JP3123798B2 - 圧力検知装置 - Google Patents
圧力検知装置Info
- Publication number
- JP3123798B2 JP3123798B2 JP03356919A JP35691991A JP3123798B2 JP 3123798 B2 JP3123798 B2 JP 3123798B2 JP 03356919 A JP03356919 A JP 03356919A JP 35691991 A JP35691991 A JP 35691991A JP 3123798 B2 JP3123798 B2 JP 3123798B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- piezoelectric element
- pressure sensor
- piezoelectric
- shaft hole
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は内燃機関のシリンダー内圧の変化
を圧電素子によって検出する圧力センサを備えた圧力検
知装置に関するものである。
を圧電素子によって検出する圧力センサを備えた圧力検
知装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】内燃機関のシリンダーヘッドに設けられ
たセンサ取付け用螺子孔に装着される主体金具の内部に
圧電素子、圧力伝達棒等よりなる検出要素を収納すると
ともにシリンダー内に位置する下端面にダイアフラムを
封着し、シリンダー内圧を前記ダイアフラムと圧力伝達
棒とを介して圧電素子に伝播し、該素子よりシリンダー
内圧力の大きさに比例した電気信号を取り出すようにし
た圧力センサは公知である。また前記圧電素子として一
般に、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛等のセラミッ
ク材料よりなる圧電素子が用いられている。
たセンサ取付け用螺子孔に装着される主体金具の内部に
圧電素子、圧力伝達棒等よりなる検出要素を収納すると
ともにシリンダー内に位置する下端面にダイアフラムを
封着し、シリンダー内圧を前記ダイアフラムと圧力伝達
棒とを介して圧電素子に伝播し、該素子よりシリンダー
内圧力の大きさに比例した電気信号を取り出すようにし
た圧力センサは公知である。また前記圧電素子として一
般に、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛等のセラミッ
ク材料よりなる圧電素子が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
圧力センサは、点火プラグと同様にシリンダ内圧ととも
に高い燃焼温度(1000℃)中に曝されるため、セラミッ
ク系の圧電素子にあっては、そのキュリー点がチタン酸
ジルコン酸鉛系では約 250℃、チタン酸鉛系では約 350
℃と前記燃焼温度よりも低く、いずれもそのままでは、
素子部はかなりの高温( 400℃前後)となり、このため
消極等により圧電特性が劣化し、使用に耐え得ない。そ
こで通常、圧電素子を適温に維持する冷却手段を付加し
たうえで使用している。このため構造が複雑、大型化
し、価格も高騰するという欠点があった。また高温度ほ
ど発生電荷が大きくなるという圧電素子が有する温度依
存性、さらには焦電特性によりシリンダ内の圧力が正確
に検出できない等の問題があった。
圧力センサは、点火プラグと同様にシリンダ内圧ととも
に高い燃焼温度(1000℃)中に曝されるため、セラミッ
ク系の圧電素子にあっては、そのキュリー点がチタン酸
ジルコン酸鉛系では約 250℃、チタン酸鉛系では約 350
℃と前記燃焼温度よりも低く、いずれもそのままでは、
素子部はかなりの高温( 400℃前後)となり、このため
消極等により圧電特性が劣化し、使用に耐え得ない。そ
こで通常、圧電素子を適温に維持する冷却手段を付加し
たうえで使用している。このため構造が複雑、大型化
し、価格も高騰するという欠点があった。また高温度ほ
ど発生電荷が大きくなるという圧電素子が有する温度依
存性、さらには焦電特性によりシリンダ内の圧力が正確
に検出できない等の問題があった。
【0004】一方、かかる欠点を解決するため、前記セ
ラミック系の圧電材料に代え、温度依存性及び焦電特性
の無いSiO2 単結晶もしくはこれら単結晶と同効の単
結晶圧電材料を用いることが考えられるが、これら単結
