JP6404455B2 - 燃焼圧センサ - Google Patents

Description

本発明は圧力センサに関し、詳しくは内燃機関のシリンダヘッドに装着され、燃焼室内の圧力を検出することができる燃焼圧センサに関する。

従来、例えば内燃機関のシリンダヘッドに装着されて燃焼室内の圧力を検出する装置として、圧電素子を圧力検出部に使用した装置が提案されている。この圧力検出装置をリング型に構成して燃焼室内に付設されるインジェクタや点火プラグなどの機能部品に装着して燃焼圧を検出する方式の燃焼圧センサが知られている。

このようなリング型の構成で機能部品に装着する方式の燃焼圧センサの一例として、例えば特許文献１に示すような圧力センサを内蔵した点火プラグが提案されている。この圧力センサ付き点火プラグは、圧力センサ部を点火プラグに一体的に溶接固定し、シリンダヘッドに締付け固定して使用される。この圧力センサ付き点火プラグは、内燃機関の燃焼室内に燃焼圧が発生すると点火プラグが押し上げられ、点火プラグの締付け荷重が変動する。この締付け荷重の変動に対応して、圧力センサは圧電素子から発生する電荷を電気信号として検出して制御装置へ送り、制御装置はこの圧力信号をもとに内燃機関を制御することにより、例えば燃費の改善に役立てるように使用される。

特許第４６２０８８２号公報（図１、図２）

ところで、特許文献１に示す点火プラグなどの機能部品に装着する構成のリング型圧力センサにおいては、圧力センサを構成するケース部と機能部品を構成する金具とをレーザによって溶接接合する方法が一般的である。しかしながら、溶接による接合工程においては、接合する二つの部品の熱容量や線膨脹係数などの違いに起因して熱歪みが発生することがある。この熱歪みが発生すると、圧力センサのケース部が変形するために、燃焼圧に応じた正確な出力波形が得られないという課題がある。

ここで、特許文献１に示した従来技術を、図１１、図１２を用いて説明する。図１１、図１２は、従来技術を説明しやすいように描き直した図面であり、また発明の主旨を外さない範囲で部品名称を本願にそろえている。図１１（ａ）は、従来の燃焼圧センサ付き点火プラグ３００の構成であり溶接前の状態を示している。図１１（ｂ）は、（ａ）のＡ部拡大図であり溶接後の状態を示している。また、図１２は、燃焼圧センサ付き点火プラグ３００をシリンダヘッドに装着した状態を示している。

まず、図１１（ａ）を用いて燃焼圧センサ内蔵の点火プラグ３００の構成について説明する。筒状部３２１ａと底部３２１ｂとからなる環状に形成されたセンサケース３２１の内側空間において、底部３２１ｂ上に図中下方から順次積み重ねるように、環状に形成された板パッキン３２２、圧電素子３２３、電極板３２４、及び絶縁板３２５が収容され、圧力センサ３２０が構成されている。また、環状の電極板３２４の一部に形成された端子３２４ａから上方にリード線３２７が延出されている。

圧力センサ３２０は、センサケース３２１の筒状部３２１ａが主体金具３１１の第１膨出部３１１ｃ１に嵌合し、また、センサケース３２１の係合部３２１ｃが第２膨出部３１１ｃ２の前端部にあるケース支持部３１１ｓに当接している。そして、センサケース３２１の底部３２１ｂを図中下方から所定の荷重Ｐで押圧した状態で、溶接部Ｗ１をセンサケース３２１の全周にわたってレーザ溶接する。次に、溶接部Ｗ２をセンサケース３２１の全周にわたって溶接する。ここで圧力センサ３２０は、センサケース３２１と主体金具３１１の溶接により圧電素子３２３に所定の荷重Ｐが印加された状態で構成されることとなる。さらに圧力センサ３２０は後述する点火プラグ３００をシリンダヘッドに装着した際の締付けにより圧電素子３２３に締め付け荷重（以下、加算荷重と呼ぶ。）が加わることとなる。したがって圧力センサ３２０は、圧電素子３２３に荷重Ｐとこの締め付け荷重の合算荷重が予荷重（プリロード）として作用した状態で圧力を検出するよう構成される。

次に、図１１（ｂ）を用いて、溶接部Ｗ１、溶接部Ｗ２の２ヶ所のうち、熱歪みの影響を受けやすい溶接部Ｗ１の溶接工程について詳細に説明する。溶接部Ｗ１はセンサケース３２１の全周にわたってレーザ溶接されるが、センサケース３２１と主体金具３１１の熱容量や線膨脹係数などの違いにより溶接時に発生する溶接熱により、センサケース３２１や主体金具３１１が変形した状態でそれぞれが溶接されることがある。例えば、溶接時に発生する溶接熱によりセンサケース３２１の底部３２１ｂが図中下方に押し出された状態となる。この場合、底部３２１ｂと板パッキン３２２とは角度θを有する隙間が形成された状態で、係合部３２１ｃがケース支持部３１１ｓに当接し溶接部Ｗ１にて溶接固定される（溶接部を●印にて図示）。このように、センサケース３２１や主体金具３１１が溶接熱等により歪が発生すると、センサケース３２１内に積層された圧電素子など各構成部品同士の面圧の均一性が崩れるとともに、圧電素子３２３に作用させる荷重Ｐも、予め設定した所定の荷重と相違することになる。

