイアフラムヘッド40の内側部42の突出部42aと、第2円柱部52における後端側の端面が圧電素子10における先端側の面とに接触するように配置される。第2円柱部52の外周面が第1ハウジング31の内周面と接触すること、および/または第1円柱部51における先端側の端面がダイアフラムヘッド40と接触することによって、圧電素子10における先端部は、ハウジング30と電気的に接続される。
第1電極部50は、燃焼室C内の圧力を圧電素子10に作用させるものであり、圧電素子10側の端面である第2円柱部52における後端側の端面が圧電素子10の端面の全面を押すことが可能な大きさに形成される。また、第1電極部50は、ダイアフラムヘッド40から受ける圧力を均等に圧電素子10に作用させることができるように、中心線方向の両端面が平行(中心線方向に直交)かつ平滑面に形成されている。
第1電極部50の材質としては、ステンレスであることを例示することができる。
The
The
Examples of the material of the
第2電極部55は、円柱状の部材であり、先端側の端面が圧電素子10における後端側の端面に接触し、一方の端部側の端面が絶縁リング60に接触するように配置される。第2電極部55における後端側の端面には、この端面から後端側に突出する円柱状の突出部55aが設けられている。突出部55aは、端面側の基端部と、この基端部の外径よりも小さな外径の先端部と、を有する。突出部55aの外径は絶縁リング60の内径よりも小さく設定されるとともに、突出部55aの長さは絶縁リング60の幅(中心線方向の長さ)よりも長く設定され、突出部55aの先端が絶縁リング60から露出している。この第2電極部55は、第1電極部50との間で圧電素子10に対して一定の荷重を加えるように作用する部材であり、圧電素子10側の端面は、圧電素子10の端面の全面を押すことが可能な大きさに形成されるとともに平行かつ平滑面に形成されている。第2電極部55の外径は第1ハウジング31の第2孔312の孔径よりも小さくなるように設定されており、第2電極部55の外周面と第1ハウジング31の内周面との間には隙間がある。
第2電極部55の材質としては、ステンレスであることを例示することができる。
The
The material of the
絶縁リング60は、アルミナセラミックス等により形成された円筒状の部材であり、内径(中央部の孔径)は、第2電極部55の突出部55aの基端部の外径よりもやや大きく、外径は、第1ハウジング31の第2孔312の孔径と略同じに設定されている。第2電極部55は、突出部55aが絶縁リング60の中央部の孔に挿入されて配置されることで、中心位置と第1ハウジング31の第2孔312の中心とが同じになるように配置される。
The insulating
支持部材65は、先端側から後端側にかけて、内部に、径が異なる複数の円柱状の孔650が形成され、外周面が同一の、筒状の部材である。
孔650は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第1孔651と、第1孔651の孔径よりも大きな孔径の第2孔652と、第2孔652の孔径よりも大きな孔径の第3孔653と、から構成される。第1孔651の孔径は、第2電極部55の突出部55aの基端部の外径よりも大きく、この突出部55aが支持部材65の内部まで露出する。第2孔652の孔径は、後述する信号処理部200の伝導部材22における先端部の外径よりも大きい。第3孔653の孔径は、後述する信号処理部200の覆い部材23の端部の外径よりも小さく、この覆い部材23が第3孔653を形成する周囲の壁にしまりばめで嵌合される。これにより、支持部材65は、覆い部材23の端部を支持する部材として機能する。
The
The holes 650 are formed in order from the front end side to the rear end side, and have a first hole 651, a second hole 652 having a diameter larger than the diameter of the first hole 651, and a diameter larger than the diameter of the second hole 652. A
コイルスプリング70は、内径が、第2電極部55の突出部55aの先端部の外径以上で基端部の外径より小さく、外径が、後述する伝導部材22の挿入孔22aの径よりも小さい。コイルスプリング70の内側に第2電極部55の突出部55aの先端部が挿入されるとともに、コイルスプリング70は、後述する伝導部材22の挿入孔22aに挿入される。コイルスプリング70の長さは、第2電極部55と伝導部材22との間に圧縮した状態で介在することができる長さに設定されている。コイルスプリング70の材質としては、弾性が高く、かつ耐久性、耐熱性、耐触性等に優れた合金を用いるとよい。また、コイルスプリング70の表面に金メッキを施すことで、電気伝導を高めるとよい。
The
次に、信号処理部200について説明する。
信号処理部200は、図3に示すように、センサ部100の圧電素子10から得られる微弱な電荷である電気信号を少なくとも増幅処理する回路基板部21と、圧電素子10に生じた電荷を回路基板部21まで導く棒状の伝導部材22と、これら回路基板部21、伝導部材22などを覆う覆い部材23と、回路基板部21などを密封するOリング24と、を備えている。
Next, the
As shown in FIG. 3, the
回路基板部21は、図4に示すように、センサ部100の圧電素子10から得られる微弱な電荷を増幅するための回路を構成する電子部品などが実装されたプリント配線基板210を有する。プリント配線基板210における先端部には、伝導部材22における後端部を電気的に接続するための第1接続ピン21aと、接地用および位置決め用の第2接続ピン21bとが半田付けなどにより接続されている。また、プリント配線基板210における後端部には、伝送ケーブル8の先端部のコネクタ8aを介して制御装置6と電気的に接続する第3接続ピン21cが3つ、半田付けなどにより接続されている。3つの第3接続ピン21cは、それぞれ、制御装置6からプリント配線基板210への電源電圧およびGND電圧の供給、プリント配線基板210から制御装置6への出力電圧の供給に用いられる。
As shown in FIG. 4, the