晶材料はセラミック系の圧電材料に比し発生電荷量が小
さいために、点火プラグでのノイズ、また電波等のノイ
ズ等による影響を受け易く、S/N比が悪くなるという
問題がある。
ラミック系の圧電材料に代え、温度依存性及び焦電特性
の無いSiO2 単結晶もしくはこれら単結晶と同効の単
結晶圧電材料を用いることが考えられるが、これら単結
晶材料はセラミック系の圧電材料に比し発生電荷量が小
さいために、点火プラグでのノイズ、また電波等のノイ
ズ等による影響を受け易く、S/N比が悪くなるという
問題がある。
【0005】そこで、特願平3−125414号にて、
ニオブ酸リチウム(LiNbO3 )やタンタル酸リチウ
ム(LiTaO3 )もしくはこれら単結晶材料と同効の
単結晶圧電材料からなる円形または角形の板状圧電素子
を用いたものを提案した。このニオブ酸リチウムのキュ
リー点は約1200℃と高く、耐熱性に優れ、温度依存性が
少ないという特徴を有している。またLiTaO3 ,S
iO2 に較べ発生電荷が大きく、S/N比も良好である
と言う、優れた特性を有する。しかしながら、素子特性
では優れているものの、圧力センサとしては構造体とし
た場合には、燃焼時の温度差(各部材での温度差)によ
り構成部分寸法が変化し、焦電特性に似た出力が発生し
てしまうことがあった。本発明はかかる従来構成の問題
点を除去することを目的とするものである。
ニオブ酸リチウム(LiNbO3 )やタンタル酸リチウ
ム(LiTaO3 )もしくはこれら単結晶材料と同効の
単結晶圧電材料からなる円形または角形の板状圧電素子
を用いたものを提案した。このニオブ酸リチウムのキュ
リー点は約1200℃と高く、耐熱性に優れ、温度依存性が
少ないという特徴を有している。またLiTaO3 ,S
iO2 に較べ発生電荷が大きく、S/N比も良好である
と言う、優れた特性を有する。しかしながら、素子特性
では優れているものの、圧力センサとしては構造体とし
た場合には、燃焼時の温度差(各部材での温度差)によ
り構成部分寸法が変化し、焦電特性に似た出力が発生し
てしまうことがあった。本発明はかかる従来構成の問題
点を除去することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関のシ
リンダーに装着される主体金具に、検出開口がシリンダ
内に位置する軸孔を備え、その軸孔の内部に圧電素子、
圧力伝達棒等の検出要素を収納し、更に前記軸孔の開口
端を金属製ダイアフラムで密封してなり、前記圧電素子
としてニオブ酸リチウムの単結晶圧電材料を用いた圧力
センサと、該圧力センサの発生電荷を電圧に変換する装
置と、該出力電圧の低周波成分を除去する機能を有する
フィルタとを備え、、前記圧力センサの板状圧電素子
が、分極方向のZ軸成分が20°以下のニオブ酸リチウ
ムの単結晶圧電材料のYカット品よりなり、前記フィル
タの低周波を除去する閾値が、0.01HZ〜1.0H
Zの範囲にあることを特徴とする圧力検知装置である。
リンダーに装着される主体金具に、検出開口がシリンダ
内に位置する軸孔を備え、その軸孔の内部に圧電素子、
圧力伝達棒等の検出要素を収納し、更に前記軸孔の開口
端を金属製ダイアフラムで密封してなり、前記圧電素子
としてニオブ酸リチウムの単結晶圧電材料を用いた圧力
センサと、該圧力センサの発生電荷を電圧に変換する装
置と、該出力電圧の低周波成分を除去する機能を有する
フィルタとを備え、、前記圧力センサの板状圧電素子
が、分極方向のZ軸成分が20°以下のニオブ酸リチウ
ムの単結晶圧電材料のYカット品よりなり、前記フィル
タの低周波を除去する閾値が、0.01HZ〜1.0H
Zの範囲にあることを特徴とする圧力検知装置である。
【0007】
【作用】圧力センサをエンジンブロックに装着して、そ
の内圧を検出する場合にあっては、アイドリングから高
回転、高負荷の間で温度が変化する等、温度変化が激し
い。このように温度変化の激しい部位に圧力センサを取
付けると、焦電特性により図8に示すように出力の変動
(ドリフト)を生じ易い。この出力変動は、低周波数の
出力波形となる。
の内圧を検出する場合にあっては、アイドリングから高
回転、高負荷の間で温度が変化する等、温度変化が激し
い。このように温度変化の激しい部位に圧力センサを取
付けると、焦電特性により図8に示すように出力の変動
(ドリフト)を生じ易い。この出力変動は、低周波数の
出力波形となる。
【0008】そこで、フィルタにより所定低周波を閾値
として、該閾値以上の周波数の圧力波形のみを透過させ