次に、図１２を用いて、燃焼圧センサ内蔵の点火プラグ３００をシリンダヘッド４に装着した状態について説明する。図１２において、燃焼圧センサ内蔵の点火プラグ３００はシリンダヘッド４に装着するときにガスケット３１１ｂを装着して六角ナット部（図示なし）を工具にて回転させることにより締付けられる。

ここで、センサケース３２１の底部３２１ｂとガスケット３１１ｂの間には、前述した角度θを有する隙間が形成されるため、燃焼圧センサ内蔵の点火プラグ３００の締付け時に板パッキン３２２及び圧電素子３２３に対して締付け荷重（加算荷重）を均一に加えることが難しい。

以上のように、荷重Ｐと締付け荷重とからなる予荷重とが予め設定した値から相違することにより、圧力センサ３２０は、圧力センサ３２０に印加された圧力とその出力波形との間にズレ（以下、ヒシテリシスと呼ぶ。）が生じ、精度良く圧力を測定することができない。

（発明の目的）
そこで本発明の目的は、上記問題点を解決しようとするものであり、燃焼圧センサと機能部品との溶接接合において、燃焼圧センサのセンサケースの歪みを抑制する手段を設けることにより、圧力伝達系に生じる不具合を防止し、圧力を精度良く測定可能な燃焼圧センサを提供することにある。

内燃機関の燃焼室に付設される機能部品に装着する燃焼圧センサであって、燃焼圧の受圧面となる受圧部材と、前記受圧面からの圧力を検出する圧力検出素子とがハウジングにより支持されており、前記燃焼圧センサの前記機能部品への装着は、前記受圧部材または前記ハウジングの少なくとも一方に設けられた接続部材と前記機能部品とを接合することにより行われ、前記接続部材は、前記機能部品と接合される接合部と、前記接合部に生じる歪の前記受圧部材または前記ハウジングへの影響を低減する歪緩衝部とにより構成される燃焼圧センサとする。

また、前記接続部材は、前記受圧部材または前記ハウジングと一体に構成されている燃焼圧センサとする。

また、前記接続部材は、前記受圧部材または前記ハウジングと別体である燃焼圧センサとする。

また、前記接続部材は、前記機能部品の接合部を構成する材質と同等の線膨脹係数を有する燃焼圧センサとする。

また、前記機能部品と前記接続部材との接合は溶接により行われる燃焼圧センサとする。

前記燃焼圧センサは円筒形であり、前記ハウジングは前記燃焼圧センサの外周面を構成する外筒部と内周面を構成する内筒部からなるハウジングユニットと、円筒形の支持部材とにより構成され、前記ハウジングユニット内に前記圧力検出素子が配置され、前記圧力検出素子を挟むように前記受圧部材と前記支持部材とが配置されている燃焼圧センサとする。

前記接続部材は、前記内筒部の内周面に延在する円筒形である燃焼圧センサとする。

上述の如く、本発明の構成によれば、燃焼圧センサと機能部品との接続部材に、接合部と接合部に生じる歪の影響を低減する歪緩衝部とを備えた構成とすることで、燃焼圧センサのハウジングまたは受圧部材の変形を抑制することができる。この結果、圧力を精度良く測定可能な燃焼圧センサを提供することができる。

実施例１に係る内燃機関の概略構成図である。 図１に示すＳ部の拡大図である。 実施例１に係る燃焼圧センサと機能部品との装着図である。 実施例１の第１の実施形態のインジェクタユニットを示す断面図である。 実施例１の第１の実施形態の組立手順を示す断面図である。 実施例１の第２の実施形態のインジェクタユニットを示す断面図である。 実施例１の第３の実施形態のインジェクタユニットを示す断面図である。 実施例１の第４の実施形態のインジェクタユニットを示す断面図である。 実施例１の第５の実施形態のインジェクタユニットを示す断面図である。 実施例２の第１の実施形態の点火プラグユニットを示す断面図である。 従来の燃焼圧センサ付き点火プラグを示す断面図である。 従来の燃焼圧センサ付き点火プラグをシリンダヘッドに装着した状態を示す断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の思想を具体化するための燃焼圧センサを例示するものであって、本発明は以下の構成に限定されない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる一実施例として説明しているに過ぎない。また、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は説明を明確にするために誇張し表現していることがある。また、以下の説明において同一部品、同一構成要素には同一の符号を付し詳細な説明を適宜省略することがある。