図3に示すように、伝導部材22は、棒状(円柱状)の部材であり、先端部には、第2電極部55の突出部55aの先端部が挿入される挿入孔22aが形成されている。伝導部材22における後端部は、回路基板部21のプリント配線基板210に、導線を介して電気的に接続される。伝導部材22の材質としては、真鍮およびベリリウム銅等を例示することができる。この場合、加工性およびコストの観点からは、真鍮が望ましい。これに対して、電気伝導性、高温強度、信頼性の観点からは、ベリリウム銅が望ましい。
As shown in FIG. 3, the
覆い部材23は、伝導部材22の外周を覆う伝導部材被覆部231と、回路基板部21のプリント配線基板210の側面および下面を覆う基板被覆部232と、プリント配線基板210に接続された第3接続ピン21cの周囲を覆うとともに伝送ケーブル8の先端部のコネクタ8aが嵌め込まれるコネクタ部233と、を有している。
The covering
図4に示すように、伝導部材被覆部231は、中心線方向には、伝導部材22における先端部を露出するように覆っており、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された外周面240が設けられている。外周面240は、先端側から後端側にかけて、第1外周面241と、第1外周面241の外径よりも大きな外径の第2外周面242と、第2外周面242の外径よりも大きな外径の第3外周面243と、第3外周面243の外径よりも大きな外径の第4外周面244と、から構成される。
As shown in FIG. 4, the conductive
第1外周面241の径は、支持部材65の第3孔653の孔径よりも大きく、伝導部材被覆部231における先端部が、支持部材65の第3孔653を形成する周囲の壁にしまりばめで嵌合(圧入)される。
第2外周面242の径は、第2ハウジング32の第2孔322の孔径よりも小さく形成され、第3外周面243の径は、第2ハウジング32の第3孔323の孔径よりも小さく形成されている。また、第4外周面244の径は、第2ハウジング32の第4孔324の孔径よりも大きく、伝導部材被覆部231における後端部が、第2ハウジング32の第4孔324を形成する周囲の壁にしまりばめで嵌合(圧入)される。これらにより、伝導部材被覆部231は、少なくとも中心線方向の両端部が、それぞれ支持部材65、第2ハウジング32に接触することで支持されているので、劣悪な振動環境であっても、伝導部材22に与える悪影響を抑制することができ、振動に起因して伝導部材22の接続部の断線や接触不良等を回避することが可能になっている。
The diameter of the first outer
The diameter of the second outer
基板被覆部232は、基本的には円筒状の部位であり、その側面には、プリント配線基板210を内部に設置するための矩形の開口部232aが設けられている。また、基板被覆部232における後端側には、ハウジング30内およびプリント配線基板210設置部を密封するためのOリング24用のリング溝232bが形成されている。
The
コネクタ部233は、基板被覆部232における後端側の端面232cから突出し、プリント配線基板210に接続された3つの第3接続ピン21cの周囲を覆うように形成された薄肉の部位である。コネクタ部233における後端部は開口しており、内部に伝送ケーブル8の先端部に設けられたコネクタ8aを受け入れることが可能になっている。また、コネクタ部233における後端側には、内部と外部とを連通する孔233aが形成されており、伝送ケーブル8のコネクタ8aに設けられたフックがこの孔233aに引っ掛ることで、伝送ケーブル8のコネクタ8aがコネクタ部233から脱落することが抑制される。
The
以上のように構成された覆い部材23は、樹脂などの絶縁性を有する材料にて成形されている。また、覆い部材23は、伝導部材22、第1接続ピン21a、第2接続ピン21bおよび3つの第3接続ピン21cとともに一体成形されている。より具体的には、覆い部材23は、これら伝導部材22、第1接続ピン21a、第2接続ピン21bおよび3つの第3接続ピン21cをセットした金型に加熱した樹脂が押し込まれることで成形される。
The covering
信号処理部200をユニット化するにあたっては、成形された覆い部材23の開口部232aから、回路基板部21のプリント配線基板210を挿入し、基板被覆部232の中央部に設置する。プリント配線基板210を設置する際、板厚方向に貫通されたスルーホールに、第1接続ピン21a、第2接続ピン21bおよび3つの第3接続ピン21cの先端を通し、半田付けする。その後、第1接続ピン21aと伝導部材22とを導線を用いて接続する。また、覆い部材23の基板被覆部232のリング溝232bにOリング24を装着する。Oリング24は、フッ素系ゴムからなる周知のO状のリングである。
In order to unitize the
次に、保持部材300について説明する。
保持部材300は、薄肉円筒状の部材であり(図3参照)、後端部に内周面から内側に突出した突出部300aが設けられている。保持部材300は、第2ハウジング32に装着された後、外部から、第5外周面335に設けられた凹部335aに対応する部位が加圧されることでかしめられる。これにより、保持部材300は、ハウジング30に対して移動し難くなり、信号処理部200がハウジング30に対して移動することを抑制する。
Next, the holding
The holding
以上のように構成された圧力検出装置5は、以下に示すように組み立てられる。
先ず、図5に示すように、第1ハウジング31の端面31aとダイアフラムヘッド40の突当面41bとが接触するまで、第1ハウジング31とダイアフラムヘッド40とを嵌合(圧入)する。その後、第1ハウジング31の端面31aとダイアフラムヘッド40の突当面41bとが接触している部位に、中心線方向に交差する方向(例えば中心線方向に直交する方向)からレーザビームを照射して、第1ハウジング31とダイアフラムヘッド40とを溶接する。
The
First, as shown in FIG. 5, the
その後、第1ハウジング31における後端側の開口部から、第1電極部50および圧電素子10を挿入する。その後、第2電極部55の突出部55aの先端部にコイルスプリング70を装着するとともに、第2電極部55の突出部55aに絶縁リング60を挿入した状態の物を、第1ハウジング31における後端側の開口部から挿入する。その後、支持部材65を第1ハウジング31における後端側の開口部から挿入する。
