JP2010249675A

JP2010249675A - Cylinder pressure detector

Info

Publication number: JP2010249675A
Application number: JP2009099693A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Honda; 篤史本田; Ineo Toyoda; 稲男豊田; Hiromichi Yasuda; 宏通安田
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2010-11-04

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To secure heat radiation without the need for such a sealing surface as to press a diaphragm part to an engine head and to eliminate a guide pipe connected to a combustion chamber. <P>SOLUTION: The diaphragm part 9 is a separate body from a sensor body and integrated with an engine head 10 in such a way as to cover the tip position of a sensor mounting hole 11 in the engine head 10. The combustion chamber and the sensor mounting hole 11 are completely partitioned from each other by being sealed by the diaphragm part 9 to prevent a fuel gas in the combustion chamber from penetrating the side of the sensor mounting hole 11, in other words, the side of the sensor body. Since the diaphragm part 9 is directly connected to the engine head 10, heat radiation is secured. Since the diaphragm part 9 has a structure integrated with the engine head 10 by being fixed in such a way as to cover the front end position of the sensor mounting hole 11, a guide pipe connected to the combustion chamber is dispensed with. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための筒内圧検出装置に関するものである。 The present invention relates to an in-cylinder pressure detecting device for detecting a pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine.

従来、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための筒内圧検出装置として、例えば特許文献１に示されるものがある。この筒内圧検出装置では、燃焼圧に応じてダイアフラムが変位すると、その変位を圧電体に伝え、圧電体に電圧変化を生じさせることで、燃焼圧を検出している。このような筒内圧検出装置では、筒状とされたセンサ本体の先端位置にダイアフラム部が備えられ、センサ本体をエンジンヘッド（シリンダヘッド）に形成された挿入孔内に挿入すると共に、ダイアフラム部の先端周縁部をエンジンヘッドの当て部に当接させることにより、ダイアフラム部とエンジンヘッドとの間のガスシールを行っている。そして、エンジンヘッドに対して、センサ本体の先端から燃焼室内に伸びる貫通孔にて構成される誘導管が形成されており、この誘導管を通じて燃焼圧がダイアフラム部に伝えられる構造とされている。 Conventionally, as an in-cylinder pressure detecting device for detecting a pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine, for example, there is one disclosed in Patent Document 1. In this in-cylinder pressure detecting device, when the diaphragm is displaced according to the combustion pressure, the displacement is transmitted to the piezoelectric body, and a voltage change is caused in the piezoelectric body to detect the combustion pressure. In such an in-cylinder pressure detecting device, a diaphragm portion is provided at the tip end of the sensor body that is cylindrical, and the sensor body is inserted into an insertion hole formed in the engine head (cylinder head). A gas seal between the diaphragm portion and the engine head is performed by bringing the tip peripheral portion into contact with the contact portion of the engine head. A guide pipe constituted by a through hole extending from the tip of the sensor body into the combustion chamber is formed with respect to the engine head, and the combustion pressure is transmitted to the diaphragm portion through the guide pipe.

特開２００５−１６９８４号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-16984

しかしながら、上記のような筒内圧検出装置では、ダイアフラム部の先端周縁部にはガスシールを実現するための軸力を受けるシール面が必要となる。このように、シール面にてダイアフラム部とエンジンヘッドとを接触させているため、ダイアフラム部の放熱には有利であるが、ダイアフラム部が配置される先端の小径化・受圧面拡大による高感度化・シール信頼性の確保をすべて満足することは困難である。 However, in the in-cylinder pressure detecting device as described above, a seal surface that receives an axial force for realizing a gas seal is required at the distal end peripheral portion of the diaphragm portion. As described above, since the diaphragm portion and the engine head are in contact with each other at the sealing surface, it is advantageous for heat dissipation of the diaphragm portion, but high sensitivity is achieved by reducing the diameter of the tip where the diaphragm portion is arranged and expanding the pressure receiving surface.・ It is difficult to satisfy all the requirements for ensuring seal reliability.

また、ダイアフラム部と燃焼室の間に形成される誘導管での気柱振動（誘導管内の気体が固有振動を起こす状態）が発生し、圧力検出精度が悪化するという問題もある。 There is also a problem that air column vibration (a state in which the gas in the induction tube causes natural vibration) occurs in the induction tube formed between the diaphragm portion and the combustion chamber, and pressure detection accuracy deteriorates.

本発明は上記点に鑑みて、ダイアフラム部をエンジンヘッドに押し付けるようなシール面を必要としなくても放熱性を確保でき、かつ、燃焼室につながる誘導管を無くせる筒内圧力検出装置を提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention provides an in-cylinder pressure detection device that can ensure heat dissipation without requiring a sealing surface that presses the diaphragm portion against the engine head, and that eliminates the induction tube connected to the combustion chamber. The purpose is to do.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、エンジンヘッド（１０）に形成されたセンサ装着穴（１１）に配置され、燃料室内の圧力に応じた荷重を伝達する圧力伝達部材（２、６）と、圧力伝達部材（２、６）から伝えられる荷重に対応する電気出力を発生させる圧縮荷重検出素子（１）と、を有するセンサ本体（１〜８）と、センサ装着穴（１１）の先端位置において、燃料室と接して配置されると共に、センサ本体（１〜８）における圧力伝達部材（２、６）に対して、燃焼室内における燃焼圧と対応する荷重を加えるダイアフラム部（９）と、を別々の構成として備えている。そして、ダイアフラム部（９）がエンジンヘッド（１０）と一体化されることにより、ダイアフラム（９）にて燃焼室とセンサ装着穴（１１）とが仕切られるようにすることを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the pressure transmission member (11) is disposed in the sensor mounting hole (11) formed in the engine head (10) and transmits a load corresponding to the pressure in the fuel chamber. 2, 6) and a compression load detecting element (1) for generating an electrical output corresponding to the load transmitted from the pressure transmission member (2, 6), and a sensor mounting hole ( 11) A diaphragm portion that is disposed in contact with the fuel chamber at the tip position and applies a load corresponding to the combustion pressure in the combustion chamber to the pressure transmission members (2, 6) in the sensor body (1-8). (9) are provided as separate configurations. The diaphragm (9) is integrated with the engine head (10), so that the combustion chamber and the sensor mounting hole (11) are partitioned by the diaphragm (9).