て、該周波数未満の低周波を除去することにより、その
出力のドリフトに該当する波形を除去することができ
る。この閾値は、0.01HZ〜1.0HZの範囲とす
る。0.01HZ未満であると、ドリフトを良好に除去
することができず、また1.0HZを越えると、本来の
圧力波形が変形して、適正な圧力を検出することができ
なくなり、精度が低下するおそれがあるからである。さ
らには、圧力感度10気圧相当以下にするためにはZ軸
成分の角度θが20°以下が良好であり、回路上での濾
波も容易となる。また特筆すべきは、Xカット品,Yカ
ット品について夫々作成し検討してみたところ、Yカッ
トのものはXカットのものに比べ、圧電特性も良好であ
り、さらには機械的強度においても良好であることが確
認された。そこで、圧力センサの板状圧電素子が、分極
方向のZ軸成分が20°以下のニオブ酸リチウムの単結
晶圧電材料のYカット品を用いるものとした。
として、該閾値以上の周波数の圧力波形のみを透過させ
て、該周波数未満の低周波を除去することにより、その
出力のドリフトに該当する波形を除去することができ
る。この閾値は、0.01HZ〜1.0HZの範囲とす
る。0.01HZ未満であると、ドリフトを良好に除去
することができず、また1.0HZを越えると、本来の
圧力波形が変形して、適正な圧力を検出することができ
なくなり、精度が低下するおそれがあるからである。さ
らには、圧力感度10気圧相当以下にするためにはZ軸
成分の角度θが20°以下が良好であり、回路上での濾
波も容易となる。また特筆すべきは、Xカット品,Yカ
ット品について夫々作成し検討してみたところ、Yカッ
トのものはXカットのものに比べ、圧電特性も良好であ
り、さらには機械的強度においても良好であることが確
認された。そこで、圧力センサの板状圧電素子が、分極
方向のZ軸成分が20°以下のニオブ酸リチウムの単結
晶圧電材料のYカット品を用いるものとした。
【0009】
【実施例】図1は本発明に適用する圧力センサSの一実
施例を示し、1は下端部1a外周にシリンダブロックに
螺合する雄螺子2と、上端部1b外周にスパナ等の締付
け工具と適合する六角部3とを形成したボルト構造をな
す主体金具1であって、その内部には、軸孔4が形成さ
れている。この軸孔4は下端部1a側を貫通する異径孔
4a,4b,4cと、上端部1b側を貫通する径大孔4
dとが連続して構成される。前記異径孔4a,4b,4
cのうち、径中側の孔4bには、その径小側の孔4aに
近いほうから金属板5、第1の端子部材6、表裏面に電
極7a,7bが付与された圧電素子7,第2の端子部材
8,電気絶縁環9が順次層状に配設され、これら積層物
の周囲に被覆した絶縁材10により主体金具1と絶縁し
ている。また前記第2の端子部材8の上面からは後記す
る信号搬送用ケーブル16と接続する接続手8aが、絶
縁環9を挿通して突設している。
施例を示し、1は下端部1a外周にシリンダブロックに
螺合する雄螺子2と、上端部1b外周にスパナ等の締付
け工具と適合する六角部3とを形成したボルト構造をな
す主体金具1であって、その内部には、軸孔4が形成さ
れている。この軸孔4は下端部1a側を貫通する異径孔
4a,4b,4cと、上端部1b側を貫通する径大孔4
dとが連続して構成される。前記異径孔4a,4b,4
cのうち、径中側の孔4bには、その径小側の孔4aに
近いほうから金属板5、第1の端子部材6、表裏面に電
極7a,7bが付与された圧電素子7,第2の端子部材
8,電気絶縁環9が順次層状に配設され、これら積層物
の周囲に被覆した絶縁材10により主体金具1と絶縁し
ている。また前記第2の端子部材8の上面からは後記す
る信号搬送用ケーブル16と接続する接続手8aが、絶
縁環9を挿通して突設している。
【0010】更に前記径小側の孔4aには圧力伝達棒1
1が挿入され、その一端を金属板5に圧接し、他端は主
体金具1の下端部1aの端面を気密に封口するように接
合された金属製ダイアフラム12に接着している。この
金属ダイアフラム12は耐熱性が必要で、例えばインコ
ネル又はSUS630相当の耐熱性金属材料のようなものが良
い。さらに主体金具1の孔4a,4bの段差部分と圧力
伝達棒11との間にバネリング13を設け、このバネリ
ング13により構成体の熱膨張差及び熱伝達の差から生
ずる歪、また雄螺子部での締付けトルクによる伸び等か
ら生ずる応力を吸収している。また前記径大孔4cに刻
設した雌ネジには押えネジ18が螺合し、該ネジ18に