［各実施例の特徴］
本発明の燃焼圧センサは、燃焼圧センサとインジェクタなどの機能部品との接合の改良に関するものであり、本発明によれば、機能部品に燃焼圧センサを接合するときに、歪緩衝部を有する接続部材にて燃焼圧センサと機能部品を接合することで、接合の際に接合部に生じる歪を歪緩衝部で吸収することができ、燃焼圧センサのハウジングユニット（以下、ケース部と呼ぶ）の変形を抑制することができる。ここで、実施例１は、燃焼圧センサをインジェクタに装着するインジェクタユニットの接合の改良に関するものであり、実施例２は、燃焼圧センサを点火プラグに装着する点火プラグユニットの接合の改良に関するものである。以下、実施例１は、図１〜図９を用いて説明し、実施例２は図１０を用いて説明する。

以下に、本発明による燃焼圧センサについて説明する。図１〜図５は、実施例１の第１の実施形態を示し、その内、図１〜図３は、本発明の燃焼圧センサが組み込まれるインジェクタユニット及び内燃機関の基本構成を示し、図４〜図５は第１の実施形態の構成及び組立手順を示す。また、実施例１には、他に４つの実施形態があるが、図１〜図３の基本構成は共通であり、各実施形態の構成の特徴をそれぞれ図６、図８に示す。

［実施例１の第１〜第３の実施形態に係る内燃機関に関する説明：図１、図２］
まず、図１、図２を用いて本発明の燃焼圧センサが組み込まれる内燃機関の基本構成について説明する。図１は内燃機関１の概略構成図であり、図２は、図１のＳ部拡大図である。図１において、内燃機関１は本発明による燃焼圧センサ８Ａをインジェクタ７Ａに装着したインジェクタユニット６Ａが組み込まれた状態を示している。この内燃機関１は、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及びピストン３などとともに燃焼室Ｃを構成するシリンダヘッド４とから構成され、燃焼室Ｃが形成されている。

また、内燃機関１は、シリンダヘッド４に付設されて燃焼室Ｃ内に燃料を噴射するインジェクタユニット６Ａと、シリンダヘッド４に付設されて燃焼室Ｃ内の混合気を燃焼させるための点火プラグ５（一点鎖線にて図示）とを備えている。また、インジェクタユニット６Ａはインジェクタ７Ａの先端部に燃焼圧センサ８Ａが装着されて一体化されている。また、インジェクタユニット６Ａはセンサ部が燃焼室Ｃの近くに位置するように装着されている。これにより、内燃機関１は、燃焼サイクル毎のピストン３の往復運動にともなって発生する燃焼室Ｃ内の圧力を直接検出できる構成になっている。

次に、図２を用いてインジェクタユニット６Ａをシリンダヘッド４に付設する構成について説明する。図２において、シリンダヘッド４には、インジェクタユニット６Ａを付設するための燃焼室Ｃと外部とを連通する連通孔４ａが設けられている。連通孔４ａの形状は、燃焼室Ｃ側から第１の孔部４ｂと、第１の孔部４ｂの孔径よりも大きい第２の孔部４ｃと、第２の孔部４ｃの孔径よりも大きい第３の孔部４ｄとを有している。インジェクタユニット６Ａは連通孔４ａに貫通した状態で取り付けられ、第１の孔部４ｂの燃焼室Ｃの近くに燃焼圧センサ８Ａが位置するように構成されていて、第１の孔部４ｂの孔径よりも燃焼圧センサ８Ａの外径は少し小さくなっている。

また、第２の孔部４ｃにはインジェクタユニット６Ａの胴体部６ａがガスケット６０とともに挿入され、すきまばめで嵌合している。また、第３の孔部４ｄにはインジェクタユニット６Ａのフランジ部６ｂが挿入されている。インジェクタユニット６Ａはシリンダヘッド４の外側に設けられたクランプ装置（図示なし）によってフランジ部６ｂの上面をクランプし、ガスケット６０とともにガスケット６０を圧縮して固定される。これにより、燃焼室Ｃ側から混合気や燃焼ガスが漏れないように気密を保つことができる。

また、図１において、インジェクタユニット６Ａは、先端部外周に取り付けられた燃焼圧センサ８Ａが検出した圧力信号を外部に伝送し接続するための電気コネクタ部７０と、インジェクタ７Ａに燃料を供給するための燃料コネクタ部８０とを備えている。ここで、燃焼圧センサ８Ａは圧力検出素子として圧電素子を用いており、内燃機関１は圧電素子から得られる微弱な電荷である電荷信号を受けて増幅処理する信号処理部１００と、処理した信号を受け取って内燃機関１に付設された各部の機能部品に所定の制御を指示するための制御装置２００とを備えている。

［実施例１の第１〜第３の実施形態を適用する燃焼圧センサ及びインジェクタユニットの基本構成の説明：図３］
次に、図３を用いて、燃焼圧センサ８Ａの基本構成について説明する。燃焼圧センサ８Ａは、燃焼室Ｃ内に発生する燃焼圧を電荷信号に変える圧電素子を備える圧力検出部１０と、圧力検出部１０からの信号を伝達する伝送ユニット５０とを備えている。圧力検出部１０は、全体として円筒形状を呈しており、燃焼圧センサ８Ａの燃焼室Ｃ側である前端面側からその反対方向である後端面側に貫通しインジェクタ７Ａの先端部を収容する開口部１０ａが設けられている。