このような構造の筒内圧検出装置では、ダイアフラム部（９）をエンジンヘッド（１０）に押し付けるようなシール面を必要としなくてもガスシールを行うことができるし、ダイアフラム部（９）がエンジンヘッド（１０）に直接接続されているため、放熱性を確保することもできる。すなわち、ダイアフラム部（９）が燃焼ガスから受ける熱が速やかにエンジンヘッド（１０）に放熱されるようにできる。 In the in-cylinder pressure detecting device having such a structure, gas sealing can be performed without requiring a sealing surface for pressing the diaphragm portion (9) against the engine head (10). Since it is directly connected to the head (10), heat dissipation can be ensured. That is, the heat received by the diaphragm portion (9) from the combustion gas can be quickly radiated to the engine head (10).

また、ダイアフラム部（９）がセンサ装着穴（１１）の先端位置を覆うように固定されることでエンジンヘッド（１０）と一体化されている。このため、燃焼室につながる誘導管を無くすことが可能となり、誘導管が備えられる場合のような気柱振動の発生を無くせ、圧力検出精度が悪化することを防止することができる。 Further, the diaphragm portion (9) is integrated with the engine head (10) by being fixed so as to cover the tip position of the sensor mounting hole (11). For this reason, it is possible to eliminate the induction pipe connected to the combustion chamber, and it is possible to eliminate the occurrence of air column vibration as in the case where the induction pipe is provided, and to prevent the pressure detection accuracy from deteriorating.

請求項２に記載の発明では、ダイアフラム部（９）は、エンジンヘッド（１０）に対してセンサ装着穴（１１）を形成し、該センサ装着穴（１１）の先端においてエンジンヘッド（１０）を薄膜化することにより構成されていることを特徴としている。 In the invention according to claim 2, the diaphragm portion (9) forms a sensor mounting hole (11) with respect to the engine head (10), and the engine head (10) is formed at the tip of the sensor mounting hole (11). It is characterized by being formed into a thin film.

このように、エンジンヘッド（１０）と一体加工することでダイアフラム部（９）を形成している。このようにすれば、部品点数の削減を図ることが可能となる。 Thus, the diaphragm part (9) is formed by integrally processing with the engine head (10). In this way, the number of parts can be reduced.

例えば、請求項３に記載したように、センサ本体は、圧縮荷重検出素子（１）の電気出力を伝える配線部（３）と、圧縮荷重検出素子（１）が接合されると共に配線部（３）を通す貫通穴（５ａ）が形成されたステム（５）と、圧力伝達部材の一部を構成し、球面と円形平面とを有すると共に、円形平面が圧縮荷重検出素子（１）上に配置されることで、円形平面にて圧縮荷重検出素子（１）に荷重を掛ける半球（２）と、圧力伝達部材の一部を構成し、半球（２）に対してダイアフラム部（９）から加えられる荷重を伝えるロッド（６）と、配線部（３）、ステム（５）、半球（２）およびロッド（６）を収容する中空部を有した筒状部材で構成され、センサ装着穴（１１）内に固定されるインナーハウジング（４）と、を有した構成とされる。そして、ステム（５）がインナーハウジング（４）に固定されることにより圧縮荷重検出部（１）、半球（２）および配線部（３）の位置決めされた構成とされる。 For example, as described in claim 3, the sensor main body includes a wiring portion (3) that transmits an electrical output of the compression load detection element (1) and a compression load detection element (1) and a wiring portion (3 ) Through which the through-hole (5a) is formed and a part of the pressure transmission member, and has a spherical surface and a circular plane, and the circular plane is disposed on the compression load detecting element (1). As a result, a hemisphere (2) for applying a load to the compressive load detecting element (1) in a circular plane and a part of the pressure transmission member are formed, and added to the hemisphere (2) from the diaphragm portion (9). A rod (6) for transmitting a load to be applied, and a cylindrical member having a hollow portion for accommodating the wiring portion (3), the stem (5), the hemisphere (2) and the rod (6), and a sensor mounting hole (11 ) And an inner housing (4) fixed inside. That. The stem (5) is fixed to the inner housing (4) so that the compression load detection unit (1), the hemisphere (2), and the wiring unit (3) are positioned.

また、請求項４に記載したように、ステム（５）のうち圧縮荷重検出素子（１）が配置された側の端部と反対側の端部を押すことにより、圧縮荷重検出素子（１）に対して所望の荷重を印加させた状態とする予荷重調整パイプ（８）を備えることもできる。 Further, as described in claim 4, by pressing the end of the stem (5) opposite to the end where the compressive load detecting element (1) is arranged, the compressive load detecting element (1) is provided. It is also possible to provide a preload adjusting pipe (8) in which a desired load is applied.

このように、予荷重調整パイプ（８）を備えるようにすれば、予荷重調整パイプ（８）によりステム（５）を押すことで圧縮荷重検出素子（１）に対して適切な荷重が印加させることができる。 Thus, if the preload adjusting pipe (8) is provided, an appropriate load is applied to the compression load detecting element (1) by pushing the stem (5) by the preload adjusting pipe (8). be able to.

