WO2013147260A1 - 圧力検出装置、圧力検出装置付き内燃機関 - Google Patents
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- G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
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- G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
- G01L19/0681—Protection against excessive heat
Definitions
- the present invention relates to a pressure detection device and an internal combustion engine with a pressure detection device.
- the combustion pressure sensor is configured to receive the pressure in the combustion chamber with a diaphragm, transmit the pressure to the piezoelectric element via a pressure transmission member, and detect a charge signal generated in the piezoelectric element by a detector via a lead pin and a receptacle. ing.
- the combustion pressure sensor described in Patent Document 2 has a metallic diaphragm having spherical protrusions disposed at the front end of a housing, and a ceramic-made stress or the like is interposed between the spherical protrusions of the diaphragm and the pressure detection part.
- a pressure transmission member that relaxes concentration is inserted to prevent deformation and destruction of the detection unit.
- the combustion pressure sensor described in Patent Document 3 has a diaphragm fixed to a front end surface of a cylindrical housing, and the diaphragm is provided along a flange portion fixed to the front end surface of the housing and an inner peripheral edge of the flange. It is comprised from the diaphragm part and the pressure transmission part connected with a diaphragm.
- the pressure transmission part is formed with a diameter on the side connected to the diaphragm smaller than that on the side in contact with the pressure detection part to prevent the piezoelectric element from being damaged and to accurately set the combustion pressure. It is configured to transmit to.
- JP 2005-227001 A JP 2001-74582 A JP 2009-115674 A
- the diaphragm has a function of receiving the pressure in the combustion chamber and transmitting the pressure to the piezoelectric element. If this diaphragm is also provided with a preload support function for supporting a preload applied to the piezoelectric element from the rear end when the apparatus is assembled, it is necessary to increase the rigidity of the diaphragm. As a result, the rigidity of the diaphragm becomes higher than the rigidity necessary to satisfy the pressure receiving function of the combustion pressure and the pressure transmission function to the piezoelectric element, and the pressure receiving of the combustion pressure and the pressure transmission to the piezoelectric element are not performed with high accuracy. There is a possibility that accuracy may deteriorate.
- the diaphragm has a function of receiving the pressure in the combustion chamber and transmitting the pressure to the piezoelectric element.
- the combustion pressure sensor needs to apply a predetermined load (preload) to the piezoelectric element during assembly.
- preload a predetermined load
- the diaphragm has a function of applying a preload.
- the diaphragm needs to have rigidity higher than that required to receive the combustion pressure, and there is a risk that the accuracy may be reduced in receiving the combustion pressure and transmitting pressure to the piezoelectric element. There was concern that it could not be obtained.
- the diaphragm is configured such that the diaphragm portion and the pressure transmission portion are integrated, and the pressure transmission portion is in contact with the piezoelectric element over a wide area.
- the diaphragm has a function of applying a preload. For this reason, there is a concern that the diaphragm requires rigidity higher than that necessary to receive the combustion pressure, and a high-accuracy pressure signal cannot be obtained.
- the present invention provides a cylindrical housing, a diaphragm provided on the front end side of the housing, an axial direction in the housing and disposed on the rear end side of the diaphragm, and through the diaphragm.
- a piezoelectric element that detects the pressure acting on the piezoelectric element, and is provided in contact with the piezoelectric element in the axial direction in the housing and between the diaphragm and the piezoelectric element, and acts via the diaphragm.
- a pressure transmitting portion for transmitting to the piezoelectric element; a support member for supporting a rear end of the piezoelectric element; and the pressure transmitting portion fixed to the housing or the supporting member so as to pressurize the axial direction of the housing.
- a pressure member that applies a load to the piezoelectric element.
- the diaphragm has a protruding portion that protrudes toward the rear end side in the central region
- the pressurizing member includes a cylindrical portion that covers an outer periphery of the pressure transmitting portion and the piezoelectric element, and the cylindrical shape. It is good to have the extension part in which the hole which passes the said protrusion part of the said diaphragm was formed in the center part while extending inward from the edge part of the front end side in a site
- the piezoelectric element can be pressurized, and the diaphragm can exhibit the function of receiving the combustion pressure and transmitting pressure to the piezoelectric element.
- the area in the direction intersecting the axial direction of the portion where the pressure transmitting portion abuts on the piezoelectric element is the direction of the direction intersecting the axial direction of the portion where the projecting portion of the diaphragm abuts on the pressure transmitting portion. It may be larger than the area. It is possible to make the piezoelectric element difficult to break without enlarging the piezoelectric element.
- the pressurizing member has one end fixed to the pressure transmitting portion and the other end fixed to the support member.
- the space between the two fixing portions is a cylindrical portion, and the cylindrical portion is a load adjusting portion. It is good to have.
- the preload applied to the piezoelectric element has a function of applying a preload to the pressure member having one end fixed to the pressure transmission member and the other end fixed to the support member. There is no need to have it. For this reason, the diaphragm only needs to have the rigidity necessary for receiving the combustion pressure and transmitting it to the pressure transmission member, thereby improving the pressure receiving sensitivity of the combustion pressure and obtaining a highly accurate pressure signal.
- the load adjusting portion provided on the pressure member may be a thin spring portion.
- a highly accurate preload can be applied to the piezoelectric element, and a highly accurate pressure signal can be obtained.
- the load adjusting portion provided on the pressurizing member may be a bellows-like spring portion.
- the load adjusting portion provided on the pressure member may be a spring portion including a plurality of notches and a plurality of plate portions positioned between the notches.
- the load adjustment portion provided on the pressure member is a spring portion including a plurality of notches and a plurality of plate portions positioned between the notches, so that a highly accurate preload can be applied to the piezoelectric element. And a highly accurate pressure signal can be obtained.
- the load adjusting portion provided on the pressure member may be a coiled spring portion.
- a highly accurate preload can be applied to the piezoelectric element, and a highly accurate pressure signal can be obtained.
- the load adjusting portion provided on the pressing member is provided on the support member side from the center of the cylindrical portion.
- the diaphragm and the pressure transmission unit are integrally formed.
- integrally configuring the diaphragm and the pressure transmission member it is possible to prevent bounce and wear of the contact portion between the diaphragm and the pressure transmission member, and to obtain a highly accurate and reliable pressure signal.
- the pressurizing member has one end fixed to the pressure transmitting portion and the other end fixed to the supporting member.
- the two fixing portions are formed of a cylindrical portion, and the diaphragm and the pressure transmitting portion are integrated. It should be configured. Since the preload applied to the piezoelectric element has a function of applying a preload to the pressure member having one end fixed to the pressure transmission member and the other end fixed to the support member, the preload is applied to the diaphragm. There is no need to let For this reason, the diaphragm only needs to have the rigidity necessary for receiving the combustion pressure and transmitting it to the pressure transmission member, thereby improving the pressure receiving sensitivity of the combustion pressure and obtaining a highly accurate pressure signal. In addition, since the diaphragm and the pressure transmission member are integrated, it is possible to prevent bounce and wear of the contact portion between the diaphragm and the pressure transmission member, and to obtain a highly accurate and highly reliable pressure signal.
- the cylindrical portion provided on the pressure member is a load adjusting portion.
- the load adjusting portion provided on the pressure member may be provided on the support member side from the center of the cylindrical portion. Since the spring part provided in the pressurizing member is located away from the pressure receiving part, the temperature of the combustion chamber is hardly transmitted to the spring part. Therefore, the influence of heat on the spring characteristics can be suppressed, and short-term temperature drifts such as inter-cycle temperature drift can be suppressed. Thereby, a highly accurate pressure signal can be obtained.
- the present invention relates to a cylinder head in which a communication hole that communicates between the combustion chamber and the outside is formed, a cylindrical housing that can be inserted into the communication hole of the cylinder head, and the housing A diaphragm provided on the front end side in the insertion direction, a piezoelectric element that is disposed on the rear end side of the diaphragm in the axial direction of the housing and detects a pressure acting through the diaphragm, and an axial direction in the housing A pressure transmitting portion that is provided in contact with the piezoelectric element between the diaphragm and the piezoelectric element and transmits pressure acting on the diaphragm to the piezoelectric element; and a rear end of the piezoelectric element.
- the supporting member to be supported and the pressure transmitting portion are fixed to the housing or the supporting member so as to pressurize the housing in the axial direction of the housing.
- the present invention it is possible to perform combustion pressure reception and pressure transmission to the piezoelectric element with higher accuracy and higher accuracy. Further, according to the present invention, the pressure receiving sensitivity of the diaphragm can be improved. Further, since the cylindrical portion of the pressure member is used as the load adjusting portion, the preload can be set with high accuracy for the piezoelectric element, and the sensitivity and linearity can be enhanced. As a result, a highly accurate pressure signal can be obtained. Moreover, since the diaphragm and the pressure transmission member are integrated, it is possible to prevent bounce and wear at the contact portion between the diaphragm and the pressure transmission member. Thereby, a highly accurate and highly reliable pressure signal can be obtained.
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine according to an embodiment. It is an enlarged view of the A section of FIG. It is a disassembled perspective view of the combustion pressure sensor to which each embodiment of the present invention is applied, and each part is disassembled for every element. It is sectional drawing of the combustion pressure sensor by 1st Embodiment. It is an expanded sectional view of the pressure detection part of the combustion pressure sensor of FIG. It is sectional drawing of the combustion pressure sensor by 2nd Embodiment. It is an expanded sectional view of the pressure detection part of the combustion pressure sensor of FIG. It is sectional drawing which shows the assembly procedure of the pressure detection part of FIG. It is an expanded sectional view of the pressure detection part of the combustion pressure sensor by a 3rd embodiment.
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine 1 according to the present embodiment.
- FIG. 2 is an enlarged view of a portion A in FIG.
- reference numeral 1 denotes an internal combustion engine in which the combustion pressure sensor of the present invention is incorporated.
- the internal combustion engine 1 includes a cylinder block 2 having a cylinder 2a, a piston 3 that reciprocates in the cylinder 2a, and a cylinder head 4 that is fastened to the cylinder block 2 and forms a combustion chamber C together with the cylinder 2a and the piston. .
- the internal combustion engine 1 is a gasoline engine or the like, usually, an ignition plug (not shown) that is attached to the cylinder head 4 to explode the air-fuel mixture in the combustion chamber C and a combustion chamber that is attached to the cylinder head 4.
- an injector (not shown) for injecting fuel is provided in C, description thereof is omitted here.
- the internal combustion engine 1 is equipped with a combustion pressure sensor 5 as an example of a pressure detection device provided for detecting the pressure in the combustion chamber.
- the cylinder head 4 is provided with a communication hole 4a for connecting the combustion chamber C for mounting the combustion pressure sensor 5 to the outside, and the combustion pressure sensor 5 is attached in a penetrating manner.
- the combustion pressure sensor 5 is clamped and fixed by a screw formed in a communication hole, which will be described later, together with a seal member 7 interposed between the cylinder head 4 and maintaining airtightness in the combustion chamber C.
- a transmission cable 8 for transmitting a pressure signal detected by the combustion pressure sensor 5 and a control device 6 for processing the sent pressure signal and instructing the internal combustion engine 1 to perform appropriate control are provided.
- the cylinder head 4 is formed with a communication hole 4a for communicating the combustion chamber C with the outside. From the combustion chamber C side, the shape of the communication hole 4a is the first hole 4b, the inclined part 4c whose diameter gradually increases from the hole diameter of the first hole 4b, and the first hole 4b. And a second hole portion 4d larger than the hole diameter.
- a female threaded portion 4e is formed in a peripheral hole wall forming the second hole 4d, and a male thread 332a formed in the second housing 32 of the combustion pressure sensor 5 is screwed into the first threaded portion 4e. It is fastened together with the seal member 71.
- the combustion pressure sensor 5 has a pressure detecting portion 100 at the tip thereof as a pressure receiving portion, and a position where the diaphragm 40 faces the combustion chamber C in the first hole portion 4b of the communication hole 4a provided in the cylinder head 4 described above. Inserted and fixed. At this time, there is a second gap between the inclined surface 315a of the pressure detection portion of the combustion pressure sensor 5 (the outer peripheral portion of the first housing 31 described later) and the inclined portion 4c of the communication hole 4a formed in the cylinder head 4.
- the seal member 72 is inserted and fastened and fixed together with the first seal member 71 described above. Thereby, airtightness can be maintained so that air-fuel mixture and combustion gas do not leak from the combustion chamber C side.
- a hexagonal screw portion (fourth outer peripheral surface 334) is formed on the outer side of the cylinder head 4, a holding member 300 is fixed on the upper portion thereof, and signal processing is further provided on the upper portion thereof.
- the connector part which is a part of the part 200 is exposed.
- a transmission cable 8 for transmitting a pressure signal to the control device 6 is connected by a connector 8a.
- a hook provided on the connector 8a is engaged with and fixed to a hole formed in the connector portion.
- FIG. 3 is an exploded perspective view of a combustion pressure sensor to which each embodiment of the present invention is applied, and each part is disassembled for each element.
- the combustion pressure sensor 5 to which each embodiment of the present invention is applied includes a pressure detection unit 100 having a piezoelectric element that changes the combustion pressure generated in the combustion chamber C into an electrical signal, and signal processing for processing a signal from the pressure detection unit 100. Part 200.
- the detailed configuration of each unit will be described in an embodiment described later. Further, in the following description, the diaphragm 40 side located at the left end in FIG. 3 is called the front end side of the combustion pressure sensor 5, and the signal processing unit 200 side on the right end side is called the rear end side of the combustion pressure sensor 5.
- the center line direction is simply referred to as the center line direction.
- the combustion pressure sensor 5 includes a pressure detection unit 100 having a piezoelectric element 10 that converts the pressure in the combustion chamber C into an electrical signal, a signal processing unit 200 that processes an electrical signal from the pressure detection unit 100, and a signal processing unit 200. And a holding member 300 for holding.
- the diaphragm 40 which will be described later, of the pressure detection unit 100 is inserted into the communication hole 4 a formed in the cylinder head 4 first.
- the pressure detection unit 100 includes a piezoelectric element 10 that converts received pressure into an electric signal, and a housing 30 that is cylindrical and in which a cylindrical hole that accommodates the piezoelectric element 10 and the like is formed. Yes.
- the center line direction of the cylindrical hole formed in the housing 30 is simply referred to as a center line direction.
- the pressure detector 100 is provided so as to close the opening on the front end side of the housing 30, and is provided between the diaphragm 40 on which the pressure in the combustion chamber C acts, and between the diaphragm 40 and the piezoelectric element 10.
- a first electrode unit 50 and a second electrode unit 55 disposed on the opposite side of the piezoelectric element 10 from the first electrode unit 50 are provided.
- the pressure detection unit 100 is provided with an insulating ring 60 made of alumina ceramic that electrically insulates the second electrode unit 55, and a rear end side of the insulating ring 60.
- a support member 65 that supports the end of the member 23, and a coil spring 70 that is interposed between the second electrode portion 55 and a conductive member 22 described later are provided.
- the pressure detection unit 100 covers the outer periphery of the first electrode unit 50, the piezoelectric element 10, the second electrode unit 55, the insulating ring 60, the support member 65, and the like, and on the tip side of the first electrode unit 50.
- a pressing member 80 that pressurizes the first electrode unit 50 in contact with the surface is provided.
- the piezoelectric element 10 has a piezoelectric body that exhibits the piezoelectric action of the piezoelectric longitudinal effect.
- the piezoelectric longitudinal effect refers to the action of generating charges on the surface of the piezoelectric body in the direction of the charge generation axis when an external force is applied to the stress application axis in the same direction as the charge generation axis of the piezoelectric body.
- the piezoelectric element 10 according to the present embodiment is housed in the housing 30 so that the center line direction is the direction of the stress application axis.
- the piezoelectric transverse effect is an action in which charges are generated on the surface of the piezoelectric body in the direction of the charge generation axis when an external force is applied to the stress application axis at a position orthogonal to the charge generation axis of the piezoelectric body.
- a plurality of thinly formed piezoelectric bodies may be laminated, and by laminating in this way, the charge generated in the piezoelectric bodies can be efficiently collected to increase the sensitivity of the sensor.
- Examples of the piezoelectric single crystal include the use of a langasite crystal (a langasite, langagate, langanite, LGTA) having a piezoelectric longitudinal effect and a piezoelectric transverse effect, quartz, gallium phosphate, and the like.
- a langasite single crystal is used as the piezoelectric body.
- the housing 30 includes a first housing 31 provided on the front end side and a second housing 32 provided on the rear end side.
- the first housing 31 is basically a cylindrical member, and the outer peripheral surface is provided with a protruding portion 315 protruding from the outer peripheral surface in the central portion in the center line direction over the entire region in the circumferential direction.
- the protrusion 315 has an inclined surface 315a whose diameter gradually increases from the front end side to the rear end side at the front end portion, and a vertical surface 315b perpendicular to the center line direction at the rear end portion.
- the inner peripheral surface of the first housing 31 is set so that its inner diameter is equal to or less than the diameter of the outer peripheral surface of the pressure member 80 so that the outer peripheral surface of the pressure member 80 is fitted (press-fitted) with an interference fit. Has been.
- the second housing 32 is a cylindrical member having a cylindrical hole 320 formed therein so that the diameter gradually changes from the front end side to the rear end side, and from the front end side to the outside.
- An outer peripheral surface 330 is provided so that the diameters are gradually changed toward the rear end side.
- the hole 320 includes a first hole 321, a second hole 322 having a smaller diameter than the first hole 321, and a hole diameter of the second hole 322, which are sequentially formed from the front end side to the rear end side.
- a third hole 323 having a larger hole diameter, a fourth hole 324 having a larger hole diameter than the third hole 323, and a fifth hole 325 having a larger hole diameter than the fourth hole 324.
- the diameter of the first hole 321 is the outer peripheral surface of the first housing 31 so that the front end of the second housing 32 is fitted (press-fit) to the rear end of the first housing 31 with an interference fit. The diameter is set to be equal to or less than.
- the outer peripheral surface 330 has a first outer peripheral surface 331, a second outer peripheral surface 332 having an outer diameter larger than the outer diameter of the first outer peripheral surface 331, and a second outer peripheral surface 332 from the front end side to the rear end side.
- a fifth outer peripheral surface 335 having a small outer diameter.
- a male screw 332 a that is screwed into the female screw 4 e of the cylinder head 4 is formed at the distal end portion of the second outer peripheral surface 332.
- a first seal member 71 which will be described later, is fitted into the third outer peripheral surface 333 with a clearance fit, and the dimensional tolerance between the outer diameter of the third outer peripheral surface 333 and the inner diameter of the first seal member 71 is, for example, zero. To 0.2 mm.
- the rear end portion of the fourth outer peripheral surface 334 is formed as a regular hexagonal column having six chamfers at equal intervals in the circumferential direction.
- the portion formed in the regular hexagonal column is a portion into which a tightening tool is fitted and the rotational force applied to the tool is transmitted.
- a concave portion 335a that is recessed from the outer peripheral surface is formed over the entire circumference in the center portion of the fifth outer peripheral surface 335 in the center line direction.
- the second housing 32 is a transition portion from the fourth hole 324 to the fifth hole 325, and a substrate of an insulating member 23 (to be described later) of the signal processing unit 200 is provided at the tip of the fifth hole 325.
- a pin recess 340a into which a connection pin of a printed wiring board of the signal processing unit 200 described later is inserted is formed on the abutting surface 340.
- first housing 31 and the second housing 32 are located close to the combustion chamber C, it is desirable to manufacture them using a material that can withstand at least a temperature range of ⁇ 40 to 350 [° C.]. Specifically, it is desirable to use a stainless steel material having high heat resistance, for example, JIS standard SUS630, SUS316, SUS430, or the like. Further, after the first housing 31 and the second housing 32 are fitted, they are further firmly fixed by welding.
- the diaphragm 40 has a cylindrical cylindrical portion 41 and an inner portion 42 formed inside the cylindrical portion 41.
- the rear end portion of the cylindrical portion 41 is fitted (press-fitted) into the front end portion of the first housing 31 of the housing 30 with an interference fit, and enters the inside of the front end portion. It has the same shape as 31a, and has an abutting surface 41b against which this end surface 31a abuts when fitted.
- the inner part 42 is a disk-shaped member provided so as to close the opening on the front end side in the cylindrical part 41, and a protruding part that protrudes from this surface to the piezoelectric element 10 side in the central part on the rear end side surface 42a is provided.
- a concave portion 42b that is recessed from this surface to the piezoelectric element 10 side is provided at the center of the inner portion 42 on the front end side surface.
- the material of the diaphragm 40 is preferably made of an alloy having high elasticity and excellent durability, heat resistance, touch resistance, and the like because it exists in the combustion chamber C that is high temperature and high pressure. It can be exemplified that it is SUH660.
- the diaphragm 40 and the first housing 31 are firmly fixed by welding after being fitted.
- the first electrode portion 50 is basically a columnar member, and the outer periphery on the tip side is chamfered.
- the end surface on the front end side is arranged so as to contact the protruding portion 42 a of the inner side portion 42 of the diaphragm 40 and the end surface on the rear end side in contact with the front end side surface of the piezoelectric element 10.
- the distal end portion of the piezoelectric element 10 is electrically connected to the housing 30 when the outer peripheral surface is in contact with the inner peripheral surface of the pressure member 80 and / or the end surface on the distal end side is in contact with the diaphragm 40.
- the first electrode unit 50 applies the pressure in the combustion chamber C to the piezoelectric element 10, and the end surface on the rear end side which is the end surface on the piezoelectric element 10 side presses the entire end surface of the piezoelectric element 10. It is formed in a possible size. Further, the first electrode portion 50 is formed in a smooth surface with both end surfaces in the center line direction being parallel (perpendicular to the center line direction) so that the pressure received from the diaphragm 40 can be applied to the piezoelectric element 10 evenly. Has been.
- An example of the material of the first electrode unit 50 is stainless steel.
- the second electrode portion 55 is a cylindrical member, and is arranged so that the end surface on the front end side contacts the end surface on the rear end side of the piezoelectric element 10 and the end surface on one end side contacts the insulating ring 60. Is done.
- a columnar projecting portion 55 a that projects from the end surface to the rear end side is provided on the end surface on the rear end side of the second electrode portion 55.
- the protrusion 55a has a base end portion on the end face side and a tip end portion having an outer diameter smaller than the outer diameter of the base end portion.
- the outer diameter of the protruding portion 55a is set smaller than the inner diameter of the insulating ring 60, and the length of the protruding portion 55a is set longer than the width of the insulating ring 60 (the length in the center line direction).
- the tip is exposed from the insulating ring 60.
- the second electrode portion 55 is a member that acts so as to apply a certain load to the piezoelectric element 10 with the first electrode portion 50, and the end face on the piezoelectric element 10 side is the surface of the piezoelectric element 10. It is formed in such a size that the entire end surface can be pushed and formed in a parallel and smooth surface.
- the outer diameter of the second electrode portion 55 is set to be smaller than the hole diameter of the second hole 312 of the first housing 31, and the outer peripheral surface of the second electrode portion 55 and the first housing 31 There is a gap between the inner peripheral surface.
- the material of the second electrode portion 55 can be exemplified by stainless steel.
- the insulating ring 60 is a cylindrical member formed of alumina ceramic or the like, and the inner diameter (hole diameter at the center) is slightly larger than the outer diameter of the base end portion of the protruding portion 55a of the second electrode portion 55, The outer diameter is set to be approximately the same as the hole diameter of the second hole 312 of the first housing 31.
- the second electrode portion 55 is arranged such that the protruding portion 55 a is inserted into the central hole of the insulating ring 60, so that the center position and the center of the second hole 312 of the first housing 31 are the same. It is arranged to become.
- the support member 65 is a cylindrical member in which a plurality of cylindrical holes 650 having different diameters are formed inside from the front end side to the rear end side, and the outer peripheral surface is the same.
- the holes 650 are formed in order from the front end side to the rear end side, based on the first hole 651, the second hole 652 having a larger diameter than the first hole 651, and the hole diameter of the second hole 652.
- a third hole 653 having a larger hole diameter.
- the hole diameter of the first hole 651 is larger than the outer diameter of the base end portion of the protruding portion 55 a of the second electrode portion 55, and the protruding portion 55 a is exposed to the inside of the support member 65.
- the hole diameter of the second hole 652 is larger than the outer diameter of the distal end portion of the conductive member 22 of the signal processing unit 200 described later.
- the hole diameter of the third hole 653 is smaller than the outer diameter of the end portion of the insulating member 23 of the signal processing unit 200 to be described later, and the insulating member 23 fits into the surrounding wall forming the third hole 653 with an interference fit.
- the support member 65 functions as a member that supports the end portion of the insulating member 23. Further, on the outer peripheral surface of the support member 65, a male screw 65a to be screwed into a female screw 81a described later formed on the pressure member 80 is formed.
- the coil spring 70 has an inner diameter that is equal to or larger than the outer diameter of the distal end portion of the protruding portion 55a of the second electrode portion 55 and smaller than the outer diameter of the proximal end portion, and the outer diameter is a diameter of an insertion hole 22a of the conductive member 22 described later. Smaller than.
- the distal end portion of the protruding portion 55a of the second electrode portion 55 is inserted inside the coil spring 70, and the coil spring 70 is inserted into an insertion hole 22a of the conductive member 22 described later.
- the length of the coil spring 70 is set to a length that can be interposed in a compressed state between the second electrode portion 55 and the conductive member 22.
- As a material of the coil spring 70 an alloy having high elasticity and excellent durability, heat resistance, touch resistance and the like may be used. Further, it is preferable to increase electrical conduction by applying gold plating to the surface of the coil spring 70.
- the pressing member 80 includes a cylindrical portion 81 that is a cylindrical portion that covers the outer periphery of the first electrode portion 50, the piezoelectric element 10, the second electrode portion 55, the insulating ring 60, the support member 65, and the like, and the cylinder. And an extending portion 82 extending inward from the tip portion of the shaped portion 81.
- a female screw 81 a into which a male screw 65 a formed on the outer peripheral surface of the support member 65 is screwed is formed on the inner peripheral surface on the rear end side of the cylindrical portion 81.
- a through hole 82 a through which the protruding portion 42 a of the inner side portion 42 of the diaphragm 40 passes is formed in the extending portion 82.
- the tubular portion 81 may be a cylinder (round tube) or a square tube.
- the outer peripheral surface thereof is fitted (press-fitted) with the inner peripheral surface of the first housing 31 with an interference fit.
- the outer diameter is set to be equal to or larger than the diameter of the inner peripheral surface of the first housing 31. Then, after the pressurizing member 80 and the first housing 31 are fitted, they are further firmly fixed by welding.
- the signal processing unit 200 includes a circuit board unit 21 that at least amplifies an electric signal that is a weak charge obtained from the piezoelectric element 10 of the pressure detection unit 100, and a rod shape that guides the charge generated in the piezoelectric element 10 to the circuit board unit 21.
- the combustion pressure sensor 5 configured as described above is assembled as shown below.
- the first housing 31 and the diaphragm 40 are fitted (press-fitted) until the end surface 31a of the first housing 31 and the abutting surface 41b of the diaphragm 40 come into contact with each other.
- a laser beam is irradiated from a direction intersecting the center line direction (for example, a direction orthogonal to the center line direction) to a portion where the end surface 31a of the first housing 31 and the abutting surface 41b of the diaphragm 40 are in contact with each other.
- the first housing 31 and the diaphragm 40 are welded.
- the pressurizing member 80 is connected to the rear end face 42 c which is an end face on the rear end side of the protruding portion 42 a of the inner side portion 42 of the diaphragm 40, and the pressurizing member 80.
- the extending portion 82 is inserted until the end surface 82b on the rear end side is on the same plane.
- the first housing 31 and the pressure member 80 are fixed.
- the fixing method include irradiating a laser beam from the outside of the first housing 31 from a direction intersecting the center line direction (for example, a direction orthogonal to the center line direction).
- the laser beam may be irradiated to the entire circumference in the circumferential direction, or may be partially irradiated at equal intervals in the circumferential direction.