次に、圧力検出部１０の構成について説明する。圧力検出部１０は、円筒形状を有する外筒部１１と、円筒形状を有する内筒部１２と、円筒形状を有する支持部材１３と、環状の形状を有する受圧部材１４とを備えている。そして、後述する組立工程において、溶接部Ｗ１、溶接部Ｗ２、溶接部Ｗ３、溶接部Ｗ４を所定の手順により溶接固定することにより、圧力検出部全体の筐体としての機能を備えたケース部を構成する。ここで、溶接個所は●印で示し、一周にわたってレーザによる溶接を行うことによって封止され固定される。尚、●印は溶接形状を示すものではなく単に溶接位置を示すものであり、以下の説明においても同様である。また、受圧部材１４は、燃焼室Ｃ側に露出することで燃焼室からの燃焼圧を受ける受圧部１４ｄと、受圧部１４ｄを挟み燃焼室Ｃ側と対向する側において受圧部１４ｄが受けた圧力を圧力伝達リング１５に伝達する伝達部１４ｅとが一体化して構成されている。

次に、圧力検出部１０には、これら外筒部１１、内筒部１２、支持部材１３及び受圧部材１４によって囲まれた内部空間１０ｂが形成されている。そして、この内部空間１０ｂに、受圧部材１４からの圧力をさらに後端面側に伝達する圧力伝達リング１５と、圧力伝達リング１５から伝達した圧力を電荷信号に変換する圧電素子１６とを備えている。ここで、圧電素子１６は、圧力伝達リング１５の後端面側において円周方向に６０°間隔で配設されている。また、圧力検出部１０の内部空間１０ｂには、上述した各圧電素子１６の間にスペーサ（図示なし）が配設されている。

次に、伝送ユニット５０について説明する。伝送ユニット５０は、伝送電線５１、接続端子５２、接続パイプ５３、位置決めチューブ５５、コイルスプリング５６、Ｏリング５７を備えている。伝送ユニット５０では、接続端子５２の一端部が圧力検出部１０内に収容され圧電素子１６に接続し、他端部は伝送電線５１の一端部と接続パイプ５３によりかしめられることで、機械的、電気的に接続されている。また、伝送電線５１の他端部は、インジェクタ７Ａに設けられた信号線用の導孔（不図示）を通りインジェクタ７Ａの電気コネクタ部７０（図２参照）に接続している。
また、接続端子５２を圧電素子１６に押圧し電気的に接続するためのコイルスプリング５６、接続端子５２をガイドし絶縁する位置決めチューブ５５、接続パイプ５３周辺を封止するためのＯリング５７が接続端子５２、伝送電線５１の周囲に配設されている。

次に、インジェクタ７Ａの先端部に設けられた段差部にリング型の燃焼圧センサ８Ａが装着される構成を説明する。ここで、実線で示すインジェクタ７Ａは、装着前の状態を示す。そして、図中矢印の方向にインジェクタ７Ａを移動することにより、一点鎖線で示す位置で止まる。この位置がインジェクタ７Ａと、燃焼圧センサ８Ａとの固定位置となる。この状態で、溶接部Ｗ５と溶接部Ｗ６をそれぞれ一周にわたってレーザ溶接を行うことによってインジェクタ７Ａと燃焼圧センサ８Ａが固定される。これにより、インジェクタユニット６Ａが構成される。ここで、溶接部Ｗ５は、インジェクタ７Ａの後方段差部７ｃと、支持部材１３の凸部１３ａとの係合部であり、溶接部Ｗ６は、インジェクタ７Ａの先端部７ａの角部７ｂと、内筒部１２の凸部１２ａとの係合部である。

尚、外筒部１１、内筒部１２及び支持部材１３を構成する材料としては、燃焼室Ｃの近傍に位置し高温になるため、少なくとも、−４０℃〜３５０℃の使用温度環境に耐える材料を用いることが望ましく、例えばＪＩＳ規格のＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４３０等を用いるとよい。また、受圧部材１４を構成する材料としては、高温、且つ、高圧となる燃焼室Ｃ内に露出することを考慮し、弾性が高く、且つ、耐久性、耐熱性、耐食性に優れる合金製であることが望ましく、例えばＳＵＨ６６０等を用いるとよい。

［実施例１の第１の実施形態の説明：図４、図５］
次に、図４、図５を用いて実施例１の第１の実施形態について説明する。図４はインジェクタユニット６Ｂの断面図であり、燃焼圧センサ８Ｂとインジェクタ７Ｂとの接合部を示し、図５は組立手順を示す。

第１の実施形態の特徴は、内筒部とインジェクタの先端部との間に接合のための空間を設けて、その空間を利用して接続部材を配設した点である。また、接続部材は歪緩衝部を有し、歪緩衝部をはさんで、一端を燃焼圧センサに溶接固定し、他端をインジェクタに溶接固定する構成である。