この場合、請求項５に記載したように、予荷重調整パイプ（８）をインナーハウジング（４）内に収容する構造、すなわちエンジンヘッド（１０）に固定しない構造としているため、センサ本体が故障したときにも、センサ本体を容易に交換することが可能となる。 In this case, as described in claim 5, the sensor main body is broken because the preload adjusting pipe (8) is accommodated in the inner housing (4), that is, not fixed to the engine head (10). Sometimes, the sensor body can be easily replaced.

また、請求項６に記載したように、ロッド（６）の外周を囲み、インナーハウジング（４）とロッド（６）との間に圧入されたチューブ（７）を備えることもできる。 Moreover, as described in claim 6, a tube (7) surrounding the outer periphery of the rod (6) and press-fitted between the inner housing (4) and the rod (6) can be provided.

このようなチューブ（７）を備えることにより、ロッド（６）がインナーハウジング（４）から脱落することを防止できる。 By providing such a tube (7), it is possible to prevent the rod (6) from falling off the inner housing (4).

請求項７および８に記載の発明は、請求項１、３に記載した筒内圧検出装置に対して適用されると好適なセンサ本体に関するものである。このようなセンサ本体を用いることで、請求項１、３に記載の筒内圧検出装置を実現することができる。 The invention described in claims 7 and 8 relates to a sensor main body which is suitable when applied to the in-cylinder pressure detecting device described in claims 1 and 3. By using such a sensor main body, the in-cylinder pressure detecting device according to claims 1 and 3 can be realized.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の第１実施形態にかかる筒内圧検出装置１００をエンジンヘッド１０に取り付けた様子を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a state where an in-cylinder pressure detecting device 100 according to a first embodiment of the present invention is attached to an engine head 10. FIG. （ａ）、（ｂ）は、図１に示す筒内圧検出装置１００のうちのセンサ本体とそれ以外の部分の分解図である。(A), (b) is an exploded view of the sensor main body and other parts of the in-cylinder pressure detecting device 100 shown in FIG. 本発明の第２実施形態にかかる筒内圧検出装置１００におけるダイアフラム部９およびエンジンヘッド１０の拡大図である。It is an enlarged view of the diaphragm part 9 and the engine head 10 in the cylinder pressure detection apparatus 100 concerning 2nd Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.

（第１実施形態）
本発明の一実施形態を適用した筒内圧検出装置について説明する。この筒内圧検出装置は、例えば車両に備えられるエンジンの各気筒に備えられるエンジンヘッド１０の先端位置に備えられ、各気筒の燃焼室内の燃料圧の検出に用いられる。図１に、本実施形態にかかる筒内圧検出装置１００の断面構成を示す。また、図２（ａ）、（ｂ）は、図１に示す筒内圧検出装置１００のうちのセンサ本体とそれ以外の部分の分解図である。以下、図１、図２に基づき、本実施形態の筒内圧検出装置１００の構成について説明する。 (First embodiment)
An in-cylinder pressure detection apparatus to which an embodiment of the present invention is applied will be described. This in-cylinder pressure detecting device is provided at the tip position of an engine head 10 provided in each cylinder of an engine provided in a vehicle, for example, and is used for detecting the fuel pressure in the combustion chamber of each cylinder. FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of an in-cylinder pressure detecting device 100 according to the present embodiment. 2 (a) and 2 (b) are exploded views of the sensor main body and other parts of the in-cylinder pressure detecting device 100 shown in FIG. Hereinafter, based on FIG. 1, FIG. 2, the structure of the cylinder pressure detection apparatus 100 of this embodiment is demonstrated.

図１、図２に示されるように、筒内圧検出装置１００には、圧縮荷重検出素子１、半球２、配線部３、インナーハウジング４、ステム５、ロッド６、チューブ７、予荷重調整パイプ８、ダイアフラム部９が備えられている。この筒内圧検出装置１００は、燃焼室の一部を構成するエンジンヘッド１０に形成されたセンサ装着穴１１内に挿入されることで、燃焼室内の燃焼圧を検出する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the in-cylinder pressure detecting device 100 includes a compression load detecting element 1, a hemisphere 2, a wiring portion 3, an inner housing 4, a stem 5, a rod 6, a tube 7, and a preload adjusting pipe 8. A diaphragm portion 9 is provided. The in-cylinder pressure detecting device 100 detects the combustion pressure in the combustion chamber by being inserted into a sensor mounting hole 11 formed in the engine head 10 constituting a part of the combustion chamber.

圧縮荷重検出素子１は、例えば、シリコン基板をベースとしたセンサチップによって構成されており、シリコン基板の表層部に歪ゲージもしくはピエゾ抵抗などの圧電素子等が形成されている。この圧縮荷重検出素子１は、半球２を介して燃焼圧と対応する荷重が加えられることにより圧電素子での出力値に変化が生じるため、これに基づいて燃焼圧を検出する。例えば、圧縮荷重検出素子１が半導体歪ゲージ式の場合、圧縮荷重検出素子１に対して定電流が流されるが、受けた荷重に応じて抵抗値が変化し、それに伴って両端電圧（電圧降下量）が変化することから、その両端電圧を出力値として出力することによって燃焼圧を検出することができる。 The compressive load detecting element 1 is constituted by, for example, a sensor chip based on a silicon substrate, and a piezoelectric element such as a strain gauge or a piezoresistor is formed on the surface layer portion of the silicon substrate. The compression load detecting element 1 detects the combustion pressure based on the change in the output value at the piezoelectric element when a load corresponding to the combustion pressure is applied via the hemisphere 2. For example, when the compressive load detecting element 1 is a semiconductor strain gauge type, a constant current is passed through the compressive load detecting element 1, but the resistance value changes according to the received load, and the voltage across the two ends (voltage drop) Therefore, the combustion pressure can be detected by outputting the voltage between both ends as an output value.

