JPH04118642U - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧電体を用いた圧力センサに関し、異常な高
圧が作用した場合でも圧電体が破損されるのを防止す
る。 【構成】 ケーシング本体２の小径筒部２Ｂ内に受圧ロ
ッド４を挿通し、該受圧ロッド４の小径軸部４Ｄの位置
で小径筒部２Ｂの先端側をカシメて、縮径部２Ｅを形成
する。そして、この縮径部２Ｅから外部に突出する受圧
ロッド４の受圧部４Ｅを縮径部２Ｅの先端面から軸方向
のクリアランスＣをもって離間させ、過大な燃焼圧によ
る受圧ロッド４の変位を規制する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば自動車用エンジン等の燃焼圧等を検出する燃焼圧センサとし て用いて好適な圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、一端側が大径筒部となり、他端側が小径筒部となった段付筒状のケー シングと、該ケーシングの小径筒部内に挿通して設けられ、外部から作用する圧 力に応じて軸方向に変位する受圧ロッドと、該受圧ロッドの一端側に位置して前 記ケーシングの大径筒部内に設けられ、該受圧ロッドの変位に応じた圧力検出信 号を出力する圧電体と、コンタクト部が該圧電体に接触するように前記ケーシン グの大径筒部内に設けられ、該圧電体からの圧力検出信号を外部に導出するコン タクトプレートとからなる燃焼圧センサとしての圧力センサは、例えば実開昭６ ２−１４０４２９号公報等により知られている。

【０００３】 この種の燃焼圧センサでは、エンジンのシリンダ内における燃焼圧を測定する 場合に、シリンダヘッドに段付穴を設けて燃焼室内とシリンダヘッドの外部とを 連通させ、シリンダヘッドの外部から段付穴内に燃焼圧センサを挿入して該段付 穴の段部に当接させ、ばね等を介して燃焼圧センサをシリンダヘッドに固定する ようにしている。

【０００４】 そして、エンジンの燃焼室内に吸込まれた混合気を点火プラグによって点火す ると、この混合気が燃焼して燃焼室内に非常に高い燃焼圧が発生し、この燃焼圧 は燃焼圧センサの小径筒部の先端から露出する受圧ロッドの受圧部で受圧され、 受圧ロッドを燃焼圧に応じた圧力で軸方向に押圧する。これにより、この燃焼圧 は受圧ロッドを介して燃焼圧センサのケーシング内に設けられた圧電体に伝えら れる。このとき、該圧電体は燃焼圧に応じて圧縮され、燃焼圧に対応した起電力 を発生し、これを圧力検出信号として、コンタクトプレート等を介して外部のコ ントロールユニットに出力する。そして、コントロールユニットはこの圧力検出 信号に基づいて燃焼圧の大，小を判定し、エンジンの点火時期を制御したり、エ ンジンの負荷状態を検出したりするようになっている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上述した従来技術では、ケーシングの小径筒部内に受圧ロッドが軸 方向に変位可能に設けられ、該受圧ロッドの一端側はケーシングの大径筒部内で 圧電体に当接するようになっているから、たとえばノッキング等によりシリンダ 内に異常な高圧が発生すると、この高圧が受圧ロッドを介して圧電体に伝達され 、該圧電体に圧縮方向の過大な圧力が加えられ、圧電体は図３に示す特性線１０ ０の如く損傷点１００Ａの位置で破損したり、早期に劣化したりするという問題 がある。

【０００６】 本考案は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、外部から受圧ロッド に過大な圧力が加えられた場合でも、圧電体に過大な圧力が伝えられるのを防止 でき、耐久性を向上させ、圧電体の寿命を高めることができるようにした圧力セ ンサを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上述した課題を解決するために本考案が採用する構成の特徴は、受圧ロッドの 他端側に、ケーシングの小径筒部内に位置する小径軸部と、該小径軸部よりも大 径に形成され、前記ケーシングの小径筒部先端から外部に突出する大径の受圧部 とを設け、前記ケーシングの小径筒部先端側には、前記受圧ロッドの小径軸部を 外周側から取り囲むように縮径され、先端面が前記受圧ロッドの受圧部から軸方 向のクリアランスを介して離間した縮径部を形成したことにある。

【０００８】

【作用】

上記構成により、受圧ロッドは受圧部に外部から圧力が作用すると、受圧部と 小径筒部の縮径部先端とのクリアランスの範囲内でケーシングの小径筒部内を軸 方向に変位して圧電体にこの圧力を伝え、該圧電体からこのときの圧力に応じた 圧力検出信号を出力できる。そして、受圧部に過大な圧力が作用したときには、 該受圧部が縮径部の先端に当接して受圧ロッドが軸方向に大きく変位するのを規 制でき、圧電体に過大な圧力が加わるのを防止できる。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案の実施例による圧力センサを燃焼圧センサとして用いた場合を、 例に挙げて図１ないし図３に基づき詳述する。

【００１０】 図中、１は燃焼圧センサ本体を構成するケーシングを示し、該ケーシング１は 段付筒状のケーシング本体２と、該ケーシング本体２の一端側を施蓋するように 該ケーシング本体２に取付けられた後述のカバー３とから構成されている。

【００１１】 ここで、ケーシング本体２は、例えば銅合金等の金属材料から段付筒状に形成 され、上部側の大径筒部２Ａと、下部側の小径筒部２Ｂと、該大径筒部２Ａと小 径筒部２Ｂとの間に位置して下向きに漸次テーパ状に縮径され、内側面がテーパ 状の肩部２Ｃとなった段部２Ｄとから構成されている。そして、該ケーシング本 体２の大径筒部２Ａおよび段部２Ｄは厚肉に形成され、小径部２Ｂは薄肉に形成 されている。また、該小径筒部２Ｂの下端側は、内側に後述の受圧ロッド４を挿 通した状態で径方向外側からカシメることにより縮径部２Ｅとして形成され、該 縮径部２Ｅの上端側は該縮径部２Ｅに軸方向のばね力を付与するテーパ状の屈曲 部２Ｆとなっている。

【００１２】 ３はケーシング本体２の上端側にレーザ溶接等の手段を用いて固着された段付 円筒状のカバーを示し、該カバー３は上側に上向きに突出する小径突出部３Ａを 有し、該小径突出部３Ａ内には後述するリード線１２が挿通され、燃焼圧の検出 信号を外部へ導出するようになっている。

【００１３】 ４は前記ケーシング本体２の小径筒部２Ｂ内に挿通して設けられた受圧ロッド を示し、該受圧ロッド４は、例えばアルミニウム等の金属材料から段付円柱状に 形成され、上端側がテーパ状の円錐部４Ａとなり、ケーシング本体２の小径筒部 ２Ｂ内を軸方向に伸長する軸部４Ｂと、該軸部４Ｂの下側にテーパ部４Ｃを介し て小径に形成され、小径筒部２Ｂ下側の縮径部２Ｅ内を軸方向に伸長する小径軸 部４Ｄと、該小径軸部４Ｄの下側に前記小径筒部２Ｂの内径に対応する外形をも って形成され、縮径部２Ｅの先端から外部に突出した大径の受圧部４Ｅとから構 成されている。

【００１４】 ここで、該受圧ロッド４はケーシング本体２の小径筒部２Ｂ内に大径筒部２Ａ 側から挿通され、円錐部４Ａの外周面をケーシング本体２の肩部２Ｃ上に当接さ せた状態で、後述の止めねじ８をねじ込むことにより、円錐部４Ａと肩部２Ｃと の間がメタルシールされる。また、該受圧ロッド４の小径軸部４Ｄの外周側では ケーシング本体２の縮径部２Ｅが前述の如くカシメ等の手段で縮径され、該縮径 部２Ｅは小径軸部４Ｄの外周側を取囲むようになる。このとき、ケーシング本体 ２の屈曲部２Ｆは受圧ロッド４のテーパ部４Ｃ外周側を取囲むようになり、縮径 部２Ｅの先端面は受圧ロッド４の小径軸部４Ｄ、受圧部４Ｅ間に位置する環状段 部４Ｆに軸方向の小さなクリアランスＣ（図２参照）を介して対面するようにな る。

【００１５】 そして、該受圧ロッド４は受圧部４Ｅがケーシング本体２の縮径部２Ｅ先端か ら、たとえばエンジンの燃焼室内に臨むように突出し、該受圧部４Ｅが燃焼室内 の圧力を受圧することにより、ケーシング本体２の小径筒部２Ｂ内で軸方向に変 位し、この変位を燃焼圧として後述の圧電体６に伝達するようになっている。

【００１６】 ５は受圧ロッド４の円錐部４Ａ上に当接するように、ケーシング本体２の大径 筒部２Ａ内に設けられた下側プレートで、該下側プレート５は、絶縁性のセラミ ック材料等から円板状に形成され、燃焼圧によって軸方向に押圧される受圧ロッ ド４の変位を後述のコンタクトプレート９等を介して圧電体６に伝達すると共に 、エンジンの燃焼室内の高温が圧電体６に伝達するのを防止するようになってい る。

【００１７】 ６はケーシング本体２の大径筒部２Ａ内に位置して後述するコンタクトプレー ト９のコンタクト部９Ａ上に設けられた圧電体を示し、該圧電体６は、例えばチ タン酸鉛等の圧電性材料から環状平板として形成され、その両端面側にはシート 状の上側電極，下側電極（いずれも図示せず）が設けられている。ここで、該圧 電体６の下側電極はコンタクトプレート９のコンタクト部９Ａに接触し、上側電 極は導電性の金属材料から環状に形成された上側プレート７および後述の止めね じ８を介してケーシング本体２側でアースされている。そして、該圧電体６は受 圧ロッド４が燃焼室内の燃焼圧を受圧したときに、この燃焼圧を下側プレート５ を介して受承することにより軸方向に圧縮され、このときの圧縮歪に対応した起 電力を燃焼圧の圧力検出信号として外部に出力するようになっている。

【００１８】 ８はケーシング本体２の大径筒部２Ａ内に上側から螺着された止めねじを示し 、該止めねじ８は導電性の金属材料から略円筒状に形成され、その外周面にはお ねじ８Ａが設けられている。そして、該止めねじ８は上側プレート７を介して圧 電体６を下向きに押圧し、該圧電体６に受圧ロッド４との間で初期荷重を与える ものである。

【００１９】 ９は前記止めねじ８等を貫通してケーシング本体２内に設けられた導電性の金 属材料からなるコンタクトプレートを示し、該コンタクトプレート９は、下端側 に位置して円板状に形成され、圧電体６の上側電極に接触するコンタクト部９Ａ と、該コンタクト部９Ａの内周側から軸方向上向きに突設され、上端側がリード 線１２にカシメ固定された筒状の軸部９Ｂとから構成され、該コンタクトプレー ト９は後述の下側絶縁チューブ１０，上側絶縁チューブ１１と、下側プレート５ とによってケーシング本体２から絶縁されている。そして、該コンタクトプレー ト９は圧電体６からの圧力検出信号をリード線１２を介して外部のコントロール ユニット（図示せず）に出力する。

【００２０】 １０はコンタクトプレート９のコンタクト部９Ａ外周側に設けられた下側絶縁 チューブを示し、該下側絶縁チューブ１０は熱収縮性の絶縁樹脂材料から大径の 筒状に形成されている。そして、該下側絶縁チューブ１０は内周側に下側プレー ト５，圧電体６，コンタクト部９Ａ等を挿入した状態で熱風等により加熱されて 収縮し、コンタクト部９Ａ等を囲繞するようになっている。

【００２１】 １１はコンタクトプレート９の軸部９Ｂ外周側に設けられた上側絶縁チューブ で、該上側絶縁チューブ１１は熱収縮性の絶縁樹脂材料から小径な筒状に形成さ れ、該上側絶縁チューブ１１は軸部９Ｂの外周側を止めねじ８、ケーシング本体 ２から絶縁するようになっている。

【００２２】 １２は前記コンタクトプレート９の軸部９Ｂ上端側にカシメ固定されたリード 線、１３はカバー３の小径突出部３Ａ上端側にカシメ等の手段により嵌合固着さ れたシール部材を示し、該シール部材１３はリード線１２の抜け止めを行うと共 に、外部の雨水等がカバー３内へ浸入するのを防止するようになっている。

【００２３】 本実施例による燃焼圧センサは以上述べた構成を有するもので、当該燃焼圧セ ンサの取付け時には、従来技術によるものとほぼ同様に、エンジンのシリンダヘ ッドに設けた段付穴内にケーシング本体２の段部２Ｄを当接させて位置決めし、 下向きに突出した受圧ロッド４の受圧部４Ｅが燃焼室内に臨むようにして取付け られる。そして、エンジンの燃焼室内に吸込まれた混合気を点火プラグによって 点火すると、この混合気が燃焼して燃焼室内に非常に高い燃焼圧が発生し、この 燃焼圧はケーシング本体２の縮径部２Ｅから突出する受圧部４Ｅで受圧され、受 圧ロッド４は小径筒部２Ｂ内を燃焼圧に応じて軸方向に変位する。

【００２４】 かくして、この燃焼圧は受圧ロッド４から下側プレート５等を介して圧電体６ に伝えられ、該圧電体６は燃焼圧に対応した起電力を圧力検出信号としてコンタ クトプレート９，リード線１２等を介して外部のコントロールユニットに出力す る。

【００２５】 而して、本実施例では、ケーシング本体２の小径筒部２Ｂ内に受圧ロッド４の 小径軸部４Ｄを挿通した状態で、薄肉に形成された小径筒部２Ｂの下端側を外周 側からカシメることにより、受圧ロッド４の小径軸部４Ｄ、テーパ部４Ｆを外周 側から取囲む縮径部２Ｅ、テーパ状の屈曲部２Ｆを形成し、受圧ロッド４の環状 段部４Ｆとケーシング本体２の縮径部２Ｅ先端の間に小さなクリアランスＣを形 成したから、受圧ロッド４の受圧部４Ｅに外部から燃焼圧が作用すると、受圧ロ ッド４がこのクリアランスＣの範囲内で軸方向に変位して、このときの燃焼圧を 圧電体６に伝えることができ、圧電体６から燃焼圧に対応した圧力検出信号を出 力できる。

【００２６】 また、エンジンがノッキングを起こし、燃焼室内に異常に高い燃焼圧が発生し た場合に、受圧ロッド４の変位量がクリアランスＣの範囲を越えようとしても、 受圧ロッド４の環状段部４Ｆがケーシング本体２の縮径部２Ｅ先端に当接するか ら、これによって、受圧ロッド４の変位を規制でき、過大な圧縮力がケーシング 本体２内の圧電体６に作用するのを防止できる。そして、この場合に、環状段部 ４Ｆが縮径部２Ｅ先端に強く衝突したとしても、ケーシング本体２の縮径部２Ｅ がテーパ状の屈曲部２Ｆにより軸方向に弾性変形して、受圧ロッド４の変位を弾 性的に緩衝することができ、圧電体６からの圧力検出信号は図３に示す特性線１ ４の如く変化して、従来技術で述べた特性線１００の如く圧電体６が途中で損傷 されるのを効果的に防止できる。

【００２７】 従って、本実施例によれば、圧電体６がノッキング時等に過大な圧力を受けて 劣化したり、破損したりするのを防止でき、耐久性や信頼性を確実に向上させる ことができる。

【００２８】 また、ケーシング本体２の小径筒部２Ｂを薄肉に形成し、この小径筒部２Ｂ内 に受圧ロッド４の小径軸部４Ｄ等を挿通し、小径筒部２Ｂの下端側を小径軸部４ Ｄの外周側で縮径部２Ｅとして縮径させているから、ケーシング本体２の先端部 分を小径に形成でき、これによって、シリンダヘッドに設ける段付穴も小径に形 成することができ、シリンダヘッド等の強度を向上できると共に、シリンダヘッ ドの段付穴近傍の凹凸等を可及的に小さくでき、燃焼ガスを停滞させ、燃焼効率 を悪くする等の問題を解消することが可能となる。

【００２９】 さらに、本実施例による燃焼圧センサでは、ダイヤフラム等を介さず、受圧ロ ッド４で直接的に燃焼圧を受圧するため、高感度な燃焼圧センサを容易に得るこ とができる等、種々の効果を奏することができる。

【００３０】 なお、前記実施例では、エンジンの燃焼圧を検出する燃焼圧センサを例に挙げ て説明したが、本考案はこれに限るものではなく、例えば、反応容器のガス圧等 を検出する圧力センサに用いてもよいものである。

【００３１】 また、前記実施例では、上側プレート７を導電性の金属材料から環状に形成し たものとして述べたが、これに替えて、たとえば導電性の金属材料からなる皿ば ねを用いてもよいものである。

【００３２】

【考案の効果】

以上詳述した通り、本考案では受圧ロッドの他端側に、ケーシングの小径筒部 内に位置する小径軸部と、該小径軸部よりも大径に形成され、前記ケーシングの 小径筒部先端から外部に突出する大径の受圧部とを設け、前記ケーシングの小径 筒部先端側には、前記受圧ロッドの小径軸部を外周から取り囲むように縮径され 、先端面が前記受圧ロッドの受圧部から軸方向のクリアランスを介して離間した 縮径部を形成したから、通常の測定範囲を越えた高圧が受圧ロッドに作用した場 合には、受圧ロッドの受圧部がケーシングの小径筒部先端側で縮径部の先端面に 当接して、受圧ロッドの変位を規制でき、過大な圧力がケーシング内の圧電体に 伝達されるのを防止できる。従って、圧電体の破損等を確実に防止でき、耐久性 を向上させることができると共に、圧力検出時の感度や信頼性を高めることがで きる等、種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例による燃焼圧センサを示す縦断
面図である。

【図２】図１中の要部拡大図である。

【図３】燃焼圧と圧電体の圧力検出信号との関係を示す
特性線図である。

【符号の説明】

１ ケーシング ２ ケーシング本体 ２Ａ 大径筒部 ２Ｂ 小径筒部 ２Ｃ 肩部 ２Ｄ 段部 ２Ｅ 縮径部 ２Ｆ 屈曲部 ３ カバー ４ 受圧ロッド ４Ｂ 軸部 ４Ｄ 小径軸部 ４Ｅ 受圧部 ６ 圧電体 ８ 止めねじ ９ コンタクトプレート ９Ａ コンタクト部 Ｃ クリアランス

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端側が大径筒部となり、他端側が小径
   筒部となった段付筒状のケーシングと、該ケーシングの
   小径筒部内に挿通して設けられ、外部から作用する圧力
   に応じて軸方向に変位する受圧ロッドと、該受圧ロッド
   の一端側に位置して前記ケーシングの大径筒部内に設け
   られ、該受圧ロッドの変位に応じた圧力検出信号を出力
   する圧電体と、コンタクト部が該圧電体に接触するよう
   に前記ケーシングの大径筒部内に設けられ、該圧電体か
   らの圧力検出信号を外部に導出するコンタクトプレート
   とからなる圧力センサにおいて、前記受圧ロッドの他端
   側には、前記ケーシングの小径筒部内に位置する小径軸
   部と、該小径軸部よりも大径に形成され、前記ケーシン
   グの小径筒部先端から外部に突出する大径の受圧部とを
   設け、前記ケーシングの小径筒部先端側には、前記受圧
   ロッドの小径軸部を外周側から取り囲むように縮径さ
   れ、先端面が前記受圧ロッドの受圧部から軸方向のクリ
   アランスを介して離間した縮径部を形成したことを特徴
   とする圧力センサ。