より圧電素子7に所定の予圧を与え、燃焼時の吸気導入
時の負圧状態に対応させている。
1が挿入され、その一端を金属板5に圧接し、他端は主
体金具1の下端部1aの端面を気密に封口するように接
合された金属製ダイアフラム12に接着している。この
金属ダイアフラム12は耐熱性が必要で、例えばインコ
ネル又はSUS630相当の耐熱性金属材料のようなものが良
い。さらに主体金具1の孔4a,4bの段差部分と圧力
伝達棒11との間にバネリング13を設け、このバネリ
ング13により構成体の熱膨張差及び熱伝達の差から生
ずる歪、また雄螺子部での締付けトルクによる伸び等か
ら生ずる応力を吸収している。また前記径大孔4cに刻
設した雌ネジには押えネジ18が螺合し、該ネジ18に
より圧電素子7に所定の予圧を与え、燃焼時の吸気導入
時の負圧状態に対応させている。
【0011】前記六角部3側の径大孔4dの内面には、
段座4d’が形成され、これに座定する鍔14aを備え
た金属スリーブ14が嵌合され、さらにシール部材15
bと電気接触部材15aと共に六角部3の上端から突出
する環状薄肉片3aを内側に屈曲することによって加締
め付けられている。
段座4d’が形成され、これに座定する鍔14aを備え
た金属スリーブ14が嵌合され、さらにシール部材15
bと電気接触部材15aと共に六角部3の上端から突出
する環状薄肉片3aを内側に屈曲することによって加締
め付けられている。
【0012】前記金属スリーブ14の内部には信号搬送
用ケーブル16の一端が挿通固定され、該ケーブル16
より裸出した芯線16aが絶縁被覆した中継用導線17
を介して第2の端子部材8に接続されている。しかるに
圧電素子7の一方の電極は前記第2の端子部材8と中継
用導線17を通してケーブル16の芯線16aに接続さ
れ、他方の電極は第1の端子部材6と金属板5と伝達棒
圧力伝達棒11を通して主体金具1に接地接続されてい
る。
用ケーブル16の一端が挿通固定され、該ケーブル16
より裸出した芯線16aが絶縁被覆した中継用導線17
を介して第2の端子部材8に接続されている。しかるに
圧電素子7の一方の電極は前記第2の端子部材8と中継
用導線17を通してケーブル16の芯線16aに接続さ
れ、他方の電極は第1の端子部材6と金属板5と伝達棒
圧力伝達棒11を通して主体金具1に接地接続されてい
る。
【0013】ここまでの構成は、従来公知であるが、本
発明を構成する圧力センサSの特徴は、第1の端子部材
6と第2の端子部材8との間に配された圧電素子7に、
ニオブ酸リチウム(LiNbO3 )からなる円形(図2
参照)または角形(図3参照)の板状圧電素子を用いた
ところにある。
発明を構成する圧力センサSの特徴は、第1の端子部材
6と第2の端子部材8との間に配された圧電素子7に、
ニオブ酸リチウム(LiNbO3 )からなる円形(図2
参照)または角形(図3参照)の板状圧電素子を用いた
ところにある。
【0014】尚、単結晶よりなる圧電素子7は、円形板
でもよいが、経済性、量産性の面から図3にしめすよう
な角形板の方が望ましく、この場合、図4に示すように
一枚の大きな単結晶基板sに格子状の切断線tを施すこ
とにより、多数の圧電素子7,7…を一度に、無駄なく
製作できる。またその厚みは0.3mm 〜 1.5mmの外形寸法
を有するものであることが望ましい。すなわち、これら
単結晶材料は機械的強度に乏しく、通常の切断方法例え
ばダイヤモンドカッター、超音波カッター、レーザービ
ーム等にて破損することがあるが、その厚を0.3mm 〜1.
5mm に限定することによりかかる問題が解決される。こ
こで1.5mm を越えると切断時の熱衝撃により割れが発生
するおそれがある。従って好ましくは1.0mm 以下が良
い。ただし、0.3mm 未満では切断時の機械的衝撃に問題
がある。さらにこのような圧力センサーにおいては、受
圧面の精度、平行度が必要で、通常、表面研磨を実施す
ることが多く、この点から0.3mm 以上が望ましい。
でもよいが、経済性、量産性の面から図3にしめすよう
な角形板の方が望ましく、この場合、図4に示すように
一枚の大きな単結晶基板sに格子状の切断線tを施すこ
とにより、多数の圧電素子7,7…を一度に、無駄なく
製作できる。またその厚みは0.3mm 〜 1.5mmの外形寸法
を有するものであることが望ましい。すなわち、これら
単結晶材料は機械的強度に乏しく、通常の切断方法例え
ばダイヤモンドカッター、超音波カッター、レーザービ
ーム等にて破損することがあるが、その厚を0.3mm 〜1.