半球２は、ロッド６と共に圧力伝達部材として機能する部材であり、球面と円形平面とを有し、円形平面が圧縮荷重検出素子１上に配置されている。そして、半球２は、球面側にて検出対象となる燃焼圧に応じた荷重を受け、円形平面側にて圧縮荷重検出素子１の表面部を押すことで、圧電素子に検出対象となる燃焼圧に応じた荷重をかける。 The hemisphere 2 is a member that functions as a pressure transmission member together with the rod 6. The hemisphere 2 has a spherical surface and a circular plane, and the circular plane is disposed on the compression load detecting element 1. The hemisphere 2 receives a load corresponding to the combustion pressure to be detected on the spherical surface side, and pushes the surface portion of the compression load detecting element 1 on the circular plane side, thereby causing the combustion pressure to be detected on the piezoelectric element. Apply a load according to.

配線部３は、筒内圧検出装置１００の外部に備えられた電子制御装置等の外部装置から圧縮荷重検出素子１に対して所望の電圧印加もしくは電流供給を行ったり、圧縮荷重検出素子１からの電気信号を筒内圧検出装置１００の外部装置に出力するためのものである。具体的には、配線部３は、外部との接続用ターミナルとなるピン３ａと、圧縮荷重検出素子１の所望箇所とピン３ａとを電気的に接続するためのボンディングワイヤ３ｂにて構成されている。 The wiring unit 3 applies a desired voltage or supplies current to the compressive load detecting element 1 from an external device such as an electronic control device provided outside the in-cylinder pressure detecting device 100, or from the compressive load detecting element 1. This is for outputting an electric signal to an external device of the in-cylinder pressure detecting device 100. Specifically, the wiring portion 3 is configured by a pin 3a serving as a terminal for connection to the outside, and a bonding wire 3b for electrically connecting a desired portion of the compression load detecting element 1 and the pin 3a. Yes.

インナーハウジング４は、中空部を有する円筒状部材にて構成されている。インナーハウジング４の外周部には、雄ネジ溝４ａが形成されており、この雄ネジ溝４ａを利用してインナーハウジング４が雌ネジ溝１１ａが形成されたセンサ装着穴１１に対して固定される。このインナーハウジング４の中空部内には、圧縮荷重検出素子１、半球２、配線部３、ステム５、ロッド６、チューブ７および予荷重調整パイプ８が収容される。具体的には、インナーハウジング４の内壁には、エンジンヘッド１０に形成されたセンサ装着穴１１への挿入方向において内径を縮小する段差部４ｂが備えられている。この段差部４ｂよりも上記挿入方向後方（内径が大きい側）に半球２、圧縮荷重検出素子１、配線部３、ステム５および予荷重調整パイプ８が配置され、段差部４ｂよりも上記挿入方向前方（内径が小さい側）にロッド６およびチューブ７が配置されることで一体化されている。そして、このように一体化された各部により、センサ本体が構成されている。 The inner housing 4 is configured by a cylindrical member having a hollow portion. A male screw groove 4a is formed on the outer peripheral portion of the inner housing 4, and the inner housing 4 is fixed to the sensor mounting hole 11 in which the female screw groove 11a is formed using the male screw groove 4a. . In the hollow portion of the inner housing 4, the compression load detecting element 1, the hemisphere 2, the wiring portion 3, the stem 5, the rod 6, the tube 7, and the preload adjusting pipe 8 are accommodated. Specifically, the inner wall of the inner housing 4 is provided with a stepped portion 4 b that reduces the inner diameter in the direction of insertion into the sensor mounting hole 11 formed in the engine head 10. The hemisphere 2, the compression load detecting element 1, the wiring portion 3, the stem 5, and the preload adjusting pipe 8 are arranged behind the step portion 4b in the insertion direction (the side with the larger inner diameter). The rod 6 and the tube 7 are arranged on the front side (the side with the smaller inner diameter) so as to be integrated. And the sensor main body is comprised by each part integrated in this way.

ステム５は、外径がインナーハウジング４における大きい側の内径とほぼ同じに設計されている。このステム５には、圧縮荷重検出素子１および半球２が接着等によって接合されていると共に、配線部３のうちのピン３ａが固定されており、ステム５をインナーハウジング４内に固定することにより、インナーハウジング４内において圧縮荷重検出素子１、半球２、配線部３およびステム５の位置決めが行われている。また、ステム５には、上記挿入方向に対して平行な貫通孔５ａが形成されており、この貫通孔５ａ内にピン３ａが配置されている。そして、ピン３ａの両端がステム５の両端面から突き出し、このうちの一方の端部にボンディングワイヤ３ｂによるボンディングが行われることで、配線部３を通じた圧縮荷重検出素子１と筒内圧検出装置１００の外部との電気的接続が行える構造とされている。 The stem 5 is designed so that the outer diameter is substantially the same as the inner diameter on the larger side of the inner housing 4. The compression load detecting element 1 and the hemisphere 2 are joined to the stem 5 by adhesion or the like, and the pin 3a of the wiring portion 3 is fixed. By fixing the stem 5 in the inner housing 4, In the inner housing 4, the compression load detecting element 1, the hemisphere 2, the wiring portion 3 and the stem 5 are positioned. The stem 5 is formed with a through hole 5a parallel to the insertion direction, and the pin 3a is disposed in the through hole 5a. Then, both ends of the pin 3a protrude from both end surfaces of the stem 5, and one end portion thereof is bonded by the bonding wire 3b, whereby the compression load detecting element 1 and the in-cylinder pressure detecting device 100 through the wiring portion 3 are used. The structure can be electrically connected to the outside.