- the first electrode unit 50 and the piezoelectric element 10 are inserted from the opening on the rear end side of the pressure member 80.
- the coil spring 70 is attached to the tip of the protruding portion 55a of the second electrode portion 55, and the insulating ring 60 is inserted into the protruding portion 55a of the second electrode portion 55.
- 31 is inserted through the opening on the rear end side.
- the support member 65 is inserted from the opening on the rear end side in the first housing 31.
- a predetermined load is applied to the piezoelectric element 10 in the first housing 31. That is, the male screw 65a formed on the outer peripheral surface of the support member 65 is screwed into the female screw 81a formed on the pressurizing member 80, and the support member 65 uses the insulating ring 60, the second electrode portion 55, The piezoelectric element 10 and the first electrode unit 50 are pressurized in the center line direction from the rear end side toward the front end side.
- the support member 65 and the pressure member 80 are fixed when the end face on the front end side of the inner side portion 42 of the diaphragm 40 is displaced by a predetermined length.
- Examples of the fixing method include irradiating a laser beam from the outside of the first housing 31 in a direction intersecting the center line direction (for example, a direction orthogonal to the center line direction).
- the laser beam may be applied to the entire circumference in the circumferential direction, or may be irradiated spotwise at equal intervals in the circumferential direction.
- the first housing 31 and the second housing 32 are fitted (press-fit) until the vertical surface 315b of the protruding portion 315 of the first housing 31 and the end surface on the front end side of the second housing 32 come into contact with each other.
- the laser beam is irradiated from a direction intersecting the center line direction (for example, a direction orthogonal to the center line direction) to a portion where the vertical surface 315b of the first housing 31 and the end surface of the second housing 32 are in contact with each other.
- the first housing 31 and the second housing 32 are welded.
- the diaphragm 40 of the pressure detection unit 100 is inserted into the communication hole 4a formed in the cylinder head 4 first,
- the male screw 332 a formed in the second housing 32 of the housing 30 is screwed into the female screw 4 e formed in the communication hole 4 a of the cylinder head 4.
- the housing 30 is electrically connected to the metal cylinder head 4. Since the cylinder head 4 is in a state of being electrically grounded, in the combustion pressure sensor 5, the tip portion of the piezoelectric element 10 is grounded via the housing 30.
- the side surface of the piezoelectric element 10 and the inner wall surface of the housing 30 are in contact with each other, but the resistance value is extremely large because the piezoelectric element 10 is made of an insulator.
- the electric charge generated with the pressure change is generated at both ends of the piezoelectric element 10 in the center line direction.
- combustion pressure is applied to the inner side 42 of the diaphragm 40 of the pressure detection unit 100.
- combustion pressure applied to the diaphragm 40 acts on the piezoelectric element 10 sandwiched between the first electrode portion 50 and the second electrode portion 55, an electric charge corresponding to the combustion pressure is generated in the piezoelectric element 10.
- the electric charge generated in the piezoelectric element 10 is applied to the circuit board portion 21 via the second electrode portion 55, the coil spring 70, and the conductive member 22.
- the charge applied to the circuit board unit 21 is amplified by the circuit board unit 21, and then a voltage corresponding to the charge is controlled via the connection pin connected to the circuit board unit 21 and the transmission cable 8. Supplied to the device 6.
- the seal member 7 includes end faces in the tightening direction of the pressure detector 100 on the surrounding wall forming the communication hole 4 a in the cylinder head 4, the third outer peripheral surface 333 and the fourth outer peripheral surface 334 of the housing 30 of the combustion pressure sensor 5.
- the first seal member 71 is disposed between the connection surface and the connection surface.
- the seal member 7 is a second seal member 72 disposed between the inclined portion 4 c of the communication hole 4 a of the cylinder head 4 and the inclined surface 315 a of the first housing 31 of the housing 30 of the combustion pressure sensor 5. have.
- the material of the piezoelectric element 10 is a material that generates an electric charge proportional to an external force due to the piezoelectric effect, such as a langasite crystal or crystal, and its allowable surface pressure is smaller than the allowable surface pressure of metal, for example. Therefore, it is important to reduce the surface pressure generated in the piezoelectric element 10.
- the piezoelectric element 10 In order to reduce the surface pressure generated in the piezoelectric element 10, it is conceivable to increase the piezoelectric element 10 itself. However, if the piezoelectric element 10 is enlarged, the housing 30 that houses the piezoelectric element 10 also increases, and the cylinder head 4. The communication hole 4a formed in the step is also enlarged.
- the tip side of the piezoelectric element 10 (the first electrode unit 50 side).
- the first electrode portion side end surface 10a which is the end surface of the first electrode portion 50 is made as large as possible, and the rear end side (piezoelectric element 10 side) end surface of the first electrode portion 50 is made as large as possible. Therefore, the piezoelectric element 10 is formed in a columnar shape, and the outer diameter thereof is substantially the same as the hole diameter of the first hole 311 of the first housing 31.
- the piezoelectric element 10 is formed in a rectangular parallelepiped shape, and the length of the diagonal line of the first electrode portion side end face 10 a is made substantially the same as the hole diameter of the first housing 31.
- the shape of the first electrode portion 50 is set such that the area of the end face on the rear end side is equal to or larger than the area of the end face 10 a on the first electrode portion side of the piezoelectric element 10. That is, the piezoelectric element 10 has a cylindrical shape whose outer diameter is substantially the same as the hole diameter of the first housing 31, or the length of the diagonal line of the first electrode portion side end face 10a is substantially the same as the hole diameter of the first housing 31.
- the shape of the first electrode unit 50 is a columnar shape whose outer diameter is substantially the same as the hole diameter of the first housing 31.
- the diaphragm 40 and the first electrode unit 50 are laser-welded. If laser welding is not properly performed, the contact surface 41b of the diaphragm 40 and the end surface 31a of the first housing 31 are not affected. Combustion gas may flow into the housing 30 from the gap. Therefore, the diaphragm 40 according to the present embodiment is provided with an entry portion 41a that is press-fitted with the tip portion of the first housing 31, and combustion gas flows into the housing 30 from the gap between the diaphragm 40 and the first housing 31. To suppress.
- the inner part 42 of the diaphragm 40 is a disk-shaped member provided with a projecting part 42a and a concave part 42b at the center part.
- the diaphragm 40 and the first electrode unit 50 have the following shapes. That is, the area in the direction intersecting the center line direction (axial direction) of the rear end portion as an example of the piezoelectric element side contact portion where the first electrode portion 50 contacts (contacts) the piezoelectric element 10, for example, the rear
- the area of the end surface on the end side is the area in the direction intersecting the center line direction of the protruding portion 42a as an example of the recessed portion side contact portion where the diaphragm 40 contacts (contacts) the first electrode portion 50, for example, It is larger than the area of the rear end face 42c.
- the surface pressure generated in the piezoelectric element 10 can be reduced without increasing the communication hole 4a of the housing 30 and the cylinder head 4, and the piezoelectric element 10 can be hardly damaged. . In other words, even if the communication hole 4a of the housing 30 or the cylinder head 4 is reduced, the surface pressure generated in the piezoelectric element 10 can be prevented from increasing.
- the area in the direction intersecting the center line direction of the front end portion where the first electrode portion 50 contacts the rear end surface 42c of the diaphragm 40 for example, the area of the end surface on the front end side is the area of the rear end side end surface 42c of the diaphragm 40 That's it.
- the area of the end face on the rear end side of the first electrode portion 50 is the area in the direction intersecting the center line direction of the portion of the piezoelectric element 10 in contact with the end face on the rear end side, for example, the first end of the piezoelectric element 10. It is more than the area of the end surface on the electrode part side. By adopting such a shape, it is possible to reduce the surface pressure generated in the piezoelectric element 10 without increasing the outer shape of the housing 30. Further, the first electrode unit 50 can apply the force received from the diaphragm 40 to the piezoelectric element 10 evenly.
- a preload to be applied to the piezoelectric element 10 is given by the pressurizing member 80 and the diaphragm 40 on the tip side. Therefore, the rigidity of the diaphragm 40 can be reduced as compared with the case where the pressure member 80 is not provided and the tip side is configured to apply the preload only by the diaphragm 40. As a result, the diaphragm 40 can receive the combustion pressure and transmit the pressure to the piezoelectric element 10 with higher accuracy and higher accuracy.
- the pressure member 80 includes the rear end surface 42 c in the protruding portion 42 a of the inner portion 42 of the diaphragm 40 and the end surface 82 b on the rear end side in the extending portion 82 of the pressure member 80. While the first housing 31 and the pressure member 80 are fixed in a state where they are inserted until they are on the same plane, the present invention is not particularly limited thereto.
- the rear end surface 42c of the projecting portion 42a of the inner portion 42 of the diaphragm 40 is added to the first housing 31 at a position displaced by a predetermined amount from the rear end side end surface 82b of the extending portion 82 of the pressing member 80 to the front end side.
- the pressure member 80 may be fixed.
- This predetermined amount is an amount in which the rear end surface 42c of the protruding portion 42a of the inner portion 42 of the diaphragm 40 contacts the piezoelectric element 10 due to thermal strain under an environment where the combustion pressure is received.
- the preload to be applied to the piezoelectric element 10 is applied only by the pressure member 80 on the tip side.
- the rigidity of the diaphragm 40 can be reduced as compared with the configuration in which the preload applied to the piezoelectric element 10 is applied by the pressure member 80 and the diaphragm 40.
- the diaphragm 40 can receive the combustion pressure and transmit the pressure to the piezoelectric element 10 with higher accuracy and higher accuracy.
- a feature of the second embodiment is that, in a pressure detection part of a combustion pressure sensor used in an internal combustion engine or the like, a cylindrical pressure member having one end fixed to a pressure transmission member and the other end fixed to a support member is preliminarily provided.
- the combustion pressure sensor is configured to have a function of applying a load and not having a function of applying a preload to the diaphragm.
- the third embodiment is a combustion pressure sensor in which the diaphragm and the pressure transmission member are integrated to prevent bounce and wear of the contact portion.
- the fourth to ninth embodiments are combustion pressure sensors in which various spring structures are formed on the pressure member.
- FIGS. 6, 7, and 8 The configuration and assembly procedure of the combustion pressure sensor 5 s of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 6, 7, and 8.
- 6 is a cross-sectional view of the combustion pressure sensor 5s of the second embodiment
- FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of the pressure detection unit 100 of FIG. 6
- FIG. 8 is a cross-sectional view showing an assembly procedure of the pressure detection unit 100. It is.
- FIGS. 6 and 7 First, the configuration of the pressure detection unit 100 will be described.
- the pressure detection unit 100 is provided so as to close a first housing 31 (hereinafter simply referred to as “housing 31”) serving as a frame of the pressure detection unit, and an opening on the front end side of the housing 31.
- the support member 65 fixes the pressure member 80A on the outer periphery on the front end side, and is fitted (press-fit) on the inner periphery on the rear end side of the housing 31 with the outer periphery on the rear end side, which will be described later. It is fixed more firmly by welding. Further, the diaphragm 40 is fitted (press-fitted) with the fitting portion 41a to the inner peripheral portion on the distal end side of the housing 31 with an interference fit, and is fixed more firmly by welding.
- the piezoelectric element 10 housed in the pressure member has a pressure transmission disposed on the tip side. It fixes in the state which applied the predetermined preload in the state pinched
- the support member 65 described above is fixed to the inner periphery of the rear end side of the housing 31, the contact surface of the pressure transmission member 50 is set to be predetermined with respect to the rear end surface 42c of the protruding portion 42a formed on the diaphragm 40. After fixing to the position of, fix.
- the pressure detection unit 100 is unitized.
- the outer peripheral portion of the unitized pressure detection unit 100 is fitted (press-fitted) into the hole 321 at the tip of the second housing 32 (hereinafter referred to as “housing 32”) with an interference fit. It is fixed more firmly by welding.
- the vertical surface 315b on the rear end side of the ring-shaped protrusion 315 formed on the outer peripheral portion of the housing 31 constituting the pressure detection unit 100 is abutted against the end surface on the front end side of the housing 32 and positioned.
- the diaphragm 40 has a cylindrical cylindrical portion 41 and an inner portion 42 formed inside thereof.
- the rear end portion of the cylindrical portion 41 is fitted (press-fitted) into the hole at the distal end portion of the housing 31 with an interference fit, and the abutting surface that abuts against the end surface 31a of the housing 31 and the entry portion 41a that enters the hole in the distal end portion 41b.
- the inner portion 42 is a thin disc-shaped member provided so as to close the opening on the front end side of the cylindrical portion 41, and a protruding portion 42a protruding from this surface toward the piezoelectric element 10 is provided at the center of the rear end surface. Is provided.
- a concave portion 42b is provided at the center of the front end surface of the inner portion 42.
- the material of the diaphragm 40 is preferably made of an alloy having high elasticity and excellent durability, heat resistance, touch resistance, and the like because it exists in the combustion chamber C that is high temperature and high pressure. It is good to comprise using SUH660. Further, after the diaphragm 40 and the housing 31 are fitted, they are further firmly fixed by welding.
- the housing 31 is a cylindrical member, and a protruding portion 315 is provided in a ring shape on the outer peripheral surface.
- the protruding portion 315 has an inclined surface 315a whose diameter gradually increases from the front end side to the rear end side, and has a vertical surface 315b at the rear end portion.
- the inner peripheral surface on the front end side of the housing 31 accommodates the piezoelectric element portion, the inner peripheral surface on the rear end side is fitted (press-fit) with the outer peripheral surface of the support member 65, and is firmly fixed by welding. Is done. Further, the outer peripheral surface of the central portion of the housing 31 is fitted (press-fitted) into the hole 321 on the front end side of the housing 32 described later with an interference fit, and is firmly fixed by welding.
- the casing 32 is formed therein with a cylindrical hole 320 formed so that the diameter is gradually changed from the front end side to the rear end side, and the outer diameter is gradually increased from the front end side to the rear end side.
- An outer peripheral surface 330 formed differently is formed.
- the hole 321 at the front end of the housing 32 is set to be equal to or smaller than the diameter of the outer peripheral surface of the housing 31 so that the outer peripheral surface of the central portion of the housing 31 can be fitted (press-fitted) with an interference fit.
- the outer peripheral surface 330 is composed of five outer peripheral surfaces from the front end side to the rear end side.
- the first outer peripheral surface 331 corresponds to the protruding portion 315 of the housing 31, and a male screw 332 a that is screwed into the female screw 4 e of the cylinder head 4 is formed at the tip of the second outer peripheral surface 332.
- a first seal member 71 described later is fitted into the third outer peripheral surface 333, and a hexagonal nut portion is formed on the rear end side of the fourth outer peripheral surface 334, and the combustion pressure sensor is connected to the cylinder head 4. Used when tightening.
- a groove 335a is formed on the fifth outer peripheral surface 335 over the entire circumference.
- the holes 320 formed in the housing 32 in stages correspond to the outer peripheral surfaces 240 formed so as to have different diameters from the front end side to the rear end side formed in the insulating member 23 described later. It is supposed to be.
- the hole 325 on the rear end side of the housing 32 is provided with a contact surface 340 with which the end surface on the front end side of the substrate covering portion of the insulating member 23 abuts.
- a pin hole 340a into which a connection pin of the printed wiring board of the signal processing unit 200 is inserted is formed on the abutting surface 340.
- the housing 31 and the casing 32 are disposed in the vicinity of the combustion chamber C, it is desirable to manufacture them using a material that can withstand at least a temperature range of ⁇ 40 to 350 [° C.].
- a stainless steel material having high heat resistance for example, JIS standard SUS630, SUS316, SUS430 or the like may be used.
- the pressure transmission member 50 is a columnar member, and a chamfered portion is formed on the outer periphery on the distal end side.
- the end surface 50a on the front end side is in contact with the protruding portion 42a of the diaphragm 40, and the end surface on the rear end side is in contact with the end surface 10a on the pressure transmission member 50 side of the piezoelectric element 10.
- the outer peripheral surface is in contact with the inner peripheral surface of the pressure member 80 ⁇ / b> A, and the end surface on the front end side comes into contact with the protruding portion 42 a of the diaphragm 40, so that the front end portion of the piezoelectric element 10 is electrically connected to the housing 31.
- the pressure transmission member 50 also serves as the first electrode portion.
- the pressure transmission member 50 applies the pressure in the combustion chamber C to the piezoelectric element 10, and is formed in such a size that the end surface on the rear end side of the pressure transmission member 50 can press the entire surface of the piezoelectric element 10. ing. Further, the pressure transmission member 50 is formed so that both end faces are parallel (perpendicular to the center line direction) and smooth so that the pressure transmitted from the diaphragm 40 is applied to the piezoelectric element 10 uniformly.
- a material of the pressure transmission member 50 it is preferable to use stainless steel.
- the piezoelectric element 10 has a piezoelectric body that exhibits the piezoelectric action of the piezoelectric longitudinal effect.
- the piezoelectric longitudinal effect refers to the action of generating charges on the surface of the piezoelectric body in the direction of the charge generation axis when an external force is applied to the stress application axis in the same direction as the charge generation axis of the piezoelectric body.
- the piezoelectric element 10 according to the present embodiment is housed in the housing 31 so that the center line direction is the direction of the stress application axis.
- the piezoelectric element 10 may be configured using a piezoelectric lateral effect.
- the piezoelectric transverse effect is an action in which charges are generated on the surface of the piezoelectric body in the direction of the charge generation axis when an external force is applied to the stress application axis at a position orthogonal to the charge generation axis of the piezoelectric body.
- a plurality of thinly formed piezoelectric bodies may be laminated, and by laminating in this way, the charge generated in the piezoelectric bodies can be efficiently collected to increase the sensitivity of the sensor.
- a langasite crystal (a langasite, a langagate, a langanite, LGTA) having a piezoelectric longitudinal effect and a piezoelectric transverse effect, quartz, gallium phosphate, or the like may be used.
- a langasite single crystal is used as the piezoelectric body.
- the second electrode portion 55 is a columnar member, and is disposed such that the end surface on the front end side is in contact with the end surface on the rear end side in the piezoelectric element 10 and the end surface on the rear end side is in contact with the insulating ring 60. Yes.
- a columnar projecting portion 55 a that projects from the end surface to the rear end side is provided on the end surface on the rear end side of the second electrode portion 55.
- the protrusion 55a has a base end portion on the end face side and a tip end portion having an outer diameter smaller than the outer diameter of the base end portion.
- the outer diameter of the base end portion of the protruding portion 55a is set smaller than the inner diameter of the insulating ring 60, and the length of the protruding portion 55a is longer than the width of the insulating ring 60 so that the protruding portion 55a is exposed from the insulating ring 60. Yes.
- the second electrode portion 55 is a member that acts to apply a certain load to the piezoelectric element 10 with the pressure transmission member 50, and the end face on the piezoelectric element 10 side is the end face of the piezoelectric element 10. It is formed in such a size that the entire surface can be pressed, and is formed in a parallel and smooth surface.
- the outer diameter of the second electrode portion 55 is set to be smaller than the inner peripheral hole diameter of the pressure member 80A, which will be described later, and the outer peripheral surface of the second electrode portion 55 and the inner peripheral surface of the pressure member 80A. There is a gap between them so that they do not come into electrical contact.
- As a material of the second electrode portion 55 stainless steel may be used.
- the insulating ring 60 is a cylindrical member formed of alumina ceramic or the like, and the inner diameter (hole diameter at the center) is slightly larger than the outer diameter of the base end portion of the protruding portion 55a of the second electrode portion 55, The outer diameter is set to a diameter slightly smaller than the inner peripheral hole diameter of the pressure member 80A.
- the second electrode portion 55 is configured to be concentric with the inner periphery of the pressurizing member 80 ⁇ / b> A by the protruding portion 55 a being inserted into the hole in the central portion of the insulating ring 60.
- the support member 65 is a cylindrical member in which a plurality of holes having different diameters are formed inside from the front end side to the rear end side, and the outer peripheral surface also has a plurality of outer peripheries.
- the hole includes a first hole formed in order from the front end side to the rear end side, and a second hole having a larger hole diameter than the hole diameter of the first hole.
- the diameter of the first hole is larger than the outer diameter of the base end portion of the projecting portion 55 a of the second electrode portion 55, and the distal end portion of the projecting portion 55 a is exposed to the second hole of the support member 65.
- the hole diameter of the second hole is larger than the outer diameter of the distal end portion having the insertion hole 22a of the coil spring 70 in the conductive member 22 of the signal processing unit 200 described later. Moreover, the hole diameter of the second hole is smaller than the outer diameter of the end 23a of the insulating member 23 of the signal processing unit 200, and the end 23a of the insulating member 23 is fitted into the second hole by press fitting (press-fit). ) Thereby, the support member 65 functions as a member that supports the tip portion of the insulating member 23.
- the outer peripheral surface of the support member 65 has three outer peripheral surfaces with different diameters, and the first outer peripheral surface on the tip side is a relief portion when the pressure member 80A is fixed. Further, the second outer peripheral surface forms a ring-shaped protrusion 65a, and the outer periphery is for fitting the pressurizing member 80A, which is larger than the inner peripheral surface of the pressurizing member 80A, and the pressurizing member 80A is tight. It is fitted (press-fit) with a fit. At this time, the ring-shaped protrusion 80d on the rear end side of the pressure member 80A is hooked and positioned by the ring-shaped protrusion 65a of the support member 65. The third outer peripheral surface is fitted to the inner periphery on the rear end side of the housing 31 and fixed by welding.
- the support member 65 is preferably made of stainless steel.
- the pressure member 80A is a cylindrical member that covers the outer periphery of the pressure transmission member 50, the piezoelectric element 10, the second electrode portion 55, the insulating ring 60, the support member 65, and the like. 80d, a cylindrical part 80c, and a ring-shaped protrusion 80d on the rear end side.
- the cylindrical portion 80a is fitted to the outer peripheral portion of the pressure transmission member 50 and is fixed by welding.
- the cylindrical portion 80b is a thin spring portion for applying a preload to the piezoelectric element 10.
- a part of the cylindrical portion 80 c is fitted with a ring-shaped protrusion 65 a formed on the support member 65.
- the cylindrical portion 80d of the pressure member 80A is hooked and positioned with respect to the ring-shaped protrusion 65a of the support member 65.
- the material of the pressure member is preferably made of stainless steel.
- the coil spring 70 has an inner diameter that is slightly smaller than the outer diameter of the tip of the protruding portion 55a of the second electrode portion 55, and the outer diameter is smaller than the diameter of the insertion hole 22a of the conductive member 22 described later.
- the tip of the protruding portion 55 a of the second electrode portion 55 is inserted into the coil spring 70 by light press-fitting, and the coil spring 70 is inserted into the insertion hole 22 a of the conductive member 22.
- the length of the coil spring 70 is set so as to be compressed between the second electrode portion 55 and the insertion hole 22 a, and conducts the pressure signal from the piezoelectric element 10 to the conductive member 22.
- the material of the coil spring 70 is preferably made of an alloy having high elasticity and excellent durability, heat resistance, touch resistance, etc., and having a surface plated with gold to enhance electrical conductivity.
- FIG. 8A shows an assembly procedure of the piezoelectric element unit inside the pressure detection unit 100
- FIG. 8B shows an assembly procedure of the pressure detection unit 100
- FIG. The procedure for assembling the pressure detection unit 100 is shown in FIG.
- the welded portion is marked with “ ⁇ ” for convenience, but does not indicate the actual shape, but merely indicates the “welded portion”. The same applies to the following description.
- FIGS. 8A, 8B, and 8C [Description of Assembly Procedure of Pressure Detection Unit 100: FIGS. 8A, 8B, and 8C]
- the pressure member 80 ⁇ / b> A is attached to the support member 65.
- the cylindrical portion of the pressure member 80A is passed from the rear end side of the support member 65.
- the ring-shaped protrusion 65a formed on the outer periphery of the support member 65 is pushed in until the ring-shaped protrusion 80d formed on the inner periphery of the pressure member 80A is hooked.
- the outer diameter of the ring-shaped protrusion 65a formed on the support member 65 is larger than the inner diameter of the corresponding pressure member 80A and is fitted (press-fit) with an interference fit.
- the insulating ring 60, the second electrode portion 55, the piezoelectric element 10, and the pressure transmission member 50 are inserted in this order from the distal end side of the pressure member 80A.
- a preload is applied.
- an assembly jig (not shown) may be used. Set the aforementioned assembly on the assembly jig.
- the thin spring portion 80b formed in the central portion of the pressure member 80A (FIG. 7 ( The load is applied in the direction (center line direction) in which the pressure member 80A is extended using the step b).
- a method of irradiating a laser beam over the entire circumference from the outside of the pressure member 80A toward the center line direction may be adopted.
- the laser beam may be irradiated on the entire circumference, or spot irradiation may be performed at equal intervals in the circumferential direction.
- spot irradiation may be performed at equal intervals in the circumferential direction.
- the step of the thin spring portion 80b formed on the pressing member 80A is used as a method of applying a load in the direction of extending the pressing member 80A (center line direction). You may use it, providing a notch. As a result, a preload acts on the piezoelectric element 10 and is fixed.
- the above-described piezoelectric element portion is assembled to the housing 31.
- the piezoelectric element portion is inserted from the front end side of the housing 31 to the innermost end.
- the diaphragm 40 is fitted (press-fitted) into the end surface 31a of the housing 31 with an interference fit using the entry portion 41a as a guide.
- the engaging portion is fixed with the end surface 31a of the housing 31 and the abutting surface 41b of the diaphragm in contact with each other (welding 2).
- the piezoelectric element part temporarily assembled in the housing 31 is pushed from the rear end surface side of the support member 65 toward the front end surface side (D direction).
- the amount of displacement of the inner portion 42 of the diaphragm 40 is measured, and the housing 31 and the support member 65 are fixed when the projecting portion 42a of the diaphragm 40 and the abutting surface of the pressure transmission member 50 abut (welding 3). Thereby, a pressure detection part is assembled.
- step (c) of FIG. 8 the pressure detection unit assembled in step (b) is assembled in the housing 32.
- the coil spring 70 is assembled in advance to the protruding portion 55a formed in the second electrode portion.
- the second outer peripheral portion of the housing 31 of the pressure detection unit assembled in the step (b) is inserted into the hole portion 321 of the housing 32, and fitted (press-fit) with an interference fit.
- the assembly of step (b) is fixed in a state where the vertical surface 315b of the protruding portion 315 of the housing 31 is in contact with the front end surface of the housing 32 (welding 4). Thereby, the pressure detection unit 100 is completed.
- the end surface on the rear end side of the piezoelectric element 10 is soldered to the printed wiring board from the metal second electrode portion 55 and the protruding portion 55a via the coil spring 70 and the metal conductive member 22, and is electrically Connected to.
- the second electrode portion 55 and the protruding portion 55a are electrically insulated from the surrounding support member 65 by an insulating ring 60 made of an insulator, and are also separated from the inner peripheral surface of the pressure member 80A. And electrically insulated.
- the side surface of the piezoelectric element 10 and the inner wall surface of the housing 30 are in contact with each other, but the resistance value is extremely large because the piezoelectric element 10 is made of an insulator, The electric charge generated with the pressure change is generated at both ends of the piezoelectric element 10 in the center line direction, so that there is no particular problem.
- the housing 32 When the combustion pressure sensor 5s configured as described above is attached to the cylinder head 4 (see FIG. 2), the housing 32 has a female screw portion provided in the communication hole 4a of the cylinder head from its male screw portion 332a. It is electrically connected to the cylinder head 4 through 4e and is grounded to the vehicle body.
- the combustion pressure generated in the combustion chamber C acts on the diaphragm 40 at the tip of the combustion pressure sensor 5s, acts on the piezoelectric element 10 via the pressure transmission member 50, and corresponds to the combustion pressure. Charge is generated.
- the electric charge generated in the piezoelectric element 10 is supplied to the circuit board unit 21, amplified by the circuit board unit 21, and a voltage corresponding to the electric charge is supplied to the control device 6 through the connection pin and the transmission cable 8. .