5mm に限定することによりかかる問題が解決される。こ
こで1.5mm を越えると切断時の熱衝撃により割れが発生
するおそれがある。従って好ましくは1.0mm 以下が良
い。ただし、0.3mm 未満では切断時の機械的衝撃に問題
がある。さらにこのような圧力センサーにおいては、受
圧面の精度、平行度が必要で、通常、表面研磨を実施す
ることが多く、この点から0.3mm 以上が望ましい。
【0015】さらに圧電素子7の表裏面に被着する電極
7a,7bは、メッキ、蒸着等によって形成することが
できるが、圧電素子との密着性を高める点から、ニッケ
ル、銀等の金属を有機溶剤中に分散してなる有機金属イ
ンクを用い、これを印刷により形成、焼き付けたものが
良く、この場合、前記有機金属インクを印刷後、第1、
第2の端子部材6,8を積層したうえで一体に焼き付け
ることによって、圧電素子と電極との間、電極と端子部
材との間の密着性が高くなり、使用中の接触不良を確実
に防止する利点がある。
7a,7bは、メッキ、蒸着等によって形成することが
できるが、圧電素子との密着性を高める点から、ニッケ
ル、銀等の金属を有機溶剤中に分散してなる有機金属イ
ンクを用い、これを印刷により形成、焼き付けたものが
良く、この場合、前記有機金属インクを印刷後、第1、
第2の端子部材6,8を積層したうえで一体に焼き付け
ることによって、圧電素子と電極との間、電極と端子部
材との間の密着性が高くなり、使用中の接触不良を確実
に防止する利点がある。
【0016】次に、圧電素子7として、ニオブ酸リチウ
ム単結晶を用いたものにあって、その焦電特性を次の手
段により確認した。ニオブ酸リチウム単結晶の各種の角
度のカット品を試料とし、これを0℃のシリコンオイル
が入ったタンクと、150℃のシリコンオイルが入った
タンクとに交互に浸漬して焦電特性をテストした。その
結果は図5の如くであった。ここでxは、素子寸法がφ
6×0.5tの外径寸法としたものを、yはφ4×0.
7tの外径寸法としたものを示す。そして縦軸は温度変
化によって発生する電荷を示し、横軸はZ軸成分の角度
θを示す。ここでZ軸成分の角度θは図6で示すように
規定され、分極軸の面方向(X,Y方向)からの厚み方
向(Z方向)への偏位角をいう。すなわち、θ=90゜
とは厚み方向と同一方向で分極されているものをいい、
θ=0゜とは、面方向に分極されているものをいう。
ム単結晶を用いたものにあって、その焦電特性を次の手
段により確認した。ニオブ酸リチウム単結晶の各種の角
度のカット品を試料とし、これを0℃のシリコンオイル
が入ったタンクと、150℃のシリコンオイルが入った
タンクとに交互に浸漬して焦電特性をテストした。その
結果は図5の如くであった。ここでxは、素子寸法がφ
6×0.5tの外径寸法としたものを、yはφ4×0.
7tの外径寸法としたものを示す。そして縦軸は温度変
化によって発生する電荷を示し、横軸はZ軸成分の角度
θを示す。ここでZ軸成分の角度θは図6で示すように
規定され、分極軸の面方向(X,Y方向)からの厚み方
向(Z方向)への偏位角をいう。すなわち、θ=90゜
とは厚み方向と同一方向で分極されているものをいい、
θ=0゜とは、面方向に分極されているものをいう。
【0017】この結果からZ軸成分が少ない方が良好で
あることが解った。また圧力感度10気圧相当以下にす
るためにはZ軸成分の角度θが20°以下が良好であ
り、5気圧相当以下の10°以下がさらに良好で、回路
上での濾波も容易となった。またこれらのカットにあっ
ては、圧電特性も充分であった。特にZ方向の無い(θ
=0)試料については、焦電が殆どみられず、非常に良
好であった。そして、Z方向の無い(θ=0)試料にあ
って、Xカット,Yカット品について夫々作成し検討し
てみたところ、YカットのものはXカットのものに比
べ、圧電特性も良好で、他のカットと殆ど同等であり、
さらには機械的強度においても良好な結果を得た。
あることが解った。また圧力感度10気圧相当以下にす
るためにはZ軸成分の角度θが20°以下が良好であ
り、5気圧相当以下の10°以下がさらに良好で、回路
上での濾波も容易となった。またこれらのカットにあっ
ては、圧電特性も充分であった。特にZ方向の無い(θ
=0)試料については、焦電が殆どみられず、非常に良
好であった。そして、Z方向の無い(θ=0)試料にあ
って、Xカット,Yカット品について夫々作成し検討し
てみたところ、YカットのものはXカットのものに比
べ、圧電特性も良好で、他のカットと殆ど同等であり、
さらには機械的強度においても良好な結果を得た。
【0018】これらの結果から、圧力センサSとして
は、ニオブ酸リチウムのYカット品を用い、超音波カッ
トによりφ5×0.5tの外径寸法として前述の組み付
を実施した。またダイヤフラムの内外径もφ7/φ9と
し、ダイヤフラムの肉厚は0.15mmとした。また、
押えネジ14での加圧を10MPaとした。
は、ニオブ酸リチウムのYカット品を用い、超音波カッ
トによりφ5×0.5tの外径寸法として前述の組み付
を実施した。またダイヤフラムの内外径もφ7/φ9と
し、ダイヤフラムの肉厚は0.15mmとした。また、
押えネジ14での加圧を10MPaとした。
【0019】そしてかかる構成の圧力センサSに、図9
の如く、該圧力センサSの発生電荷を電圧に変換するチ
ャージアンプAと、該チャージアンプAの出力電圧の低
周波成分を除去する機能を有するハイパスフィルタFと
を順次接続して、本発明に係る圧力検知装置を構成し、
