JPH06265430A

JPH06265430A - 筒内圧センサ

Info

Publication number: JPH06265430A
Application number: JP5050599A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Takeuchi; 潔竹内; Hiroki Komiya; 広樹小宮; Toru Kita; 徹喜多
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1993-03-11
Filing date: 1993-03-11
Publication date: 1994-09-22
Also published as: GB2276294A; GB9318733D0; GB2276294B

Abstract

(57)【要約】【目的】受圧伝達部材を被測定領域と反対側でケース
に固定することにより、ケースの先端部分に熱歪みが発
生しても、圧力測定誤差が発生しないようにし、これに
よって圧力測定精度を大幅に向上させる。【構成】各圧電素子９、１０を介在させた状態で連結
ネジ５によって受圧伝達部材３を固定部材７に固定する
ことにより、受圧伝達部材３の先端部分の熱歪みに影響
されることなく、受圧伝達部材３の先端に加えられた圧
力を圧電素子９、１０に導いて電圧を発生させ、これを
ケーブル６を介して外部に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車のエンジ
ンを構成するシリンダ内の燃焼圧力などを測定する筒内
圧センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンのシリンダ内圧を検出する筒内
圧センサとしては、従来、図２１に示すセンサが提案さ
れている（特開平２−２３６１３１号）。

【０００３】この図において、厚さ方向に分極軸を有
し、その上下面に電極を備えて成るチタン酸鉛系円盤形
圧電素子２０１は、その一方の面が受圧伝達部材２０２
と面接触し、該受圧伝達部材２０２の反対側の面は圧力
測定をされる領域（被測定領域）２０３内に位置してい
る。この受圧伝達部材２０２は杵形形状とし、その中央
部にＯ−リング２０４を位置させることによって被測定
領域２０３に存在する気体や媒体等の圧力媒体のセンサ
内部への侵入を防いでいる。

【０００４】一方、該圧電素子２０１の後方面は円盤状
金属２０５に接し、さらに該円盤状金属２０５は該圧電
素子面と筐体２０６とを絶縁する機能をもつ石英等の中
空セラミックス円筒板２０７、および金属製のワッシャ
２０８を介してセラミック基板２０９に接している。こ
のセラミック基板２０９にはケーブル２１０によって円
盤形圧電素子２０１の上面と電気的に結合した電極と、
筐体２０６と電気的に結合した電極とが形成されてい
る。また、インピーダンス変換回路、増幅器等、の電気
回路２１１をもその上に構成されている。

【０００５】さらに、該セラミック基板２０９は金属ワ
ッシャ２０８’を介して固定ネジ部材２１２で筐体２０
６に締付けられ、筐体２０６先端のストッパ２０６ａで
位置決め固定されている。また、センサで得られた電気
信号はケーブル２１０’によって該セラミック基板２０
９から外部に取り出すようになっている。

【０００６】そして、この筒内圧センサは次に述べるよ
うにして内圧の検出を行なう。

【０００７】まず、筐体２０６を内燃機関のシリンダ内
面等に位置させ、発生圧力を計測する。シリンダ内部に
発生した圧力は、受圧伝達部材２０２により円盤形圧電
素子２０１に厚み方向の圧縮応力として伝達される。こ
の圧縮応力によって該圧電素子２０１の上下面に電荷が
発生する。受圧伝達部材２０２に接触した面に発生した
電荷は該伝達部材２０２と筐体２０６を経由し、セラミ
ック基板２０９の接地電極に伝えられる。一方、他の面
で発生した電荷は円盤状金属２０５、ケーブル２１０を
介してセラミック基板２０９のもう一方の電極に伝えら
れる。これらの電荷は圧電素子２０１の出力インピーダ
ンスを下げるインピーダンス変換回路、適当な感度に設
定するための増幅回路等の電気回路２１１により、ケー
ブル２１０’に検出出力として取り出される。なお、電
気回路１１はセンサ内に内蔵しなくても良い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の筒内圧センサにおいては、受圧伝達部材２０２
が被測定領域２０３内で筐体２０６のストッパ２０６ａ
に支持される構造になっているため、被測定領域２０３
の燃焼による火炎によって筐体２０６のストッパ２０６
ａの熱歪みが受圧伝達部材２０１に加わって測定誤差が
生じるという問題があった。