- the preload applied to the piezoelectric element is such that one end is fixed to the pressure transmission member, the other end is fixed to the support member, and the pressure member made of a cylindrical portion has a function of applying a preload between the two fixing portions. Therefore, it is not necessary to give the diaphragm a function of preloading. As a result, the diaphragm only needs to have rigidity necessary for receiving the combustion pressure and transmitting it to the pressure transmission member, thereby improving the pressure receiving sensitivity of the combustion pressure and obtaining a highly accurate pressure signal.
- the cylindrical part 80b of the pressing member 80A is a thin spring part for applying a preload to the piezoelectric element 10, it is not limited to such a form. Between the fixed portions of the pressure member, the width of the cylindrical portion 80b and the position and thickness of the thin portion in the center line direction can be freely configured.
- the load is applied in the direction in which the pressure member 80A is extended using the step of the thin spring portion 80b” is not limited to this form.
- a ring-shaped groove may be provided in the cylindrical portion 80a of the pressure member 80A, and a load may be applied in the extending direction using the groove.
- a notch may be provided in the cylindrical portion 80a, and a load may be applied in the extending direction using the notch.
- the combustion pressure sensor 5A of the third embodiment is the same as the combustion pressure sensor 5s of the second embodiment described above, in order to prevent bounce and wear of the contact portion between the diaphragm and the pressure transmission member.
- the transmission member is integrated, the other basic configuration is the same as that of the second embodiment, so the same elements and the same assembly steps are assigned the same numbers, and duplicate descriptions are partially omitted. To do.
- FIG. 9A is an enlarged sectional view of the pressure detection unit 100 of the combustion pressure sensor 5A using the diaphragm 45
- FIG. 9B is an enlarged sectional view of the diaphragm 45
- the diaphragm 45 of the combustion pressure sensor 5A of the third embodiment is configured by integrating the diaphragm 40 and the pressure transmission member 50 of the second embodiment.
- a separate configuration is formed with a portion where the projecting portion 42a of the diaphragm 40 is in contact with the pressure transmission member 50 as a boundary.
- this portion is an integrated configuration.
- the diaphragm unit (40) that is a pressure receiving unit of the diaphragm 45 has the same configuration as the diaphragm 40 in the second embodiment, and the abutting surface 41 b of the diaphragm 45 is in contact with the end surface 31 a of the housing 31. Until it is fitted (press-fit), and then the abutting surface is welded.
- the cylindrical outer peripheral surface of the pressure transmitting portion (50) is fixed to the pressure member 80A, and the rear end surface is in contact with the piezoelectric element 10.
- the pressure transmission member 50 of the second embodiment is changed to a diaphragm 45 (integral configuration) in this embodiment.
- the assembly procedure here is the same, but since the shape of the diaphragm 45 is large, the pressure member 60A is attached to the support member 65, the insulating ring 60, the second electrode portion 55, the piezoelectric element 10, and the pressure transmission.
- the aforementioned piezoelectric element portion is inserted from the front end side of the housing 31 to the innermost side.
- the process is a step of fitting (press-fitting) the diaphragm 40 onto the end surface 31a of the housing 31 with an intrusion portion 41a as a guide.
- the piezoelectric element portion is automatically positioned at the same time as the diaphragm 45 is fitted (press-fitted) into the end surface 31a of the housing 31 with the entry portion 41a as a guide.
- the combustion pressure sensor 5A has the diaphragm portion (40) and the pressure transmission portion (50) of the diaphragm 45 that are integrated with each other. A step of positioning while measuring is not required. As a result, there is no variation in the positions of the diaphragm part and the pressure transmission part, and the pressure is transmitted with high accuracy.
- Effect 2 When knocking or the like occurs in the combustion process of the internal combustion engine, excessive pressure fluctuation occurs along with abnormal combustion.
- the combustion pressure sensor 5B of the fourth embodiment is a range of the thin spring portion 80b (see FIG. 7B) that is a load adjusting portion of the pressurizing member 80A in the combustion pressure sensor 5A of the third embodiment described above. Is the one that was in the center and spread across the fixed part. Since the other basic configuration is the same as that of the third embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals, and a duplicate description is partially omitted.
- FIG. 11 (a) is an enlarged cross-sectional view of the pressure detection unit 100 of the combustion pressure sensor 5B using the pressurizing member 80B
- FIG. 11 (b) is a partial cross-sectional view of the pressurizing member 80B.
- this embodiment is different from the combustion pressure sensor 5A of the third embodiment in that the structure of the pressurizing member 80B is different, and accordingly, the shape of the thin spring portion 81b.
- the fixing method of the pressure member 80B and the support member 65 is different.
- the thin spring portion 80b is in the central portion, but in the present embodiment, the configuration is widened between the fixed portions.
- the tubular part of the pressure member 80 ⁇ / b> B is passed through the tubular part of the pressure member 80 ⁇ / b> B from the rear end side of the support member 65 and the ring-shaped protrusion 65 a formed on the outer periphery of the support member 65. 80c is fixed (welded).
- the insulating ring 60, the second electrode portion 55, the piezoelectric element 10, and the diaphragm 45 are inserted in this order from the distal end side of the pressure member 80B.
- a preload is applied.
- an assembly jig (not shown) may be used. Set the aforementioned assembly on the assembly jig.
- the support member 65 and the pressure transmission member 50 apply a predetermined load in a direction in which the support member 65 and the pressure transmission member 50 are pressed against each other in the center line direction, and simultaneously apply a load in a direction in which the pressure member 80B is extended (center line direction).
- the engagement portion between the cylindrical portion 80a of the pressure member 80B and the pressure transmission portion (50) of the diaphragm 45 is fixed. (welding). As a result, the fixed portions on both the diaphragm 45 side and the support member 65 side are welded.
- a method of irradiating a laser beam over the entire circumference in the direction of the center line may be adopted as in the second and third embodiments.
- a method of applying a load in the direction in which the pressurizing member 80B is extended (center line direction)
- a configuration is used in which a thin spring portion 80b formed on the pressurizing member 80B is provided with a step portion at a position avoiding the welded portion.
- the cylindrical portion 80a may be provided with a dedicated cutout.
- a preload is applied to the piezoelectric element 10.
- the combustion pressure sensor 5B includes a diaphragm in which the pressure receiving portion and the pressure transmission portion are integrated, one end fixed to the pressure transmission member, the other end fixed to the support member, and the fixed portion between the fixed portions from the cylindrical portion.
- the entire fixed portion can be used as a spring portion.
- the pressure member has one end fixed to the pressure transmission member, the other end fixed to the support member, and the support member side is made of a cylindrical part. it can. Accordingly, a simple cylindrical shape (pipe) that does not require a latching portion can be adopted as the shape of the pressure member. Thereby, it can be set as the structure which employ
- the diaphragm is configured such that the pressure receiving portion and the pressure transmitting portion are integrated, but the present invention is not limited to such a configuration.
- the diaphragm 40 and the pressure transmission member 50 can be configured separately (FIG. 7).
- a latching step is provided on the outer peripheral portion of the pressure transmission member 50, and a ring-shaped protrusion is provided on the inner periphery of the pressure member 80B on the tip surface side so that they can be latched.
- welding is employed for fixing on the support member side.
- the contact portion between the diaphragm 40 and the pressure transmission member 50 can be joined by welding. Thereby, even if it is a diaphragm of integral structure finally, the combination of a latch and welding can be chosen freely, and the effect of the diaphragm of integral structure is acquired.
- FIG. 12A is an enlarged cross-sectional view of the pressure detection unit 100 of the combustion pressure sensor 5C using the pressure member 80C
- FIG. 12B is a partial cross-sectional view of the pressure member 80C.
- the fifth embodiment differs from the combustion pressure sensor 5A according to the third embodiment in that the center spring portion has a bellows-like spring structure in the structure of the pressurizing member 80C, and is fixed.
- the method is the same as that of the third embodiment, and the support member 65 side is fixed and the diaphragm 45 side is fixed by welding. Since other configurations are the same as those of the third embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Thereby, the combustion pressure sensor 5C according to the fifth embodiment is obtained.
- FIG. 13A is an enlarged cross-sectional view of the pressure detection unit 100 of the combustion pressure sensor 5D using the pressure member 80D
- FIG. 13B is a plan view of the pressure member 80D.
- the sixth embodiment differs from the combustion pressure sensor 5A according to the third embodiment in that, in the structure of the pressurizing member 80D, the spring portion at the center has a spring structure with a plurality of notches and a plurality of plate portions.
- the fixing method is the same as that of the third embodiment, and the supporting member 65 side is latched and the diaphragm 45 side is fixed by welding. Since other configurations are the same as those of the third embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Thereby, the combustion pressure sensor 5D according to the sixth embodiment is obtained.
- FIG. 14A is an enlarged cross-sectional view of the pressure detection unit 100 of the combustion pressure sensor 5E using the pressure member 80E
- FIG. 14B is a partial cross-sectional view of the pressure member 80E.
- the seventh embodiment differs from the combustion pressure sensor 5A according to the third embodiment in that the center spring portion has a coiled spring structure in the structure of the pressurizing member 80E, and is fixed.
- the method is the same as that of the third embodiment, and the support member 65 side is fixed and the diaphragm 45 side is fixed by welding. Since other configurations are the same as those of the third embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Thereby, the combustion pressure sensor 5E according to the seventh embodiment is obtained.
- FIG. 15A is an enlarged cross-sectional view of the pressure detection unit 100 of the combustion pressure sensor 5F using the pressure member 80F
- FIG. 15B is a partial cross-sectional view of the pressure member 80F.
- the eighth embodiment is different from the combustion pressure sensor 5A according to the third embodiment in that the spring portion has a thin plate-like spring structure in the structure of the pressure member 80F, and the spring portion is the support member 65.
- the fixing method is the same as that of the third embodiment, and the supporting member 65 side is latched and the diaphragm 45 side is fixed by welding. Since other configurations are the same as those of the third embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Thereby, the combustion pressure sensor 5F according to the eighth embodiment is obtained.
- FIG. 16A is an enlarged cross-sectional view of the pressure detecting unit 100 of the combustion pressure sensor 5G using the pressurizing member 80G
- FIG. 16B is a partial cross-sectional view of the pressurizing member 80G.
- the ninth embodiment differs from the combustion pressure sensor 5A according to the third embodiment in that, in the structure of the pressure member 80G, the spring portion has a thin plate-like spring structure, and the spring portion is the support member 65.
- the fixing method is the same as in the fourth embodiment, and both the support member 65 side and the diaphragm 45 side are fixed by welding. Since other configurations are the same as those of the third embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Thereby, the combustion pressure sensor 5G according to the ninth embodiment is obtained.
- the load adjusting portion of the pressurizing member includes a thin plate-like spring portion, a bellows-like spring portion, a spring portion including a plurality of notches and a plurality of plate portions, and a coil-like spring portion. Therefore, a spring means having a small load change with respect to a change in length can be obtained. For this reason, a spring configuration with less load variation can be obtained with respect to the dimensional variation in the center line direction of each member between the diaphragm 45 and the support member 65. Thereby, a highly accurate preload can be applied to the piezoelectric element, sensitivity and linearity can be improved, and a highly accurate pressure signal can be obtained.
- the fixing part on the diaphragm side employs a fixing method by welding
- the fixing part on the support member side uses a fixing method by latching or a fixing method by welding.
- the position of the spring portion is the center portion or the support member side, but is not limited to such a form.
- the position of the spring portion may be on the diaphragm side.
- the thickness of the spring part of the pressurizing member is reduced to provide a step, the present invention is not limited to such a form.
- the spring part and the fixed part may have the same thickness, or conversely, the spring part may be thick.
- the fixing part on the diaphragm side adopts a fixing method by welding
- the fixing part on the support member side uses a fixing method by latching or a fixing method by welding. It is not limited to such a form.
- the diaphragm side may be fixed by latching.
- a feature of the tenth embodiment is a basic configuration example of the present invention.
- a pressure detection unit of a combustion pressure sensor used in an internal combustion engine or the like one end is fixed to a pressure transmission member and the other end is a support member.
- This is a combustion pressure sensor that has a function to give a preload to the cylindrical pressure member fixed to the cylinder, and the diaphragm is a structure in which the diaphragm part and the pressure transmission part are integrated so as not to have a function to give a preload. is there.
- a feature of the eleventh embodiment is a combustion pressure sensor having a configuration in which a load adjusting portion provided in the pressurizing member is provided on the support member side, and the influence of heat on the spring characteristics is suppressed.
- a feature of the twelfth embodiment is that a load adjusting portion provided on the pressure member is a spring portion including a plurality of notches and a plurality of plate portions positioned between the notches, and a highly accurate preload is provided.
- a combustion pressure sensor configured to be applied to a piezoelectric element.
- a feature of the thirteenth embodiment is a combustion pressure sensor in which fixing by latching and fixing by welding can be selected in the fixing method of both ends of the pressure member.
- FIGS. 17 is a cross-sectional view of the combustion pressure sensor 5H of the tenth embodiment
- FIG. 18 is an enlarged cross-sectional view of the pressure detection unit 100 of FIG. 17
- FIG. 19 is a cross-sectional view showing the assembly procedure of the pressure detection unit 100. It is.
- FIGS. 17 and 18 First, the configuration of the pressure detection unit 100 will be described.
- the pressure detection unit 100 includes a housing 31 that is a frame of the pressure detection unit, a diaphragm 45 that is provided so as to close an opening on the distal end side of the housing 31, and a pressure transmission unit ( 50), the piezoelectric element 10 that generates a charge by receiving pressure from the pressure transmission section (50), the second electrode section 55 that supports the piezoelectric element 10 and receives the generated charge as an electrical signal (first electrode)
- the insulating ring 60 that supports and insulates the second electrode portion 55, the support member 65 that supports the insulating ring 60, and one end fixed to the pressure transmission portion (50) of the diaphragm 45 and the other end.
- the diaphragm 45 has an integral structure in which a diaphragm portion (40) on which the pressure of the combustion chamber C acts and a pressure transmission portion (50) are connected by a reduced diameter portion.
- the support member 65 fixes the pressure member 80A on the outer periphery on the front end side, and is fitted (press-fit) on the inner periphery on the rear end side of the housing 31 with the outer periphery on the rear end side, which will be described later. It is fixed more firmly by welding.
- the diaphragm 45 is fitted (press-fit) with an interference fit to the inner peripheral portion of the distal end side of the housing 31 and fixed more firmly by welding.
- the piezoelectric element 10 housed in the pressure member is disposed on the tip side.
- the diaphragm 45 is fixed in a state where a predetermined preload is applied while being sandwiched between the pressure transmission portion (50) of the diaphragm 45, the second electrode portion 55 and the insulating ring 60 disposed on the rear end side.
- the pressure detection unit 100 is unitized.
- the outer peripheral portion of the unitized pressure detection unit 100 is fitted (press-fitted) into the hole 321 at the distal end of the housing 32 with an interference fit, and is further firmly fixed by welding.
- the vertical surface 315b on the rear end side of the ring-shaped protrusion 315 formed on the outer peripheral portion of the housing 31 constituting the pressure detection unit 100 is abutted against the end surface on the front end side of the housing 32 and positioned.
- the diaphragm 45 has a cylindrical cylindrical portion 41 and an inner portion 42 formed inside thereof.
- the rear end portion of the cylindrical portion 41 is fitted (press-fitted) into the hole at the distal end portion of the housing 31 with an interference fit, and the abutting surface that abuts against the end surface 31a of the housing 31 and the entry portion 41a that enters the hole in the distal end portion 41b.
- the inner portion 42 is a disk-shaped thin member provided so as to close the opening on the front end side of the cylindrical portion 41, and a reduced diameter portion protruding from this surface to the piezoelectric element 10 side at the center portion of the rear end surface.
- the pressure transmission part (50) is integrally formed.
- the outer peripheral surface of the pressure transmitting portion (50) of the diaphragm 45 is in contact with the inner peripheral surface of the pressure member 80A, and the end surface on the rear end side is in contact with the piezoelectric element 10. Thereby, the piezoelectric element 10 is electrically connected to the housing 31.
- a pressure transmission part (50) serves as the 1st electrode part.
- the pressure transmission part (50) applies the pressure in the combustion chamber C to the piezoelectric element 10, and the end face on the rear end side of the pressure transmission part (50) can press the entire surface of the piezoelectric element 10. It is formed in a large size.
- the pressure transmitting portion (50) has a rear end surface formed in parallel (perpendicular to the center line direction) and a smooth surface so that the pressure transmitted from the diaphragm 45 is uniformly applied to the piezoelectric element 10.
- a concave portion 42b is provided at the center of the front end surface of the inner portion 42.
- the material of the diaphragm 40 is preferably made of an alloy having high elasticity and excellent durability, heat resistance, touch resistance, and the like because it exists in the combustion chamber C that is high temperature and high pressure. It is good to comprise using SUH660. Moreover, after the diaphragm 45 and the housing 31 are fitted, they are further firmly fixed by welding.
- the housing 31 is a cylindrical member, and a protruding portion 315 is provided in a ring shape on the outer peripheral surface.
- the protruding portion 315 has an inclined surface 315a whose diameter gradually increases from the front end side to the rear end side, and has a vertical surface 315b at the rear end portion.
- the inner peripheral surface on the front end side of the housing 31 accommodates the piezoelectric element portion, the inner peripheral surface on the rear end side is fitted (press-fit) with the outer peripheral surface of the support member 65, and is firmly fixed by welding. Is done. Further, the outer peripheral surface of the central portion of the housing 31 is fitted (press-fitted) into the hole 321 on the front end side of the housing 32 described later with an interference fit, and is firmly fixed by welding.
- the casing 32 is formed therein with a cylindrical hole 320 formed so that the diameter is gradually changed from the front end side to the rear end side, and the outer diameter is gradually increased from the front end side to the rear end side.
- An outer peripheral surface 330 formed differently is formed.
- the hole 321 at the front end of the housing 32 is set to be equal to or smaller than the diameter of the outer peripheral surface of the housing 31 so that the outer peripheral surface of the central portion of the housing 31 can be fitted (press-fitted) with an interference fit.
- the outer peripheral surface 330 is composed of five outer peripheral surfaces from the front end side to the rear end side.
- the first outer peripheral surface 331 corresponds to the protruding portion 315 of the housing 31, and a male screw 332 a that is screwed into the female screw 4 e of the cylinder head 4 is formed at the tip of the second outer peripheral surface 332.
- a first seal member 71 described later is fitted into the third outer peripheral surface 333, and a hexagonal nut portion is formed on the rear end side of the fourth outer peripheral surface 334, and the combustion pressure sensor is connected to the cylinder head 4. Used when tightening.
- a groove 335a is formed on the fifth outer peripheral surface 335 over the entire circumference.
- the holes 320 formed in the casing 32 in stages correspond to the outer peripheral surfaces 240 formed so as to have different diameters from the front end side to the rear end side formed in the insulating member 23 described later. It is supposed to be.
- the hole 325 on the rear end side of the housing 32 is provided with a contact surface 340 with which the end surface on the front end side of the substrate covering portion of the insulating member 23 abuts.
- a pin hole 340a into which a connection pin of the printed wiring board of the signal processing unit 200 is inserted is formed on the abutting surface 340.
- the housing 31 and the casing 32 are disposed in the vicinity of the combustion chamber C, it is desirable to manufacture them using a material that can withstand at least a temperature range of ⁇ 40 to 350 [° C.].
- a stainless steel material having high heat resistance for example, JIS standard SUS630, SUS316, SUS430 or the like may be used.
- the piezoelectric element 10 has a piezoelectric body that exhibits the piezoelectric action of the piezoelectric longitudinal effect.
- the piezoelectric longitudinal effect refers to the action of generating charges on the surface of the piezoelectric body in the direction of the charge generation axis when an external force is applied to the stress application axis in the same direction as the charge generation axis of the piezoelectric body.
- the piezoelectric element 10 according to the present embodiment is housed in the housing 31 so that the center line direction is the direction of the stress application axis.
- the piezoelectric element 10 may be configured using a piezoelectric lateral effect.
- the piezoelectric transverse effect is an action in which charges are generated on the surface of the piezoelectric body in the direction of the charge generation axis when an external force is applied to the stress application axis at a position orthogonal to the charge generation axis of the piezoelectric body.
- a plurality of thin piezoelectric bodies may be stacked, and by stacking in this way, the charge generated in the piezoelectric bodies can be efficiently collected to increase the sensitivity of the sensor.
- a langasite crystal (a langasite, a langagate, a langanite, LGTA) having a piezoelectric longitudinal effect and a piezoelectric transverse effect, quartz, gallium phosphate, or the like may be used.
- a langasite single crystal is used as the piezoelectric body.
- the support member 65 is a cylindrical member in which a plurality of holes having different diameters are formed inside from the front end side to the rear end side, and the outer peripheral surface also has a plurality of outer peripheries.
- the hole includes a first hole formed in order from the front end side to the rear end side, and a second hole having a larger hole diameter than the hole diameter of the first hole.
- the diameter of the first hole is larger than the outer diameter of the base end portion of the projecting portion 55 a of the second electrode portion 55, and the distal end portion of the projecting portion 55 a is exposed to the second hole of the support member 65.
- the hole diameter of the second hole is larger than the outer diameter of the distal end portion having the insertion hole 22a of the coil spring 70 in the conductive member 22 of the signal processing unit 200 described later. Further, the hole diameter of the second hole is smaller than the outer diameter of the end 23a of the insulating member 23 of the signal processing unit 200 described later, and the end 23a of the insulating member 23 is fitted into the second hole with an interference fit. (Press-fit) Thereby, the support member 65 functions as a member that supports the tip portion of the insulating member 23.
- the outer peripheral surface of the support member 65 has three outer peripheral surfaces with different diameters, and the first outer peripheral surface on the tip side is a relief portion when the pressure member 80A is fixed. Further, the second outer peripheral surface forms a ring-shaped protrusion 65a, and the outer periphery is for fitting the pressurizing member 80A, which is larger than the inner peripheral surface of the pressurizing member 80A, and the pressurizing member 80A is tight. It is fitted (press-fit) with a fit. At this time, the ring-shaped protrusion 80d on the rear end side of the pressure member 80A is hooked and positioned by the ring-shaped protrusion 65a of the support member 65. The third outer peripheral surface is fitted to the inner periphery on the rear end side of the housing 31 and fixed by welding.
- the support member 65 is preferably made of stainless steel.
- the pressure member 80A is a cylindrical member that covers the outer periphery of the pressure transmission member 50, the piezoelectric element 10, the second electrode portion 55, the insulating ring 60, the support member 65, and the like. 80d, a cylindrical part 80c, and a ring-shaped protrusion 80d on the rear end side.
- the cylindrical portion 80a is fitted to the outer peripheral portion of the pressure transmission member 50 and is fixed by welding.
- the cylindrical portion 80b is a thin spring portion for applying a preload to the piezoelectric element 10.
- a part of the cylindrical portion 80 c is fitted with a ring-shaped protrusion 65 a formed on the support member 65.
- the cylindrical portion 80d of the pressure member 80A is hooked and positioned with respect to the ring-shaped protrusion 65a of the support member 65.
- the material of the pressure member is preferably made of stainless steel.
- the coil spring 70 has an inner diameter that is slightly smaller than the outer diameter of the tip of the protruding portion 55a of the second electrode portion 55, and the outer diameter is smaller than the diameter of the insertion hole 22a of the conductive member 22 described later.
- the tip of the protruding portion 55 a of the second electrode portion 55 is inserted into the coil spring 70 by light press-fitting, and the coil spring 70 is inserted into the insertion hole 22 a of the conductive member 22.
- the length of the coil spring 70 is set so as to be compressed between the second electrode portion 55 and the insertion hole 22 a, and conducts the pressure signal from the piezoelectric element 10 to the conductive member 22.
- the material of the coil spring 70 is preferably made of an alloy having high elasticity and excellent durability, heat resistance, touch resistance, etc., and having a surface plated with gold to enhance electrical conductivity.
- the holding member 300 is a thin cylindrical member, and is provided with a protruding portion 300a protruding inward from the inner peripheral surface at the rear end portion. After the holding member 300 is mounted on the housing 32, the holding member 300 is caulked by pressurizing a portion corresponding to the concave portion 335 a provided in the fifth outer peripheral surface 335 from the outside. Thereby, the holding member 300 is fixed with respect to the housing
- the circuit board unit 21 is protected by being electrically connected (GND).
- FIG. 19A shows an assembly procedure of the piezoelectric element part inside the pressure detection unit 100
- FIG. 19B shows an assembly procedure of the pressure detection unit 100
- FIG. The procedure for assembling the pressure detection unit 100 is shown in FIG.
- the welded portion is marked with “ ⁇ ” for convenience, but does not indicate the actual shape, but merely indicates the “welded portion”. The same applies to the following description.
- FIGS. 19 (a), (b), (c) [Description of Assembly Procedure of Pressure Detection Unit 100: FIGS. 19 (a), (b), (c)]
- the pressure member 80 ⁇ / b> A is attached to the support member 65.
- the cylindrical portion of the pressure member 80A is passed from the rear end side of the support member 65.
- the ring-shaped protrusion 65a formed on the outer periphery of the support member 65 is pushed in until the ring-shaped protrusion 80d formed on the inner periphery of the pressure member 80A is hooked.
- the outer diameter of the ring-shaped protrusion 65a formed on the support member 65 is larger than the inner diameter of the corresponding pressure member 80A and is fitted (press-fit) with an interference fit.
- the insulating ring 60, the second electrode portion 55, the piezoelectric element 10, and the pressure transmitting portion (50) of the diaphragm 45 are inserted in this order from the distal end side of the pressure member 80A.
- a preload is applied.
- an assembly jig (not shown) may be used. Set the aforementioned assembly on the assembly jig.
- the thin spring portion 80b formed in the central portion of the pressure member 80A (FIG. 18 ( The load is applied in the direction (center line direction) in which the pressure member 80A is extended using the step b).
- a method of irradiating a laser beam over the entire circumference from the outside of the pressure member 80A toward the center line direction may be adopted.
- the laser beam may be irradiated on the entire circumference, or spot irradiation may be performed at equal intervals in the circumferential direction.
- spot irradiation may be performed at equal intervals in the circumferential direction.
- the step of the thin spring portion 80b formed on the pressing member 80A is used as a method of applying a load in the direction of extending the pressing member 80A (center line direction). You may use it, providing a notch. As a result, a preload acts on the piezoelectric element 10 and is fixed.
- the above-described piezoelectric element portion is assembled in the housing 31.
- the piezoelectric element portion is inserted from the front end side of the housing 31.
- the diaphragm 45 is fitted (press-fitted) into the end surface 31a of the housing 31 with an interference fit using the entry portion 41a as a guide.
- the engaging portion is fixed with the end surface 31a of the housing 31 and the abutting surface 41b of the diaphragm in contact with each other (welding 2).
- the housing 31 and the support member 65 are fixed (welding 3). Thereby, a pressure detection part is assembled.
- step (c) of FIG. 19 the pressure detection unit assembled in step (b) is assembled in the housing 32.
- the coil spring 70 is assembled in advance to the protruding portion 55a formed in the second electrode portion.
- the second outer peripheral portion of the housing 31 of the pressure detection unit assembled in the step (b) is inserted into the hole portion 321 of the housing 32 and is fitted (press-fitted) with an interference fit.
- the assembly in step (b) is fixed in a state where the vertical surface 315b of the protruding portion 315 of the housing 31 is in contact with the front end surface of the housing 32 (welding 4). Thereby, the pressure detection unit 100 is completed.
- the housing 32 When the combustion pressure sensor 5H configured as described above is attached to the cylinder head 4 (see FIG. 2), the housing 32 has a female screw portion provided in the communication hole 4a of the cylinder head from its male screw portion 332a. It is electrically connected to the cylinder head 4 through 4e and is grounded to the vehicle body.