Thereafter, the
その後、圧電素子10の感度および直線性を高めるべく、第1ハウジング31内の圧電素子10に、予め定められた荷重(予荷重)を作用させる。すなわち、支持部材65における後端部に装着した専用治具で、この支持部材65を、後端側から先端側に向けて中心線方向に加圧する。そして、ダイアフラムヘッド40の内側部42における先端側の端面の中心線方向の変位量が、支持部材65を加圧する前から予め定められた長さとなるまで加圧する。そして、ダイアフラムヘッド40の内側部42の先端側の端面が予め定められた長さ変位したところで、支持部材65と第1ハウジング31とを固定する。固定方法としては、中心線方向に交差する方向(例えば中心線方向に直交する方向)から、レーザビームを照射することを例示することができる。レーザビームは、円周方向の全周に照射してもよいし、円周方向に等間隔にスポット的に照射してもよい。支持部材65と第1ハウジング31とを固定した後に、上記専用治具を取り外す。これにより、第1ハウジング31内の圧電素子10に予荷重が作用した状態となる。
なお、本実施形態が適用される圧力検出装置5では、予荷重が作用した状態を圧力検出の基準となる零の状態としている。
Thereafter, in order to increase the sensitivity and linearity of the
In the
その後、第1ハウジング31の突出部315の垂直面315bと第2ハウジング32における先端側の端面とが接触するまで、第1ハウジング31と第2ハウジング32とを嵌合(圧入)する。その後、第1ハウジング31の垂直面315bと第2ハウジング32の端面とが接触している部位に、中心線方向に交差する方向(例えば中心線方向に直交する方向)からレーザビームを照射して、第1ハウジング31と第2ハウジング32とを溶接する。
Thereafter, the
その後、図3に示すように、信号処理部200の覆い部材23の基板被覆部232における先端側の端面が第2ハウジング32の突当面340に突き当たるまで、信号処理部200を、第2ハウジング32における後端側の開口部から挿入する。その際、図4に示すように、信号処理部200の伝導部材22の挿入孔22aに、第2電極部55の突出部55aに装着されたコイルスプリング70が入り込むとともに、第2ハウジング32の突当面340に形成されたピン用凹部340aに、プリント配線基板210に接続された第2接続ピン21bが入り込むように、信号処理部200を挿入する。
Thereafter, as shown in FIG. 3, the
その後、図4に示すように、信号処理部200の基板被覆部232の端面232cに保持部材300の突出部300aが突き当たるまで、保持部材300を、後端側から信号処理部200に嵌め込んでいく。信号処理部200の端面232cと保持部材300の突出部300aとが接触した状態で、保持部材300における、第2ハウジング32の第5外周面335の凹部335aに対応する部位が加圧されることで、保持部材300が第2ハウジング32にかしめられる。これにより、保持部材300がハウジング30に対して移動し難くなり、信号処理部200がハウジング30に対して移動し難くなる。
このようにして圧力検出装置5は組み立てられる。
Thereafter, as shown in FIG. 4, the holding
In this way, the
ここで、上述した圧力検出装置5における電気的な接続構造について説明する。
先ず、圧電素子10における先端側の端面は、金属製の第1電極部50およびダイアフラムヘッド40を介して、金属製のハウジング30と電気的に接続される。
Here, the electrical connection structure in the
First, the end face on the front end side of the
これに対し、圧電素子10における後端側の端面は、金属製の第2電極部55と電気的に接続され、第2電極部55は、突出部55aを介して金属製のコイルスプリング70と電気的に接続される。また、コイルスプリング70は、金属製の伝導部材22と電気的に接続され、伝導部材22は、プリント配線基板210と電気的に接続される。他方、第2電極部55の突出部55aの外径は支持部材65の第1孔651の孔径よりも小さく、伝導部材22における先端部の外径は支持部材65の第2孔652の孔径よりも小さい。つまり、第2電極部55、コイルスプリング70および伝導部材22は、支持部材65と電気的に接続されていない。それゆえ、第2電極部55からコイルスプリング70および伝導部材22を介してプリント配線基板210へと至る電荷信号の伝送経路は、それぞれが絶縁体で構成された、絶縁リング60および覆い部材23によって、金属製のハウジング30と電気的に絶縁される。
On the other hand, the end surface on the rear end side of the
以上のように構成された圧力検出装置5をシリンダヘッド4に装着する際には、センサ部100のダイアフラムヘッド40の方から先にシリンダヘッド4に形成された連通孔4aに挿入していき、ハウジング30の第2ハウジング32に形成された雄ねじ332aをシリンダヘッド4の連通孔4aに形成された雌ねじ4eにねじ込む。
圧力検出装置5をシリンダヘッド4に装着することにより、ハウジング30は、金属製のシリンダヘッド4と電気的に接続される。このシリンダヘッド4は、電気的に接地された状態にあるため、圧力検出装置5では、ハウジング30を介して、圧電素子10における先端部が接地される。ここで、この例では、圧電素子10の側面とハウジング30の内壁面とが接触し得る構造になっているが、圧電素子10が絶縁体で構成されていることにより抵抗値が極めて大きいことと、圧力変化に伴って発生する電荷が、圧電素子10における中心線方向の両端部に発生することとにより、特に問題とはならない。
When the
By mounting the
そして、内燃機関1の作動時には、センサ部100のダイアフラムヘッド40の内側部42に燃焼圧が付与する。ダイアフラムヘッド40に付与された燃焼圧が、第1電極部50と第2電極部55とによって挟まれた圧電素子10に作用することにより、この圧電素子10に燃焼圧に応じた電荷が生じる。そして、圧電素子10に生じた電荷は、第2電極部55、コイルスプリング70、伝導部材22を介して回路基板部21に付与される。回路基板部21に付与された電荷は、回路基板部21にて増幅処理がなされた後、その電荷に応じた電圧が、回路基板部21に接続された第3接続ピン21c、伝送ケーブル8を介して制御装置6に供給される。