ロッド６は、半球２と共に、圧力伝達部材として機能する部材であり、例えば円柱部材などの柱状部材で構成され、一端が半球２の頂点に接すると共に他端がダイアフラム部９に接している。このロッド６により、ダイアフラム部９の変位が半球２を介して圧縮荷重検出素子１に伝達されると共に、燃焼室内の燃焼ガスの高温が圧縮荷重検出素子１に伝達されることを緩和している。ロッド６の材質は特に限定されないが、ヤング率および耐熱性が高く、熱伝導率および比重が小さい材質が好ましいことから、例えば、セラミックや石英などでロッド６を構成している。 The rod 6 is a member that functions as a pressure transmission member together with the hemisphere 2, and is composed of, for example, a columnar member such as a cylindrical member. One end is in contact with the apex of the hemisphere 2 and the other end is in contact with the diaphragm portion 9. With this rod 6, the displacement of the diaphragm portion 9 is transmitted to the compression load detection element 1 via the hemisphere 2, and the high temperature of the combustion gas in the combustion chamber is mitigated from being transmitted to the compression load detection element 1. . The material of the rod 6 is not particularly limited. However, since the material having high Young's modulus and heat resistance and low thermal conductivity and specific gravity is preferable, the rod 6 is made of, for example, ceramic or quartz.

チューブ７は、ロッド６の外周を囲むように配置され、インナーハウジング４における内径の小さい側とロッド６との間に圧入されている。これにより、ロッド６がインナーハウジング４から脱落することが防止されていると共に、ロッド６の中心軸の位置決めがなされている。チューブ７の材質も特に限定されないが、耐熱性と伸縮性を持つ材質であることが好ましいため、例えばシリコンゴムなどによってチューブ７を構成している。 The tube 7 is disposed so as to surround the outer periphery of the rod 6, and is press-fitted between the rod 6 and the side having a smaller inner diameter in the inner housing 4. Thereby, the rod 6 is prevented from falling off from the inner housing 4 and the center axis of the rod 6 is positioned. The material of the tube 7 is not particularly limited. However, since the material preferably has heat resistance and stretchability, the tube 7 is made of, for example, silicon rubber.

予荷重調整パイプ８は、例えば円筒状部材で構成され、圧縮荷重検出素子１に対して適切な荷重が印加した状態となるように、ステム５のうち圧縮荷重検出素子１が配置された側の端部と反対側の端部を押すための部品である。予荷重調整パイプ８によりステム５を押すことで圧縮荷重検出素子１に対して適切な荷重を印加させ、その状態で予荷重調整パイプ８をインナーハウジング４に対して固定してある。インナーハウジング４に対する予荷重調整パイプ８の固定手法は、ネジ締結、圧入、接着もしくは溶接等、どのような手法であっても構わないが、本実施形態では、予荷重調整パイプ８の端面の外縁部において溶接を行った溶接部１２によって固定している。このように、予荷重調整パイプ８がインナーハウジング４に固定される構造、すなわちエンジンヘッド１０に固定しない構造としているため、センサ本体が故障したときにも、センサ本体を容易に交換することが可能となる。なお、ピン３ａは、予荷重調整パイプ８の中空部内を通過して、ステム５とは反対側に引き出されており、外部との電気的接続が可能となっている。 The preload adjusting pipe 8 is formed of, for example, a cylindrical member, and is on the side of the stem 5 on which the compressive load detecting element 1 is arranged so that an appropriate load is applied to the compressive load detecting element 1. It is a part for pushing the end opposite to the end. An appropriate load is applied to the compression load detecting element 1 by pushing the stem 5 by the preload adjusting pipe 8, and the preload adjusting pipe 8 is fixed to the inner housing 4 in this state. The fixing method of the preload adjusting pipe 8 to the inner housing 4 may be any method such as screw fastening, press-fitting, adhesion, or welding. In this embodiment, the outer edge of the end surface of the preload adjusting pipe 8 is used. It is fixed by the welded part 12 which has been welded at the part. As described above, since the preload adjusting pipe 8 is fixed to the inner housing 4, that is, not fixed to the engine head 10, the sensor main body can be easily replaced even when the sensor main body breaks down. It becomes. The pin 3a passes through the hollow portion of the preload adjusting pipe 8 and is pulled out to the side opposite to the stem 5, and can be electrically connected to the outside.

ダイアフラム部９は、センサ本体とは別体とされており、エンジンヘッド１０におけるセンサ装着穴１１の先端位置を覆うように固定されることで、エンジンヘッド１０と一体化されている。このダイアフラム部９によってシールされることにより、燃焼室とセンサ装着穴１１とが完全に仕切られ、燃焼室内の燃料ガスがセンサ装着穴１１側、つまりセンサ本体側に浸入することが防がれている。 The diaphragm portion 9 is separate from the sensor main body and is integrated with the engine head 10 by being fixed so as to cover the tip position of the sensor mounting hole 11 in the engine head 10. By being sealed by the diaphragm portion 9, the combustion chamber and the sensor mounting hole 11 are completely partitioned, and the fuel gas in the combustion chamber is prevented from entering the sensor mounting hole 11, that is, the sensor body side. Yes.