- the combustion pressure generated in the combustion chamber C acts on the diaphragm 45 at the tip of the combustion pressure sensor 5H, acts on the piezoelectric element 10 via the pressure transmission portion (50), and becomes the combustion pressure. A corresponding charge is generated.
- the electric charge generated in the piezoelectric element 10 is supplied to the circuit board unit 21, amplified by the circuit board unit 21, and a voltage corresponding to the electric charge is supplied to the control device 6 through the connection pin and the transmission cable 8. .
- the cylindrical part 80b of the pressing member 80A is a thin spring part for applying a preload to the piezoelectric element 10, it is not limited to such a form. Between the fixed portions of the pressure member, the width of the cylindrical portion 80b and the position and thickness of the thin portion in the center line direction can be freely configured.
- the load is applied in the direction in which the pressure member 80A is extended using the step of the thin-walled spring portion 80b” is not limited thereto.
- a ring-shaped groove may be provided in the cylindrical portion 80a of the pressure member 80A, and a load may be applied in the extending direction using the groove.
- a notch may be provided in the cylindrical portion 80a, and a load may be applied in the extending direction using the notch.
- FIG. 20A is an enlarged cross-sectional view of the pressure detection unit 100 of the combustion pressure sensor 5I using the pressurizing member 80B
- FIG. 20B is a partial cross-sectional view of the pressurizing member 80B.
- the combustion pressure sensor 5I according to the eleventh embodiment is different from the combustion pressure sensor 5H according to the tenth embodiment in that, in the pressurizing member 80B, the thin spring portion that is a load adjusting portion is positioned at the position of the tubular portion 80b ( What is in the center portion is that it is disposed at the position of the cylindrical portion 80c (on the support member 65 side). As a result, the position of the spring portion is slightly away from the combustion chamber C. Since the other basic configuration is the same as that of the tenth embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
- the assembly procedure of the eleventh embodiment differs only in the position of the load adjusting portion of the pressing member 80B shown in FIGS. 19 (a), 19 (b), and 19 (c).
- FIG. 19A the cylindrical portion of the pressure member 80B is passed from the rear end side of the support member 65.
- the ring-shaped protrusion 65a formed on the outer periphery of the support member 65 is pushed in until the ring-shaped protrusion 80d formed on the inner periphery of the pressure member 80B is hooked.
- the outer diameter of the ring-shaped protrusion 65a formed on the support member 65 is larger than the hole diameter of the ring-shaped protrusion 80d formed on the inner periphery of the pressure member 80B and is fitted (press-fitted) with an interference fit.
- the insulating ring 60, the second electrode portion 55, the piezoelectric element 10, and the diaphragm 45 are inserted in this order from the distal end side of the pressure member 80B.
- the position of the step is different, so the jig needs to be changed.
- Other assembly procedures are the same as those shown in FIGS. 19B and 19C, and thus redundant description is omitted.
- the combustion pressure sensor 5I according to the eleventh embodiment is obtained.
- FIG. 21A is an enlarged cross-sectional view of the pressure detector 100 of the combustion pressure sensor 5J using the pressurizing member 80C
- FIG. 21B is a front view of the pressurizing member 80C.
- the combustion pressure sensor 5J of the twelfth embodiment is different from the combustion pressure sensor 5H of the tenth embodiment in that the thin spring portion that is the load adjusting portion of the pressurizing member 80B is a cylinder.
- the load adjustment part of the pressurization member 80C is provided in the position of the cylindrical part 80c, and has the spring structure which consists of a some notch and a some board part.
- the spring constant smaller (the change in load with respect to the displacement amount) is smaller than that of the thin spring structure. Since the other basic configuration and assembly procedure are the same as those in the tenth embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Thereby, the combustion pressure sensor 5J according to the twelfth embodiment is obtained.
- the load adjustment part of a pressurization member can design a spring with a smaller load change with respect to a displacement amount. That is, it is possible to obtain a spring means with less load variation with respect to the dimensional variation in the center line direction of the pressure transmission member, the piezoelectric element, the second electrode, the insulating ring, and the support member.
- a more accurate preload can be applied, and the sensitivity and linearity can be improved and a highly accurate pressure signal can be obtained.
- the spring portion provided on the pressurizing member is located away from the pressure receiving portion, the temperature of the combustion chamber is hardly transmitted to the spring portion. Therefore, the influence of heat on the spring characteristics can be suppressed, and short-term temperature drifts such as inter-cycle temperature drift can be suppressed. Thereby, a highly accurate pressure signal can be obtained.
- FIG. 22A is an enlarged cross-sectional view of the pressure detection unit 100 of the combustion pressure sensor 5K using the pressurizing member 80D
- FIG. 22B is a partial cross-sectional view of the pressurizing member 80D
- FIG. 23 is a cross-sectional view showing an assembly procedure of the pressure detector 100 of the combustion pressure sensor 5K.
- the combustion pressure sensor 5K according to the thirteenth embodiment differs from the combustion pressure sensor 5I according to the eleventh embodiment (FIG. 20) in the structure of the pressure member 80D.
- the fixing portion with 50) is fixed by latching, and the fixing portion with the support member 65 is fixed by welding. Since other basic configurations and assembly procedures are the same as those in the eleventh embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals, and duplicate descriptions are partially omitted.
- the pressure transmission member (50) and the diaphragm (40) are configured separately.
- the pressure transmitting member (50) is provided with a latching step for latching the pressure member at a part thereof.
- a ring-shaped protrusion 80d provided on the tip side of the pressure member 80D can be hooked to the step. Further, there is no ring-shaped projection for hooking with the support member 65 on the rear end side of the pressure member 80D, and the pressure member 80D is configured to be fixed by welding.
- the step of the cylindrical portion 80c formed on the support member 65 side of the pressure member 80D is used to apply a load in the direction (center line direction) in which the pressure member 80D is extended.
- the engaging portion between the cylindrical portion of the pressure member 80D and the support member 65 is fixed (welding 1). Thereby, a piezoelectric element part is assembled.
- the central projecting portion of the diaphragm (40) and the central projecting portion of the pressure transmission member (50) are concentrically fixed (welding 2).
- the diaphragm is integrated, and the piezoelectric element 10 is preloaded and fixed.
- the above-described piezoelectric element portion is assembled to the housing 31.
- the piezoelectric element portion is inserted from the front end side of the housing 31.
- the diaphragm 45 is fitted (press-fitted) into the end surface 31a of the housing 31 with an interference fit using the entry portion 41a as a guide.
- the engaging portion is fixed with the end surface 31a of the housing 31 and the abutting surface 41b of the diaphragm in contact with each other (welding 3).
- the housing 31 and the support member 65 are fixed (welding 4). Thereby, a pressure detection part is assembled.
- step (c) of FIG. 23 the pressure detection unit assembled in step (b) is assembled in the casing 32.
- the coil spring 70 is assembled in advance to the protruding portion 55a formed in the second electrode portion.
- the second outer peripheral portion of the housing 31 of the pressure detection unit assembled in the step (b) is inserted into the hole portion 321 of the housing 32, and fitted (press-fit) with an interference fit.
- the assembly in step (b) is fixed in a state where the vertical surface 315b of the protruding portion 315 of the housing 31 is in contact with the front end surface of the housing 32 (welding 5). Thereby, the pressure detection unit 100 is completed, and the combustion pressure sensor 5K according to the thirteenth embodiment is obtained.
- the position of the spring portion is the central portion or the support member side, but is not limited to such a form.
- the position of the spring portion may be on the diaphragm side.
- the spring part of the pressurizing member is a thin spring part or a spring part composed of a plurality of notches and a plurality of plate parts, it is not limited to such a form.
- the spring portion may have a coiled spring structure, a bellows-like spring structure, or any other spring structure.
- the spring part made thickness thin and provided the level
- the spring part and the fixed part may have the same thickness, or conversely, the spring part may be thick.
- either the fixing method by latching or the fixing method by welding may be adopted for the fixing portion on the diaphragm side and the fixing portion on the support member side.
- SYMBOLS 1 Internal combustion engine, 2 ... Cylinder block, 2a ... Cylinder, 3 ... Piston, 4 ... Cylinder head, 4a ... Communication hole 5, 5s, 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G, 5H, 5I, 5J, 5K ... Combustion pressure sensor, 6 ... Control device, 7 ... Sealing member, 8 ... Transmission cable, 8a ... Connector, 10 ... Piezoelectric element, 10a ... First electrode side end surface, 21 ... Circuit board part, 22 ... Conductive member 23 ... insulating member 24 ... O-ring 30 ... housing 31 ... first housing (housing) 32 ...
- second housing (housing) 40 diaphragm 45 ... integrated diaphragm 50 ... 1st electrode part, pressure transmission member, 55 ... 2nd electrode part, 60 ... insulating ring, 65 ... support member, 70 ... coil spring, 71 ... 1st seal member, 72 ... 2nd seal member, 80 , 8 A, 80B, 80C, 80D, 80E, 80F, 80G ... pressure member, 100 ... pressure detection unit, 200 ... signal processing unit, 300 ... holding member
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Abstract
筒状のハウジング30と、ハウジング30の先端側に設けられるダイアフラム40と、ハウジング30内の軸方向であってダイアフラム40の後端側に配置され、ダイアフラム40を介して作用する圧力を検知する圧電素子10と、ハウジング30内の軸方向であってダイアフラム40と圧電素子10との間にて圧電素子10に当接して設けられ、ダイアフラム40を介して作用する圧力を圧電素子10に伝達する第1の電極部50と、圧電素子10の後端を支持する支持部材65と、第1の電極部50をハウジング30の軸方向に向けて加圧するようにハウジング30または支持部材65に固定されることで圧電素子10に荷重を作用させる加圧部材80と、を備える圧力検出装置。
Description
本発明は、圧力検出装置および圧力検出装置付き内燃機関に関する。
従来、内燃機関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。
例えば、特許文献1に記載された従来の圧力センサ(圧力検出装置)について説明する。尚、理解し易いように発明の主旨を外さない範囲において、部品名称を本願にそろえている。燃焼圧センサは、中空筒状に形成したハウジングの前端部にダイアフラムを封着し、ダイアフラムの後端に圧電素子を挟んで圧力伝達部材と後部電極とが配設され、そして、支持部材に支持され、所定の予圧がかけられた状態で固定されている。燃焼圧センサは燃焼室内の圧力をダイアフラムにて受圧し、圧力伝達部材を介して圧電素子に伝達し、圧電素子に発生した電荷信号をリードピン及びレセプタクルを介して検知器により検知するように構成されている。
例えば、特許文献1に記載された従来の圧力センサ(圧力検出装置)について説明する。尚、理解し易いように発明の主旨を外さない範囲において、部品名称を本願にそろえている。燃焼圧センサは、中空筒状に形成したハウジングの前端部にダイアフラムを封着し、ダイアフラムの後端に圧電素子を挟んで圧力伝達部材と後部電極とが配設され、そして、支持部材に支持され、所定の予圧がかけられた状態で固定されている。燃焼圧センサは燃焼室内の圧力をダイアフラムにて受圧し、圧力伝達部材を介して圧電素子に伝達し、圧電素子に発生した電荷信号をリードピン及びレセプタクルを介して検知器により検知するように構成されている。
また、特許文献2に記載の燃焼圧センサは、ハウジングの先端部に、球状突起を有する金属性のダイアフラムを配設し、ダイアフラムの球状突起と圧力検出部との間に、セラミックス製などの応力集中を緩和させる圧力伝達部材を入れて検出部の変形や破壊を防ぐ構成となっている。
また、特許文献3に記載の燃焼圧センサは、筒状のハウジングの前端面にダイアフラムが固定され、ダイアフラムはハウジングの前端面に固定されるフランジ部と、フランジの内周縁に沿って設けられたダイアフラム部と、ダイアフラムに連結する圧力伝達部とから構成されている。また、圧力伝達部はダイアフラムに連結する側の面が、圧力検出部に当接する側の面よりも縮径して形成されていて、圧電素子の破損を防止し燃焼圧を的確に圧力検出部に伝達する構成になっている。
ダイアフラムは、燃焼室内の圧力を受け、その圧力を圧電素子に伝達する機能を有する。このダイアフラムに、装置組立て時に後端部より圧電素子に加えられる予荷重を支持する予荷重支持機能をも持たせると、ダイアフラムの剛性を高くする必要が生じる。その結果、ダイアフラムの剛性が、燃焼圧力の受圧と圧電素子への圧力伝達機能を満足するのに必要な剛性以上に高くなり、燃焼圧力の受圧と圧電素子への圧力伝達が確度高く行われないおそれがあり、また、精度が悪化するおそれがある。
特許文献1に記載された従来の燃焼圧センサの構造において、ダイアフラムは燃焼室内の圧力を受け、その圧力を圧電素子に伝達する機能を有する。一方、燃焼圧センサは組立時に、圧電素子に予め定められた荷重(予荷重)を加える必要がある。しかしながら従来例では、ダイアフラムが予荷重を与える機能を有している。そのため、ダイアフラムにとって燃焼圧を受圧するために必要な剛性以上の剛性を必要とし、燃焼圧の受圧と圧電素子への圧力伝達において、精度が低下してしまう恐れがあり、高精度の圧力信号を得られないという懸念があった。
内燃機関の燃焼工程において、ノッキングなどが発生した場合に、異常燃焼とともに過大な圧力変動が発生する。しかしながら、特許文献1に記載された従来の燃焼圧センサでは、過大な圧力変動が発生したときに、ダイアフラムの球状先端を有する突起部と圧力伝達部材との当接部でバウンスが発生し、当接部が摩耗し、信頼性のある圧力信号を得られなくなるという懸念がある。又、検出素子には感度および直線性を高めるために予め定められた荷重(予荷重)をかけておく必要があるが、従来例では、ダイアフラムが予荷重を与える機能を有している。そのため、ダイアフラムにとって燃焼圧を受圧するために必要な剛性以上の剛性を必要とし、高精度の圧力信号を得られないという懸念があった。
また、特許文献2に記載された従来の燃焼圧センサの構造において、ダイアフラムはダイアフラム部と圧力伝達部が一体構成になっていて圧力伝達部が広い面積で圧電素子に当接する構成になっている。しかしながら従来例は、ダイアフラムが予荷重を与える機能を有している。そのため、ダイアフラムにとって燃焼圧を受圧するために必要な剛性以上の剛性を必要とし、高精度の圧力信号を得られないという懸念があった。
本発明は、燃焼圧力の受圧と圧電素子への圧力伝達を、より高確度かつ高精度に行うことができる装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、ダイアフラムの受圧感度を向上させ、かつ、圧電素子に高精度の予荷重を与え、高精度の圧力信号を得られる装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、ダイアフラムの受圧感度を向上させ、且つ、ダイアフラムと圧力伝達部材との当接部におけるバウンスと摩耗を防止し、高精度で高信頼性の圧力信号を得られる装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、ダイアフラムの受圧感度を向上させ、かつ、圧電素子に高精度の予荷重を与え、高精度の圧力信号を得られる装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、ダイアフラムの受圧感度を向上させ、且つ、ダイアフラムと圧力伝達部材との当接部におけるバウンスと摩耗を防止し、高精度で高信頼性の圧力信号を得られる装置を提供することを目的とする。
かかる目的のもと、本発明は、筒状のハウジングと、前記ハウジングの先端側に設けられるダイアフラムと、前記ハウジング内の軸方向であって前記ダイアフラムの後端側に配置され、当該ダイアフラムを介して作用する圧力を検知する圧電素子と、前記ハウジング内の軸方向であって前記ダイアフラムと前記圧電素子との間にて当該圧電素子に当接して設けられ、当該ダイアフラムを介して作用する圧力を当該圧電素子に伝達する圧力伝達部と、前記圧電素子の後端を支持する支持部材と、前記圧力伝達部を前記ハウジングの軸方向に向けて加圧するように前記ハウジングまたは前記支持部材に固定されることで前記圧電素子に荷重を作用させる加圧部材と、を備えることを特徴とする圧力検出装置である。
ここで、前記ダイアフラムは中央領域にて後端側へ突出した突出部を有し、前記加圧部材は、前記圧力伝達部、前記圧電素子の外周を覆う筒状の部位と、当該筒状の部位における先端側の端部から内側へ延出するとともに中央部には前記ダイアフラムの前記突出部を通す孔が形成された延出部と、を有するとよい。これにより、圧電素子を加圧することができるとともに、ダイアフラムに燃焼圧力の受圧と圧電素子への圧力伝達機能を発揮させることができる。
また、前記圧力伝達部が前記圧電素子に当接する部位の前記軸方向に交差する方向の面積は、前記ダイアフラムの前記突出部が当該圧力伝達部に当接する部位の当該軸方向に交差する方向の面積よりも大きいとよい。圧電素子を大きくすることなく圧電素子を破損し難くすることができる。
そして、前記加圧部材は、一端が前記圧力伝達部に固定され他端は前記支持部材に固定され、前記二つの固定部間は筒状部よりなり、当該筒状部が荷重調整部となっているとよい。圧電素子に加える予荷重は、一端を圧力伝達部材に固定し、他端を支持部材に固定した加圧部材に予荷重を与える機能を持たせるようにしたので、ダイアフラムに予荷重を与える機能を持たせる必要がない。このため、ダイアフラムは燃焼圧を受圧し、圧力伝達部材に伝達するために必要な剛性のみを持てばよく、燃焼圧の受圧感度を向上させ、高精度の圧力信号を得ることができる。
ここで、前記加圧部材に設けられた前記荷重調整部は薄肉状のバネ部であるとよい。加圧部材に設けられた荷重調整部を薄肉状のバネ部とすることで、高精度の予荷重を圧電素子に与えることができ、高精度の圧力信号を得ることができる。
さらに、前記加圧部材に設けられた前記荷重調整部は蛇腹状のバネ部であるとよい。加圧部材に設けられた荷重調整部を蛇腹状のバネ部とすることで、高精度の予荷重を圧電素子に与えることができ、高精度の圧力信号を得ることができる。
また、前記加圧部材に設けられた前記荷重調整部は複数の切り欠きと前記切り欠きの間に位置する複数の板部とからなるバネ部であるとよい。加圧部材に設けられた荷重調整部を複数の切り欠きと、切り欠きの間に位置する複数の板部とからなるバネ部とすることで、高精度の予荷重を圧電素子に与えることができ、高精度の圧力信号を得ることができる。
そして、前記加圧部材に設けられた前記荷重調整部はコイル状のバネ部であるとよい。加圧部材に設けられた荷重調整部をコイル状のバネ部とすることで、高精度の予荷重を圧電素子に与えることができ、高精度の圧力信号を得ることができる。
さらに、前記加圧部材に設けた前記荷重調整部が前記筒状部の中央より前記支持部材側に設けられるとよい。これにより、加圧部材に設けたバネ部が受圧部から離れた位置になるので、燃焼室の温度がバネ部に伝わり難くなる。そのため、バネ特性の熱による影響を抑制し、サイクル間温度ドリフトのような短期の温度ドリフトを抑制する効果があり、高精度の圧力信号を得ることができる。
また、前記ダイアフラムと前記圧力伝達部は一体に構成されているとよい。ダイアフラムと圧力伝達部材を一体に構成することで、ダイアフラムと圧力伝達部材との当接部のバウンス及び摩耗を防止でき、高精度で高信頼性の圧力信号を得ることができる。
そして、前記加圧部材は、一端が前記圧力伝達部に固定され他端は前記支持部材に固定され、当該二つの固定部間は筒状部よりなり、前記ダイアフラムと前記圧力伝達部は一体に構成されているとよい。圧電素子に加える予荷重は、一端を圧力伝達部材に固定し他端を支持部材に固定した加圧部材に予荷重を与える機能を持たせるようにしたので、ダイアフラムに予荷重を与える機能を持たせる必要がない。このため、ダイアフラムは燃焼圧を受圧し、圧力伝達部材に伝達するために必要な剛性のみを持てばよく、燃焼圧の受圧感度を向上させ、高精度の圧力信号を得ることができる。又、ダイアフラムと圧力伝達部材を一体構成としたので、ダイアフラムと圧力伝達部材との当接部のバウンスと摩耗を防止することができ、高精度で高信頼性の圧力信号を得ることができる。