［構成の説明：図４］
図４（ａ）はインジェクタユニットの溶接前の断面図を示し、（ｂ）は溶接後の部分断面図を示す。ここで、図４（ａ）は、すでに説明した図３と同じ部分を示すものである。図４（ａ）が、図３と異なるところは、前端面側の接合部に空間Ｖを設け、そこに接続部材として溶接リング１８を配設した点である。他の基本的な構成は、図３に示す基本構成と同様であるので、同一部品、同一要素の符号は省略し、説明に必要な符号を付して説明する。

まず、図４（ａ）において、インジェクタユニット６Ｂは溶接リング１８を取り付けた燃焼圧センサ８Ｂと、溶接リング１８を配設するための空間を有するインジェクタ７Ｂとから構成されている。ここで、燃焼圧センサ８Ｂのケース部を構成する内筒部１２Ｂの形状は、図３に示す基本構成の内筒部１２と異なり、凸部１２ａを有しない単純な円筒形状よりなっている。また、インジェクタ７Ｂの形状は、図３に示す基本構成のインジェクタ７Ａと異なり、先端部７ａに段差部７ｄを有するテ―パ状の逃げ部を有している。これにより、装着部の先端面側に空間Ｖが形成されている。

次に、溶接リング１８は、先端面側の矩形部１８ａと、後端面側の矩形部１８ｂと、中間のリブ状部１８ｃ（歪緩衝部の一例）とから構成されている。また、先端面側の矩形部１８ａの幅ｕ１に対して後端面側の矩形部１８ｂの幅ｕ２は小さく設定されている。このような断面形状を有する溶接リング１８は、円筒形状をしており、内筒部１２Ｂの内径に嵌合し、先端面側において端部を内筒部１２Ｂにそろえて溶接部Ｗ０で接合されている。尚、溶接リング１８と内筒部１２Ｂとの接合は、後述する如く燃焼圧センサの組立工程の前に事前に溶接されている。また、溶接リング１８の後端面側の矩形部１８ｂはインジェクタ７Ｂに設けられた段差部７ｄに接するように構成されている。

次に、溶接部Ｗ５及び溶接部Ｗ６の溶接接合について説明する。まず、溶接部Ｗ５をレーザ照射して一周にわたって溶接を行う。ここで、溶接部Ｗ５は、インジェクタ７Ｂの後方に設けられた段差部７ｃと支持部材１３に設けられた凸部１３ａとの係合部である。

次に、図４（ｂ）において、溶接部Ｗ６を、同様にレーザ溶接を行う。ここで、溶接が始まると溶接リング１８及びインジェクタ７Ｂに溶接熱が伝達していく。そして、溶接リング１８はインジェクタ７Ｂに比べて肉厚が薄く熱容量が小さいので溶接リング１８側に先に溶接熱が伝達する。このため、溶接リング１８の後端面側（矩形部１８ｂ側）は膨張して角度θ１を有するテーパ状（ラッパ状）に変形する。

この状態で、溶接リング１８の矩形部１８ｂはインジェクタ７Ｂに設けられた段差部７ｄ上に溶接固定される。このとき、後端面側の矩形部１８ｂから先端面側の矩形部１８ａとの間に所定の長さを有する中間のリブ状部１８ｃがあることで、後端面側の矩形部１８ｂを段差部７ｄに溶接する際に発生した熱歪等の影響を中間のリブ状部１８ｃにより吸収することができ、内筒部１２Ｂは接合部に生じる歪の影響を受けることを抑制することができる。これにより、熱変形が抑制されたインジェクタユニット６Ｂが構成される。尚、溶接リング１８はインジェクタ７Ｂと線膨脹係数が同等の材質を用いることにより歪の影響をより抑制することが可能である。

［電気的な接続構成及び検出動作の説明：図１、図２、図３］
次に、図１、図２、図３を用いてインジェクタユニット６Ｂの電気的な接続構成及び検出動作について説明する。まず、図３に示す基本構成であるインジェクタユニット６Ａを用いて電気的な接続構成について説明する。圧電素子群を構成する各圧電素子１６に設けられた後端面側の端面は、それぞれに設けられたリア側電極（図示なし）を介して、支持部材１３に設けられた接地電極層（図示なし）と電気的に接続される。これにより、圧電素子１６のリア側電極は、支持部材１３と電気的に接続され、接地される。

一方、圧電素子１６の前端面側の端面は、それぞれに設けられたフロント側電極（図示なし）を介して、圧力伝達リング１５の後端面にリング状に形成された出力電極層（図示なし）と電気的に接続される。これにより、圧電素子１６のフロント側電極は、圧力伝達リング１５の後端面にリング状に形成された出力電極層上で電気的に接続される。

また、圧力伝達リング１５に設けられた出力電極層は、接続端子５２の先端面側の突き当て部を介して、コイルスプリング５６のバネ圧により接続端子５２と電気的に接続される。さらに、接続端子５２は、その後端面側の接続部材から接続パイプ５３を介して、伝送電線５１における導体部と電気的に接続される。

そして、接続端子５２から接続パイプ５３に至る電荷信号の伝送経路、そして、伝送電線５１の導体部からインジェクタの電気コネクタ部７０に至るまでの経路は、絶縁体で構成された位置決めチューブ５５、Ｏリング５７、伝送電線５１表面に形成される樹脂絶縁層によって、外筒部１１、内筒部１２、支持部材１３及びインジェクタの金属部と電気的に絶縁される。