このダイアフラム部９は、例えば耐熱のある金属等で構成され、圧入、接着もしくは溶接等によりエンジンヘッド１０に固定されている。具体的には、ダイアフラム部９は外縁部よりも内側の部分が窪んだ円形状とされ、外縁部においてエンジンヘッド１０に固定されており、それよりも内側の窪んだ部分においてロッド６が接触させられている。このため、ダイアフラム部９のうちの外縁部よりも内側の窪んだ部分が燃焼圧に応じて変位し、この変位がロッド６および半球２を通じて圧縮荷重検出素子１に伝達されるように構成されている。 The diaphragm portion 9 is made of, for example, a heat-resistant metal and is fixed to the engine head 10 by press-fitting, bonding, welding, or the like. Specifically, the diaphragm portion 9 has a circular shape with an inner portion recessed from the outer edge portion, and is fixed to the engine head 10 at the outer edge portion, and the rod 6 is brought into contact with the recessed portion inside the outer edge portion. It has been. For this reason, the recessed part inside the outer edge part of the diaphragm part 9 is displaced according to the combustion pressure, and this displacement is transmitted to the compression load detecting element 1 through the rod 6 and the hemisphere 2. Yes.

以上のような構造により、本実施形態にかかる筒内圧検出装置１００が構成されている。このような構造の筒内圧検出装置１００は、燃焼室内における燃焼圧がダイアフラム部９に印加されると、それに基づく荷重がロッド６を介して半球２に伝えられる。そして、その荷重が半球２から圧縮荷重検出素子１に対して伝えられ、圧縮荷重検出素子１から伝えられた荷重に応じた電気出力が発生させられる。この電気出力が燃焼圧に対応する出力として配線部３を通じて筒内圧検出装置１００の外部に備えられた外部装置に伝えられることで、外部装置に対して燃焼圧を伝えることができる。 The in-cylinder pressure detecting device 100 according to the present embodiment is configured by the structure as described above. In the in-cylinder pressure detecting device 100 having such a structure, when a combustion pressure in the combustion chamber is applied to the diaphragm portion 9, a load based thereon is transmitted to the hemisphere 2 through the rod 6. Then, the load is transmitted from the hemisphere 2 to the compression load detection element 1, and an electrical output corresponding to the load transmitted from the compression load detection element 1 is generated. This electrical output is transmitted as an output corresponding to the combustion pressure to the external device provided outside the in-cylinder pressure detection device 100 through the wiring portion 3, so that the combustion pressure can be transmitted to the external device.

このような構造の筒内圧検出装置１００では、ダイアフラム部９をエンジンヘッド１０に押し付けるようなシール面を必要としなくてもガスシールを行うことができるし、ダイアフラム部９がエンジンヘッド１０に直接接続されているため、放熱性を確保することもできる。そして、ダイアフラム部９が燃焼ガスから受ける熱が速やかにエンジンヘッド１０に放熱されるようにできるため、ダイアフラム部９および圧縮荷重検出素子１が受ける熱負荷を大幅に低減でき、センサ耐熱性向上およびダイアフラム部９の熱膨張による変位に起因する出力誤差を抑制できる。 In the in-cylinder pressure detecting device 100 having such a structure, gas sealing can be performed without requiring a sealing surface for pressing the diaphragm portion 9 against the engine head 10, and the diaphragm portion 9 is directly connected to the engine head 10. Therefore, heat dissipation can be secured. Since the heat received by the diaphragm 9 from the combustion gas can be quickly dissipated to the engine head 10, the thermal load received by the diaphragm 9 and the compression load detecting element 1 can be greatly reduced, and the heat resistance of the sensor can be improved. Output errors due to displacement due to thermal expansion of the diaphragm portion 9 can be suppressed.

また、ダイアフラム部９がセンサ装着穴１１の先端位置を覆うように固定されることでエンジンヘッド１０と一体化されている。このため、燃焼室につながる誘導管を無くすことが可能となり、誘導管が備えられる場合のような気柱振動の発生を無くせ、圧力検出精度が悪化することを防止することができる。 In addition, the diaphragm portion 9 is integrated with the engine head 10 by being fixed so as to cover the tip position of the sensor mounting hole 11. For this reason, it is possible to eliminate the induction pipe connected to the combustion chamber, and it is possible to eliminate the occurrence of air column vibration as in the case where the induction pipe is provided, and to prevent the pressure detection accuracy from deteriorating.

さらに、ダイアフラム部９の周囲においてダイアフラム部９とエンジンヘッド１０とが接合されているため、この接合箇所においてシールされる。このため、従来のように、ダイアフラム部の先端のシール面とセンサ装着穴との接触による軸力に基づくシールと比べて、センサ本体に作用する軸力の影響を考慮する必要が無くなり、設計自由度が向上するという効果も得られる。例えば、インナーハウジング４等の肉厚として、軸力に耐えるような厚みを確保する必要が無くなり、センサ本体の小径化を図ることも可能となる。 Further, since the diaphragm portion 9 and the engine head 10 are joined around the diaphragm portion 9, the joint portion is sealed. This eliminates the need to consider the influence of the axial force acting on the sensor body as compared to the conventional seal based on the axial force caused by the contact between the sealing surface at the tip of the diaphragm and the sensor mounting hole. The effect of improving the degree is also obtained. For example, it is not necessary to secure a thickness that can withstand the axial force as the thickness of the inner housing 4 and the like, and it is possible to reduce the diameter of the sensor body.

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の筒内圧検出装置１００の基本構造は第１実施形態と同様であり、第１実施形態に対してダイアフラム部９の構造のみが異なっている。このため、本実施形態の筒内圧検出装置１００のうち第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. The basic structure of the in-cylinder pressure detecting device 100 of this embodiment is the same as that of the first embodiment, and only the structure of the diaphragm portion 9 is different from that of the first embodiment. For this reason, only a different part from 1st Embodiment among the cylinder internal pressure detection apparatuses 100 of this embodiment is demonstrated.