ここで、前記加圧部材に設けられた前記筒状部が荷重調整部となっているとよい。加圧部材に設けられた筒状部を荷重調整部とすることにより、より高精度の予荷重を圧電素子に与えることができ、高精度の圧力信号を得ることができる。
また、前記加圧部材に設けられた前記荷重調整部は前記筒状部の中央より前記支持部材側に設けるとよい。加圧部材に設けたバネ部が受圧部から離れた位置になるので、燃焼室の温度がバネ部に伝わり難くなる。そのため、バネ特性への熱による影響を抑制し、サイクル間温度ドリフトのような短期の温度ドリフトを抑制することができる。これにより、高精度の圧力信号を得ることができる。
また、他の観点から捉えると、本発明は、燃焼室内と外部とを連通する連通孔が形成されたシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの前記連通孔に挿入可能な筒状のハウジングと、当該ハウジングの挿入方向先端側に設けられるダイアフラムと、当該ハウジングの軸方向であって当該ダイアフラムの後端側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知する圧電素子と、当該ハウジング内の軸方向であって当該ダイアフラムと当該圧電素子との間にて当該圧電素子に当接して設けられ、当該ダイアフラムを介して作用する圧力を当該圧電素子に伝達する圧力伝達部と、当該圧電素子の後端を支持する支持部材と、当該圧力伝達部を当該ハウジングの軸方向に向けて加圧するように当該ハウジングまたは当該支持部材に固定されることで当該圧電素子に荷重を作用させる加圧部材とを有する圧力検出装置と、を有することを特徴とする圧力検出装置付き内燃機関である。
本発明によれば、燃焼圧力の受圧と圧電素子への圧力伝達を、より高確度かつ高精度に行うことができる。
また、本発明によれば、ダイアフラムの受圧感度を向上させることができる。又、加圧部材の筒状部を荷重調整部としたので、圧電素子に対して高精度に予荷重を設定でき、感度および直線性を高めることができる。この結果、高精度の圧力信号を得ることができる。
また、ダイアフラムと圧力伝達部材を一体構成としたので、ダイアフラムと圧力伝達部材との当接部におけるバウンスと摩耗を防止することができる。これにより、高精度で高信頼性の圧力信号を得ることができる。
また、本発明によれば、ダイアフラムの受圧感度を向上させることができる。又、加圧部材の筒状部を荷重調整部としたので、圧電素子に対して高精度に予荷重を設定でき、感度および直線性を高めることができる。この結果、高精度の圧力信号を得ることができる。
また、ダイアフラムと圧力伝達部材を一体構成としたので、ダイアフラムと圧力伝達部材との当接部におけるバウンスと摩耗を防止することができる。これにより、高精度で高信頼性の圧力信号を得ることができる。
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特定しない。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説明例に過ぎない。又、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ていることがある。又、以下の説明において同一部品、同一構成要素には同一の名称、符号を付し詳細説明を適宜省略することがある。
[内燃機関に従来の燃焼圧センサを取り付けた概略構成と、本発明の各実施形態を適用する燃焼圧センサの構成に関する説明:図1~図3]
図1は、本実施の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A部の拡大図である。
まず、一般的な内燃機関に従来の燃焼圧センサを取り付けた概略構成について、図1~図3を用いて説明する。図1において、符号1は本発明の燃焼圧センサが組み込まれる内燃機関である。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およびピストンなどとともに燃焼室Cを構成するシリンダヘッド4を備えている。
図1は、本実施の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A部の拡大図である。
まず、一般的な内燃機関に従来の燃焼圧センサを取り付けた概略構成について、図1~図3を用いて説明する。図1において、符号1は本発明の燃焼圧センサが組み込まれる内燃機関である。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およびピストンなどとともに燃焼室Cを構成するシリンダヘッド4を備えている。
又、内燃機関1はガソリンエンジンなどの場合、通常、シリンダヘッド4に装着されて燃焼室C内の混合気を爆発させるための点火プラグ(図示なし)と、シリンダヘッド4に装着されて燃焼室C内に燃料を噴射するインジェクタ(図示なし)とを備えているが、ここではそれらの説明を省略する。内燃機関1には燃焼室内の圧力を検出するために備えられた圧力検出装置の一例としての燃焼圧センサ5が装着されている。シリンダヘッド4には、燃焼圧センサ5を装着するための燃焼室Cと外部とを連通する連通孔4aが設けられており、燃焼圧センサ5が貫通した状態で取り付けられている。
燃焼圧センサ5は、シリンダヘッド4との間に介在し燃焼室C内の気密を保つためのシール部材7とともに、後述する連通孔に形成されたネジによって締め付けられ固定されている。又、燃焼圧センサ5が検出した圧力信号を伝送するための伝送ケーブル8と、送られた圧力信号を処理し内燃機関1に適切な制御を指示するための制御装置6とを備えている。
次に、本発明の各実施形態の燃焼圧センサのシリンダヘッド4への取り付け構成について図2(図1のA部拡大図)を用いて説明する。図2において、シリンダヘッド4には燃焼室Cと外部とを連通する連通孔4aが形成されている。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の孔径から徐々に径が拡大している傾斜部4cと、第1の孔部4bの孔径よりも大きい第2の孔部4dとを有している。第2の孔部4dを形成する周囲の孔壁には雌ネジ部4eが形成されており、燃焼圧センサ5の第2のハウジング32に形成された雄ネジ332aがネジ込まれ、第1のシール部材71とともに締め付け固定される。
燃焼圧センサ5は、その先端にある圧力検出部100が受圧部であり、前述したシリンダヘッド4に設けられた連通孔4aの第1の孔部4b部にダイアフラム40が燃焼室Cに臨む位置に挿入し固定されている。このとき、燃焼圧センサ5の圧力検出部の傾斜面315a(後述する第1のハウジング31の外周部)とシリンダヘッド4に形成された連通孔4aの傾斜部4cとの間には第2のシール部材72が挿入され、前述した第1のシール部材71とともに締め付け固定される。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。
又、燃焼圧センサ5において、シリンダヘッド4の外側部には6角ネジ部(第4の外周面334)が形成され、その上部には保持部材300が固定され、さらにその上部には信号処理部200の一部であるコネクタ部が露出している。さらに、制御装置6に圧力信号を伝送する伝送ケーブル8がコネクタ8aにより接続されている。また、コネクタ8aに設けられたフックがコネクタ部に形成された孔に係合し固定されている。
次に、本発明の各実施形態を適用する燃焼圧センサの全体構成について、図3を用いて説明する。図3は本発明の各実施形態を適用する燃焼圧センサの分解斜視図であり、各部を要素ごとに分解している。
本発明の各実施形態を適用する燃焼圧センサ5は燃焼室C内に発生する燃焼圧を電気信号に変える圧電素子を有する圧力検出部100と、圧力検出部100からの信号を処理する信号処理部200とを備えている。尚、各部の詳細な構成については後述する実施形態の中で説明する。又、以下の説明において、図3の左端に位置するダイアフラム40側を燃焼圧センサ5の先端側、右端側の信号処理部200側を燃焼圧センサ5の後端側と呼び、又、ダイアフラムの中心線方向を単に中心線方向と呼ぶ。
〔第1の実施形態〕
以下に、燃焼圧センサ5について詳述する。
燃焼圧センサ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を有する圧力検出部100と、圧力検出部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。この燃焼圧センサ5をシリンダヘッド4に装着する際には、圧力検出部100の後述するダイアフラム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。
以下に、燃焼圧センサ5について詳述する。
燃焼圧センサ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を有する圧力検出部100と、圧力検出部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。この燃焼圧センサ5をシリンダヘッド4に装着する際には、圧力検出部100の後述するダイアフラム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。
図4は第1の実施形態の燃焼圧センサ5の断面図であり、図5は図4の圧力検出部100の拡大断面図である。
先ずは、圧力検出部100について説明する。
圧力検出部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。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、圧力検出部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40と、ダイアフラム40と圧電素子10との間に設けられた第1の電極部50と、圧電素子10に対して第1の電極部50とは反対側に配置された第2の電極部55と、を備えている。
先ずは、圧力検出部100について説明する。
圧力検出部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。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、圧力検出部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40と、ダイアフラム40と圧電素子10との間に設けられた第1の電極部50と、圧電素子10に対して第1の電極部50とは反対側に配置された第2の電極部55と、を備えている。
また、圧力検出部100は、第2の電極部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の後述する絶縁部材23の端部を支持する支持部材65と、第2の電極部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。
また、圧力検出部100は、第1の電極部50、圧電素子10、第2の電極部55、絶縁リング60および支持部材65などの外周を覆うとともに、第1の電極部50の先端側の面と接触して第1の電極部50を加圧する加圧部材80を備えている。
また、圧力検出部100は、第1の電極部50、圧電素子10、第2の電極部55、絶縁リング60および支持部材65などの外周を覆うとともに、第1の電極部50の先端側の面と接触して第1の電極部50を加圧する加圧部材80を備えている。
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。
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。圧電単結晶としては、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。
ハウジング30は、先端側に設けられた第1のハウジング31と、後端側に設けられた第2のハウジング32と、を有する。
第1のハウジング31は、基本的に円筒状の部材であり、外周面には、中心線方向の中央部に、外周面から突出する突出部315が周方向の全域に渡って設けられている。突出部315は、先端部に、先端側から後端側にかけて徐々に径が大きくなる傾斜面315aを有し、後端部に、中心線方向に垂直な垂直面315bを有している。第1のハウジング31の内周面は、加圧部材80の外周面がしまりばめで嵌合(圧入)されるように、その内径が加圧部材80の外周面の径以下となるように設定されている。
第1のハウジング31は、基本的に円筒状の部材であり、外周面には、中心線方向の中央部に、外周面から突出する突出部315が周方向の全域に渡って設けられている。突出部315は、先端部に、先端側から後端側にかけて徐々に径が大きくなる傾斜面315aを有し、後端部に、中心線方向に垂直な垂直面315bを有している。第1のハウジング31の内周面は、加圧部材80の外周面がしまりばめで嵌合(圧入)されるように、その内径が加圧部材80の外周面の径以下となるように設定されている。
第2のハウジング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の孔321と、第1の孔321の孔径よりも小さな孔径の第2の孔322と、第2の孔322の孔径よりも大きな孔径の第3の孔323と、第3の孔323の孔径よりも大きな孔径の第4の孔324と、第4の孔324の孔径よりも大きな孔径の第5の孔325と、から構成される。
第2のハウジング32における先端部は、第1のハウジング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の孔321の孔径は、第1のハウジング31の外周面の径以下となるように設定されている。
孔320は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第1の孔321と、第1の孔321の孔径よりも小さな孔径の第2の孔322と、第2の孔322の孔径よりも大きな孔径の第3の孔323と、第3の孔323の孔径よりも大きな孔径の第4の孔324と、第4の孔324の孔径よりも大きな孔径の第5の孔325と、から構成される。
第2のハウジング32における先端部は、第1のハウジング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の孔321の孔径は、第1のハウジング31の外周面の径以下となるように設定されている。
外周面330は、先端側から後端側にかけて、第1の外周面331と、第1の外周面331の外径よりも大きな外径の第2の外周面332と、第2の外周面332の外径よりも大きな外径の第3の外周面333と、第3の外周面333の外径よりも大きな外径の第4の外周面334と、第4の外周面334の外径よりも小さな外径の第5の外周面335と、から構成される。第2の外周面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の外周面333には、後述する第1のシール部材71がすきまばめで嵌め込まれ、第3の外周面333の外径と第1のシール部材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の外周面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、燃焼圧センサ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の外周面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。
また、第2のハウジング32は、第4の孔324から第5の孔325への移行部分であり、第5の孔325における先端部には、信号処理部200の後述する絶縁部材23の基板被覆部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の接続ピンが差し込まれるピン用凹部340aが形成されている。
第1のハウジング31および第2のハウジング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。
また、第1のハウジング31と第2のハウジング32とは、嵌合された後、さらに、溶接により強固に固定される。
また、第1のハウジング31と第2のハウジング32とは、嵌合された後、さらに、溶接により強固に固定される。
ダイアフラム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のハウジング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。また、内側部42の、先端側の面における中央部にはこの面から圧電素子10側に凹んだ凹部42bが設けられている。
ダイアフラム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。
また、ダイアフラム40と第1のハウジング31とは、嵌合された後、さらに、溶接により強固に固定される。
円筒状部41における後端部は、ハウジング30の第1のハウジング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。また、内側部42の、先端側の面における中央部にはこの面から圧電素子10側に凹んだ凹部42bが設けられている。
ダイアフラム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。
また、ダイアフラム40と第1のハウジング31とは、嵌合された後、さらに、溶接により強固に固定される。
第1の電極部50は、基本的には円柱状の部材であり、先端側の外周には面取りが施されている。そして、先端側の端面がダイアフラム40の内側部42の突出部42aと、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。外周面が加圧部材80の内周面と接触すること、および/または先端側の端面がダイアフラム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の電極部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の電極部50は、ダイアフラム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の電極部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。
第1の電極部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の電極部50は、ダイアフラム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の電極部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。
第2の電極部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の電極部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の電極部55は、第1の電極部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の電極部55の外径は第1のハウジング31の第2の孔312の孔径よりも小さくなるように設定されており、第2の電極部55の外周面と第1のハウジング31の内周面との間には隙間がある。
第2の電極部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。
第2の電極部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。
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の電極部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のハウジング31の第2の孔312の孔径と略同じに設定されている。第2の電極部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のハウジング31の第2の孔312の中心とが同じになるように配置される。
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の孔651と、第1の孔651の孔径よりも大きな孔径の第2の孔652と、第2の孔652の孔径よりも大きな孔径の第3の孔653と、から構成される。第1の孔651の孔径は、第2の電極部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の孔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の孔653の孔径は、後述する信号処理部200の絶縁部材23の端部の外径よりも小さく、この絶縁部材23が第3の孔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、絶縁部材23の端部を支持する部材として機能する。
また、支持部材65の外周面には、加圧部材80に形成された後述する雌ねじ81aにねじ込まれる雄ねじ65aが形成されている。
孔650は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第1の孔651と、第1の孔651の孔径よりも大きな孔径の第2の孔652と、第2の孔652の孔径よりも大きな孔径の第3の孔653と、から構成される。第1の孔651の孔径は、第2の電極部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の孔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の孔653の孔径は、後述する信号処理部200の絶縁部材23の端部の外径よりも小さく、この絶縁部材23が第3の孔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、絶縁部材23の端部を支持する部材として機能する。
また、支持部材65の外周面には、加圧部材80に形成された後述する雌ねじ81aにねじ込まれる雄ねじ65aが形成されている。
コイルスプリング70は、内径が、第2の電極部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の電極部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の電極部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。
加圧部材80は、第1の電極部50、圧電素子10、第2の電極部55、絶縁リング60および支持部材65などの外周を覆う筒状の部位である筒状部81と、この筒状部81における先端部から内側へ延出する延出部82とを有する。筒状部81における後端側の内周面には、支持部材65の外周面に形成された雄ねじ65aがねじ込まれる雌ねじ81aが形成されている。また、延出部82には、ダイアフラム40の内側部42の突出部42aを通す貫通孔82aが形成されている。なお、筒状部81は、円筒(丸筒)であっても角筒であってもよい。
なお、加圧部材80の筒状部81における後端部が円筒状である場合、その外周面が第1のハウジング31の内周面に対してしまりばめで嵌合(圧入)されるように、その外径が第1のハウジング31の内周面の径以上となるように設定されている。そして、加圧部材80と第1のハウジング31とは、嵌合された後、さらに、溶接により強固に固定される。
なお、加圧部材80の筒状部81における後端部が円筒状である場合、その外周面が第1のハウジング31の内周面に対してしまりばめで嵌合(圧入)されるように、その外径が第1のハウジング31の内周面の径以上となるように設定されている。そして、加圧部材80と第1のハウジング31とは、嵌合された後、さらに、溶接により強固に固定される。
次に、信号処理部200について説明する。
信号処理部200は、圧力検出部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などを覆う絶縁部材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。
信号処理部200は、圧力検出部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などを覆う絶縁部材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。
以上のように構成された燃焼圧センサ5は、以下に示すように組み立てられる。
先ず、第1のハウジング31の端面31aとダイアフラム40の突当面41bとが接触するまで、第1のハウジング31とダイアフラム40とを嵌合(圧入)する。その後、第1のハウジング31の端面31aとダイアフラム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のハウジング31とダイアフラム40とを溶接する。
先ず、第1のハウジング31の端面31aとダイアフラム40の突当面41bとが接触するまで、第1のハウジング31とダイアフラム40とを嵌合(圧入)する。その後、第1のハウジング31の端面31aとダイアフラム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のハウジング31とダイアフラム40とを溶接する。
その後、第1のハウジング31における後端側の開口部から、加圧部材80を、ダイアフラム40の内側部42の突出部42aにおける後端側の端面である後端面42cと、加圧部材80の延出部82における後端側の端面82bとが同一面上となるまで挿入する。その位置で、第1のハウジング31と加圧部材80とを固定する。固定方法としては、第1のハウジング31の外部から、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部分的に照射してもよい。
その後、加圧部材80における後端側の開口部から、第1の電極部50および圧電素子10を挿入する。その後、第2の電極部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の電極部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のハウジング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のハウジング31における後端側の開口部から挿入する。
その後、圧電素子10の感度および直線性を高めるべく、第1のハウジング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の外周面に形成された雄ねじ65aを、加圧部材80に形成された雌ねじ81aに対してねじ込んでいき、支持部材65にて、絶縁リング60、第2の電極部55、圧電素子10、第1の電極部50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にて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と加圧部材80とを固定する。固定方法としては、第1のハウジング31の外部から、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)に、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と加圧部材80とを固定すると、第1のハウジング31内の圧電素子10に予荷重が作用した状態となる。
その後、第1のハウジング31の突出部315の垂直面315bと第2のハウジング32における先端側の端面とが接触するまで、第1のハウジング31と第2のハウジング32とを嵌合(圧入)する。その後、第1のハウジング31の垂直面315bと第2のハウジング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のハウジング31と第2のハウジング32とを溶接する。
以上のように構成された燃焼圧センサ5をシリンダヘッド4に装着する際には、圧力検出部100のダイアフラム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のハウジング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。
燃焼圧センサ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、燃焼圧センサ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。
燃焼圧センサ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、燃焼圧センサ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。
そして、内燃機関1の作動時には、圧力検出部100のダイアフラム40の内側部42に燃焼圧が付与する。ダイアフラム40に付与された燃焼圧が、第1の電極部50と第2の電極部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の電極部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に接続された接続ピン、伝送ケーブル8を介して制御装置6に供給される。
次に、シール部材7について説明する。
シール部材7は、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部100締め付け方向の端面と、燃焼圧センサ5のハウジング30の第3の外周面333と第4の外周面334とを接続する接続面との間に配置された第1のシール部材71を有している。また、シール部材7は、シリンダヘッド4の連通孔4aの傾斜部4cと、燃焼圧センサ5のハウジング30の第1のハウジング31の傾斜面315aとの間に配置された第2のシール部材72を有している。
シール部材7は、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部100締め付け方向の端面と、燃焼圧センサ5のハウジング30の第3の外周面333と第4の外周面334とを接続する接続面との間に配置された第1のシール部材71を有している。また、シール部材7は、シリンダヘッド4の連通孔4aの傾斜部4cと、燃焼圧センサ5のハウジング30の第1のハウジング31の傾斜面315aとの間に配置された第2のシール部材72を有している。
次に、本実施の形態に係る燃焼圧センサ5の圧電素子10、ダイアフラム40および第1の電極部50について詳述する。
先ずは、圧電素子10と第1の電極部50との関係について説明する。
燃焼室C内で、例えばノッキングが発生した場合には、ダイアフラム40および第1の電極部50を介して、圧電素子10には過大な力が生じるおそれがある。圧電素子10の材質は、ランガサイト系結晶あるいは水晶などの、圧電効果によって外力に比例した電荷を発生する材質であり、その許容面圧は、例えば金属の許容面圧よりも小さい。そのため、圧電素子10に生じる面圧を小さくすることが重要となる。圧電素子10に生じる面圧を小さくするには、圧電素子10自体を大きくすることも考えられるが、圧電素子10を大きくすると、圧電素子10を収納するハウジング30も大きくなってしまい、シリンダヘッド4に形成する連通孔4aも大きくなってしまう。
先ずは、圧電素子10と第1の電極部50との関係について説明する。
燃焼室C内で、例えばノッキングが発生した場合には、ダイアフラム40および第1の電極部50を介して、圧電素子10には過大な力が生じるおそれがある。圧電素子10の材質は、ランガサイト系結晶あるいは水晶などの、圧電効果によって外力に比例した電荷を発生する材質であり、その許容面圧は、例えば金属の許容面圧よりも小さい。そのため、圧電素子10に生じる面圧を小さくすることが重要となる。圧電素子10に生じる面圧を小さくするには、圧電素子10自体を大きくすることも考えられるが、圧電素子10を大きくすると、圧電素子10を収納するハウジング30も大きくなってしまい、シリンダヘッド4に形成する連通孔4aも大きくなってしまう。
そこで、本実施の形態に係る燃焼圧センサ5においては、圧電素子10と第1の電極部50とが接触する面積を大きくするべく、圧電素子10における先端側(第1の電極部50側)の端面である第1電極部側端面10aの大きさをできる限り大きくするとともに、第1の電極部50における後端側(圧電素子10側)の端面をできる限り大きくする。そのために、圧電素子10を円柱状とし、その外径を、第1のハウジング31の第1の孔311の孔径と略同じとする。あるいは、圧電素子10を直方体状とし、第1電極部側端面10aの対角線の長さを第1のハウジング31の孔径と略同じとする。他方、第1の電極部50の形状を、後端側の端面の面積が圧電素子10の第1電極部側端面10aの面積以上となる形状とする。つまり、圧電素子10が、外径が第1のハウジング31の孔径と略同じである円柱状、または第1電極部側端面10aの対角線の長さが第1のハウジング31の孔径と略同じである直方体状であることを考慮し、本実施の形態に係る第1の電極部50の形状を、外径が第1のハウジング31の孔径と略同じである円柱状とする。
次に、ダイアフラム40と第1の電極部50との関係について説明する。
上述したように、ダイアフラム40と第1のハウジング31とをレーザ溶接するが、レーザ溶接が適切に行われなかった場合には、ダイアフラム40の突当面41bと第1のハウジング31の端面31aとの隙間から燃焼ガスがハウジング30内に流入してしまうおそれがある。そこで、本実施の形態に係るダイアフラム40においては、第1のハウジング31における先端部と圧入する進入部41aを設け、ダイアフラム40と第1のハウジング31との隙間から燃焼ガスがハウジング30内に流入することを抑制する。
上述したように、ダイアフラム40と第1のハウジング31とをレーザ溶接するが、レーザ溶接が適切に行われなかった場合には、ダイアフラム40の突当面41bと第1のハウジング31の端面31aとの隙間から燃焼ガスがハウジング30内に流入してしまうおそれがある。そこで、本実施の形態に係るダイアフラム40においては、第1のハウジング31における先端部と圧入する進入部41aを設け、ダイアフラム40と第1のハウジング31との隙間から燃焼ガスがハウジング30内に流入することを抑制する。