During the operation of the
次に、シール部7について説明する。
シール部7は、図2に示すように、シリンダヘッド4における連通孔4aを形成する周囲の壁の圧力検出装置5締め付け方向の端面4fと、圧力検出装置5のハウジング30の第4外周面334が設けられた円柱状の部位の先端側の端面334aとの間に配置され、シリンダヘッド4と圧力検出装置5との間をシールする第1シール部材71を有している。
また、第1ハウジング31の段差部31btおよび傾斜面315aと、連通孔4aの端面4fおよび傾斜部4cとによって形成される保持部Hに配置され(後述の図6(c)参照)、シリンダヘッド4と圧力検出装置5との間をシールする第2シール部材72を有している。
Next, the
As shown in FIG. 2, the
Further, the cylinder head is disposed in a holding portion H formed by the step portion 31bt and the
第1シール部材71は、銅、ステンレス、アルミなどの金属板を打ち抜いて成形されたメタルガスケットであることを例示することができる。断面形状はS字状、または略矩形に形成されているとよい。第1シール部材71は、圧力検出装置5がシリンダヘッド4に締め付けられる際に、締め付け方向の力を受けて、締め付け方向の長さが短くなるように変形し、燃焼室C内の気密性を高める。すなわち、圧力検出装置5がシリンダヘッド4にねじ込まれることで、第1シール部材71とシリンダヘッド4との間に生じる接触圧力、および第1シール部材71と圧力検出装置5のハウジング30との間に生じる接触圧力が高まる。これにより、第1シール部材71とシリンダヘッド4との間、および第1シール部材71と圧力検出装置5のハウジング30との間から燃焼ガスが漏れることが抑制される。
The
図6は、実施形態1の第2シール部材72を説明するための図である。
図6(a)は第2シール部材72の全体図を示し、図6(b)は図6(a)に示すVIb−VIb断面を示し、図6(c)は第2シール部材72が圧力検出装置5とシリンダヘッド4との間に設けられた状態を示す。
第2シール部材72は、シリンダヘッド4の内壁と圧力検出装置5のハウジング30の外壁との隙間への燃焼ガスの流入を抑制する部材である。第2シール部材72は、図6(c)に示すように保持部Hに配置される。本実施形態の保持部Hは、ハウジング30中心軸方向における圧電素子10の位置(横)に形成される。従って、第2シール部材72は、シリンダヘッド4と圧力検出装置5との間の隙間における圧電素子10が設けられる位置よりも中心軸方向の後端側への燃焼ガスの流入を抑制する。
FIG. 6 is a view for explaining the
6A shows an overall view of the
The
第2シール部材72は、図6(a)に示すように、環状(リング状)の部材であって内側が中空に形成されている。さらに、第2シール部材72は、中心軸方向の一端側に全周に亘って形成される環状の切り込みである開口部72tを有している。
そして、第2シール部材72の内径は、取り付ける前の状態にて内径が圧力検出装置5の第1ハウジング31の側面31bの外径(本実施形態では段差部31btの外径)よりも若干小さく設定されている。また、第2シール部材72の外径は、シリンダヘッド4の連通孔4aにおける第2孔部4dの内径よりも若干大きく設定されている。
第2シール部材72が内燃機関1に取り付けられた際には、第2シール部材72の内周部が第1ハウジング31の外周に密着し、外周部が第2孔部4dの内周に密着する。
As shown in FIG. 6A, the
The inner diameter of the
When the
また、第2シール部材72の断面は、図6(b)に示すように、開口部72tが設けられることで開口形状を有している。開口部72tは、図6(b)に示すように、中心軸方向の一端部に設けられている。また、開口部72tは、開口部72tが中心軸に対して斜めに向くように形成している。本実施形態では、保持部Hにおいて、中心軸側かつ燃焼室C側に、側面31bと第1孔部4bとの間の隙間Nが位置する。そこで、開口部72tが隙間Nの方を向くように、開口部72tは中心軸に対して斜めに向いている。
さらに、第2シール部材72の断面は、中心軸方向に切断した場合において馬蹄形状を有している。図6(c)に示すように、第2シール部材72が配置される保持部Hは菱形形状をしている。そして、本実施形態では、保持部Hの断面形状に倣うように第2シール部材72を馬蹄形状に形成し、保持部Hに対する密着性を高めている。
Further, as shown in FIG. 6B, the cross section of the
Further, the cross section of the
そして、第2シール部材72は、第1ハウジング31に取り付ける際や、開口部72tから内側へと燃焼ガスが入り込んだ際に、変形可能な程度に材料の厚みが設定されている。また、第2シール部材72を変形可能に構成することで、圧力検出装置5をシリンダヘッド4に装着する際に、例えば中心軸方向の寸法誤差を第2シール部材72が吸収することが可能になる。
なお、本実施形態の第2シール部材72の材料には、銅、ステンレス、アルミなどの金属を用いることができる。その他、本実施形態の第2シール部材72の材料には、テフロン(登録商標)などを用いることができる。
The
In addition, metals, such as copper, stainless steel, and aluminum, can be used for the material of the
そして、図6(c)に示すように、シリンダヘッド4に圧力検出装置5を装着した状態にて、第2シール部材72は保持部Hに配置される。また、本実施形態では、第2シール部材72は、内周側の一部が段差部31btに嵌め込まれるようにして、第1ハウジング31に保持される。そして、第2シール部材72は、燃焼室Cへと延びる隙間Nに開口部72tが向く。従って、第2シール部材72は、開口部72tが燃焼室Cに向けて開いた状態で設けられる。
Then, as shown in FIG. 6C, the