図３は、本実施形態の筒内圧検出装置１００におけるダイアフラム部９およびエンジンヘッド１０の拡大図である。 FIG. 3 is an enlarged view of the diaphragm portion 9 and the engine head 10 in the in-cylinder pressure detecting device 100 of the present embodiment.

この図に示されるように、本実施形態の筒内圧検出装置１００では、エンジンヘッド１０を穴空け加工することなどによってセンサ装着穴１１を形成し、そのセンサ装着穴１１の先端が燃焼圧によって変位可能となる程度の厚みとなるように薄膜化することでダイアフラム部９としている。すなわち、エンジンヘッド１０と一体加工することでダイアフラム部９を形成している。このようにすれば、部品点数の削減を図ることが可能となる。 As shown in this figure, in the in-cylinder pressure detecting device 100 of the present embodiment, the sensor mounting hole 11 is formed by drilling the engine head 10 or the like, and the tip of the sensor mounting hole 11 is displaced by the combustion pressure. The diaphragm portion 9 is formed by thinning the film so as to have a possible thickness. That is, the diaphragm portion 9 is formed by being integrally processed with the engine head 10. In this way, the number of parts can be reduced.

（他の実施形態）
上記各実施形態で説明した筒内圧検出装置１００の構造は、単なる一例を示したに過ぎず、種々の設計変更を行うことができる。例えば、ネジ締結によってインナーハウジング４をエンジンヘッド１０に固定しているため、インナーハウジング４を円筒形状としたが、これらを溶接等によって接合するのであれば、インナーハウジング４の形状を必ずしも円筒形状にする必要は無い。各構成要素の材質などについても単なる一例を示したに過ぎず、上述した材質と異なる材質のものを用いることもできる。 (Other embodiments)
The structure of the in-cylinder pressure detection device 100 described in the above embodiments is merely an example, and various design changes can be made. For example, since the inner housing 4 is fixed to the engine head 10 by screw fastening, the inner housing 4 has a cylindrical shape. However, if these are joined by welding or the like, the shape of the inner housing 4 is not necessarily cylindrical. There is no need to do. The material of each component is merely an example, and a material different from the above material can be used.

１圧縮荷重検出素子
２半球
３配線部
４インナーハウジング
５ステム
６ロッド
７チューブ
８予荷重調整パイプ
９ダイアフラム部
１０エンジンヘッド
１１センサ装着穴
１２溶接部
１００筒内圧検出装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compression load detection element 2 Hemisphere 3 Wiring part 4 Inner housing 5 Stem 6 Rod 7 Tube 8 Preload adjustment pipe 9 Diaphragm part 10 Engine head 11 Sensor mounting hole 12 Welding part 100 In-cylinder pressure detection apparatus

Claims

エンジンヘッド（１０）に形成されたセンサ装着穴（１１）に配置され、燃料室内の圧力に応じた荷重を伝達する圧力伝達部材（２、６）と、前記圧力伝達部材（２、６）から伝えられる荷重に対応する電気出力を発生させる圧縮荷重検出素子（１）と、を有するセンサ本体（１〜８）と、
前記センサ装着穴（１１）の先端位置において、燃料室と接して配置されると共に、前記センサ本体（１〜８）における前記圧力伝達部材（２、６）に対して、前記燃焼室内における燃焼圧と対応する荷重を加えるダイアフラム部（９）と、を備え、
前記ダイアフラム部（９）が前記エンジンヘッド（１０）と一体化されることにより、前記ダイアフラム（９）にて前記燃焼室と前記センサ装着穴（１１）とが仕切られることを特徴とする筒内圧検出装置。 A pressure transmission member (2, 6) that is disposed in a sensor mounting hole (11) formed in the engine head (10) and transmits a load corresponding to the pressure in the fuel chamber, and the pressure transmission member (2, 6) A sensor body (1-8) having a compression load detection element (1) for generating an electrical output corresponding to the transmitted load;
At the tip of the sensor mounting hole (11), it is disposed in contact with the fuel chamber, and the combustion pressure in the combustion chamber with respect to the pressure transmission member (2, 6) in the sensor body (1-8). And a diaphragm portion (9) for applying a corresponding load,
In-cylinder pressure, wherein the diaphragm (9) is integrated with the engine head (10), whereby the combustion chamber and the sensor mounting hole (11) are partitioned by the diaphragm (9). Detection device.

前記ダイアフラム部（９）は、前記エンジンヘッド（１０）に対して前記センサ装着穴（１１）を形成し、該センサ装着穴（１１）の先端において前記エンジンヘッド（１０）を薄膜化することにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の筒内圧検出装置。 The diaphragm portion (9) forms the sensor mounting hole (11) in the engine head (10), and thins the engine head (10) at the tip of the sensor mounting hole (11). The in-cylinder pressure detecting device according to claim 1, wherein the in-cylinder pressure detecting device is configured.