また、インジェクタユニット６Ａは、図１に示す内燃機関１のシリンダヘッド４に取り付けた際、図２に示すシリンダヘッド４に設けられた連通孔４ａにおいて、インジェクタの外周部に設けられたフランジ部６ｂが連通孔４ａに設けられた第３の孔部４ｄの端面にクランプされ固定されることにより、シリンダヘッド４に電気的に接続され、車体に接地される。

この結果、内燃機関１が作動すると、燃焼室Ｃに発生する燃焼圧が燃焼圧センサの先端に溶接された受圧部材１４に作用し、圧力伝達リング１５を介して各圧電素子１６に伝達し、燃焼圧に応じた電荷が生じる。各圧電素子１６に発生した電荷は、各圧電素子１６における前端面側の端面から、各フロント側電極を介して、圧力伝達リング１５に設けられた出力電極層に合算されて伝送される。そして、出力電極層に伝送された電荷信号は、コイルスプリング５６により圧接された接続端子５２から接続パイプ５３を介して、伝送電線５１の導体部に伝送される。

次に、導体部に伝送された電荷信号は、インジェクタ７Ａの電気コネクタ部７０を経由し、信号処理部１００に供給される。次に、信号処理部１００に供給された電荷信号は信号処理がなされ、その電荷に応じた電圧が制御装置２００に供給される。これにより、制御装置２００はインジェクタユニット６Ａを構成するインジェクタ７Ａを含む内燃機関の各部に設けられた装置に対して燃焼圧から得られた信号をもとに所定の制御をおこなうことができる。

［組立工程の説明：図５］
次に、図５を用いて燃焼圧センサ８Ｂ及びインジェクタユニット６Ｂの組立工程について説明する。図５（ａ）〜（ｄ）は燃焼圧センサ８Ｂ及びインジェクタユニット６Ｂの各組立工程を示す断面図であり、（ａ）は溶接リング１８、（ｂ）は内筒部１２Ｂと溶接リング１８との接合工程、（ｃ）は圧力検出部１０Ｂの組立工程、（ｄ）は燃焼圧センサ８Ｂとインジェクタ７Ｂとの接合工程を示す。尚、以下の組立工程において、溶接治具、組立治具、調整治具などを必要とするが、ここではそれらの詳細についての説明は省略する。

まず、図５（ａ）は溶接リング１８の断面図を示す。溶接リング１８は、先端面側の矩形部１８ａと後端面側の矩形部１８ｂを有し、その間を中間のリブ状部１８ｃで接続された形状になっている。次に、図５（ｂ）は内筒部１２Ｂと溶接リング１８との接合工程を示す。溶接リング１８の外径は、内筒部１２Ｂの内径に嵌合させる。次に、内筒部１２Ｂの下面側と溶接リング１８の先端面側の矩形部１８ａの下面側とを一致させた状態で溶接部Ｗ０を一周にわたってレーザ溶接する。

次に図５（ｃ）は圧力検出部１０Ｂ及び伝送ユニット５０の組立工程を示す。図５（ｂ）工程で得た溶接リング１８付き内筒部１２Ｂと、外筒部１１、受圧部材１４とを所定の組立治具にセットして、溶接部Ｗ１と溶接部Ｗ２を一周にわたってレーザ溶接する。次に、圧力伝達リング１５、圧電素子１６、伝送ユニット５０、支持部材１３を受圧部材１４、内筒部１２Ｂ、外筒部１１により形成された内部空間１０ｂに順に積層して組み立てる。

次に、内筒部１２Ｂと外筒部１１の前端面とに対して、支持部材１３の後端面側から荷重をかける。このとき、受圧部材１４の受圧面は自由な状態にしておく。ここでは、受圧部材１４の受圧部のバネ性を利用して圧電素子１６に荷重を付与する。そして、所定の荷重Ｐｙになった時点で、溶接部Ｗ３、溶接部Ｗ４を一周にわたってレーザ溶接する。これにより、所定の荷重を付与された圧力検出部１０Ｂ及び燃焼圧センサ８Ｂが構成される。

次に、図５（ｄ）は、前述の燃焼圧センサ８Ｂと、インジェクタ７Ｂとの接合工程を示す。燃焼圧センサ８Ｂに対してインジェクタ７Ｂを装着し、溶接部Ｗ５、溶接部Ｗ６を一周にわたってレーザ溶接する。これにより、インジェクタユニット６Ｂが構成される。

［実施例１の第１の実施形態の効果］
以上説明した実施例１の第１の実施形態によれば、次に示す効果が得られる。
［効果１］
燃焼圧センサと機能部品との接合部に歪緩衝部を備える接続部材（溶接リング）を設けたので、機能部品と接続部材の接合部に生じた変形の影響を燃焼圧センサのケース部に伝わることを抑制することができる。
［効果２］
ケース部を構成する内筒部と接続部材（溶接リング）との接合工程を燃焼圧センサの組立工程の前にしたので、内筒部と接続部材との接合時における熱変形の影響を織り込んで、燃焼圧センサの組立調整を行える。これにより、ケース部の内筒部の熱変形の影響を抑制することができる。
［効果３］
接続部材には、機能部品の接合部と同等の線膨脹係数を有する材質を用いたので、接続部材と機能部品との溶接接合時の熱変形を抑制することができる。