ダイアフラム40の内側部42は、中央部に突出部42aと凹部42bとが設けられた円盤状の部材である。かかる形状とすることにより、燃焼ガスによりダイアフラム40が高温になったとしても、熱膨張により中央部が先端側に変移し難くなり、予荷重が初期値(組み立て時の値)より小さくなることが抑制される。そして、ダイアフラム40を介して伝達された燃焼室C内の圧力をより精度高く圧電素子10に伝達するべく、突出部42aの後端面42cの全面を、第1の電極部50における先端側の端面に接触させるようにする。すなわち、ダイアフラム40の突出部42aの後端面42cの面積よりも第1の電極部50の先端側の端面の面積の方を大きくする。
上述したことを言い換えれば、本実施の形態に係る燃焼圧センサ5においては、ダイアフラム40および第1の電極部50を以下の形状とする。すなわち、第1の電極部50が圧電素子10に当接(接触)する圧電素子側当接部の一例としての後端部の中心線方向(軸方向)に交差する方向の面積、例えば、後端側の端面の面積は、ダイアフラム40が第1の電極部50に当接(接触)する凹み部側当接部の一例としての突出部42aの中心線方向に交差する方向の面積、例えば、後端面42cの面積よりも大きい。かかる形状とすることにより、ハウジング30やシリンダヘッド4の連通孔4aを大きくすることなく、圧電素子10に生じる面圧を低減することができ、圧電素子10を破損し難くすることが可能となる。言い換えれば、ハウジング30やシリンダヘッド4の連通孔4aを小さくしたとしても、圧電素子10に生じる面圧が高くならないようにすることが可能となる。
そして、第1の電極部50がダイアフラム40の後端面42cに当接する先端部の中心線方向に交差する方向の面積、例えば先端側の端面の面積は、ダイアフラム40の後端側端面42cの面積以上である。かかる形状とすることにより、ダイアフラム40から受ける力を、均等に、かつより精度高く圧電素子10に作用させることができる。
また、第1の電極部50の後端側の端面の面積は、圧電素子10におけるこの後端側の端面に当接する部位の中心線方向に交差する方向の面積、例えば圧電素子10の第1電極部側の端面の面積以上である。かかる形状とすることにより、ハウジング30の外形を大きくすることなく圧電素子10に生じる面圧を低減することが可能となる。また、第1の電極部50は、ダイアフラム40から受ける力を均等に圧電素子10に作用させることができる。
また、以上のように構成された燃焼圧センサ5においては、圧電素子10に作用させる予荷重を、先端側は加圧部材80とダイアフラム40とで与えている。それゆえ、加圧部材80を備えずに先端側はダイアフラム40のみで予荷重を与える構成である場合と比べて、ダイアフラム40の剛性を低下させることができる。その結果、ダイアフラム40は、燃焼圧力の受圧と圧電素子10への圧力伝達を、より高確度かつ高精度に行うことができる。
なお、上述した実施の形態においては、加圧部材80を、ダイアフラム40の内側部42の突出部42aにおける後端面42cと、加圧部材80の延出部82における後端側の端面82bとが同一面上となるまで挿入した状態で、第1のハウジング31と加圧部材80とを固定しているが特にかかる態様に限定されない。ダイアフラム40の内側部42の突出部42aにおける後端面42cが、加圧部材80の延出部82における後端側の端面82bよりも先端側に所定量ずれた位置で第1のハウジング31と加圧部材80とを固定してもよい。この所定量は、燃焼圧を受ける環境下においては、熱歪により、ダイアフラム40の内側部42の突出部42aにおける後端面42cが圧電素子10に接触する量である。かかる構成により、圧電素子10に作用させる予荷重を、先端側は加圧部材80のみで与えることとなる。その結果、圧電素子10に作用させる予荷重を、加圧部材80とダイアフラム40とで与える構成と比べて、ダイアフラム40の剛性を低下させることができる。その結果、ダイアフラム40は、燃焼圧力の受圧と圧電素子10への圧力伝達を、より高確度かつ高精度に行うことができる。
〔第2の実施形態~第9の実施形態〕
第2の実施形態の特徴は、内燃機関等で使用される燃焼圧センサの圧力検出部において、一端を圧力伝達部材に固定し、他端を支持部材に固定した筒状の加圧部材に予荷重を与える機能を持たせ、ダイアフラムには予荷重を与える機能を持たせない構成にした燃焼圧センサである。第3の実施形態はそのダイアフラムと圧力伝達部材を一体化し、当接部のバウンスと摩耗を防止した燃焼圧センサである。第4の実施形態~第9の実施形態は加圧部材に各種のバネ構造を構成した燃焼圧センサである。
第2の実施形態の特徴は、内燃機関等で使用される燃焼圧センサの圧力検出部において、一端を圧力伝達部材に固定し、他端を支持部材に固定した筒状の加圧部材に予荷重を与える機能を持たせ、ダイアフラムには予荷重を与える機能を持たせない構成にした燃焼圧センサである。第3の実施形態はそのダイアフラムと圧力伝達部材を一体化し、当接部のバウンスと摩耗を防止した燃焼圧センサである。第4の実施形態~第9の実施形態は加圧部材に各種のバネ構造を構成した燃焼圧センサである。
〔第2の実施形態〕
第2の実施形態の燃焼圧センサ5sの構成および組立手順について、図6、図7、図8を用いて説明する。図6は第2の実施形態の燃焼圧センサ5sの断面図であり、図7は図6の圧力検出部100の拡大断面図であり、図8は圧力検出部100の組立手順を示す断面図である。
[圧力検出部100の説明:図6、図7]
まず、圧力検出部100の構成について説明する。圧力検出部100は圧力検出部の枠体となる第1のハウジング31(以下の説明では単に「ハウジング31」と称す。)と、ハウジング31の先端側の開口部を塞ぐように設けられ燃焼室Cの圧力が作用するダイアフラム40と、ダイアフラム40の中心線方向に形成された突出部42aの後端面が接しダイアフラム40から圧力を伝達する圧力伝達部材50と、圧力伝達部材50に接し圧力伝達部材50から圧力を受けて電荷を発生する圧電素子10と、圧電素子10を支持し発生した電荷を電気信号として受ける第2の電極部55と(第1の電極部については後述する)、第2の電極部55を支持し絶縁する絶縁リング60と、絶縁リング60を支持する支持部材65と、一端を圧力伝達部材50に固定し他端を支持部材65に固定し固定部間が筒状よりなる加圧部材80Aとから構成されている。
第2の実施形態の燃焼圧センサ5sの構成および組立手順について、図6、図7、図8を用いて説明する。図6は第2の実施形態の燃焼圧センサ5sの断面図であり、図7は図6の圧力検出部100の拡大断面図であり、図8は圧力検出部100の組立手順を示す断面図である。
[圧力検出部100の説明:図6、図7]
まず、圧力検出部100の構成について説明する。圧力検出部100は圧力検出部の枠体となる第1のハウジング31(以下の説明では単に「ハウジング31」と称す。)と、ハウジング31の先端側の開口部を塞ぐように設けられ燃焼室Cの圧力が作用するダイアフラム40と、ダイアフラム40の中心線方向に形成された突出部42aの後端面が接しダイアフラム40から圧力を伝達する圧力伝達部材50と、圧力伝達部材50に接し圧力伝達部材50から圧力を受けて電荷を発生する圧電素子10と、圧電素子10を支持し発生した電荷を電気信号として受ける第2の電極部55と(第1の電極部については後述する)、第2の電極部55を支持し絶縁する絶縁リング60と、絶縁リング60を支持する支持部材65と、一端を圧力伝達部材50に固定し他端を支持部材65に固定し固定部間が筒状よりなる加圧部材80Aとから構成されている。
又、支持部材65はその先端側の外周にて加圧部材80Aを固定し、後端側の外周にてハウジング31の後端側の内周にしまりばめで嵌合(圧入)され、後述する溶接によってさらに強固に固定される。又、ダイアフラム40は進入部41aがハウジング31の先端側内周部にしまりばめで嵌合(圧入)され、溶接によってさらに強固に固定される。
又、一端を圧力伝達部材50に、他端を支持部材65に加圧部材80Aを固定する際に、加圧部材の内部に収納された圧電素子10には、先端側に配置された圧力伝達部材50と、後端側に配置された第2の電極部55および絶縁リング60とに挟まれた状態で所定の予荷重をかけた状態で固定する。又、前述した支持部材65をハウジング31の後端側の内周に固定する際は、ダイアフラム40に形成された突出部42aの後端面42cに対して、圧力伝達部材50の当接面を所定の位置に位置決めしてから固定する。この構成によって、圧力検出部100はユニット化される。次に、ユニット化された圧力検出部100の外周部が第2のハウジング32(以下の説明では「筐体32」と称す。)の先端部の孔321にしまりばめで嵌合(圧入)され、溶接によってさらに強固に固定される。このとき、圧力検出部100を構成するハウジング31の外周部に形成されたリング状の突出部315の後端側の垂直面315bは筐体32の先端側の端面に付き当てられ位置決めされる。
[ダイアフラム40の説明:図7]
ダイアフラム40は、円筒状の円筒状部41と、そ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の後端部は、ハウジング31の先端部の孔としまりばめで嵌合(圧入)されて、この先端部の孔に入り込む進入部41aと、ハウジング31の端面31aに突き当たる突当面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薄肉部材であり、後端面の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40は、円筒状の円筒状部41と、そ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の後端部は、ハウジング31の先端部の孔としまりばめで嵌合(圧入)されて、この先端部の孔に入り込む進入部41aと、ハウジング31の端面31aに突き当たる突当面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薄肉部材であり、後端面の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。
又、内側部42の、先端面の中央部には凹部42bが設けられている。ダイアフラム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を用いて構成するとよい。又、ダイアフラム40とハウジング31とは、嵌合された後、さらに、溶接により強固に固定される。
[ハウジング31の説明:図7]
ハウジング31は、円筒状の部材であり、外周面には、突出部315がリング状に設けられている。突出部315は、先端側から後端側にかけて徐々に径が大きくなる傾斜面315aを有し、その後端部に、垂直面315bを有している。ハウジング31の先端側の内周面は、圧電素子部が収納され、後端側の内周面は支持部材65の外周面がしまりばめで嵌合(圧入)され、さらに、溶接により強固に固定される。又、ハウジング31の中央部の外周面は後述する筐体32の先端側の孔321にしまりばめで嵌合(圧入)され、さらに、溶接により強固に固定される。
ハウジング31は、円筒状の部材であり、外周面には、突出部315がリング状に設けられている。突出部315は、先端側から後端側にかけて徐々に径が大きくなる傾斜面315aを有し、その後端部に、垂直面315bを有している。ハウジング31の先端側の内周面は、圧電素子部が収納され、後端側の内周面は支持部材65の外周面がしまりばめで嵌合(圧入)され、さらに、溶接により強固に固定される。又、ハウジング31の中央部の外周面は後述する筐体32の先端側の孔321にしまりばめで嵌合(圧入)され、さらに、溶接により強固に固定される。
[筐体32の説明:図3、図6、図7]
筐体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筒状の孔320が形成され、外部に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外周面330が形成されている。筐体32における先端部の孔321は、ハウジング31の中央部の外周面にしまりばめで嵌合(圧入)できるようにハウジング31の外周面の径以下となるように設定されている。
筐体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筒状の孔320が形成され、外部に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外周面330が形成されている。筐体32における先端部の孔321は、ハウジング31の中央部の外周面にしまりばめで嵌合(圧入)できるようにハウジング31の外周面の径以下となるように設定されている。
外周面330は、先端側から後端側にかけて、5つの外周面から構成される。第1の外周面331はハウジング31の突出部315に対応し、第2の外周面332の先端部には、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の外周面333には、後述する第1のシール部材71が嵌め込まれ、第4の外周面334の後端側には、6角のナット部が形成され、燃焼圧センサをシリンダヘッド4に締めつける際に用いられる。第5の外周面335には溝部335aが全周に渡って形成されている。
また、筐体32に段階的に形成された孔320には、後述する絶縁部材23に形成された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がそれぞれ対応するようになっている。また、筐体32の後端側の孔325には、絶縁部材23の基板被覆部の先端側の端面が当接する突当面340が設けられている。突当面340には、信号処理部200のプリント配線基板の接続ピンが差し込まれるピン用孔部340aが形成されている。
ハウジング31および筐体32は、燃焼室C近辺に配置されるため、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等を用いて構成するとよい。
[圧力伝達部材50の説明:図7]
圧力伝達部材50は、円柱状の部材であり、先端側の外周には面取部が形成されている。その先端側の端面50aがダイアフラム40の突出部42aに当接し、後端側の端面が圧電素子10の圧力伝達部材50側の端面10aに当接するように配置されている。外周面は加圧部材80Aの内周面と接し、先端側の端面がダイアフラム40の突出部42aに当接することによって、圧電素子10の先端部は、ハウジング31と電気的に接続される。このため圧力伝達部材50は第1の電極部を兼ねている。圧力伝達部材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、圧力伝達部材50の後端側の端面が圧電素子10の全面を押すことが可能な大きさに形成されている。又、圧力伝達部材50は、ダイアフラム40から伝達する圧力を均等に圧電素子10に作用させるように、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。圧力伝達部材50の材質としては、ステンレスを用いて構成するとよい。
圧力伝達部材50は、円柱状の部材であり、先端側の外周には面取部が形成されている。その先端側の端面50aがダイアフラム40の突出部42aに当接し、後端側の端面が圧電素子10の圧力伝達部材50側の端面10aに当接するように配置されている。外周面は加圧部材80Aの内周面と接し、先端側の端面がダイアフラム40の突出部42aに当接することによって、圧電素子10の先端部は、ハウジング31と電気的に接続される。このため圧力伝達部材50は第1の電極部を兼ねている。圧力伝達部材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、圧力伝達部材50の後端側の端面が圧電素子10の全面を押すことが可能な大きさに形成されている。又、圧力伝達部材50は、ダイアフラム40から伝達する圧力を均等に圧電素子10に作用させるように、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。圧力伝達部材50の材質としては、ステンレスを用いて構成するとよい。
[圧電素子10の説明:図7]
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31内に収納されている。
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31内に収納されている。
尚、圧電素子10に圧電横効果を用いて構成してもよい。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。圧電単結晶としては、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用いて構成するとよい。尚、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。
[第2の電極部55の説明:図7]
第2の電極部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当接し、後端側の端面が絶縁リング60に当接するように配置されている。第2の電極部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の基端部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の幅よりも長く突出部55aが絶縁リング60から露出している。
第2の電極部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当接し、後端側の端面が絶縁リング60に当接するように配置されている。第2の電極部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の基端部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の幅よりも長く突出部55aが絶縁リング60から露出している。
この第2の電極部55は、圧力伝達部材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の電極部55の外径は後述する加圧部材80Aの内周の孔径よりも小さくなるように設定されており、第2の電極部55の外周面と加圧部材80Aの内周面との間には隙間があり、電気的に接触しないようになっている。第2の電極部55の材質としては、ステンレスを用いて構成するとよい。
[絶縁リング60の説明:図7]
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の電極部55の突出部55aの基端部の外径よりもやや大きく、外径は、加圧部材80Aの内周の孔径より少し小さい径に設定されている。第2の電極部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、加圧部材80Aの内周と同心に構成される。
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の電極部55の突出部55aの基端部の外径よりもやや大きく、外径は、加圧部材80Aの内周の孔径より少し小さい径に設定されている。第2の電極部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、加圧部材80Aの内周と同心に構成される。
[支持部材65の説明:図7]
支持部材65は、先端側から後端側にかけて、内部に、径が異なる複数の孔が形成され、外周面も複数の外周を持つ筒状の部材である。孔は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第1の孔と、第1の孔の孔径よりも大きな孔径の第2の孔とから構成される。第1の孔の孔径は、第2の電極部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の先端部が支持部材65の第2の孔まで露出する。第2の孔の孔径は、後述する信号処理部200の伝導部材22において、コイルスプリング70の挿入孔22aを有する先端部の外径よりも大きい。また、第2の孔の孔径は、信号処理部200の絶縁部材23の端部23aの外径よりも小さく、この絶縁部材23の端部23aが第2の孔にしまりばめで嵌合(圧入)される。これにより、支持部材65は、絶縁部材23の先端部を支持する部材として機能する。
支持部材65は、先端側から後端側にかけて、内部に、径が異なる複数の孔が形成され、外周面も複数の外周を持つ筒状の部材である。孔は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第1の孔と、第1の孔の孔径よりも大きな孔径の第2の孔とから構成される。第1の孔の孔径は、第2の電極部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の先端部が支持部材65の第2の孔まで露出する。第2の孔の孔径は、後述する信号処理部200の伝導部材22において、コイルスプリング70の挿入孔22aを有する先端部の外径よりも大きい。また、第2の孔の孔径は、信号処理部200の絶縁部材23の端部23aの外径よりも小さく、この絶縁部材23の端部23aが第2の孔にしまりばめで嵌合(圧入)される。これにより、支持部材65は、絶縁部材23の先端部を支持する部材として機能する。
又、支持部材65の外周面には、径の異なる外周面が3つあり、先端側の第1の外周面は加圧部材80Aを固定したときの逃げ部である。又、第2の外周面はリング状の突起65aを形成し、その外周は加圧部材80Aを嵌めこむためのものであり、加圧部材80Aの内周面より大きく、加圧部材80Aがしまりばめで嵌合(圧入)される。このとき、支持部材65のリング状の突起65aにより加圧部材80Aの後端側のリング状の突起部80dが掛止され位置決めされる。又、第3の外周面はハウジング31の後端側の内周に嵌合し溶接により固定される。支持部材65の材質はステンレスを用いて構成するとよい。
[加圧部材80Aの説明:図7(a)、(b)]
加圧部材80Aは、圧力伝達部材50、圧電素子10、第2の電極部55、絶縁リング60および支持部材65などの外周を覆う筒状の部材であり、先端側から筒状部80a、筒状部80b、筒状部80cと、後端側のリング状の突起部80dより構成される。筒状部80aは圧力伝達部材50の外周部に嵌合し、溶接により固定される。又、筒状部80bは圧電素子10に予荷重をかけるための薄肉状のバネ部である。又、筒状部80cはその一部が支持部材65に形成されたリング状の突起65aと嵌合する。又、加圧部材80Aの筒状部80dは支持部材65のリング状の突起65aに対して掛止させて位置決めする。加圧部材の材質はステンレスを用いて構成するとよい。
加圧部材80Aは、圧力伝達部材50、圧電素子10、第2の電極部55、絶縁リング60および支持部材65などの外周を覆う筒状の部材であり、先端側から筒状部80a、筒状部80b、筒状部80cと、後端側のリング状の突起部80dより構成される。筒状部80aは圧力伝達部材50の外周部に嵌合し、溶接により固定される。又、筒状部80bは圧電素子10に予荷重をかけるための薄肉状のバネ部である。又、筒状部80cはその一部が支持部材65に形成されたリング状の突起65aと嵌合する。又、加圧部材80Aの筒状部80dは支持部材65のリング状の突起65aに対して掛止させて位置決めする。加圧部材の材質はステンレスを用いて構成するとよい。
[コイルスプリング70の説明:図7]
コイルスプリング70は、内径が第2の電極部55の突出部55aの先端部の外径より少し小さく、外径は、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の電極部55の突出部55aの先端部が軽圧入で挿入されるとともに、コイルスプリング70は、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の電極部55と挿入孔22aとの間に圧縮した状態になるように設定され、圧電素子10からの圧力信号を伝導部材22に伝導する。コイルスプリング70の材質は、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、また表面に金メッキを施し、電気伝導性を高める構成とするとよい。
コイルスプリング70は、内径が第2の電極部55の突出部55aの先端部の外径より少し小さく、外径は、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の電極部55の突出部55aの先端部が軽圧入で挿入されるとともに、コイルスプリング70は、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の電極部55と挿入孔22aとの間に圧縮した状態になるように設定され、圧電素子10からの圧力信号を伝導部材22に伝導する。コイルスプリング70の材質は、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、また表面に金メッキを施し、電気伝導性を高める構成とするとよい。
[燃焼圧センサ5sの組立手順の説明:図6、図7、図8]
以上のように構成された燃焼圧センサ5sの組立手順について、図6、図7、図8を用いて説明する。ここで、図8(a)は圧力検出部100の内部の圧電素子部の組立手順を示し、図8(b)は圧力検出部100の組立手順を示し、図8(c)は筐体32に圧力検出部100を組立てる手順を示す。尚、図8において、溶接部には便宜上「●」印を付してあるが、実際の形状を示すものではなく単に、「溶接部」を示す印である。又、以下の説明においても同様である。
以上のように構成された燃焼圧センサ5sの組立手順について、図6、図7、図8を用いて説明する。ここで、図8(a)は圧力検出部100の内部の圧電素子部の組立手順を示し、図8(b)は圧力検出部100の組立手順を示し、図8(c)は筐体32に圧力検出部100を組立てる手順を示す。尚、図8において、溶接部には便宜上「●」印を付してあるが、実際の形状を示すものではなく単に、「溶接部」を示す印である。又、以下の説明においても同様である。
[圧力検出部100の組立手順の説明:図8(a)、(b)、(c)]
まず、図8(a)工程において、支持部材65に加圧部材80Aを取り付ける。支持部材65の後端側から加圧部材80Aの筒状部を通す。この時、支持部材65の外周に形成されたリング状の突起65aに対して加圧部材80Aの内周に形成されたリング状の突起80dが掛止するまで押し込む。支持部材65に形成されたリング状の突起65aの外径は対応する加圧部材80Aの内径よりも大きく、しまりばめで嵌合(圧入)される。次に、加圧部材80Aの先端側から絶縁リング60、第2の電極部55、圧電素子10、圧力伝達部材50の順で挿入する。
まず、図8(a)工程において、支持部材65に加圧部材80Aを取り付ける。支持部材65の後端側から加圧部材80Aの筒状部を通す。この時、支持部材65の外周に形成されたリング状の突起65aに対して加圧部材80Aの内周に形成されたリング状の突起80dが掛止するまで押し込む。支持部材65に形成されたリング状の突起65aの外径は対応する加圧部材80Aの内径よりも大きく、しまりばめで嵌合(圧入)される。次に、加圧部材80Aの先端側から絶縁リング60、第2の電極部55、圧電素子10、圧力伝達部材50の順で挿入する。
次に、圧電素子10の感度および直線性を高めるために、予荷重を作用させる。この場合、組立治具(図示なし)を用いるとよい。組立治具に前述の組立体をセットする。次に、支持部材65と圧力伝達部材50とに、中心線方向に互いに押しあう方向に所定の荷重をかけると同時に、加圧部材80Aの中央部に形成された薄肉バネ部80b(図7(b)参照)の段差を利用して、加圧部材80Aを引き延ばす方向(中心線方向)に荷重を加える。そして加圧部材80Aの中心線方向の変位量が予め定められた長さとなったところで、加圧部材80Aの筒状部80aと圧力伝達部材50との係合部を固定する(溶接1)。これにより、圧電素子部が組立られる。
尚、固定方法としては加圧部材80Aの外部から中心線方向に向けて一周にわたってレーザビームを照射する方法を採用するとよい。尚、レーザビームは全周を照射してもよいし、円周方向に等間隔にスポット照射してもよい。以降の溶接部の説明についても同様である。又、加圧部材80Aを引き延ばす方向(中心線方向)に荷重を加える方法として、加圧部材80Aに形成された薄肉バネ部80bの段差を利用するとしたが、筒状部80aに専用の溝又は切り欠を設けて利用してもよい。これにより、圧電素子10に予荷重が作用し、固定された状態となる。
次に、図8(b)工程において、ハウジング31に前述の圧電素子部を組立てる。ハウジング31の先端側から圧電素子部を最奥まで挿入しておく。次に、ハウジング31の端面31aに対し、ダイアフラム40を進入部41aをガイドにしてしまりばめで嵌合(圧入)させる。次に、ハウジング31の端面31aとダイアフラムの突当面41bが当接した状態で係合部を固定する(溶接2)。次に、ハウジング31内に仮組立されていた圧電素子部を、支持部材65の後端面側から先端面側に向けて押す(D方向)。ダイアフラム40の内側部42の変位量を測定し、ダイアフラム40の突出部42aと圧力伝達部材50の突当て面が当接したところでハウジング31と支持部材65を固定する(溶接3)。これにより、圧力検出部が組立られる。
次に、図8(c)工程において、(b)工程で組立られた圧力検出部を筐体32に組立てる。尚、ここで、予めコイルスプリング70を第2の電極部に形成された突出部55aに組み付けておく。次に、筐体32の孔部321に対して(b)工程で組立られた圧力検出部のハウジング31の第2の外周部を挿入し、しまりばめで嵌合(圧入)させる。筐体32の先端面にハウジング31の突出部315の垂直面315bが当接した状態で(b)工程の組立体を固定する(溶接4)。これにより圧力検出部100が完成する。
一方、圧電素子10の後端側の端面は金属製の第2の電極部55および突出部55aからコイルスプリング70、金属製の伝導部材22、を介してプリント配線基板に半田付けされ、電気的に接続される。又、第2の電極部55および突出部55aは絶縁体よりなる絶縁リング60により、周囲の支持部材65からは電気的に絶縁されており、又、加圧部材80Aの内周面からも離れていて電気的に絶縁されている。尚、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。
以上のように構成された燃焼圧センサ5sはシリンダヘッド4に装着されることにより(図2参照)、筐体32はその雄ネジ部332aからシリンダヘッドの連通孔4aに設けられた雌ネジ部4eを介してシリンダヘッド4に電気的に接続され、車体に接地される。そして、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5sの先端のダイアフラム40に作用し、圧力伝達部材50を介して圧電素子10に作用し、燃焼圧に応じた電荷が生じる。圧電素子10に生じた電荷は回路基板部21に供給され、回路基板部21にて増幅処理がなされ、その電荷に応じた電圧が接続ピン、伝送ケーブル8を介して制御装置6に供給される。
[燃焼圧センサ5sの効果]
以上説明した本発明の第2の実施形態によれば、次に示す効果が得られる。
(効果1)
圧電素子に加える予荷重は、一端を圧力伝達部材に固定し、他端を支持部材に固定し、二つの固定部間が筒状部よりなる加圧部材に予荷重を与える機能を持たせるようにしたので、ダイアフラムに予荷重を与える機能を持たせる必要がない。これにより、ダイアフラムは燃焼圧を受圧し、圧力伝達部材に伝達するために必要な剛性のみを持てばよく、燃焼圧の受圧感度を向上させ、高精度の圧力信号を得ることができる。
(効果2)
加圧部材は一端が圧力伝達部材に固定され他端は支持部材に固定され、固定部間が筒状部よりなり、筒状部を荷重調整部としたため、固定部間をバネ部として広く使用できる。それにより、長さの変化に対して荷重変化の小さいバネを設計できる。つまり、圧力伝達部材、圧電素子、第2の電極、絶縁リング、支持部材の中心線方向の寸法バラツキに対して荷重変動が少ないバネ構成を得られる。これにより、圧電素子に対して精度の高い予荷重を与えることができ、感度および直線性を高め、高精度の圧力信号を得ることができる。
(効果3)
加圧部材は一端を圧力伝達部材に固定し、他端を支持部材に固定し、固定部間が筒状部よりなり、中空筒状のハウジングと協働して2重構造になるため、燃焼室の温度を圧電素子に対して伝え難くなり、温度変化による圧電素子の特性変化を抑制する。これにより、サイクル間温度ドリフトのような短期の温度ドリフトを抑制する効果があり、高精度の圧力信号を得ることができる。
以上説明した本発明の第2の実施形態によれば、次に示す効果が得られる。
(効果1)
圧電素子に加える予荷重は、一端を圧力伝達部材に固定し、他端を支持部材に固定し、二つの固定部間が筒状部よりなる加圧部材に予荷重を与える機能を持たせるようにしたので、ダイアフラムに予荷重を与える機能を持たせる必要がない。これにより、ダイアフラムは燃焼圧を受圧し、圧力伝達部材に伝達するために必要な剛性のみを持てばよく、燃焼圧の受圧感度を向上させ、高精度の圧力信号を得ることができる。
(効果2)
加圧部材は一端が圧力伝達部材に固定され他端は支持部材に固定され、固定部間が筒状部よりなり、筒状部を荷重調整部としたため、固定部間をバネ部として広く使用できる。それにより、長さの変化に対して荷重変化の小さいバネを設計できる。つまり、圧力伝達部材、圧電素子、第2の電極、絶縁リング、支持部材の中心線方向の寸法バラツキに対して荷重変動が少ないバネ構成を得られる。これにより、圧電素子に対して精度の高い予荷重を与えることができ、感度および直線性を高め、高精度の圧力信号を得ることができる。
(効果3)
加圧部材は一端を圧力伝達部材に固定し、他端を支持部材に固定し、固定部間が筒状部よりなり、中空筒状のハウジングと協働して2重構造になるため、燃焼室の温度を圧電素子に対して伝え難くなり、温度変化による圧電素子の特性変化を抑制する。これにより、サイクル間温度ドリフトのような短期の温度ドリフトを抑制する効果があり、高精度の圧力信号を得ることができる。
尚、加圧部材80Aの筒状部80bを圧電素子10に予荷重をかけるための薄肉バネ部としたが、かかる形態に限定されない。加圧部材の固定部間において、筒状部80bの幅や薄肉部の中心線方向の位置や厚さは自由に構成することができる。又、圧電素子に予荷重を与える組立方法の説明において、「薄肉バネ部80bの段差を利用して、加圧部材80Aを引き延ばす方向に荷重を加える」としたが、かかる形態に限定されない。例えば、加圧部材80Aの筒状部80aに、リング状の溝を設け、その溝を利用して引き延ばす方向に荷重を加えてもよい。又、同様に、筒状部80aに切り欠きを設けてその切り欠きを利用して引き延ばす方向に荷重を加えてもよい。
〔第3の実施形態〕
次に、第3の実施形態の燃焼圧センサ5Aの構成および組立手順について、図9、図10を用いて説明する。第3の実施形態の燃焼圧センサ5Aは、前述した第2の実施形態の燃焼圧センサ5sにおいて、ダイアフラムと圧力伝達部材の当接部のバウンスおよび摩耗を防止することを目的として、ダイアフラムと圧力伝達部材を一体構成にしたものであるが、他の基本的な構成は第2の実施形態と同様であるので同一要素、同じ組立工程には同一番号を付し、重複する説明は一部省略する。
次に、第3の実施形態の燃焼圧センサ5Aの構成および組立手順について、図9、図10を用いて説明する。第3の実施形態の燃焼圧センサ5Aは、前述した第2の実施形態の燃焼圧センサ5sにおいて、ダイアフラムと圧力伝達部材の当接部のバウンスおよび摩耗を防止することを目的として、ダイアフラムと圧力伝達部材を一体構成にしたものであるが、他の基本的な構成は第2の実施形態と同様であるので同一要素、同じ組立工程には同一番号を付し、重複する説明は一部省略する。