圧力センサSを総排気量2000ccのエンジンに取付
け、ハイパスフィルタFの低周波の閾値と、ハイパスフ
ィルタFを通過した燃焼圧力波形との関係を調べた。
の如く、該圧力センサSの発生電荷を電圧に変換するチ
ャージアンプAと、該チャージアンプAの出力電圧の低
周波成分を除去する機能を有するハイパスフィルタFと
を順次接続して、本発明に係る圧力検知装置を構成し、
圧力センサSを総排気量2000ccのエンジンに取付
け、ハイパスフィルタFの低周波の閾値と、ハイパスフ
ィルタFを通過した燃焼圧力波形との関係を調べた。
【0020】図7はハイパスフィルタFの低周波をカッ
トする閾値を種々変えたものであって、エンジンの回転
をアイドリング(1200rpm)及び5000rpm
で、一定としたときの燃焼圧力波形を示す。ここで中心
の一点鎖線は大気圧を示す基準線である。この波形図か
ら、0.01HZ〜0.5HZでは、いずれの回転数に
あっても、フィルタ無しのときの生波形(破線で示す)
とは、大きく波形が異ならず、適正な精度を維持できる
ものであることが解る。また1HZの場合もアイドリン
グ時では若干生波形からのズレを生じてはいるものの所
定精度をなんとか維持し得るものであることが解る。と
ころが閾値が2HZ及び3HZのハイパスフィルタを設
けた場合には、低位レベルでのドリフトが発生し、生波
形とは大きな差異を生じ、1気圧以上の誤差を生じてし
まうことが解った。
トする閾値を種々変えたものであって、エンジンの回転
をアイドリング(1200rpm)及び5000rpm
で、一定としたときの燃焼圧力波形を示す。ここで中心
の一点鎖線は大気圧を示す基準線である。この波形図か
ら、0.01HZ〜0.5HZでは、いずれの回転数に
あっても、フィルタ無しのときの生波形(破線で示す)
とは、大きく波形が異ならず、適正な精度を維持できる
ものであることが解る。また1HZの場合もアイドリン
グ時では若干生波形からのズレを生じてはいるものの所
定精度をなんとか維持し得るものであることが解る。と
ころが閾値が2HZ及び3HZのハイパスフィルタを設
けた場合には、低位レベルでのドリフトが発生し、生波
形とは大きな差異を生じ、1気圧以上の誤差を生じてし
まうことが解った。
【0021】次にエンジン回転を変化させたときの状態
を図8で示す。焦電特性、温度特性の無い圧電素子7を
用いた圧力センサSを適用しているにもかかわらず、ハ
イパスフィルタF無しでは、全体の波形が上下に揺ら
ぎ、エンジンドリフトが発生していることが解る。また
閾値が0.01HZのハイパスフィルタFを接続した場
合にあっても、該ドリフトが波形上表われる。ところが
0.05HZ,0.1HZ,0.3HZを閾値としたハ
イパスフィルタFを接続したものにあっては、前記ドリ
フトを波形上除去することができた。このドリフトに対
しても、充分1HZ以下の閾値を備えたハイパスフィル
タFによって対応できる。
を図8で示す。焦電特性、温度特性の無い圧電素子7を
用いた圧力センサSを適用しているにもかかわらず、ハ
イパスフィルタF無しでは、全体の波形が上下に揺ら
ぎ、エンジンドリフトが発生していることが解る。また
閾値が0.01HZのハイパスフィルタFを接続した場
合にあっても、該ドリフトが波形上表われる。ところが
0.05HZ,0.1HZ,0.3HZを閾値としたハ
イパスフィルタFを接続したものにあっては、前記ドリ
フトを波形上除去することができた。このドリフトに対
しても、充分1HZ以下の閾値を備えたハイパスフィル
タFによって対応できる。
【0022】而して、閾値が0.01HZ〜1.0HZ
の範囲にあるハイパスフィルタFは、前記ドリフトを除
去でき、しかも、生波形とは大きく異ならず、その精度
も許容できるものであるといえる。尚、好ましくは、閾
値を0.05〜0.5HZとしたハイパスフィルタFに
よってさらに良好な結果を得ることができる。
の範囲にあるハイパスフィルタFは、前記ドリフトを除
去でき、しかも、生波形とは大きく異ならず、その精度
も許容できるものであるといえる。尚、好ましくは、閾
値を0.05〜0.5HZとしたハイパスフィルタFに
よってさらに良好な結果を得ることができる。
【0023】
【発明の効果】本発明の圧力検知装置が以上の通りであ
って、主体金具の内部に装着される圧電素子に、シリン
ダ中の燃焼温度よりも高いキュリー点を有するLiNb
O3の単結晶圧電材料を用いた圧力センサーを用いたか
ら、従来のように冷却手段によって圧電素子を冷却する
必要は全くない。また圧電素子の分極方向のZ軸成分が
20°以下とすることで焦電特性をも有せず、Yカット
品を用いたから、圧電特性も良好であり、さらには機械
的強度においても良好である。そして、さらに、この圧
力センサSに該圧力センサの発生電荷を電圧に変換する
装置(チャージアンプA)と、該出力電圧の低周波成分
を除去する機能を有するフィルタFとを接続したから、
温度変化等によって生ずる低周波数の出力に起因する燃
焼波形のドリフトが除去されて、安定した燃焼波形を得
ることができる。而して、本発明は焦電性が無く、小型
かつ安価で、出力波形が良好で高精度の圧力検知装置を
市場に供し得る優れた効果がある。
って、主体金具の内部に装着される圧電素子に、シリン
ダ中の燃焼温度よりも高いキュリー点を有するLiNb
O3の単結晶圧電材料を用いた圧力センサーを用いたか
ら、従来のように冷却手段によって圧電素子を冷却する
必要は全くない。また圧電素子の分極方向のZ軸成分が