【０００９】本発明は上記の事情に鑑み、受圧伝達部材
を被測定領域と反対側で固定することにより、従来例の
ように筐体の先端部分に熱歪みが発生しても、圧力測定
誤差が発生しないようにすることができ、これによって
圧力測定精度を大幅に向上させることができる筒内圧セ
ンサを提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、内燃機関の気筒内にある被測定領域側の
圧力を検出する筒内圧センサにおいて、直接またはケー
スを介して前記気筒に固定される固定部材と、前記被測
定領域からの圧力を前記固定部材側に伝達する受圧伝達
部材と、この受圧伝達部材と前記固定部材との間に配置
される圧電素子と、前記受圧伝達部材と前記固定部材と
の間に前記圧電素子を介在させた状態で前記固定部材に
対して移動可能に前記受圧伝達部材と前記固定部材とを
接続する連結部と、前記受圧伝達部材と前記固定部材と
の間に配置され、前記被測定領域から前記圧電素子への
燃焼ガスの侵入をさえぎるシール部材とを備えたことを
特徴としている。

【００１１】

【作用】上記の構成において、受圧伝達部材は、気筒に
直接またはケースを介して気筒に固定された固定部材に
対して連結部により移動可能に構成されており、被測定
領域からの圧力をこの受圧伝達部材と前記固定部材との
間に設けられた圧電素子に伝達する。また、シール部材
により、受圧伝達部材と固定部材との間に侵入する燃焼
ガスによる測定誤差の発生も防止できる。

【００１２】

【実施例】

＜筒内圧センサの構成＞図１は本発明による筒内圧セン
サの第１実施例を示す断面図である。

【００１３】この図に示す筒内圧センサは、ケース２
と、受圧伝達部材３と、Ｏ−リング４と、連結ネジ５
と、ケーブル６と、固定部材７と、固定ネジ８と、２枚
の圧電素子９、１０と、電極板１１と、ブッシュ１２と
を備えており、各圧電素子９、１０を介在させた状態で
連結ネジ５によって受圧伝達部材３を固定部材７に固定
することにより、受圧伝達部材３の先端部分の熱歪みに
影響されることなく、受圧伝達部材３の先端に加えられ
た圧力を圧電素子９、１０に導いて電圧を発生させ、こ
れをケーブル６を介して外部に出力する。

【００１４】《ケース２》ケース２は高剛性と高熱伝導
性を持ち、ヤング率が大きい材料、例えば銅や高純度の
鉄などによって、上端側が大径部１５に、中央部分が中
径部１６に、下端部分が小径部１７になるように形成さ
れる筒状部材によって構成されており、大径部１５およ
び中径部１６の中心に大径孔１８が形成されるととも
に、その上端側にネジ山１９が形成され、また中径部１
６の下部側に中径孔２０が形成されるとともに、その下
部側に小径孔２１が形成され、この小径孔２１の下部側
にテーパが形成されて小径部１７に形成された細径孔２
２に連通している。

【００１５】また、小径部１７の外周面にはネジ山２３
が形成され、内圧測定対象となるエンジンのシリンダに
形成されたネジ穴にねじ込まれて下端部分がシリンダ内
に連通するようになっている。

【００１６】この場合、ケース２を構成する材料とし
て、高熱伝導性を持つ材料を使用していることから、エ
ンジンのシリンダヘッドが水冷されていれば、筒内圧セ
ンサに加わった熱をケース２を介して外部に逃がすこと
ができ、これによってＯ−リング４や各圧電素子９、１
０の温度上昇を抑えることができる。

【００１７】《受圧伝達部材３》また、受圧伝達部材３
は、アルミニウムなどの軽くて熱伝導の良い材料によ
り、上端側が太径部２４に形成されるとともに、下端側
がケース２の細径孔２２より少し小さい径を持つ細径部
２５に形成された円柱状の部材であり、ケース２内に上
下動自在に収納されるとともに、その下端側に形成され
た周溝２６内に填込まれたＯ−リング４によって細径部
２５と、ケース２の下端側内周面との間に形成される隙
間を介して被測定領域２７側からの気体や圧力媒体など
が受圧伝達部材３の太径部２４側に入らないように密封
されている。

【００１８】また、受圧伝達部材３の上端側には、各圧
電素子９、１０が載せられた状態で、上端側の中心部に
形成されたネジ穴２８にねじ込まれている連結ネジ５の
張力によって各圧電素子９、１０を固定部材７の下面に
押し付けてプリロードを与えている。

【００１９】この場合、受圧伝達部材３はアルミニウム
等の軽い材質の部材によって構成されていることから、
圧力以外の振動が出力ノイズとして乗ることを避けるこ
とができるとともに、熱伝導が良いことから先端部分の
熱をケース２や連結ネジ５などに効率良く伝達してＯ−
リング４部分の温度を下げることができる。

【００２０】また、受圧伝達部材３の下端に形成される
受圧部位（受圧面）２９は、熱の入力が小さくなるよう
に鏡面仕上げやメッキ仕上げ、または熱伝導率が低い物
質、例えば酸化膜やフッ素樹脂などによって被覆、ある
いはコーティングされている。