図9(a)はダイアフラム45を使用した燃焼圧センサ5Aの圧力検出部100の拡大断面図であり、図9(b)はダイアフラム45の拡大断面図である。図9(a)、(b)において、第3の実施形態の燃焼圧センサ5Aのダイアフラム45は第2の実施形態におけるダイアフラム40と圧力伝達部材50を一体構成にしたものである。第2の実施形態においてはダイアフラム40の突出部42aと圧力伝達部材50とが当接していた部分を境にして別体構成となっていたが、その部分を一体構成としたものである。
圧力検出部100において、ダイアフラム45の受圧部であるダイアフラム部(40)は、第2の実施形態におけるダイアフラム40と同じ構成になっていて、ハウジング31の端面31aにダイアフラム45の突当面41bが接触するまで嵌合(圧入)し、その後、突当て面を溶接する構成になっている。また、圧力伝達部(50)の円柱状の外周面は加圧部材80Aと固定され、後端面は圧電素子10に当接する構成になっている。次に、圧電素子10に接する第2の電極部55、第2の電極部55に接する絶縁リング60、絶縁リング60を支持する支持部材65、支持部材65及び加圧部材80Aから構成される圧電素子部は、第2の実施形態と同様なので詳細な説明は省略する。又、信号処理部200についても、構成と機能は第2の実施形態と同様なので詳細な説明は省略する。
一方、図10に示す圧力検出部100の組立方法において、一部手順が異なるところがあるので詳細に説明する。図10(a)工程において、第2の実施形態の圧力伝達部材50が本実施形態ではダイアフラム45(一体構成)に変わっている。ここでの組立手順は同じであるが、ダイアフラム45の形状が大きくなっているので、支持部材65に加圧部材60Aを取り付け、絶縁リング60、第2の電極部55、圧電素子10、圧力伝達部(50)の順で挿入し固定する工程では、予荷重を与えて溶接するときにダイアフラム45の形状に合わせて治具の形状を変える必要がある。
次に、図10(b)工程において、組立手順の異なるところを説明する。第2の実施形態において、ハウジング31に圧電素子部を組立てる際、先にハウジング31の先端側から前述の圧電素子部を最奥まで挿入しておく。次に、ハウジング31の端面31aにダイアフラム40を進入部41aをガイドにしてしまりばめで嵌合(圧入)させる工程になっている。しかし、第3の実施形態では、ハウジング31の端面31aにダイアフラム45を進入部41aをガイドにしてしまりばめで嵌合(圧入)させると同時に、圧電素子部は自動的に位置決めされる。そのため、ダイアフラム40と圧力伝達部材50との当接を測定する工程は不要となり、溶接2と溶接3は同時に行うことができる。次に図10(c)工程では、圧力検出部100の組立工程以降は第2の実施形態の工程と同じであるため詳細な説明は省略する。以上により、第3の実施形態による燃焼圧センサ5Aを得る。
[第3の実施形態の効果]
(効果1)
以上の構成によって、燃焼圧センサ5Aは、ダイアフラム45のダイアフラム部(40)と圧力伝達部(50)が一体構成になっているため、ダイアフラム部と圧力伝達部の組立工程において、当接する位置を測定しながら位置決めする工程が不要となる。これにより、ダイアフラム部と圧力伝達部の位置のバラツキがなくなり、高精度に圧力が伝達される。
(効果2)
内燃機関の燃焼工程において、ノッキングなどが発生した場合に、異常燃焼とともに過大な圧力変動が発生する。そのとき、燃焼圧センサの検出部において、ダイアフラムと圧力伝達部材の当接面でバウンスが発生し、ダイアフラムと圧力伝達部材の間で圧力が正確に伝達されず、さらには当接部が摩耗するような現象が起きる。しかし、第3の実施形態においては、ダイアフラム部(40)と圧力伝達部(50)が一体に構成されているため、当接部にバウンスが発生せず、摩耗も発生しない。これにより、高精度で高信頼性の圧力信号を得ることができる。
(効果1)
以上の構成によって、燃焼圧センサ5Aは、ダイアフラム45のダイアフラム部(40)と圧力伝達部(50)が一体構成になっているため、ダイアフラム部と圧力伝達部の組立工程において、当接する位置を測定しながら位置決めする工程が不要となる。これにより、ダイアフラム部と圧力伝達部の位置のバラツキがなくなり、高精度に圧力が伝達される。
(効果2)
内燃機関の燃焼工程において、ノッキングなどが発生した場合に、異常燃焼とともに過大な圧力変動が発生する。そのとき、燃焼圧センサの検出部において、ダイアフラムと圧力伝達部材の当接面でバウンスが発生し、ダイアフラムと圧力伝達部材の間で圧力が正確に伝達されず、さらには当接部が摩耗するような現象が起きる。しかし、第3の実施形態においては、ダイアフラム部(40)と圧力伝達部(50)が一体に構成されているため、当接部にバウンスが発生せず、摩耗も発生しない。これにより、高精度で高信頼性の圧力信号を得ることができる。
〔第4の実施形態〕
次に、第4の実施形態の燃焼圧センサ5Bの構成および組立手順について、図11を用いて説明する。第4の実施形態の燃焼圧センサ5Bは、前述した第3の実施形態の燃焼圧センサ5Aにおいて、加圧部材80Aの荷重調整部である薄肉バネ部80b(図7(b)参照)の範囲が中央部にあったものを固定部間全体に広げたものである。他の基本的な構成は第3の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は一部省略する。
次に、第4の実施形態の燃焼圧センサ5Bの構成および組立手順について、図11を用いて説明する。第4の実施形態の燃焼圧センサ5Bは、前述した第3の実施形態の燃焼圧センサ5Aにおいて、加圧部材80Aの荷重調整部である薄肉バネ部80b(図7(b)参照)の範囲が中央部にあったものを固定部間全体に広げたものである。他の基本的な構成は第3の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は一部省略する。
図11(a)は加圧部材80Bを使用した燃焼圧センサ5Bの圧力検出部100の拡大断面図であり、図11(b)は加圧部材80Bの部分断面図である。図11(a)、(b)において、本実施形態が第3の実施形態の燃焼圧センサ5Aと異なるところは、加圧部材80Bの構造が異なる点であり、それにともない薄肉バネ部81bの形状と加圧部材80Bと支持部材65との固定方法が異なる。加圧部材80Aの荷重調整部では、薄肉バネ部80b(図7(b)参照)が中央部にあったが、本実施形態では、固定部間全体に広げた構成になっている。
圧力検出部100において、支持部材65の後端側から加圧部材80Bの筒状部を通し、支持部材65の外周に形成されたリング状の突起65aに対して加圧部材80Bの筒状部80cを固定(溶接)する。次に、加圧部材80Bの先端側から絶縁リング60、第2の電極部55、圧電素子10、ダイアフラム45の順で挿入する。
次に、圧電素子10の感度および直線性を高めるために、予荷重を作用させる。この場合、組立治具(図示なし)を用いるとよい。組立治具に前述の組立体をセットする。次に、支持部材65と圧力伝達部材50は中心線方向に互いに押しあう方向に所定の荷重をかけると同時に、加圧部材80Bを引き延ばす方向(中心線方向)に荷重を加える。そして加圧部材80Bの中心線方向の変位量が予め定められた長さとなったところで、加圧部材80Bの筒状部80aとダイアフラム45の圧力伝達部(50)との係合部を固定する(溶接)。これによりダイアフラム45側と支持部材65側の両方の固定部が溶接された構成となる。
尚、固定方法としては、第2、第3の実施形態と同様に中心線方向に向けて一周にわたってレーザビームを照射する方法を採用するとよい。又、加圧部材80Bを引き延ばす方向(中心線方向)に荷重を加える方法として、加圧部材80Bに形成された薄肉バネ部80bに、溶接部を避けた位置に段差部を設けて利用する構成としてもよいし、筒状部80aに専用の切り欠を設けて利用してもよい。これにより、圧電素子10に予荷重が作用した状態となる。次に、圧力検出部100の組立工程以降は第2、第3の実施形態の工程と同じであるため詳細な説明は省略する。以上により、第4の実施形態による燃焼圧センサ5Bを得る。
[第4の実施形態の効果]
(効果1)
以上の構成によって、燃焼圧センサ5Bは、受圧部と圧力伝達部が一体構成となったダイアフラムと、一端が圧力伝達部材に固定され他端は支持部材に固定され固定部間が筒状部よりなり筒状部を荷重調整部とした加圧部材との構成において、固定部間全てをバネ部として利用できるようにした。これにより、長さの変化に対して、より荷重変化の小さいバネを設計できる。つまり、圧力伝達部材、圧電素子、第2の電極、絶縁リング、支持部材の中心線方向の寸法バラツキに対して荷重変動がより少ないバネ手段を得られる。これにより、圧電素子に対して精度の高い予荷重を与えることができ、感度および直線性を高め高精度の圧力信号を得ることができる。
(効果2)
加圧部材は一端を圧力伝達部材に固定し、他端を支持部材に固定し、固定部間が筒状部よりなる構成において、支持部材側は溶接又は掛止によるいずれかの固定方法を選択できる。これにともない、加圧部材の形状は掛止部が不要な単純な筒形状(パイプ)を採用することができる。これにより、低コストの加圧部材を採用した構成とすることができる。
(効果1)
以上の構成によって、燃焼圧センサ5Bは、受圧部と圧力伝達部が一体構成となったダイアフラムと、一端が圧力伝達部材に固定され他端は支持部材に固定され固定部間が筒状部よりなり筒状部を荷重調整部とした加圧部材との構成において、固定部間全てをバネ部として利用できるようにした。これにより、長さの変化に対して、より荷重変化の小さいバネを設計できる。つまり、圧力伝達部材、圧電素子、第2の電極、絶縁リング、支持部材の中心線方向の寸法バラツキに対して荷重変動がより少ないバネ手段を得られる。これにより、圧電素子に対して精度の高い予荷重を与えることができ、感度および直線性を高め高精度の圧力信号を得ることができる。
(効果2)
加圧部材は一端を圧力伝達部材に固定し、他端を支持部材に固定し、固定部間が筒状部よりなる構成において、支持部材側は溶接又は掛止によるいずれかの固定方法を選択できる。これにともない、加圧部材の形状は掛止部が不要な単純な筒形状(パイプ)を採用することができる。これにより、低コストの加圧部材を採用した構成とすることができる。
尚、第4の実施形態では、ダイアフラムは受圧部と圧力伝達部が一体となった構成としたが、かかる形態に限定されない。初期はダイアフラム40と圧力伝達部材50の別体構成(図7)においても可能である。まず、圧力伝達部材50の外周部に掛止用段差を設け、加圧部材80Bの先端面側の内周にリング状の突起を設けてそれらを掛止させることができる。その構成では、支持部材側の固定は溶接を採用する。次に、加圧部材の両端の固定が行われた後に、ダイアフラム40と圧力伝達部材50の当接部を溶接により接合することができる。これにより、最終的に一体構成のダイアフラムであっても掛止と溶接の組合せを自由に選べて、しかも一体構成のダイアフラムの効果が得られる。
〔第5~第9の実施形態〕
次に、第5~第9の実施形態の燃焼圧センサ(5C、5D、5E、5F、5G)の構成、組立手順および効果について、図12~図16を用いて説明する。第5~第9の実施形態の燃焼圧センサ(5C、5D、5E、5F、5G)の各構成では、一端が圧力伝達部材に固定され他端は支持部材に固定され固定部間が筒状部よりなり筒状部を荷重調整部とした構成において、加圧部材のバネ構造、バネ部位置、固定部の溶接方法、及び、その組み合わせにおいて代表的な構成例を示す。
次に、第5~第9の実施形態の燃焼圧センサ(5C、5D、5E、5F、5G)の構成、組立手順および効果について、図12~図16を用いて説明する。第5~第9の実施形態の燃焼圧センサ(5C、5D、5E、5F、5G)の各構成では、一端が圧力伝達部材に固定され他端は支持部材に固定され固定部間が筒状部よりなり筒状部を荷重調整部とした構成において、加圧部材のバネ構造、バネ部位置、固定部の溶接方法、及び、その組み合わせにおいて代表的な構成例を示す。
[第5の実施形態]
まず、第5の実施形態について、図12を用いて説明する。図12(a)は加圧部材80Cを使用した燃焼圧センサ5Cの圧力検出部100の拡大断面図であり、図12(b)は加圧部材80Cの部分断面図である。第5の実施形態において、第3の実施形態による燃焼圧センサ5Aと異なる点は、加圧部材80Cの構造において、中央部のバネ部が蛇腹状のバネ構造になっている点であり、固定方法は第3の実施形態と同様で、支持部材65側は掛止、ダイアフラム45側は溶接による固定方法である。他の構成は第3の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。これにより、第5の実施形態による燃焼圧センサ5Cを得る。
まず、第5の実施形態について、図12を用いて説明する。図12(a)は加圧部材80Cを使用した燃焼圧センサ5Cの圧力検出部100の拡大断面図であり、図12(b)は加圧部材80Cの部分断面図である。第5の実施形態において、第3の実施形態による燃焼圧センサ5Aと異なる点は、加圧部材80Cの構造において、中央部のバネ部が蛇腹状のバネ構造になっている点であり、固定方法は第3の実施形態と同様で、支持部材65側は掛止、ダイアフラム45側は溶接による固定方法である。他の構成は第3の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。これにより、第5の実施形態による燃焼圧センサ5Cを得る。
[第6の実施形態]
次に、第6の実施形態について、図13を用いて説明する。図13(a)は加圧部材80Dを使用した燃焼圧センサ5Dの圧力検出部100の拡大断面図であり、図13(b)は加圧部材80Dの平面図である。第6の実施形態において、第3の実施形態による燃焼圧センサ5Aと異なる点は、加圧部材80Dの構造において、中央部のバネ部が複数の切欠きと複数の板部によるバネ構造になっている点であり、固定方法は第3の実施形態と同様で、支持部材65側は掛止、ダイアフラム45側は溶接による固定方法である。他の構成は第3の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。これにより、第6の実施形態による燃焼圧センサ5Dを得る。
次に、第6の実施形態について、図13を用いて説明する。図13(a)は加圧部材80Dを使用した燃焼圧センサ5Dの圧力検出部100の拡大断面図であり、図13(b)は加圧部材80Dの平面図である。第6の実施形態において、第3の実施形態による燃焼圧センサ5Aと異なる点は、加圧部材80Dの構造において、中央部のバネ部が複数の切欠きと複数の板部によるバネ構造になっている点であり、固定方法は第3の実施形態と同様で、支持部材65側は掛止、ダイアフラム45側は溶接による固定方法である。他の構成は第3の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。これにより、第6の実施形態による燃焼圧センサ5Dを得る。
[第7の実施形態]
次に、第7の実施形態について、図14を用いて説明する。図14(a)は加圧部材80Eを使用した燃焼圧センサ5Eの圧力検出部100の拡大断面図であり、図14(b)は加圧部材80Eの部分断面図である。第7の実施形態において、第3の実施形態による燃焼圧センサ5Aと異なる点は、加圧部材80Eの構造において、中央部のバネ部がコイル状のバネ構造になっている点であり、固定方法は第3の実施形態と同様で、支持部材65側は掛止、ダイアフラム45側は溶接による固定方法である。他の構成は第3の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。これにより、第7の実施形態による燃焼圧センサ5Eを得る。
次に、第7の実施形態について、図14を用いて説明する。図14(a)は加圧部材80Eを使用した燃焼圧センサ5Eの圧力検出部100の拡大断面図であり、図14(b)は加圧部材80Eの部分断面図である。第7の実施形態において、第3の実施形態による燃焼圧センサ5Aと異なる点は、加圧部材80Eの構造において、中央部のバネ部がコイル状のバネ構造になっている点であり、固定方法は第3の実施形態と同様で、支持部材65側は掛止、ダイアフラム45側は溶接による固定方法である。他の構成は第3の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。これにより、第7の実施形態による燃焼圧センサ5Eを得る。
[第8の実施形態]
次に、第8の実施形態について、図15を用いて説明する。図15(a)は加圧部材80Fを使用した燃焼圧センサ5Fの圧力検出部100の拡大断面図であり、図15(b)は加圧部材80Fの部分断面図である。第8の実施形態において、第3の実施形態による燃焼圧センサ5Aと異なる点は、加圧部材80Fの構造において、バネ部が薄板状のバネ構造になっていて、そのバネ部が支持部材65側に設けられている点であり、固定方法は第3の実施形態と同様で、支持部材65側は掛止、ダイアフラム45側は溶接による固定方法である。他の構成は第3の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。これにより、第8の実施形態による燃焼圧センサ5Fを得る。
次に、第8の実施形態について、図15を用いて説明する。図15(a)は加圧部材80Fを使用した燃焼圧センサ5Fの圧力検出部100の拡大断面図であり、図15(b)は加圧部材80Fの部分断面図である。第8の実施形態において、第3の実施形態による燃焼圧センサ5Aと異なる点は、加圧部材80Fの構造において、バネ部が薄板状のバネ構造になっていて、そのバネ部が支持部材65側に設けられている点であり、固定方法は第3の実施形態と同様で、支持部材65側は掛止、ダイアフラム45側は溶接による固定方法である。他の構成は第3の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。これにより、第8の実施形態による燃焼圧センサ5Fを得る。
[第9の実施形態]
次に、第9の実施形態について、図16を用いて説明する。図16(a)は加圧部材80Gを使用した燃焼圧センサ5Gの圧力検出部100の拡大断面図であり、図16(b)は加圧部材80Gの部分断面図である。第9の実施形態において、第3の実施形態による燃焼圧センサ5Aと異なる点は、加圧部材80Gの構造において、バネ部が薄板状のバネ構造になっていて、そのバネ部が支持部材65側に位置している点であり、また、固定方法は第4の実施形態と同様で、支持部材65側、ダイアフラム45側ともに溶接による固定方法である。他の構成は第3の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。これにより、第9の実施形態による燃焼圧センサ5Gを得る。
次に、第9の実施形態について、図16を用いて説明する。図16(a)は加圧部材80Gを使用した燃焼圧センサ5Gの圧力検出部100の拡大断面図であり、図16(b)は加圧部材80Gの部分断面図である。第9の実施形態において、第3の実施形態による燃焼圧センサ5Aと異なる点は、加圧部材80Gの構造において、バネ部が薄板状のバネ構造になっていて、そのバネ部が支持部材65側に位置している点であり、また、固定方法は第4の実施形態と同様で、支持部材65側、ダイアフラム45側ともに溶接による固定方法である。他の構成は第3の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。これにより、第9の実施形態による燃焼圧センサ5Gを得る。
[第5~第9の実施形態の効果]
第5~第9の実施形態では、加圧部材の荷重調整部は、薄板状のバネ部、蛇腹状のバネ部、複数の切欠きと複数の板部からなるバネ部、コイル状のバネ部の何れかを設けているため、長さの変化に対して、荷重変化の小さいバネ手段を得られる。このため、ダイアフラム45と支持部材65との間の各部材の中心線方向の寸法バラツキに対して荷重変動の少ないバネ構成を得られる。これにより、圧電素子に対して高精度の予荷重を与えることができ、感度および直線性を高め、高精度の圧力信号を得ることができる。
また、加圧部材の2か所の固定部において、ダイアフラム側の固定部は溶接による固定方法を採用し、支持部材側の固定部は掛止による固定方法、又は、溶接による固定方法とした。これにより、組立方法に応じて加圧部材の固定方法を選べるので製造コストを抑制することができる。
第5~第9の実施形態では、加圧部材の荷重調整部は、薄板状のバネ部、蛇腹状のバネ部、複数の切欠きと複数の板部からなるバネ部、コイル状のバネ部の何れかを設けているため、長さの変化に対して、荷重変化の小さいバネ手段を得られる。このため、ダイアフラム45と支持部材65との間の各部材の中心線方向の寸法バラツキに対して荷重変動の少ないバネ構成を得られる。これにより、圧電素子に対して高精度の予荷重を与えることができ、感度および直線性を高め、高精度の圧力信号を得ることができる。
また、加圧部材の2か所の固定部において、ダイアフラム側の固定部は溶接による固定方法を採用し、支持部材側の固定部は掛止による固定方法、又は、溶接による固定方法とした。これにより、組立方法に応じて加圧部材の固定方法を選べるので製造コストを抑制することができる。
尚、加圧部材の荷重調整部において、バネ部の位置は中央部または支持部材側としたが、かかる形態に限定されない。バネ部の位置はダイアフラム側でも良い。
また、加圧部材のバネ部の肉厚を薄くして段差を設けたが、かかる形態に限定されない。バネ部と固定部は同じ肉厚でもよいし、逆にバネ部の肉厚を厚くしてもよい。また、加圧部材の2か所の固定部において、ダイアフラム側の固定部は溶接による固定方法を採用し、支持部材側の固定部は掛止による固定方法、又は、溶接による固定方法としたが、かかる形態に限定されない。ダイアフラム側の固定を掛止による構成としてもよい。
また、加圧部材のバネ部の肉厚を薄くして段差を設けたが、かかる形態に限定されない。バネ部と固定部は同じ肉厚でもよいし、逆にバネ部の肉厚を厚くしてもよい。また、加圧部材の2か所の固定部において、ダイアフラム側の固定部は溶接による固定方法を採用し、支持部材側の固定部は掛止による固定方法、又は、溶接による固定方法としたが、かかる形態に限定されない。ダイアフラム側の固定を掛止による構成としてもよい。
〔第10の実施形態~第13の実施形態〕
第10の実施形態の特徴は、本発明の基本的な構成例であり、内燃機関等で使用される燃焼圧センサの圧力検出部において、一端を圧力伝達部材に固定し、他端を支持部材に固定した筒状の加圧部材に予荷重を与える機能を持たせる構成とし、ダイアフラムはダイアフラム部と圧力伝達部を一体に構成し予荷重を与える機能を持たせない構成にした燃焼圧センサである。第11の実施形態の特徴は加圧部材に設けられた荷重調整部を支持部材側に設け、バネ特性の熱による影響を抑制した構成の燃焼圧センサである。第12の実施形態の特徴は、加圧部材に設けられた荷重調整部を複数の切り欠きと、切り欠きの間に位置する複数の板部とからなるバネ部とし、高精度の予荷重を圧電素子に与えることができる構成にした燃焼圧センサである。第13の実施形態の特徴は、加圧部材の両端の固定方法において掛止による固定と溶接による固定を選択できるようにした燃焼圧センサである。
第10の実施形態の特徴は、本発明の基本的な構成例であり、内燃機関等で使用される燃焼圧センサの圧力検出部において、一端を圧力伝達部材に固定し、他端を支持部材に固定した筒状の加圧部材に予荷重を与える機能を持たせる構成とし、ダイアフラムはダイアフラム部と圧力伝達部を一体に構成し予荷重を与える機能を持たせない構成にした燃焼圧センサである。第11の実施形態の特徴は加圧部材に設けられた荷重調整部を支持部材側に設け、バネ特性の熱による影響を抑制した構成の燃焼圧センサである。第12の実施形態の特徴は、加圧部材に設けられた荷重調整部を複数の切り欠きと、切り欠きの間に位置する複数の板部とからなるバネ部とし、高精度の予荷重を圧電素子に与えることができる構成にした燃焼圧センサである。第13の実施形態の特徴は、加圧部材の両端の固定方法において掛止による固定と溶接による固定を選択できるようにした燃焼圧センサである。
〔第10の実施形態〕
第10の実施形態の燃焼圧センサ5Hの構成および組立手順について、図17、図18、図19を用いて説明する。図17は第10の実施形態の燃焼圧センサ5Hの断面図であり、図18は図17の圧力検出部100の拡大断面図であり、図19は圧力検出部100の組立手順を示す断面図である。
[圧力検出部100の説明:図17、図18]
まず、圧力検出部100の構成について説明する。圧力検出部100は圧力検出部の枠体となるハウジング31と、ハウジング31の先端側の開口部を塞ぐように設けられ燃焼室Cの圧力が作用するダイアフラム45と、ダイアフラム45の圧力伝達部(50)に接し圧力伝達部(50)から圧力を受けて電荷を発生する圧電素子10と、圧電素子10を支持し発生した電荷を電気信号として受ける第2の電極部55と(第1の電極部については後述する)、第2の電極部55を支持し絶縁する絶縁リング60と、絶縁リング60を支持する支持部材65と、一端をダイアフラム45の圧力伝達部(50)に固定し他端を支持部材65に固定し固定部間が筒状よりなる加圧部材80Aとから構成されている。尚、ダイアフラム45は燃焼室Cの圧力が作用するダイアフラム部(40)と圧力伝達部(50)が縮径部により接続され一体構成になっている。
第10の実施形態の燃焼圧センサ5Hの構成および組立手順について、図17、図18、図19を用いて説明する。図17は第10の実施形態の燃焼圧センサ5Hの断面図であり、図18は図17の圧力検出部100の拡大断面図であり、図19は圧力検出部100の組立手順を示す断面図である。
[圧力検出部100の説明:図17、図18]
まず、圧力検出部100の構成について説明する。圧力検出部100は圧力検出部の枠体となるハウジング31と、ハウジング31の先端側の開口部を塞ぐように設けられ燃焼室Cの圧力が作用するダイアフラム45と、ダイアフラム45の圧力伝達部(50)に接し圧力伝達部(50)から圧力を受けて電荷を発生する圧電素子10と、圧電素子10を支持し発生した電荷を電気信号として受ける第2の電極部55と(第1の電極部については後述する)、第2の電極部55を支持し絶縁する絶縁リング60と、絶縁リング60を支持する支持部材65と、一端をダイアフラム45の圧力伝達部(50)に固定し他端を支持部材65に固定し固定部間が筒状よりなる加圧部材80Aとから構成されている。尚、ダイアフラム45は燃焼室Cの圧力が作用するダイアフラム部(40)と圧力伝達部(50)が縮径部により接続され一体構成になっている。
又、支持部材65はその先端側の外周にて加圧部材80Aを固定し、後端側の外周にてハウジング31の後端側の内周にしまりばめで嵌合(圧入)され、後述する溶接によってさらに強固に固定される。又、ダイアフラム45は進入部41aがハウジング31の先端側内周部にしまりばめで嵌合(圧入)され、溶接によってさらに強固に固定される。
又、一端を圧力伝達部(50)に、他端を支持部材65に加圧部材80Aを固定する際に、加圧部材の内部に収納された圧電素子10には、先端側に配置されたダイアフラム45の圧力伝達部(50)と、後端側に配置された第2の電極部55および絶縁リング60とに挟まれた状態で所定の予荷重をかけた状態で固定する。この構成によって、圧力検出部100はユニット化される。次に、ユニット化された圧力検出部100の外周部が筐体32の先端部の孔321にしまりばめで嵌合(圧入)され、溶接によってさらに強固に固定される。このとき、圧力検出部100を構成するハウジング31の外周部に形成されたリング状の突出部315の後端側の垂直面315bは筐体32の先端側の端面に付き当てられ位置決めされる。
[ダイアフラム45の説明:図18]
ダイアフラム45は、円筒状の円筒状部41と、そ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の後端部は、ハウジング31の先端部の孔としまりばめで嵌合(圧入)されて、この先端部の孔に入り込む進入部41aと、ハウジング31の端面31aに突き当たる突当面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薄肉部材であり、後端面の中央部にはこの面から圧電素子10側に突出した縮径部と、圧力伝達部(50)とからなり、一体に構成されている。
ダイアフラム45は、円筒状の円筒状部41と、そ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の後端部は、ハウジング31の先端部の孔としまりばめで嵌合(圧入)されて、この先端部の孔に入り込む進入部41aと、ハウジング31の端面31aに突き当たる突当面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薄肉部材であり、後端面の中央部にはこの面から圧電素子10側に突出した縮径部と、圧力伝達部(50)とからなり、一体に構成されている。
ダイアフラム45の圧力伝達部(50)は、外周面が加圧部材80Aの内周面と接し、後端側の端面が圧電素子10に当接する。これにより、圧電素子10は、ハウジング31と電気的に接続される。このため圧力伝達部(50)は第1の電極部を兼ねている。又、圧力伝達部(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、圧力伝達部(50)の後端側の端面が圧電素子10の全面を押すことが可能な大きさに形成されている。又、圧力伝達部(50)は、ダイアフラム45から伝達する圧力を均等に圧電素子10に作用させるように、後端面が平行(中心線方向に直交)かつ平滑面に形成されている。
又、内側部42の、先端面の中央部には凹部42bが設けられている。ダイアフラム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を用いて構成するとよい。又、ダイアフラム45とハウジング31とは、嵌合された後、さらに、溶接により強固に固定される。
[ハウジング31の説明:図18]
ハウジング31は、円筒状の部材であり、外周面には、突出部315がリング状に設けられている。突出部315は、先端側から後端側にかけて徐々に径が大きくなる傾斜面315aを有し、その後端部に、垂直面315bを有している。ハウジング31の先端側の内周面は、圧電素子部が収納され、後端側の内周面は支持部材65の外周面がしまりばめで嵌合(圧入)され、さらに、溶接により強固に固定される。又、ハウジング31の中央部の外周面は後述する筐体32の先端側の孔321にしまりばめで嵌合(圧入)され、さらに、溶接により強固に固定される。
ハウジング31は、円筒状の部材であり、外周面には、突出部315がリング状に設けられている。突出部315は、先端側から後端側にかけて徐々に径が大きくなる傾斜面315aを有し、その後端部に、垂直面315bを有している。ハウジング31の先端側の内周面は、圧電素子部が収納され、後端側の内周面は支持部材65の外周面がしまりばめで嵌合(圧入)され、さらに、溶接により強固に固定される。又、ハウジング31の中央部の外周面は後述する筐体32の先端側の孔321にしまりばめで嵌合(圧入)され、さらに、溶接により強固に固定される。
[筐体32の説明:図3、図17、図18]
筐体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筒状の孔320が形成され、外部に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外周面330が形成されている。筐体32における先端部の孔321は、ハウジング31の中央部の外周面にしまりばめで嵌合(圧入)できるようにハウジング31の外周面の径以下となるように設定されている。
筐体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筒状の孔320が形成され、外部に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外周面330が形成されている。筐体32における先端部の孔321は、ハウジング31の中央部の外周面にしまりばめで嵌合(圧入)できるようにハウジング31の外周面の径以下となるように設定されている。
外周面330は、先端側から後端側にかけて、5つの外周面から構成される。第1の外周面331はハウジング31の突出部315に対応し、第2の外周面332の先端部には、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の外周面333には、後述する第1のシール部材71が嵌め込まれ、第4の外周面334の後端側には、6角のナット部が形成され、燃焼圧センサをシリンダヘッド4に締めつける際に用いられる。第5の外周面335には溝部335aが全周に渡って形成されている。
又、筐体32に段階的に形成された孔320には、後述する絶縁部材23に形成された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がそれぞれ対応するようになっている。また、筐体32の後端側の孔325には、絶縁部材23の基板被覆部の先端側の端面が当接する突当面340が設けられている。突当面340には、信号処理部200のプリント配線基板の接続ピンが差し込まれるピン用孔部340aが形成されている。
ハウジング31および筐体32は、燃焼室C近辺に配置されるため、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等を用いて構成するとよい。
[圧電素子10の説明:図18]
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31内に収納されている。
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31内に収納されている。
尚、圧電素子10に圧電横効果を用いて構成してもよい。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。薄肉状に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。圧電単結晶としては、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用いて構成するとよい。尚、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。
[支持部材65の説明:図18]
支持部材65は、先端側から後端側にかけて、内部に、径が異なる複数の孔が形成され、外周面も複数の外周を持つ筒状の部材である。孔は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第1の孔と、第1の孔の孔径よりも大きな孔径の第2の孔とから構成される。第1の孔の孔径は、第2の電極部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の先端部が支持部材65の第2の孔まで露出する。第2の孔の孔径は、後述する信号処理部200の伝導部材22において、コイルスプリング70の挿入孔22aを有する先端部の外径よりも大きい。また、第2の孔の孔径は、後述する信号処理部200の絶縁部材23の端部23aの外径よりも小さく、この絶縁部材23の端部23aが第2の孔にしまりばめで嵌合(圧入)される。これにより、支持部材65は、絶縁部材23の先端部を支持する部材として機能する。