20°以下とすることで焦電特性をも有せず、Yカット
品を用いたから、圧電特性も良好であり、さらには機械
的強度においても良好である。そして、さらに、この圧
力センサSに該圧力センサの発生電荷を電圧に変換する
装置(チャージアンプA)と、該出力電圧の低周波成分
を除去する機能を有するフィルタFとを接続したから、
温度変化等によって生ずる低周波数の出力に起因する燃
焼波形のドリフトが除去されて、安定した燃焼波形を得
ることができる。而して、本発明は焦電性が無く、小型
かつ安価で、出力波形が良好で高精度の圧力検知装置を
市場に供し得る優れた効果がある。
【図1】本発明の一実施例を示す圧力センサの縦断側面
図である。
図である。
【図2】圧電素子7を円形に作成したものの斜視図であ
る。
る。
【図3】圧電素子7を角形に作成したものの斜視図であ
る。
る。
【図4】圧電素子7の切り出し手段を示す斜視図であ
る。
る。
【図5】ニオブ酸リチウム単結晶の各種の角度のカット
品の焦電効果による影響を示すグラフである。
品の焦電効果による影響を示すグラフである。
【図6】Z軸成分の角度θの概念を示す座標である。
【図7】閾値の異なるハイパスフィルタFと、その出力
波形との関係を、1200rpm,5000rpmの波
形図である。
波形との関係を、1200rpm,5000rpmの波
形図である。
【図8】回転数を変化させた場合のドリフトを示す波形
図である。
図である。
【図9】本発明の基本構成を示す概念図である。
1 主体金具 7 圧電素子 11 圧力伝達棒 S 圧力センサ A チャージアンプ F ハイパスフィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早迫 博文 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特 殊陶業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−81572(JP,A) 特開 昭62−219808(JP,A) 実開 昭63−84539(JP,U) 実開 昭64−15139(JP,U) 実開 昭61−126620(JP,U) 実開 昭62−35243(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01L 23/10 G01L 9/08 G01L 1/16
Claims (1)
- 【請求項1】内燃機関のシリンダーに装着される主体金
具に、検出開口がシリンダ内に位置する軸孔を備え、そ
の軸孔の内部に圧電素子、圧力伝達棒等の検出要素を収
納し、更に前記軸孔の開口端を金属製ダイアフラムで密
封してなり、前記圧電素子としてニオブ酸リチウムの単
結晶圧電材料を用いた圧力センサと、該圧力センサの発
生電荷を電圧に変換する装置と、該出力電圧の低周波成
分を除去する機能を有するフィルタとを備え、前記圧力
センサの板状圧電素子が、分極方向のZ軸成分が20°
以下のニオブ酸リチウムの単結晶圧電材料のYカット品
よりなり、前記フィルタの低周波を除去する閾値が、
0.01HZ〜1.0HZの範囲にあることを特徴とす
る圧力検知装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03356919A JP3123798B2 (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 圧力検知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03356919A JP3123798B2 (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 圧力検知装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05172679A JPH05172679A (ja) | 1993-07-09 |
JP3123798B2 true JP3123798B2 (ja) | 2001-01-15 |
Family
ID=18451429
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03356919A Expired - Fee Related JP3123798B2 (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 圧力検知装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3123798B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6915780B2 (en) | 2003-09-19 | 2005-07-12 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | Combustion pressure data collection system for multi-cylinder engine |
US7142034B2 (en) | 2003-09-18 | 2006-11-28 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | Charge signal converting amplifier |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002062211A (ja) * | 2000-06-09 | 2002-02-28 | Denso Corp | 圧電式センサの信号処理装置 |