前記センサ本体は、
前記圧縮荷重検出素子（１）の電気出力を伝える配線部（３）と、
前記圧縮荷重検出素子（１）が接合されると共に前記配線部（３）を通す貫通穴（５ａ）が形成されたステム（５）と、
前記圧力伝達部材の一部を構成し、球面と円形平面とを有すると共に、前記円形平面が前記圧縮荷重検出素子（１）上に配置されることで、前記円形平面にて前記圧縮荷重検出素子（１）に荷重を掛ける半球（２）と、
前記圧力伝達部材の一部を構成し、前記半球（２）に対して前記ダイアフラム部（９）から加えられる荷重を伝えるロッド（６）と、
前記配線部（３）、前記ステム（５）、前記半球（２）および前記ロッド（６）を収容する中空部を有した筒状部材で構成され、前記センサ装着穴（１１）内に固定されるインナーハウジング（４）と、を有し、
前記ステム（５）が前記インナーハウジング（４）に固定されることにより前記圧縮荷重検出部（１）、前記半球（２）および配線部（３）の位置決めされた構成とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の筒内圧検出装置。 The sensor body is
A wiring portion (3) for transmitting an electrical output of the compression load detecting element (1);
A stem (5) in which a through hole (5a) through which the compressive load detecting element (1) is bonded and the wiring portion (3) is passed is formed;
A part of the pressure transmission member is formed, and has a spherical surface and a circular plane, and the circular plane is disposed on the compression load detection element (1), whereby the compression load detection element is formed on the circular plane. A hemisphere (2) that applies a load to (1);
A rod (6) that constitutes part of the pressure transmission member and transmits a load applied from the diaphragm (9) to the hemisphere (2);
The wiring portion (3), the stem (5), the hemisphere (2), and a cylindrical member having a hollow portion that accommodates the rod (6) are configured and fixed in the sensor mounting hole (11). An inner housing (4),
By fixing the stem (5) to the inner housing (4), the compression load detection part (1), the hemisphere (2) and the wiring part (3) are positioned. The in-cylinder pressure detecting device according to claim 1 or 2.

前記ステム（５）のうち前記圧縮荷重検出素子（１）が配置された側の端部と反対側の端部を押すことにより、前記圧縮荷重検出素子（１）に対して所望の荷重を印加させた状態とする予荷重調整パイプ（８）を有していることを特徴とする請求項３に記載の筒内圧検出装置。 A desired load is applied to the compressive load detecting element (1) by pushing the end of the stem (5) opposite to the end where the compressive load detecting element (1) is disposed. The in-cylinder pressure detecting device according to claim 3, further comprising a preload adjusting pipe (8) configured to be in a state of being made to move.

前記予荷重調整パイプ（８）は、前記インナーハウジング（４）内に収容されていることを特徴とする請求項４に記載の筒内圧検出装置。 The in-cylinder pressure detecting device according to claim 4, wherein the preload adjusting pipe (8) is accommodated in the inner housing (4).

前記ロッド（６）の外周を囲み、前記インナーハウジング（４）と前記ロッド（６）との間に圧入されたチューブ（７）が備えられていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の筒内圧検出装置。 6. The tube according to claim 3, further comprising a tube (7) surrounding the outer periphery of the rod (6) and press-fitted between the inner housing (4) and the rod (6). The in-cylinder pressure detecting device according to claim 1.

エンジンヘッド（１０）に形成されたセンサ装着穴（１１）に配置され、該センサ装着穴（１１）の先端位置において、前記エンジンヘッド（１０）と一体化されることにより前記燃焼室と前記センサ装着穴（１１）とを仕切ると共に燃焼室内における燃焼圧と対応する荷重を加えるダイアフラム部（９）に接し、前記燃料室内の圧力に応じた荷重を伝達する圧力伝達部材（２、６）と、
前記圧力伝達部材（２、６）から伝えられる荷重に対応する電気出力を発生させる圧縮荷重検出素子（１）と、を有していることを特徴とするセンサ本体。 The combustion chamber and the sensor are arranged in a sensor mounting hole (11) formed in the engine head (10) and are integrated with the engine head (10) at a tip position of the sensor mounting hole (11). A pressure transmission member (2, 6) for partitioning the mounting hole (11) and contacting a diaphragm portion (9) for applying a load corresponding to the combustion pressure in the combustion chamber, and transmitting a load corresponding to the pressure in the fuel chamber;
A sensor body comprising a compression load detecting element (1) for generating an electrical output corresponding to a load transmitted from the pressure transmitting member (2, 6).

前記圧縮荷重検出素子（１）の電気出力を伝える配線部（３）と、
前記圧縮荷重検出素子（１）が接合されると共に前記配線部（３）を通す貫通穴（５ａ）が形成されたステム（５）と、
前記圧力伝達部材の一部を構成し、球面と円形平面とを有すると共に、前記円形平面が前記圧縮荷重検出素子（１）上に配置されることで、前記円形平面にて前記圧縮荷重検出素子（１）に荷重を掛ける半球（２）と、
前記圧力伝達部材の一部を構成し、前記半球（２）に対して前記ダイアフラム部（９）から加えられる荷重を伝えるロッド（６）と、
前記配線部（３）、前記ステム（５）、前記半球（２）および前記ロッド（６）を収容する中空部を有した筒状部材で構成され、前記センサ装着穴（１１）内に固定されるインナーハウジング（４）と、を有し、
前記ステム（５）が前記インナーハウジング（４）に固定されることにより前記圧縮荷重検出部（１）、前記半球（２）および配線部（３）の位置決めされた構成とされていることを特徴とする請求項７に記載のセンサ本体。 A wiring portion (3) for transmitting an electrical output of the compression load detecting element (1);
A stem (5) in which a through hole (5a) through which the compressive load detecting element (1) is bonded and the wiring portion (3) is passed is formed;
A part of the pressure transmission member is formed, and has a spherical surface and a circular plane, and the circular plane is disposed on the compression load detection element (1), whereby the compression load detection element is formed on the circular plane. A hemisphere (2) that applies a load to (1);
A rod (6) that constitutes part of the pressure transmission member and transmits a load applied from the diaphragm (9) to the hemisphere (2);
The wiring portion (3), the stem (5), the hemisphere (2), and a cylindrical member having a hollow portion that accommodates the rod (6) are configured and fixed in the sensor mounting hole (11). An inner housing (4),
By fixing the stem (5) to the inner housing (4), the compression load detection part (1), the hemisphere (2) and the wiring part (3) are positioned. The sensor main body according to claim 7.