続いて、内燃機関1における圧力検出装置5のセンサ部100の動作を説明する。
以上のように構成される内燃機関1において、例えば燃焼圧が生じていないときなど燃焼室Cの圧力が大気圧程度であって無視できるほど小さい圧力状態(初期の状態)において、ダイアフラムヘッド40はほとんど変形しない。そして、この状態では、圧電素子10に対しては、大気圧に相当する荷重および、圧力検出装置5を組み立てる際に掛けられた予荷重が作用した状態になっている。なお、本実施形態では、この予荷重のみが作用する状態を圧力が零の状態となる。
Next, the operation of the
In the
そして、例えば内燃機関1において、燃焼室Cに燃料および空気が送り込まれた後、点火プラグによって点火が行われることで燃焼室Cに燃焼圧が発生する。そして、ダイアフラムヘッド40を介して圧力を受けることによって、第1電極部50は、圧電素子10に中心線方向の荷重をかける。そして、圧電素子10は、第1電極部50から圧縮力を受けることで圧縮変形する。そして、圧電素子10が圧縮変形することで発生した電荷は、電気信号として信号処理部200に伝達する。
For example, in the
ここで、燃焼室Cにおける燃焼によって生じる燃焼ガスは、図6(b)に示すように、隙間Nへと進入する。そして、隙間Nへと進入した燃焼ガスは、第2シール部材72に到達する。そして、第2シール部材72の開口部72tの内側へと入り込むことで、第2シール部材72が膨張する。そして、第2シール部材72の外周部は、第1ハウジング31の側面31b(段差部31bt)および傾斜面315aと、シリンダヘッド4の第2孔部4dおよび傾斜部4cとに密着する。
Here, the combustion gas generated by the combustion in the combustion chamber C enters the gap N as shown in FIG. The combustion gas that has entered the gap N reaches the
本実施形態では、第2シール部材72は、保持部Hを構成する第1ハウジング31の傾斜面315aに接するように取り付けている。これによって、燃焼ガスによって圧力検出装置5の中心軸方向の先端側から後端側に向けて軸方向に第2シール部材72が押し込まれる場合に、その軸方向に面成分を有する傾斜面315aによって第2シール部材72を保持することができる。第2シール部材72は、中心軸方向の後端側に押し込まれるほど、傾斜面315aからの抗力によって密着度がさらに増す。そして、第2シール部材72より後端側の隙間への燃焼ガスの流入を抑制することができる。
In the present embodiment, the
また、第1ハウジング31の傾斜面315aは、先端側から後端側に向かう従って次第に外径が大きくなるテーパ状になっている。これによって、第2シール部材72の開口部72tを隙間Nに向けて配置しやすく構成できる。従って、例えば圧力検出装置5の中心軸方向に対して直交する方向に第2シール部材72の開口部72tを向ける場合と比較して、圧力検出装置5の中心軸方向に流れる燃焼ガスを開口部72tの内側へと導き入れ易くすることができる。
Further, the
内燃機関1が燃焼を開始した直後など、圧力検出装置5の温度が低い状態にて燃焼ガスに晒されると、圧力検出装置5は、外側のハウジング30の温度が急激に上昇する。そして、圧力検出装置5の燃焼室Cに近い先端側においては、温度上昇に伴ってハウジング30の内外の温度が短時間に上昇し易い。従って、圧力検出装置5の燃焼室Cに近い先端側においては、外側のハウジング30の熱膨張とハウジング30の内側の部材との熱膨張差は生じ難くい。
一方で、圧力検出装置5の先端側(燃焼室C側)から遠い側においては、ハウジング30の内側の部材の温度が上昇し難い。従って、圧力検出装置5の燃焼室Cから遠い側においては、外側のハウジング30の熱膨張とハウジング30の内側の部材との熱膨張差が大きくなりやすい。その結果、内側の部材の熱膨張量が小さく、外側のハウジング30が熱膨張量が相対的に大きくなることで、例えば圧電素子10と第2電極部55との間に隙間が発生する可能性がある。そうすると、圧力検出装置5において、実際の圧力を正確に検出できない状態が発生して検出誤差が生じる畏れがある。
If the
On the other hand, on the side far from the front end side (combustion chamber C side) of the
これに対して、本実施形態が適用される内燃機関1では、第2シール部材72よりも後端側の隙間への燃焼ガスの流入を抑制することによって、圧力検出装置5の燃焼室Cから遠い側において、外側のハウジング30のみに急激な温度上昇が生じないようにしている。これによって、本実施形態の内燃機関1では、熱膨張に起因する圧力検出の誤差の発生を低減している。
On the other hand, in the
また、本実施形態が適用される圧力検出装置5では、圧電素子10を圧力検出装置5の先端側に設け圧電素子10を燃焼室C側に対してより近づけて配置することで、燃焼室Cの燃焼圧の検出精度を高めている。また、本実施形態では、圧電素子10の付近(横)に保持部Hを形成し、その保持部Hに第2シール部材72を設けている。そして、本実施形態では、圧電素子10が設けられる位置よりも中心軸方向に後端側への燃焼ガスの流入を抑制している。このように、本実施形態の圧力検出装置5では、圧電素子10を燃焼室Cに対してより近づけて配置し高い精度にて圧力の検出を行いつつ、ハウジング30の熱膨張に起因する圧力検出の誤差の発生を抑制している。
Further, in the
(実施形態2)
図7は、実施形態2に係わる内燃機関1を説明するための図である。
なお、実施形態1に係る内燃機関1と同様なものについては、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
図7(a)は第2シール部材372の全体図を示し、図7(b)は図7(a)に示すVIIb−VIIb断面を示し、図7(c)は実施形態2の第2シール部材372が圧力検出装置5とシリンダヘッド4との間に設けられた状態を示す。
図7(c)に示すように、実施形態2に係る内燃機関1では、圧力検出装置5の第1ハウジング31における突出部315は、先端部に、中心線方向に垂直な肩部の一例としての第2垂直面315cと、後端部に、中心線方向に垂直な垂直面315bとを有している。