US7117725B2 (en) * | 2004-03-12 | 2006-10-10 | Honda Motor Co., Ltd. | In-cylinder pressure detecting apparatus |
DE102004047143A1 (de) * | 2004-09-29 | 2006-04-06 | Robert Bosch Gmbh | Piezoelektrischer Brennraum-Drucksensor mit einem Druckübertragungsstift |
US8136406B2 (en) * | 2009-03-31 | 2012-03-20 | Schlumberger Technology Corporation | Pressure transducer with piezoelectric crystal for harsh environment use |
-
1991
- 1991-12-24 JP JP03356919A patent/JP3123798B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7142034B2 (en) | 2003-09-18 | 2006-11-28 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | Charge signal converting amplifier |
US6915780B2 (en) | 2003-09-19 | 2005-07-12 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | Combustion pressure data collection system for multi-cylinder engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05172679A (ja) | 1993-07-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5739626A (en) | Piezoelectric sensor | |
Gautschi et al. | Piezoelectric sensors | |
EP0317163B1 (en) | Cylinder pressure sensor for an internal combustion engine | |
US4503351A (en) | Piezoelectric element for incorporation in pressure, force or acceleration transducers | |
US3858065A (en) | Annular 3m class piezoelectric crystal transducer | |
US6617764B2 (en) | High temperature piezoelectric sensor | |
JP3123798B2 (ja) | 圧力検知装置 | |
JP3123799B2 (ja) | 圧力センサ | |
US4422055A (en) | Strain relief technique for surface acoustic wave devices | |
US5126617A (en) | Cylinder pressure sensor for an internal combustion engine | |
US3651353A (en) | Piezoelectric pressure transducer with acceleration compensation | |
JPH0769237B2 (ja) | 増圧増温動作範囲用の単回転カットの水晶を備えた圧力変換器 | |
US4052628A (en) | Dynamic, shear-mode piezoelectric pressure sensor | |
JP3123796B2 (ja) | 圧電センサ | |
EP0511762B1 (en) | Piezoelectric sensor | |
JP4794185B2 (ja) | 圧力センサ | |
JP3873040B2 (ja) | 圧力センサ | |
GB2034970A (en) | Semiconductor pressure transducer | |
JPS6358384B2 (ja) | ||
JPH06258165A (ja) | 圧電センサ | |
JPH02236431A (ja) | 圧電型圧力センサ | |
JPH0745353A (ja) | 圧力センサ内蔵プラグ | |
SU1682938A1 (ru) | Пьезоэлектрический акселерометр | |
JPH0462468A (ja) | アコースティック・エミッションセンサー | |
GB2154323A (en) | Pressure sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |