JPH04254731A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車用エンジ
ン等の燃焼圧を検出する燃焼圧センサに用いて好適な圧
力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ケーシングと、該ケーシングの
先端側に設けられ、該ケーシングの先端側に外部から作
用する圧力に応じて軸方向に変位する平板状のダイヤフ
ラムと、前記ケーシング内に設けられ、先端側が該ダイ
ヤフラムに当接し、このダイヤフラムの軸方向変位に応
じて軸方向に変位する受圧ロッドと、該受圧ロッドの基
端側に設けられ、該受圧ロッドを介して伝達された前記
ダイヤフラムの軸方向の変位を前記圧力に応じた電圧信
号として出力する圧電体とからなる圧力センサとしての
燃焼圧センサは、例えば実開昭６０ー５３５号公報等に
よって知られている。

【０００３】そして、この種の従来技術による燃焼圧セ
ンサは、ダイヤフラムがエンジンの燃焼室に臨むように
して該エンジンに取付けられ、燃焼時の高い圧力（燃焼
圧）をダイヤフラムで受承し、該ダイヤフラムの軸方向
の変位を受圧ロッドを介して圧電体に加えることにより
、該圧電体は燃焼圧に応じた電圧信号をコントロールユ
ニット等に出力し、コントロールユニットはこの電圧信
号に基づいて燃焼圧の大小を判定し、エンジンへの燃料
供給時期や点火タイミング等を制御するようになってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による圧力センサは、エンジンの燃焼室に取付け
られることにより、燃焼時の燃焼圧を検出するようにな
っているものの、エンジンの燃焼室では燃焼時と非燃焼
時との間で温度差が生じ、この温度差によって圧電体の
温度は短時間で大きく変化するから、この温度変化に応
じて圧電体にパイロ電気が発生し、このパイロ電気が圧
電体の電圧信号に重畳されてしまい、燃焼圧に応じた正
確な電圧信号を出力することができないという問題があ
る。

【０００５】このため上述した従来技術によるものでは
、圧電体の近傍に熱電対やサーミスタ等の温度センサを
設け、該温度センサによって圧電体の温度を検出し、コ
ントロールユニットはこの検出温度に基づいて該圧電体
の検出信号を補正するようになっているものの、コント
ロールユニットは短時間に大きく変化する圧電体の温度
に応じて、逐次、圧電体からの電圧信号を補正しなくて
はならないから、コントロールユニットの電子回路や補
正用プログラム等が大幅に複雑化して、圧力センサのコ
ストが増大するという問題がある。

【０００６】本発明は上述した従来技術による問題に鑑
みなされたもので、圧電体の温度変化を防止し、高精度
に燃焼圧を検出することができるようにした圧力センサ
を提供するものである。

【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、本発明が採用する構成の特徴は、ケーシング内
に、電源からの給電によって圧電体を加熱するヒータと
、該ヒータと直列に接続され、前記圧電体の温度に応じ
て該ヒータに供給する電流を制御し、該圧電体を所定の
温度に保持する温度スイッチとを設けたことにある。

【０００８】

【作用】上記構成により、温度スイッチは圧電体の温度
を検出し、この検出温度に応じて電源からヒータに供給
される電流を制御し、圧電体を所定の温度に保持して、
圧電体が温度変化するのを防止できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図３に基
づき、エンジンの燃焼圧を検出する燃焼圧センサに用い
た場合を例に挙げて説明する。

【００１０】図において、１はケーシングを示し、２は
後述するダイヤフラム３、上カバー４と共に該ケーシン
グ１を構成するケーシング本体を示し、該ケーシング本
体２は、その上端側が上カバー４によって施蓋され、後
述するコンタクトプレート７、圧電体９等を収容した大
径筒部２Ａと、該大径筒部２Ａの下端側に一体的に形成
され、後述の受圧ロッド５を収容した小径筒部２Ｂとか
ら段付筒状に形成され、該小径筒部２Ｂの下端側にはダ
イヤフラム３が一体的に設けられている。そして、該ケ
ーシング本体２はダイヤフラム３がエンジン本体の燃焼
室内に臨むようにして、エンジン本体のシリンダヘッド
（いずれも図示せず）に取付けられている。

【００１１】３はケーシング本体２の小径筒部２Ｂの下
端側に一体に形成された薄肉円板状のダイヤフラムを示
し、該ダイヤフラム３は燃焼室内の圧力（燃焼圧）を受
圧すると、この圧力に応じて軸方向（上下方向）に撓ん
で、受圧ロッド５を軸方向に変位させるようになってい
る。

【００１２】４はケーシング本体２の大径筒部２Ａ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
状の上カバーを示し、該上カバー４の上側にはシリンダ
ヘッド外へと上向きに突出する縮径部４Ａが形成され、
該縮径部４Ａ内には後述するリード線８，１２が上向き
に伸長して設けられている。

【００１３】５はケーシング本体２の小径筒部２Ｂ内に
位置して、軸方向に変位可能に設けられた段付棒状の受
圧ロッドを示し、該受圧ロッド５の下端側はダイヤフラ
ム３の上面側に当接され、上端側は絶縁材料から円板状
に形成された下側プレート６等を介して圧電体９に当接
されている。そして、該受圧ロッド５は燃焼圧によって
ダイヤフラム３が軸方向に撓むと、ケーシング本体２内
を軸方向に変位し、このダイヤフラム３の変位を圧電体
９に軸方向に伝達すると共に、燃焼室内の高温が圧電体
９に直接伝わるのを防止するようになっている。

【００１４】７は受圧ロッド５と対向してケーシング本
体２の大径筒部２Ａ内に設けられた導電性材料からなる
コンタクトプレートを示し、該コンタクトプレート７の
下端側には円板状のコンタクト部７Ａが形成され、該コ
ンタクト部７Ａの上面側は後述する圧電体９の下側電極
９Ｂに当接し、該コンタクトプレート７の上端側は上カ
バー４の縮径部４Ａ内に伸長してリード線８にカシメ固
定されている。そして、該コンタクトプレート７は圧電
体９からの電圧信号をリード線８を介して後述のコント
ロールユニット１８に伝達するようになっている。

【００１５】９はケーシング本体２の大径筒部２Ａ内に
位置して、受圧ロッド５の上側に設けられ、チタン酸鉛
等の圧電性材料から筒状に形成された圧電体を示し、該
圧電体９の上，下面には、導電性ペースト等からなるシ
ート状の上側電極９Ａ、下側電極９Ｂが形成されている
。また、該圧電体９の上側電極９Ａは、導電性材料から
なる円板状の上側プレート１０等を介してケーシング本
体２にアースされ、下側電極９Ｂは、コンタクトプレー
ト７のコンタクト部７Ａに接触して電気的に接続されて
いる。そして、該圧電体９は、ダイヤフラム３が軸方向
に撓んで受圧ロッド５が軸方向に変位し、該受圧ロッド
５によって軸方向に押圧されると、圧縮歪みが生じて電
荷を発生し、この電荷（電圧信号）を燃焼圧に対応した
燃焼圧検出信号として各電極９Ａ，９Ｂからコンタクト
プレート７、リード線８等を介してコントロールユニッ
ト１８に出力するものである。

【００１６】１１は圧電体９の内周側に嵌装されたヒー
タを示し、該ヒータは例えばニクロム線等を巻回して筒
状に形成され、該ニクロム線の外側はセラミック等の絶
縁材料でコ−ティングされている。そして、該ヒータ１
１は、図２に示す如くプラス側リード線１２Ａとマイナ
ス側リード線１２Ｂとからなるリード線１２を介して後
述のバッテリ１６に接続され、該バッテリ１６から供給
された電流に応じて発熱し、圧電体９を加熱するように
なっている。

【００１７】１３は上側プレート１０の上面側に載置さ
れ、リード線１２を介してヒータ１１と直列に接続され
た温度スイッチを示し、該温度スイッチ１３は、例えば
図３に示す如く、キュリー温度でその抵抗値が各抵抗値
Ｒａ，Ｒｂ間を急激に変化するＰＴＣ（正特性）型のサ
ーミスタ等から短尺な筒状に形成され、その外側は導電
性の金属材料で覆われている。また、該温度スイッチ１
３はリード線１２を介してヒータ１１と直列に接続され
、そのキュリー温度は、燃焼室の定常燃焼状態における
圧電体９の平均温度（例えば１４５〜１５０℃程度）か
ら約５〜６℃高く設定された所定温度としての設定温度
Ｔに調節されている。そして、該温度スイッチ１３は、
上側プレート１０を介して圧電体９と共に温度上昇し、
その温度が設定温度Ｔに達すると、抵抗値Ｒａから抵抗
値Ｒｂまで急激に抵抗値を上昇させて、バッテリ１６か
らヒータ１１へ供給される電流を遮断（オフ状態）し、
圧電体９の温度が低下して設定温度Ｔを下回ると、抵抗
値Ｒｂから抵抗値Ｒａに抵抗値を低下させて、バッテリ
１６からの電流がヒータ１１に給電されるのを許す（オ
ン状態）ものである。

【００１８】１４はケーシング本体２の大径筒部２Ａ内
に螺着された止めねじを示し、該止めねじ１４はワッシ
ャ１５を介して温度スイッチ１３の上面側に当接してい
る。そして、該止めねじ１４はワッシャ１５、温度スイ
ッチ１３、上側プレート１０を介して圧電体９を上側か
ら所定の加重で押圧すると共に、圧電体９等をケーシン
グ本体２内で固定するようになっている。

【００１９】１６は車両に搭載された電源としてのバッ
テリ、１７は該バッテリ１６と温度スイッチ１３との間
に位置してプラス側リード線１２Ａの途中に設けられた
リレーを示し、該リレー１７は例えばエンジンを駆動，
停止するイグニッションスイッチ（図示せず）に連動し
て開，閉成するようになっている。

【００２０】１８はＣＰＵ等からマイクロコンピュータ
として構成されたコントロールユニットを示し、該コン
トロールユニット１８の入力側には、圧電体９がリード
線８を介して接続されている。そして、該コントロール
ユニット１８は、イグニッションスイッチがオンすると
、圧電体９からの燃焼圧検出信号を読込み、この燃焼圧
の大小を判定して、エンジンへの燃料供給時期や点火タ
イミング等を制御するものである。

【００２１】本実施例による圧力センサは上述の如き構
成を有するもので、次にその作動について説明する。

【００２２】まず、イグニッションスイッチがオンして
燃焼室内の混合気が点火されると、ダイヤフラム３はこ
の燃焼圧を受圧して軸方向に撓み、受圧ロッド５は軸方
向に変位して圧電体９を軸方向に押圧する。これにより
、圧電体９は、受圧ロッド５から加えられた圧力に応じ
た電荷（電圧）を発生し、この電圧信号を燃焼圧検出信
号として、コンタクトプレート７、リード線８等を介し
てコントロールユニット１８に出力する。また、イグニ
ッションスイッチがオンしたときには、リレー１７が閉
成してバッテリ１６からの電流がヒータ１１に給電され
る。

【００２３】一方、圧電体９の温度が低く、温度スイッ
チ１３の温度が設定温度Ｔを下回っているときは、温度
スイッチ１３は低い抵抗値Ｒａとなっているから、バッ
テリ１６からの電流がヒータ１１に供給されるのを許し
、これにより該ヒータ１１は発熱して圧電体９を加熱す
る。

【００２４】そして、圧電体１が加熱され、これにより
温度スイッチ１３の温度が設定温度Ｔに達すると、該温
度スイッチ１３の抵抗値は抵抗値Ｒａから抵抗値Ｒｂま
で急激に上昇し、バッテリ１６からヒータ１１に供給さ
れる電流を遮断して、該ヒータ１１の発熱を停止させる
。

【００２５】かくして、本実施例によれば、温度スイッ
チ１３は、圧電体９の温度に応じてその抵抗値を各抵抗
値Ｒａ，Ｒｂの間で変化させ、この抵抗値変化によって
バッテリ１６からヒータ１１に給電される電流を制御で
き、これによりヒータ１１の発熱を調節して、圧電体９
の温度を設定温度Ｔに保持することができる。この結果
、圧電体９の温度変化を防止して、圧電体９から出力さ
れる燃焼圧検出信号に温度変化によるパイロ電気が重畳
されるのを効果的に防止でき、燃焼室内の燃焼圧を長期
に亘って正確に検出することができる。また、本実施例
による圧力センサは、コントロールユニット１８を介さ
ずに、温度スイッチ１３によってヒータ１１に供給する
電流を制御しているから、コントロールユニット１８の
プログラムや電子回路等を簡略化してコストを大幅に低
減することができる。

【００２６】なお、前記実施例では、ヒータ１１はニク
ロム線等を巻回して筒状に形成するものとして述べたが
、これに替えて、例えばフィルム状ヒータ等の他のヒー
タを用いてもよい。

【００２７】また、前記実施例では、温度スイッチ１３
は、キュリー温度でその抵抗値が各抵抗値Ｒａ，Ｒｂ間
を急激に変化するＰＴＣ（正特性）型のサーミスタ等か
ら短尺な筒状に形成するものとして述べたが、これに替
えて、バイメタル等の他の温度スイッチを用いてもよい
。

【００２８】また、前記実施例では、圧力センサとして
燃焼圧センサに用いた場合を例に挙げて説明したが、本
発明はこれに限らず、例えば空気、工業用ガス等の気体
や燃料、水等の液体の圧力を検出する圧力センサにも適
用することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、電
源からの給電によって圧電体を加熱するヒータと、該ヒ
ータと直列に接続され、前記圧電体の温度に応じて該ヒ
ータに供給する電流を制御し、該圧電体を所定の温度に
保持する温度スイッチとを設けたから、圧電体が温度変
化するのを防止でき、圧電体から出力される電圧信号に
パイロ電気が重畳されるのを効果的に防止して、外部の
圧力を長期に亘って正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す圧力センサの縦断面図で
ある。

【図２】圧力センサの回路を示す回路構成図である。

【図３】温度スイッチの温度と抵抗値との関係を示す特
性線図である。

【符号の説明】

１　　　　ケーシング ３　　　　ダイヤフラム ５　　　　受圧ロッド ９　　　　圧電体 １１　　ヒータ １３　　温度スイッチ １６　　バッテリ（電源）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ケーシングと、該ケーシングの一端側
   に設けられ、該ケーシングの一端側に外部から作用する
   圧力に応じて変位するダイヤフラムと、先端側が該ダイ
   ヤフラムに当接するように前記ケーシング内に設けられ
   た受圧ロッドと、前記ケーシング内に位置して該受圧ロ
   ッドの基端側に設けられ、該受圧ロッドを介して伝達さ
   れた前記ダイヤフラムの変位を前記圧力に応じた電圧信
   号として出力する圧電体とからなる圧力センサにおいて
   、前記ケーシング内には、電源からの給電によって前記
   圧電体を加熱するヒータと、該ヒータと直列に接続され
   、前記圧電体の温度に応じて該ヒータに供給する電流を
   制御し、該圧電体を所定の温度に保持する温度スイッチ
   とを設けたことを特徴とする圧力センサ。