以上説明した燃焼圧センサ及びインジェクタユニットは、圧力検出部に圧電素子を用いた例を説明したがそれに限定するものではなく、歪み抵抗効果を利用した感歪素子あるいはその他の検出素子でもよい。また、圧力検出部の構造に複数の圧電素子をリング状に配設したものを例にして説明したが、それに限定するものではない。リング状の圧電素子を用いた圧力検出部であってもよい。

［実施例１の第２の実施形態の説明：図６］
次に、図６を用いて実施例１の第２の実施形態について説明する。図６はインジェクタユニット６Ｃの断面図であり、燃焼圧センサ８Ｃとインジェクタ７Ｂとの接合部を示している。これは、すでに説明した図４（ａ）と同じ部分を示すものである。

第４の実施形態は、溶接リングの形状が異なり、溶接リング２１は先端面側の矩形部２１ａと、後端面側の矩形部２１ｂと、中間のリブ状部２１ｃとから構成されており、後端面側の矩形部２１ｂがインジェクタの段差部７ｄに沿ってインジェクタの中心側に引き延ばされ、先端面側の矩形部２１ａには面取り部２１ｄが形成されている。尚、他の基本的な構成は図４（ａ）に示す第１の実施形態と同様であるので同一部品、同一要素には同一の符号を付し重複する説明は省略する。

このような形状の溶接リングを用いることにより、歪緩衝部の長さを大きくとることが可能になり、ケース部が受ける熱変形の影響をより抑制できる。

［実施例１の第３の実施形態の説明：図７］
次に、図７を用いて実施例１の第３の実施形態について説明する。図７はインジェクタユニット６Ｃの断面図であり、燃焼圧センサ８Ｃとインジェクタ７Ｂとの接合部を示している。これは、すでに説明した図４（ａ）と同じ部分を示すものである。

第３の実施形態は、溶接リングの形状が異なり、溶接リング２０は先端面側の矩形部２０ａと、後端面側の矩形部２０ｂと、中間のリブ状部２０ｃとから構成され、中間のリブ状部２０ｃは湾曲形状を有している。尚、他の基本的な構成は図４（ａ）に示す第１の実施形態と同様であるので同一部品、同一要素には同一の符号を付し重複する説明は省略する。

このような形状の溶接リングを用いることにより、歪緩衝部に弾性を持たせることが可能となり、ケース部が受ける熱変形の影響をより抑制できる。

［実施例１の第４の実施形態の説明：図８］
次に、図８を用いて実施例１の第４の実施形態について説明する。図８はインジェクタユニット６Ｃの断面図であり、燃焼圧センサ８Ｃとインジェクタ７Ｂとの接合部を示している。これは、すでに説明した図４（ａ）と同じ部分を示すものである。

第３の実施形態は、溶接リングの形状が異なり、溶接リング２１は先端面側の矩形部２１ａと、後端面側の矩形部２１ｂと、中間のリブ状部２１ｃとから構成されており、後端面側の矩形部２１ｂがインジェクタの段差部７ｄに沿ってインジェクタの中心側に引き延ばされ、先端面側の矩形部２１ａには面取り部２１ｄが形成されている。尚、他の基本的な構成は図４（ａ）に示す第１の実施形態と同様であるので同一部品、同一要素には同一の符号を付し重複する説明は省略する。

後端面側の矩形部２１ｂをインジェクタの段差部７ｄに沿ってインジェクタの中心側に引き延ばすことで、インジェクタの段差部７ｄと後端面側の矩形部２１ｂとを確実に溶接するために必要な溶接代を確保することができる。また、面取り部２１ｄは、インジェクタの段差部７ｄと後端面側の矩形部２１ｂとをレーザ溶接するためのレーザ光が溶接リング２１の外形部により妨げられるのを防ぐために設けられており、面取り部２１ｄを設けることで、外部から後端面側の矩形部２１ｂへ照射されるレーザ光の通り道を確保することができ、インジェクタの段差部７ｄと後端面側の矩形部２１ｂとの溶接を確実にすることができる。

［実施例１の第５の実施形態の説明：図９］
次に、図９を用いて実施例１の第５の実施形態について説明する。図９はインジェクタユニット６Ｄの断面図であり、燃焼圧センサ８Ｄとインジェクタ７Ｂとの接合部を示している。これは、すでに説明した図４（ａ）と同じ部分を示すものである。

第５の実施形態の特徴は、溶接リングに相当する形状を、内筒部に一体的に構成して内筒部１２Ｃとしたものである。尚、他の基本的な構成は図４（ａ）に示す第１の実施形態と同様であるので同一部品、同一要素には同一の符号を付し重複する説明は省略する。