また、実施形態2のシリンダヘッド4の連通孔4aは、燃焼室C側から、第1孔部4bと、第1孔部4bの孔径よりも孔径が大きい第2孔部4dと、第1孔部4bと第2孔部4dとの間に設けられ中心軸方向に垂直な段差を形成する段差部4eを有している。
そして、実施形態2の内燃機関1は、シリンダヘッド4と圧力検出装置5との間をシールする第2シール部材372を有している。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a view for explaining the
In addition, about the thing similar to the
7A shows an overall view of the
As shown in FIG. 7C, in the
Further, the
The
実施形態2の内燃機関1では、図7(c)に示すように、圧力検出装置5がシリンダヘッド4に装着された状態にて、圧力検出装置5の第2垂直面315cとシリンダヘッド4の段差部4eとの間に第2シール部材372を間に挟み込めるように距離が設けられる。そして、実施形態2の内燃機関1では、第2垂直面315cと側面31b(段差部31bt)と、第2孔部4dおよび段差部4eとによって、実施形態2の第2シール部材372を保持する保持部Hを形成する。実施形態2においては、図7(c)に示すように、保持部Hは断面が矩形状となる。
In the
第2シール部材372は、シリンダヘッド4の内壁と圧力検出装置5のハウジング30の外壁との隙間への燃焼ガスの流入を抑制する部材である。第2シール部材372は、図7(c)に示すように保持部Hに配置される。本実施形態の保持部Hは、ハウジング30中心軸方向における圧電素子10の位置(横)に形成される。従って、第2シール部材372は、シリンダヘッド4と圧力検出装置5との間の隙間における圧電素子10が設けられる位置よりも中心軸方向の後端側への燃焼ガスの流入を抑制する。
The
第2シール部材372は、図7(a)に示すように、環状の部材であって内側を中空に形成している。さらに、第2シール部材372は、中心軸方向の一端側に全周に亘って形成される環状の切り込みである開口部372tを有している。
第2シール部材372の内径は、取り付ける前の状態にて内径が圧力検出装置5の第1ハウジング31の側面31bの外径(本実施形態では段差部31btの外径)よりも若干小さく設定されている。また、第2シール部材372の外径は、シリンダヘッド4の連通孔4aにおける第2孔部4dの内径よりも若干大きく設定されている。そして、第2シール部材372が内燃機関1に取り付けられた際には、第2シール部材372の内周部が第1ハウジング31の外周に密着し、外周部が第2孔部4dの内周に密着する。
As shown in FIG. 7A, the
The inner diameter of the
また、第2シール部材372の断面は、図7(b)に示すように、開口部372tが設けられることで開口形状を有している。開口部372tは、中心軸方向の一端部に設けられている。また、開口部372tは、図7(b)に示すように、取り付けられた際に中心軸側かつ燃焼室C側に位置する隙間Nの方を向くように、中心軸に対して斜めに向けられている。
さらに、第2シール部材372の断面は、中心軸方向に切断した場合において円形状を有している。図7(c)に示すように、第2シール部材372が配置される保持部Hは矩形状をしている。そして、本実施形態では、保持部Hの断面形状に倣うように第2シール部材372を円形状に形成し、保持部Hに対する密着性を高めている。
Further, as shown in FIG. 7B, the cross section of the
Further, the cross section of the
そして、第2シール部材372は、第1ハウジング31に取り付ける際や、開口部372tから内側へと燃焼ガスが入り込んだ際に、変形可能な程度に材料の厚みに設定されている。
なお、本実施形態の第2シール部材372の材料には、銅、ステンレス、アルミなどの金属を用いることができる。その他、本実施形態の第2シール部材372の材料としては、テフロン(登録商標)などを用いることができる。
The
In addition, metals, such as copper, stainless steel, and aluminum, can be used for the material of the
そして、図7(c)に示すように、シリンダヘッド4に圧力検出装置5を装着した状態にて、第2シール部材372は保持部Hに配置される。また、本実施形態では、第2シール部材372は、第2シール部材372の内周部の一部が段差部31bt嵌め込まれるようにして、第1ハウジング31に保持される。そして、第2シール部材372は、燃焼室Cへと延びる隙間Nに開口部372tが向くように取り付けられる。そして、第2シール部材372は、開口部372tが燃焼室Cに向けて開かれた状態で設けられる。
Then, as shown in FIG. 7C, the
内燃機関1が動作した際、燃焼室Cにおける燃焼によって生じる燃焼ガスは、図7(c)に示すように、隙間Nに進入する。そして、隙間Nへと進入した燃焼ガスは、第2シール部材372に到達する。そして、第2シール部材372の開口部372tの内側へと入り込むことで、第2シール部材372が膨張する。これに伴って、第2シール部材372は、側面31b(段差部31bt)および第2垂直面315cと、第2孔部4dおよび段差部4eとに密着する。
そして、第2シール部材372は、第2シール部材372が設けられる保持部Hより後端側に向けた燃焼ガスの流入を抑制する。その結果、圧力検出装置5の第2シール部材372の後端側において、燃焼ガスの進入に起因する温度上昇による急激な内外の温度差の発生が抑制される。
When the
Then, the
(実施形態3)
図8は、実施形態3に係わる内燃機関1を説明するための図である。
なお、実施形態1に係る内燃機関1と同様なものについては、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
図8(a)は第2シール部材472の全体図を示し、図8(b)は図8(a)に示すVIIIb−VIIIb断面を示し、図8(c)は実施形態2の第2シール部材472が圧力検出装置5とシリンダヘッド4との間に設けられた状態を示す。
図8(c)に示すように、実施形態3に係る内燃機関1では、圧力検出装置5の第1ハウジング31における突出部315は、先端部に、中心線方向に垂直な肩部の一例としての第2垂直面315cと、後端部に、中心線方向に垂直な垂直面315bとを有している。
また、実施形態3のシリンダヘッド4の連通孔4aは、燃焼室C側から、第1孔部4bと、第1孔部4bの孔径よりも孔径が大きい第2孔部4dと、第1孔部4bと第2孔部4dとの間に設けられ中心軸方向に垂直な段差を形成する段差部4eを有している。
そして、実施形態3の内燃機関1は、シリンダヘッド4と圧力検出装置5との間をシールする第2シール部材472を有している。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a diagram for explaining the
In addition, about the thing similar to the
FIG. 8A shows an overall view of the
As shown in FIG. 8C, in the
Further, the
The
実施形態3の内燃機関1では、図8(c)に示すように、圧力検出装置5がシリンダヘッド4に装着された状態にて、第2垂直面315cと段差部4eとの間に第2シール部材472を間に挟み込めるように距離が設けられる。そして、実施形態3の内燃機関1では、第2垂直面315cと側面31bと、第2孔部4dおよび段差部4eとによって、実施形態3の第2シール部材472を保持する保持部Hを形成する。そして、実施形態3においては、図8に示すように、保持部Hは断面が矩形状となる。
In the
第2シール部材472は、シリンダヘッド4の内壁と圧力検出装置5のハウジング30の外壁との隙間への燃焼ガスの流入を抑制する部材である。第2シール部材472は、図8(c)に示すように保持部Hに配置される。本実施形態の保持部Hは、ハウジング30中心軸方向における圧電素子10の位置(横)に形成される。従って、第2シール部材472は、シリンダヘッド4と圧力検出装置5との間の隙間における圧電素子10が設けられる位置よりも中心軸方向の後端側への燃焼ガスの流入を抑制する。
The
第2シール部材472は、図8(a)に示すように、環状の部材であって内側を中空に形成している。さらに、第2シール部材472は、中心軸方向の略中央部における内周面の全周に亘って形成される環状の切り込みであって、中心軸側を向く開口部472tを有している。
第2シール部材472の内径は、取り付ける前の状態にて内径が圧力検出装置5の第1ハウジング31の側面31bの外径よりも大きく設定されている。また、第2シール部材472の外径は、シリンダヘッド4の連通孔4aにおける第2孔部4dの内径よりも若干大きく設定されている。そして、第2シール部材472が内燃機関1に取り付けられた際には、第2シール部材472の内周部と第1ハウジング31の外周との間には隙間を形成し、外周部と第2孔部4dとは密着する。
As shown in FIG. 8A, the
The inner diameter of the
第2シール部材472の断面は、中心軸方向に切断した場合において円形状を有している。図8(c)に示すように、第2シール部材472が配置される保持部Hは矩形状をしている。そして、本実施形態では、保持部Hの断面形状に倣うように第2シール部材472の断面を円形状に形成し、保持部Hに対する密着性を高めている。
The cross section of the
また、第2シール部材472は、第1ハウジング31に取り付ける際や、開口部472tから内側へと燃焼ガスが入り込んだ際に、変形可能な程度に材料の厚みに設定されている。
なお、本実施形態の第2シール部材472の材料には、銅、ステンレス、アルミなどの金属を用いることができる。その他、本実施形態の第2シール部材472の材料としては、テフロン(登録商標)などを用いることができる。
The
In addition, metals, such as copper, stainless steel, and aluminum, can be used for the material of the
そして、図8(c)に示すように、シリンダヘッド4に圧力検出装置5を装着した状態にて、第2シール部材472は保持部Hに配置される。そして、第2シール部材472は、開口部472tが中心軸方向を向くように取り付けられる。
Then, as shown in FIG. 8C, the
内燃機関1が動作した際、燃焼室Cにおける燃焼によって生じる燃焼ガスは、図8(c)に示すように、隙間Nに進入する。そして、隙間Nへと進入した燃焼ガスは、第2シール部材472に到達する。そして、第2シール部材472の開口部472tの内側へと燃焼ガスが入り込むことで、第2シール部材472が中心軸方向および周方向外側に膨張する。これに伴って、第2シール部材472は、第1ハウジング31の第2垂直面315cと、シリンダヘッド4の第2孔部4dおよび段差部4eとに密着する。
そして、第2シール部材472は、第2シール部材472が設けられる保持部Hより後端側に向けた燃焼ガスの流入を抑制する。その結果、圧力検出装置5の第2シール部材472の後端側において、燃焼ガスの進入に起因する温度上昇による急激な内外の温度差の発生が抑制される。
When the
And the
以上のように、実施形態1〜実施形態3では、各々、開口形状を有する第2シール部材72(372、472)が圧力検出装置5のハウジング30においてテーパ部や段差部となる肩部に設けられる。従って、燃焼室Cにて生じた燃焼ガスは第2シール部材72(372、472)が膨張して中心軸方向に押し込まれても、中心軸方向を向く面を有する肩部によって第2シール部材72(372、472)が抗力を受けて保持される。そして、圧力検出装置5とシリンダヘッド4との間の隙間のシール(密閉)性が高まる。
As described above, in the first to third embodiments, the second seal members 72 (372 and 472) each having an opening shape are provided on the shoulder portion that becomes the tapered portion or the step portion in the
なお、本実施形態では、圧力を検出する検出部材として圧電素子10を用いているが、これに限定されるものではない。ダイアフラムヘッド40を介して力を受けることで圧力として検出するものであれば良く、例えば歪センサなどを検出部材として用いても構わない。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、第1シール部材71および第2シール部材72(372、472)を用いているが、この態様に限定される訳ではない。例えば、第2シール部材72(372、472)のみを用いて、圧力検出装置5とシリンダヘッド4との間の開口をシールしても良い。
In the present embodiment, the
1…内燃機関、2…シリンダブロック、3…ピストン、4…シリンダヘッド、5…圧力検出装置、6…制御装置、7…シール部材、10…圧電素子、21…回路基板部、22…伝導部材、30…ハウジング、40…ダイアフラムヘッド、50…第1電極部、55…第2電極部、60…絶縁リング、65…支持部材、70…コイルスプリング、71…第1シール部材、72,372,472…第2シール部材、100…センサ部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記内燃機関の前記開口に挿入可能な筒状であり当該開口の前記奧側の径に応じて挿入方向の先端側が細く当該開口の前記手前側の径に応じて後端側が太く当該先端側と当該後端側との間に肩部を有するハウジングと、当該ハウジングの挿入方向の先端側に設けられるダイアフラムと、当該ハウジング内であって当該ダイアフラムの後方に配置され当該ダイアフラムを介して作用する圧力を検出する検出部材と、を有する燃焼圧検出装置と、
リング状であって、断面を開口形状とする開口部を有し、前記燃焼圧検出装置の前記ハウジングの前記肩部にて前記内燃機関の前記開口と当該ハウジングとをシールするシール部材と、を備え、
前記ハウジングは、前記シール部材が嵌り込む段差部を有し、
前記シール部材は、当該シール部材の前記開口部の開口縁部が前記段差部に係止することで前記ハウジングに保持されることを特徴とする燃焼圧検出装置付き内燃機関。 An internal combustion engine having a combustion chamber and an opening formed on a wall surface constituting the combustion chamber and leading to the combustion chamber and having a wide diameter on the near side compared to the diameter on the heel side;
A cylindrical shape that can be inserted into the opening of the internal combustion engine, the tip end side in the insertion direction is narrow according to the diameter of the flange side of the opening, and the rear end side is thick according to the diameter of the front side of the opening. A housing having a shoulder portion between the rear end side, a diaphragm provided on a front end side in the insertion direction of the housing, and a pressure that is disposed behind the diaphragm and acts via the diaphragm in the housing A combustion pressure detection device having a detection member for detecting
A ring-shaped, having an opening cross section with opening shape, and the seal member for sealing the said opening and the housing of the internal combustion engine at the shoulder of the housing of the combustion pressure detecting device, the Prepared,
The housing has a stepped portion into which the seal member is fitted,
The internal combustion engine with a combustion pressure detecting device , wherein the sealing member is held by the housing by an opening edge of the opening of the sealing member being engaged with the stepped portion .
前記ハウジングの前記肩部は、前記挿入方向における前記検出部材の位置に形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の燃焼圧検出装置付き内燃機関。 The detection member of the combustion pressure detection device is provided at an end of the housing facing the combustion chamber,
It said shoulder portion of said housing, a combustion pressure detecting apparatus with an internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that it is formed at a position of the detecting member in the insertion direction.
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