支持部材65は、先端側から後端側にかけて、内部に、径が異なる複数の孔が形成され、外周面も複数の外周を持つ筒状の部材である。孔は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第1の孔と、第1の孔の孔径よりも大きな孔径の第2の孔とから構成される。第1の孔の孔径は、第2の電極部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の先端部が支持部材65の第2の孔まで露出する。第2の孔の孔径は、後述する信号処理部200の伝導部材22において、コイルスプリング70の挿入孔22aを有する先端部の外径よりも大きい。また、第2の孔の孔径は、後述する信号処理部200の絶縁部材23の端部23aの外径よりも小さく、この絶縁部材23の端部23aが第2の孔にしまりばめで嵌合(圧入)される。これにより、支持部材65は、絶縁部材23の先端部を支持する部材として機能する。
又、支持部材65の外周面には、径の異なる外周面が3つあり、先端側の第1の外周面は加圧部材80Aを固定したときの逃げ部である。又、第2の外周面はリング状の突起65aを形成し、その外周は加圧部材80Aを嵌めこむためのものであり、加圧部材80Aの内周面より大きく、加圧部材80Aがしまりばめで嵌合(圧入)される。このとき、支持部材65のリング状の突起65aにより加圧部材80Aの後端側のリング状の突起部80dが掛止され位置決めされる。又、第3の外周面はハウジング31の後端側の内周に嵌合し溶接により固定される。支持部材65の材質はステンレスを用いて構成するとよい。
[加圧部材80Aの説明:図18(a)、(b)]
加圧部材80Aは、圧力伝達部材50、圧電素子10、第2の電極部55、絶縁リング60および支持部材65などの外周を覆う筒状の部材であり、先端側から筒状部80a、筒状部80b、筒状部80cと、後端側のリング状の突起部80dより構成される。筒状部80aは圧力伝達部材50の外周部に嵌合し、溶接により固定される。又、筒状部80bは圧電素子10に予荷重をかけるための薄肉状のバネ部である。又、筒状部80cはその一部が支持部材65に形成されたリング状の突起65aと嵌合する。又、加圧部材80Aの筒状部80dは支持部材65のリング状の突起65aに対して掛止させて位置決めする。加圧部材の材質はステンレスを用いて構成するとよい。
加圧部材80Aは、圧力伝達部材50、圧電素子10、第2の電極部55、絶縁リング60および支持部材65などの外周を覆う筒状の部材であり、先端側から筒状部80a、筒状部80b、筒状部80cと、後端側のリング状の突起部80dより構成される。筒状部80aは圧力伝達部材50の外周部に嵌合し、溶接により固定される。又、筒状部80bは圧電素子10に予荷重をかけるための薄肉状のバネ部である。又、筒状部80cはその一部が支持部材65に形成されたリング状の突起65aと嵌合する。又、加圧部材80Aの筒状部80dは支持部材65のリング状の突起65aに対して掛止させて位置決めする。加圧部材の材質はステンレスを用いて構成するとよい。
[コイルスプリング70の説明:図18]
コイルスプリング70は、内径が第2の電極部55の突出部55aの先端部の外径より少し小さく、外径は、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の電極部55の突出部55aの先端部が軽圧入で挿入されるとともに、コイルスプリング70は、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の電極部55と挿入孔22aとの間に圧縮した状態になるように設定され、圧電素子10からの圧力信号を伝導部材22に伝導する。コイルスプリング70の材質は、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、また表面に金メッキを施し、電気伝導性を高める構成とするとよい。
コイルスプリング70は、内径が第2の電極部55の突出部55aの先端部の外径より少し小さく、外径は、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の電極部55の突出部55aの先端部が軽圧入で挿入されるとともに、コイルスプリング70は、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の電極部55と挿入孔22aとの間に圧縮した状態になるように設定され、圧電素子10からの圧力信号を伝導部材22に伝導する。コイルスプリング70の材質は、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、また表面に金メッキを施し、電気伝導性を高める構成とするとよい。
[保持部材300の説明:図3、図17]
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、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、筐体32に装着された後、外部から、第5の外周面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、筐体32に対して固定され、信号処理部200が筐体32に対して緩むことを抑制することができる。又、同時に電気的にも接続(GND)され、回路基板部21を保護する。
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、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、筐体32に装着された後、外部から、第5の外周面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、筐体32に対して固定され、信号処理部200が筐体32に対して緩むことを抑制することができる。又、同時に電気的にも接続(GND)され、回路基板部21を保護する。
[燃焼圧センサ5Hの組立手順の説明:図17、図18、図19]
以上のように構成された燃焼圧センサ5Hの組立手順について、図17、図18、図19を用いて説明する。ここで、図19(a)は圧力検出部100の内部の圧電素子部の組立手順を示し、図19(b)は圧力検出部100の組立手順を示し、図19(c)は筐体32に圧力検出部100を組立てる手順を示す。尚、図19において、溶接部には便宜上「●」印を付してあるが、実際の形状を示すものではなく単に、「溶接部」を示す印である。又、以下の説明においても同様である。
以上のように構成された燃焼圧センサ5Hの組立手順について、図17、図18、図19を用いて説明する。ここで、図19(a)は圧力検出部100の内部の圧電素子部の組立手順を示し、図19(b)は圧力検出部100の組立手順を示し、図19(c)は筐体32に圧力検出部100を組立てる手順を示す。尚、図19において、溶接部には便宜上「●」印を付してあるが、実際の形状を示すものではなく単に、「溶接部」を示す印である。又、以下の説明においても同様である。
[圧力検出部100の組立手順の説明:図19(a)、(b)、(c)]
まず、図19(a)工程において、支持部材65に加圧部材80Aを取り付ける。支持部材65の後端側から加圧部材80Aの筒状部を通す。この時、支持部材65の外周に形成されたリング状の突起65aに対して加圧部材80Aの内周に形成されたリング状の突起80dが掛止するまで押し込む。支持部材65に形成されたリング状の突起65aの外径は対応する加圧部材80Aの内径よりも大きく、しまりばめで嵌合(圧入)される。次に、加圧部材80Aの先端側から絶縁リング60、第2の電極部55、圧電素子10、ダイアフラム45の圧力伝達部(50)の順で挿入する。
まず、図19(a)工程において、支持部材65に加圧部材80Aを取り付ける。支持部材65の後端側から加圧部材80Aの筒状部を通す。この時、支持部材65の外周に形成されたリング状の突起65aに対して加圧部材80Aの内周に形成されたリング状の突起80dが掛止するまで押し込む。支持部材65に形成されたリング状の突起65aの外径は対応する加圧部材80Aの内径よりも大きく、しまりばめで嵌合(圧入)される。次に、加圧部材80Aの先端側から絶縁リング60、第2の電極部55、圧電素子10、ダイアフラム45の圧力伝達部(50)の順で挿入する。
次に、圧電素子10の感度および直線性を高めるために、予荷重を作用させる。この場合、組立治具(図示なし)を用いるとよい。組立治具に前述の組立体をセットする。次に、支持部材65と圧力伝達部材50とに、中心線方向に互いに押しあう方向に所定の荷重をかけると同時に、加圧部材80Aの中央部に形成された薄肉バネ部80b(図18(b)参照)の段差を利用して、加圧部材80Aを引き延ばす方向(中心線方向)に荷重を加える。そして加圧部材80Aの中心線方向の変位量が予め定められた長さとなったところで、加圧部材80Aの筒状部80aとダイアフラム45の圧力伝達部(50)の外周部との係合部を固定する(溶接1)。これにより、圧電素子部が組立られる。
尚、固定方法としては加圧部材80Aの外部から中心線方向に向けて一周にわたってレーザビームを照射する方法を採用するとよい。尚、レーザビームは全周を照射してもよいし、円周方向に等間隔にスポット照射してもよい。以降の溶接部の説明についても同様である。又、加圧部材80Aを引き延ばす方向(中心線方向)に荷重を加える方法として、加圧部材80Aに形成された薄肉バネ部80bの段差を利用するとしたが、筒状部80aに専用の溝又は切り欠を設けて利用してもよい。これにより、圧電素子10に予荷重が作用し、固定された状態となる。
次に、図19(b)工程において、ハウジング31に前述の圧電素子部を組立てる。ハウジング31の先端側から圧電素子部を挿入する。同時に、ハウジング31の端面31aに対し、ダイアフラム45を進入部41aをガイドにしてしまりばめで嵌合(圧入)させる。次に、ハウジング31の端面31aとダイアフラムの突当面41bが当接した状態で係合部を固定する(溶接2)。次に、ハウジング31と支持部材65を固定する(溶接3)。これにより、圧力検出部が組立られる。
次に、図19(c)工程において、(b)工程で組立られた圧力検出部を筐体32に組立てる。尚、ここで、予めコイルスプリング70を第2の電極部に形成された突出部55aに組み付けておく。次に、筐体32の孔部321に対して(b)工程で組立られた圧力検出部のハウジング31の第2の外周部を挿入し、しまりばめで嵌合(圧入)させる。筐体32の先端面にハウジング31の突出部315の垂直面315bが当接した状態で(b)工程の組立体を固定する(溶接4)。これにより圧力検出部100が完成する。
[燃焼圧センサ5Hの電気的な接続構成および動作:図17、図18]
次に、燃焼圧センサ5Hにおいて、電気的な接続構成及び動作について説明する。圧電素子10の先端側の端面は金属製のダイアフラム45を介して(又は、金属製の加圧部材80Aおよび支持部材65を介して)金属製のハウジング31と電気的に接続される。又、信号処理部200においては、金属製のハウジング31と溶接により電気的に接続された筐体32の当接面340に設けられたピン用穴部340aに信号処理部200のプリント配線基板の接続ピンがしまりばめで嵌合(圧入)されるため、プリント配線基板のGNDが筐体32に接地される。
次に、燃焼圧センサ5Hにおいて、電気的な接続構成及び動作について説明する。圧電素子10の先端側の端面は金属製のダイアフラム45を介して(又は、金属製の加圧部材80Aおよび支持部材65を介して)金属製のハウジング31と電気的に接続される。又、信号処理部200においては、金属製のハウジング31と溶接により電気的に接続された筐体32の当接面340に設けられたピン用穴部340aに信号処理部200のプリント配線基板の接続ピンがしまりばめで嵌合(圧入)されるため、プリント配線基板のGNDが筐体32に接地される。
以上のように構成された燃焼圧センサ5Hはシリンダヘッド4に装着されることにより(図2参照)、筐体32はその雄ネジ部332aからシリンダヘッドの連通孔4aに設けられた雌ネジ部4eを介してシリンダヘッド4に電気的に接続され、車体に接地される。そして、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5Hの先端のダイアフラム45に作用し、圧力伝達部(50)を介して圧電素子10に作用し、燃焼圧に応じた電荷が生じる。圧電素子10に生じた電荷は回路基板部21に供給され、回路基板部21にて増幅処理がなされ、その電荷に応じた電圧が接続ピン、伝送ケーブル8を介して制御装置6に供給される。
[燃焼圧センサ5Hの効果]
以上説明した本発明の第10の実施形態によれば、次に示す効果が得られる。
(効果1)
圧電素子に加える予荷重は、一端を圧力伝達部材に固定し、他端を支持部材に固定し、二つの固定部間が筒状部よりなる加圧部材に予荷重を与える機能を持たせるようにしたので、ダイアフラムに予荷重を与える機能を持たせる必要がない。これにより、ダイアフラムは燃焼圧を受圧し、圧力伝達部材に伝達するために必要な剛性のみを持てばよく、燃焼圧の受圧感度を向上させ、高精度の圧力信号を得ることができる。又、ダイアフラムと圧力伝達部材を一体構成としたので、ダイアフラムと圧力伝達部材との当接部のバウンスと摩耗を防止することができ、高精度で高信頼性の圧力信号を得ることができる。
(効果2)
加圧部材は一端が圧力伝達部材に固定され他端は支持部材に固定され、固定部間が筒状部よりなり、筒状部を荷重調整部としたため、固定部間をバネ部として広く使用できる。それにより、長さの変化に対して荷重変化の小さいバネを設計できる。つまり、圧力伝達部材、圧電素子、第2の電極、絶縁リング、支持部材の中心線方向の寸法バラツキに対して荷重変動が少ないバネ構成を得られる。これにより、圧電素子10の感度および直線性を高めるために、予荷重を作用させる工程において、圧電素子に対して精度の高い予荷重を与えることができ、感度および直線性を高め、高精度の圧力信号を得ることができる。
(効果3)
加圧部材は一端を圧力伝達部材に固定し、他端を支持部材に固定し、固定部間が筒状部よりなり、中空筒状のハウジングと協働して2重構造になるため、燃焼室の温度を圧電素子に対して伝え難くなり、温度変化による圧電素子の特性変化を抑制する。これにより、サイクル間温度ドリフトのような短期の温度ドリフトを抑制する効果があり、高精度の圧力信号を得ることができる。
以上説明した本発明の第10の実施形態によれば、次に示す効果が得られる。
(効果1)
圧電素子に加える予荷重は、一端を圧力伝達部材に固定し、他端を支持部材に固定し、二つの固定部間が筒状部よりなる加圧部材に予荷重を与える機能を持たせるようにしたので、ダイアフラムに予荷重を与える機能を持たせる必要がない。これにより、ダイアフラムは燃焼圧を受圧し、圧力伝達部材に伝達するために必要な剛性のみを持てばよく、燃焼圧の受圧感度を向上させ、高精度の圧力信号を得ることができる。又、ダイアフラムと圧力伝達部材を一体構成としたので、ダイアフラムと圧力伝達部材との当接部のバウンスと摩耗を防止することができ、高精度で高信頼性の圧力信号を得ることができる。
(効果2)
加圧部材は一端が圧力伝達部材に固定され他端は支持部材に固定され、固定部間が筒状部よりなり、筒状部を荷重調整部としたため、固定部間をバネ部として広く使用できる。それにより、長さの変化に対して荷重変化の小さいバネを設計できる。つまり、圧力伝達部材、圧電素子、第2の電極、絶縁リング、支持部材の中心線方向の寸法バラツキに対して荷重変動が少ないバネ構成を得られる。これにより、圧電素子10の感度および直線性を高めるために、予荷重を作用させる工程において、圧電素子に対して精度の高い予荷重を与えることができ、感度および直線性を高め、高精度の圧力信号を得ることができる。
(効果3)
加圧部材は一端を圧力伝達部材に固定し、他端を支持部材に固定し、固定部間が筒状部よりなり、中空筒状のハウジングと協働して2重構造になるため、燃焼室の温度を圧電素子に対して伝え難くなり、温度変化による圧電素子の特性変化を抑制する。これにより、サイクル間温度ドリフトのような短期の温度ドリフトを抑制する効果があり、高精度の圧力信号を得ることができる。
尚、加圧部材80Aの筒状部80bを圧電素子10に予荷重をかけるための薄肉バネ部としたが、かかる形態に限定されない。加圧部材の固定部間において、筒状部80bの幅や薄肉部の中心線方向の位置や厚さは自由に構成することができる。又、圧電素子に予荷重を与える組立方法の説明において、「薄肉状バネ部80bの段差を利用して、加圧部材80Aを引き延ばす方向に荷重を加える」としたが、かかる形態に限定されない。例えば、加圧部材80Aの筒状部80aに、リング状の溝を設け、その溝を利用して引き延ばす方向に荷重を加えてもよい。又、同様に、筒状部80aに切り欠きを設けてその切り欠きを利用して引き延ばす方向に荷重を加えてもよい。
〔第11の実施形態〕
次に、第11の実施形態の燃焼圧センサ5Iの構成および組立手順について、図20を用いて説明する。図20(a)は加圧部材80Bを使用した燃焼圧センサ5Iの圧力検出部100の拡大断面図であり、図20(b)は加圧部材80Bの部分断面図である。第11の実施形態の燃焼圧センサ5Iが、第10の実施形態の燃焼圧センサ5Hと異なる点は、加圧部材80Bにおいて、荷重調整部である薄肉状バネ部が筒状部80bの位置(中央部)にあったものを筒状部80cの位置(支持部材65側)に配設した点である。これにより、バネ部の位置が燃焼室Cから少し離れた位置になっている。他の基本的な構成は第10の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
次に、第11の実施形態の燃焼圧センサ5Iの構成および組立手順について、図20を用いて説明する。図20(a)は加圧部材80Bを使用した燃焼圧センサ5Iの圧力検出部100の拡大断面図であり、図20(b)は加圧部材80Bの部分断面図である。第11の実施形態の燃焼圧センサ5Iが、第10の実施形態の燃焼圧センサ5Hと異なる点は、加圧部材80Bにおいて、荷重調整部である薄肉状バネ部が筒状部80bの位置(中央部)にあったものを筒状部80cの位置(支持部材65側)に配設した点である。これにより、バネ部の位置が燃焼室Cから少し離れた位置になっている。他の基本的な構成は第10の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
また、組立手順も第10の実施形態の基本的な組立手順は同様であるので、第10の実施形態の図19を用いて簡略に説明する。第11の実施形態の組立手順は、図19(a)、(b)、(c)の加圧部材80Bの荷重調整部の位置のみが異なる。図19(a)において、支持部材65の後端側から加圧部材80Bの筒状部を通す。この時、支持部材65の外周に形成されたリング状の突起65aに対して加圧部材80Bの内周に形成されたリング状の突起80dが掛止するまで押し込む。支持部材65に形成されたリング状の突起65aの外径は加圧部材80Bの内周に形成されたリング状の突起80dの孔径よりも大きくしまりばめで嵌合(圧入)される。次に、加圧部材80Bの先端側から絶縁リング60、第2の電極部55、圧電素子10、ダイアフラム45の順で挿入する。次に、圧電素子10の感度および直線性を高めるために、予荷重を作用させる工程において、治具による加圧部材を引き延ばす工程では、段差の位置が異なるので治具の変更が必要である。その他の組立手順では図19(b)、(c)と同様であるがので重複する説明は省略する。これにより第11の実施形態による燃焼圧センサ5Iを得る。
[燃焼圧センサ5Iの効果]
上記構成によれば、加圧部材に設けたバネ部が受圧部から離れた位置になるので、燃焼室の温度がバネ部に伝わり難くなる。そのため、バネ特性への熱による影響を抑制し、サイクル間温度ドリフトのような短期の温度ドリフトを抑制することができる。これにより、高精度の圧力信号を得ることができる。
上記構成によれば、加圧部材に設けたバネ部が受圧部から離れた位置になるので、燃焼室の温度がバネ部に伝わり難くなる。そのため、バネ特性への熱による影響を抑制し、サイクル間温度ドリフトのような短期の温度ドリフトを抑制することができる。これにより、高精度の圧力信号を得ることができる。
〔第12の実施形態〕
次に、第12の実施形態の燃焼圧センサ5Jの構成について、図21を用いて説明する。図21(a)は加圧部材80Cを使用した燃焼圧センサ5Jの圧力検出部100の拡大断面図であり、図21(b)は加圧部材80Cの正面図である。図21(a)において、第12の実施形態の燃焼圧センサ5Jが、第10の実施形態の燃焼圧センサ5Hと異なる点は、加圧部材80Bの荷重調整部である薄肉状バネ部が筒状部80bの位置(中央部)にあったものを筒状部80cの位置(支持部材65側)に設け、且つ、バネ部の構造を変えたものである。図21(b)において、加圧部材80Cの荷重調整部は筒状部80cの位置に設けられ、複数の切欠きと複数の板部からなるバネ構造となっている。このバネ構成によれば、薄肉状のバネ構造に比べて、よりバネ定数を小さく(変位量に対して荷重変化が小さい)することが可能になる。他の基本的な構成及び組立手順は第10の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。これにより、第12の実施形態による燃焼圧センサ5Jを得る。
次に、第12の実施形態の燃焼圧センサ5Jの構成について、図21を用いて説明する。図21(a)は加圧部材80Cを使用した燃焼圧センサ5Jの圧力検出部100の拡大断面図であり、図21(b)は加圧部材80Cの正面図である。図21(a)において、第12の実施形態の燃焼圧センサ5Jが、第10の実施形態の燃焼圧センサ5Hと異なる点は、加圧部材80Bの荷重調整部である薄肉状バネ部が筒状部80bの位置(中央部)にあったものを筒状部80cの位置(支持部材65側)に設け、且つ、バネ部の構造を変えたものである。図21(b)において、加圧部材80Cの荷重調整部は筒状部80cの位置に設けられ、複数の切欠きと複数の板部からなるバネ構造となっている。このバネ構成によれば、薄肉状のバネ構造に比べて、よりバネ定数を小さく(変位量に対して荷重変化が小さい)することが可能になる。他の基本的な構成及び組立手順は第10の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。これにより、第12の実施形態による燃焼圧センサ5Jを得る。
〔燃焼圧センサ5Jの効果〕
上記構成によれば、加圧部材の荷重調整部が変位量に対して、より荷重変化の小さいバネを設計できる。つまり、圧力伝達部材、圧電素子、第2の電極、絶縁リング、支持部材の中心線方向の寸法バラツキに対して荷重変動がより少ないバネ手段を得られる。これにより、圧電素子に対して予荷重を作用させる工程において、より精度の高い予荷重を与えることができ、感度および直線性を高め高精度の圧力信号を得ることができる。又、同時に、加圧部材に設けたバネ部が受圧部から離れた位置になるので、燃焼室の温度がバネ部に伝わり難くなる。そのため、バネ特性への熱による影響を抑制し、サイクル間温度ドリフトのような短期の温度ドリフトを抑制することができる。これにより、高精度の圧力信号を得ることができる。
上記構成によれば、加圧部材の荷重調整部が変位量に対して、より荷重変化の小さいバネを設計できる。つまり、圧力伝達部材、圧電素子、第2の電極、絶縁リング、支持部材の中心線方向の寸法バラツキに対して荷重変動がより少ないバネ手段を得られる。これにより、圧電素子に対して予荷重を作用させる工程において、より精度の高い予荷重を与えることができ、感度および直線性を高め高精度の圧力信号を得ることができる。又、同時に、加圧部材に設けたバネ部が受圧部から離れた位置になるので、燃焼室の温度がバネ部に伝わり難くなる。そのため、バネ特性への熱による影響を抑制し、サイクル間温度ドリフトのような短期の温度ドリフトを抑制することができる。これにより、高精度の圧力信号を得ることができる。
[第13の実施形態]
次に、第13の実施形態について、図22及び図23を用いて説明する。図22(a)は加圧部材80Dを使用した燃焼圧センサ5Kの圧力検出部100の拡大断面図であり、図22(b)は加圧部材80Dの部分断面図である。又、図23は燃焼圧センサ5Kの圧力検出部100の組立手順を示す断面図である。図22(a)において、第13の実施形態の燃焼圧センサ5Kが、第11の実施形態による燃焼圧センサ5I(図20)と異なる点は、加圧部材80Dの構造において、圧力伝達部材(50)との固定部は掛止により固定し、支持部材65との固定部は溶接により固定する構成になって点にある。他の基本的な構成及び組立手順は第11の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は一部省略する。
次に、第13の実施形態について、図22及び図23を用いて説明する。図22(a)は加圧部材80Dを使用した燃焼圧センサ5Kの圧力検出部100の拡大断面図であり、図22(b)は加圧部材80Dの部分断面図である。又、図23は燃焼圧センサ5Kの圧力検出部100の組立手順を示す断面図である。図22(a)において、第13の実施形態の燃焼圧センサ5Kが、第11の実施形態による燃焼圧センサ5I(図20)と異なる点は、加圧部材80Dの構造において、圧力伝達部材(50)との固定部は掛止により固定し、支持部材65との固定部は溶接により固定する構成になって点にある。他の基本的な構成及び組立手順は第11の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は一部省略する。
ダイアフラム45は、初期は圧力伝達部材(50)とダイアフラム(40)は別体で構成しておく。圧力伝達部材(50)にはその一部に加圧部材を掛止するための掛止用の段差を設けておく。その段差には加圧部材80Dの先端側に設けられたリング状の突起80dが掛止できるようになっている。また、加圧部材80Dの後端側には、支持部材65との掛止用のリング状の突起はなく、溶接による固定ができるように構成されている。
次に、図23を用いて、第13の実施形態の組立手順が第11の実施形態の組立手順と異なるところを説明する。まず、図23(a)工程において、加圧部材80Dの先端側に向けて、後端側から圧力伝達部材(50)、圧電素子10、第2の電極部55、絶縁リング60、支持部材65の順に挿入する。次に、圧電素子10の感度および直線性を高めるために、予荷重を作用させる。この場合、組立治具(図示なし)を用いるとよい。組立治具に前述の組立体をセットする。次に、圧力伝達部材(50)と支持部材65に中心線方向に互いに押しあう方向に所定の荷重をかけると同時に、加圧部材80Dの支持部材65側に形成された筒状部80cの段差を利用して、加圧部材80Dを引き延ばす方向(中心線方向)に荷重を加える。そして加圧部材80Dの中心線方向の変位量が予め定められた長さとなったところで、加圧部材80Dの筒状部と支持部材65との係合部を固定する(溶接1)。これにより、圧電素子部が組立られる。次に、ダイアフラム(40)の中央部の突出部と圧力伝達部材(50)の中央部の突出部を同心にして固定する(溶接2)。これにより、ダイアフラムは一体構成となり、且つ、圧電素子10に予荷重が作用し、固定された状態となる。
次に、図23(b)工程において、ハウジング31に前述の圧電素子部を組立てる。ハウジング31の先端側から圧電素子部を挿入する。同時に、ハウジング31の端面31aに対し、ダイアフラム45を進入部41aをガイドにしてしまりばめで嵌合(圧入)させる。次に、ハウジング31の端面31aとダイアフラムの突当面41bが当接した状態で係合部を固定する(溶接3)。次に、ハウジング31と支持部材65を固定する(溶接4)。これにより、圧力検出部が組立られる。
次に、図23(c)工程において、(b)工程で組立られた圧力検出部を筐体32に組立てる。尚、ここで、予めコイルスプリング70を第2の電極部に形成された突出部55aに組み付けておく。次に、筐体32の孔部321に対して(b)工程で組立られた圧力検出部のハウジング31の第2の外周部を挿入し、しまりばめで嵌合(圧入)させる。筐体32の先端面にハウジング31の突出部315の垂直面315bが当接した状態で(b)工程の組立体を固定する(溶接5)。これにより圧力検出部100が完成し、第13の実施形態による燃焼圧センサ5Kを得る。
[第13の実施形態の効果]
第13の実施形態の別の形態によれば、加圧部材の固定方法において、ダイアフラム45側、または支持部材65側それぞれにおいて、掛止による固定方法と溶接による固定方法のどちらの方法も選ぶことができる。これにより、ダイアフラムの構成において、一体型であっても、加圧部材の構成(掛止又は溶接)に応じて固定方法を選ぶことが可能となり、製造方法を選択できるのでコストを抑制できる。これにより、コストを抑制し、且つ、圧電素子に対して精度の高い予荷重を与えることができ、感度および直線性を高め、高精度の圧力信号を得ることができる燃焼圧センサを提供することができる。
第13の実施形態の別の形態によれば、加圧部材の固定方法において、ダイアフラム45側、または支持部材65側それぞれにおいて、掛止による固定方法と溶接による固定方法のどちらの方法も選ぶことができる。これにより、ダイアフラムの構成において、一体型であっても、加圧部材の構成(掛止又は溶接)に応じて固定方法を選ぶことが可能となり、製造方法を選択できるのでコストを抑制できる。これにより、コストを抑制し、且つ、圧電素子に対して精度の高い予荷重を与えることができ、感度および直線性を高め、高精度の圧力信号を得ることができる燃焼圧センサを提供することができる。
尚、各実施形態では、加圧部材の荷重調整部において、バネ部の位置は中央部または支持部材側としたが、かかる形態に限定されない。バネ部の位置はダイアフラム側でも良い。また、加圧部材のバネ部は薄肉状バネ部または複数の切欠きと複数の板部からなるバネ部としたがかかる形態に限定されない。バネ部はコイル状のバネ構造、蛇腹状のバネ構造、その他いかなる構造のバネ構造でもよい。また、バネ部は肉厚を薄くして段差を設けたが、かかる形態に限定されない。バネ部と固定部は同じ肉厚でもよいし、逆にバネ部の肉厚を厚くしてもよい。また、加圧部材の2か所の固定部において、ダイアフラム側の固定部および支持部材側の固定部は掛止による固定方法または溶接による固定方法のどちらを採用してもよい。
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、5、5s、5A、5B、5C、5D、5E、5F、5G、5H、5I、5J、5K…燃焼圧センサ、6…制御装置、7…シール部材、8…伝送ケーブル、8a…コネクタ、10…圧電素子、10a…第1の電極部側端面、21…回路基板部、22…伝導部材、23…絶縁部材、24…Oリング、30…ハウジング、31…第1のハウジング(ハウジング)、32…第2のハウジング(筐体)、40…ダイアフラム、45…一体型ダイアフラム、50…第1の電極部、圧力伝達部材、55…第2の電極部、60…絶縁リング、65…支持部材、70…コイルスプリング、71…第1のシール部材、72…第2のシール部材、80、80A、80B、80C、80D、80E、80F、80G…加圧部材、100…圧力検出部、200…信号処理部、300…保持部材
Claims (14)
- 筒状のハウジングと、
前記ハウジングの先端側に設けられるダイアフラムと、
前記ハウジング内の軸方向であって前記ダイアフラムの後端側に配置され、当該ダイアフラムを介して作用する圧力を検知する圧電素子と、
前記ハウジング内の軸方向であって前記ダイアフラムと前記圧電素子との間にて当該圧電素子に当接して設けられ、当該ダイアフラムを介して作用する圧力を当該圧電素子に伝達する圧力伝達部と、
前記圧電素子の後端を支持する支持部材と、
前記圧力伝達部を前記ハウジングの軸方向に向けて加圧するように前記ハウジングまたは前記支持部材に固定されることで前記圧電素子に荷重を作用させる加圧部材と、を備えることを特徴とする圧力検出装置。 - 前記ダイアフラムは中央領域にて後端側へ突出した突出部を有し、
前記加圧部材は、前記圧力伝達部、前記圧電素子の外周を覆う筒状の部位と、当該筒状の部位における先端側の端部から内側へ延出するとともに中央部には前記ダイアフラムの前記突出部を通す孔が形成された延出部と、を有することを特徴とする請求項1に記載の圧力検出装置。 - 前記圧力伝達部が前記圧電素子に当接する部位の前記軸方向に交差する方向の面積は、前記ダイアフラムの前記突出部が当該圧力伝達部に当接する部位の当該軸方向に交差する方向の面積よりも大きいことを特徴とする請求項1または2に記載の圧力検出装置。
- 前記加圧部材は、一端が前記圧力伝達部に固定され他端は前記支持部材に固定され、前記二つの固定部間は筒状部よりなり、当該筒状部が荷重調整部となっていることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の圧力検出装置。
- 前記加圧部材に設けられた前記荷重調整部は薄肉状のバネ部であることを特徴とする請求項4に記載の圧力検出装置。
- 前記加圧部材に設けられた前記荷重調整部は蛇腹状のバネ部であることを特徴とする請求項4に記載の圧力検出装置。
- 前記加圧部材に設けられた前記荷重調整部は複数の切り欠きと前記切り欠きの間に位置する複数の板部とからなるバネ部であることを特徴とする請求項4に記載の圧力検出装置。
- 前記加圧部材に設けられた前記荷重調整部はコイル状のバネ部であることを特徴とする請求項4に記載の圧力検出装置。
- 前記加圧部材に設けられた前記荷重調整部が前記筒状部の中央より前記支持部材側に設けられたことを特徴とする請求項4から8の何れか1項に記載の圧力検出装置。
- 前記ダイアフラムと前記圧力伝達部は一体に構成されていることを特徴とする請求項4から9の何れか1項に記載の圧力検出装置。
- 前記加圧部材は、一端が前記圧力伝達部に固定され他端は前記支持部材に固定され、当該二つの固定部間は筒状部よりなり、
前記ダイアフラムと前記圧力伝達部は一体に構成されていることを特徴とする請求項1に記載の圧力検出装置。 - 前記加圧部材に設けられた前記筒状部が荷重調整部となっていることを特徴とする請求項11に記載の圧力検出装置。
- 前記加圧部材に設けられた前記荷重調整部は前記筒状部の中央より前記支持部材側に設けたことを特徴とする請求項12に記載の圧力検出装置。
- 燃焼室内と外部とを連通する連通孔が形成されたシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドの前記連通孔に挿入可能な筒状のハウジングと、当該ハウジングの挿入方向先端側に設けられるダイアフラムと、当該ハウジングの軸方向であって当該ダイアフラムの後端側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知する圧電素子と、当該ハウジング内の軸方向であって当該ダイアフラムと当該圧電素子との間にて当該圧電素子に当接して設けられ、当該ダイアフラムを介して作用する圧力を当該圧電素子に伝達する圧力伝達部と、当該圧電素子の後端を支持する支持部材と、当該圧力伝達部を当該ハウジングの軸方向に向けて加圧するように当該ハウジングまたは当該支持部材に固定されることで当該圧電素子に荷重を作用させる加圧部材とを有する圧力検出装置と、を有することを特徴とする圧力検出装置付き内燃機関。
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