このような形状の内筒部を用いることにより、内筒部と溶接リングの接合工程を省略でき、且つ、接合時の内筒部の変形を無くすことができる。

また、実施例１の第１〜第５の実施形態では、内筒部に別体または一体的に溶接リングを構成した例を示したが、内筒部ではなく受圧部材に溶接リングを設けても同様の効果を得ることができる。

以下に、本発明による燃焼圧センサ及び点火プラグユニットについて説明する。図１０は、実施例２の第１の実施形態を示し、燃焼圧センサと点火プラグとの接合部の断面図を示し、すでに説明した図４（ａ）と同様の部分を示すものである。ここで、点火プラグは、インジェクタと同様に機能部品として内燃機関の燃焼室内に臨むように設けられており、本発明によるリング型の燃焼圧センサを装着して燃焼圧を検出する点では、実施例１にて説明した各実施形態と同様の構成となる。

［実施例２の第１の実施形態の説明：図１０］
図１０を用いて、実施例２の第１の実施形態について説明する。図１０において、燃焼圧センサ８Ｂの構成は、すでに図４（ａ）で説明したものと同様のものである。点火プラグ５はインジェクタと機能は異なるものの、先端部に装着用の段差を設けて燃焼圧センサを接合して燃焼圧を検出する点では同様であり、点火プラグ５の前端面側に段差部５ｄを設けて空間Ｖを形成して溶接リング１８を接合できるようになっている。

次に、溶接部Ｗ５，溶接部Ｗ６における接合について説明する。溶接部Ｗ５は、点火プラグ５の後方に設けられた段差部５ｃと支持部材１３に設けられた凸部１３ａとの係合部である。また、溶接部Ｗ６は、点火プラグ５の前端面側に設けられた段差部５ｄと溶接リング１８の後端面側の矩形部１８ｂとの係合部である。溶接部Ｗ５，溶接部Ｗ６を一周にわたってレーザ溶接を行うことによって、点火プラグユニット９Ａが構成される。

これにより、本発明の燃焼圧センサ８Ｂは、インジェクタのみならず点火プラグの先端部にも装着することができて、溶接リングを用いて両者を接合することによりケース部が受ける熱変形の影響を抑制できる。

尚、点火プラグユニット９Ａでは、すでに説明した図４（ａ）と同じ溶接リング１８を用いているが、それに限定されるものではなく、図６、図８で説明したような溶接リングの構成を用いることができることは言うまでもない。

１…内燃機関、２…シリンダブロック、２ａ…シリンダ、３…ピストン、４…シリンダヘッド、４ａ…連通孔、Ｃ…燃焼室、５…点火プラグ（機能部品）、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ…インジェクタユニット（機能部品ユニット）、７Ａ、７Ｂ…インジェクタ（機能部品）、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ…燃焼圧センサ、９Ａ…点火プラグユニット（機能部品ユニット）、１０、１０Ｂ…圧力検出部、１０ａ…開口部、１０ｂ…内部空間、１１…外筒部、１２、１２Ｂ、１２Ｃ…内筒部、１３…支持部材、１４…受圧部材、１５…圧力伝達リング、１６…圧電素子、１８、１９、２０、２１…溶接リング、５０…伝送ユニット、５１…伝送電線、５２…接続端子、５３…接続パイプ、５５…位置決めチューブ、５６…コイルスプリング、５７…Ｏリング（封止部）、７０…電気コネクタ部、８０…燃料コネクタ部、１００…信号処理部、２００…制御装置

Claims (7)

1. 内燃機関の燃焼室に付設される機能部品に装着する燃焼圧センサであって、
   燃焼圧の受圧面となる受圧部材と、前記受圧面からの圧力を検出する圧力検出素子とがハウジングにより支持されており、
   前記燃焼圧センサの前記機能部品への装着は、前記受圧部材または前記ハウジングの少なくとも一方に設けられた接続部材と前記機能部品とを接合することにより行われ、
   前記接続部材は、前記機能部品と接合される接合部と、前記接合部に生じる歪の前記受圧部材または前記ハウジングへの影響を低減する歪緩衝部とにより構成されることを特徴とする燃焼圧センサ。
2. 前記接続部材は、前記受圧部材または前記ハウジングと一体に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼圧センサ。
3. 前記接続部材は、前記受圧部材または前記ハウジングと別体であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼圧センサ。
4. 前記接続部材は、前記機能部品の接合部を構成する材質と同等の線膨脹係数を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃焼圧センサ。
5. 前記機能部品と前記接続部材との接合は溶接により行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃焼圧センサ。
6. 前記燃焼圧センサは円筒形であり、
   前記ハウジングは前記燃焼圧センサの外周面を構成する外筒部と内周面を構成する内筒部からなるハウジングユニットと、円筒形の支持部材とにより構成され、
   前記ハウジングユニット内に前記圧力検出素子が配置され、前記圧力検出素子を挟むように前記受圧部材と前記支持部材とが配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃焼圧センサ。
7. 前記接続部材は、前記内筒部の内周面に延在する円筒形であることを特徴とする請求項６に記載の燃焼圧センサ。

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