【００２１】また、受圧伝達部材３は、太径部２４の径
がケース２の細径孔２２の径よりも大きくされ、これに
よって連結ネジ５が切断しても、受圧伝達部材３がケー
ス２の細径孔２２から抜け出して被測定領域２７内に落
下しないようにされている。

【００２２】また、受圧伝達部材３の細径部２５と、こ
の細径部２５が上下方向にスライド自在に挿入されてい
るケース２の細径孔２２とのクリアランスは、できるだ
け小さい値、例えば０．０５ｍｍ以下にされて、被測定
領域２７が高圧になっても、高温ガスが侵入しにくくす
るとともに、受圧伝達部材３の熱をケース２側に逃が
し、さらに万一、Ｏ−リング４が破損しても、高圧ガス
の侵入量を最小限にしている。

【００２３】《Ｏ−リング４》また、Ｏ−リング４は受
圧伝達部材３の下端側に形成された周溝２６内に填込ま
れ、受圧伝達部材３の細径部２５と、ケース２の細径孔
２２との間の隙間から被測定領域２７側の燃焼ガス等が
入り込まないように密封している。

【００２４】そして、この場合、このＯ−リング４が填
込まれている受圧伝達部材３には、高温の燃焼ガスがあ
たるため、温度が上昇するとともに、零圧と高圧（例え
ば、〜６ＭＰａ＝約６０ｋｇ／ｃｍ²）とが交互に加わ
り、Ｏ−リング４の耐久性が懸念されることから、高温
に耐えるように、通常、フッ素樹脂などの材料が使用さ
れる。

【００２５】また、Ｏ−リング４が、温度上昇を避ける
ときには銅などの熱伝導率の高い材料が粉体やファイバ
にされてフッ素樹脂内に混入された材料によって構成さ
れると、これよってＯ−リング４に加わった熱をケース
２側に効率的に逃がすことができる。

【００２６】また、Ｏ−リング４の耐久性などが問題に
なるときには、中空のステンレスによるＯ−リングやピ
ストンリングのようにその一部に切割りが形成された金
属リングなどを使用しても良い。

【００２７】次に、図２〜図６を参照しながら、Ｏ−リ
ング４によるシール効果について詳細に説明する。

【００２８】まず、第１文献（「パッキンとシールの設
計」オーム社、Ｓ４０．１）のＰ１０６には、Ｏ−リン
グ４はセルフシーリング効果を有すると記載されてい
る。

【００２９】つまり、流体の圧力は図２に示す如く角形
の□−リングを壁面に押し付ける方向に加わることか
ら、漏れが発生しない。この場合、重要なことは、図２
に示した“はみ出し”がないことである。このために
は、Ｏ−リング４の使用温度範囲、例えば、エンジンが
高回転、高負荷状態でノッキングを起こしたときが最も
多くの熱が受圧伝達部材３の受圧部位に加わり、Ｏ−リ
ング４が填込まれている部分に近いところで、受圧伝達
部材３の温度が最高で２００℃程度になることから、こ
の温度までの範囲で、適度な固さがあることが必要であ
る。

【００３０】ここで、代表的なフッ素樹脂ＰＴＥＥは第
２文献（「フッ素樹脂」、日刊工業新聞社、Ｓ４４．１
０．３１）に記載されている内容から、図３に示す如く
２５０℃まで、ヤング率が１００ｋｇ／ｃｍ²以上を保
持し、これは上述した第１文献に記載された内容から、
図４に示す如くショア硬さに換算すると、８０以上の値
になるとともに、前記第１文献に記載されている内容か
ら、図５に示す如く“はみ出し”がない場合、約１３０
ｋｇ／ｃｍ²までの圧力に耐えることが予想され、本発
明での使用が充分に可能であると判断される。

【００３１】また、普通の用途に使用される標準的なゴ
ム製のＯ−リング４の硬さはショア硬さが７０前後であ
ることから、標準のゴムでは、Ｏ−リング４のショア硬
さが不足する。

【００３２】しかしながら、図３に示すように、常温を
含めて２５０℃以下での通常の使用温度範囲において
は、フッ素樹脂の硬さが大きくなり、Ｏ−リング４の剛
性が高過ぎて、壁への密着性が悪くなることが懸念され
る。

【００３３】このため、フッ素樹脂を使用したＯ−リン
グ４を使用するときには、第１文献に示されている方
法、つまり図６に示す如くＯ−リング４の一部に線状の
切り込み３０を施し、これによって常温付近でも、充分
な剛性にすることもできる。そして、この方法は、角形
の□−リングに対しても応用できる。

【００３４】《連結ネジ５》また、連結ネジ５は銅やア
ルミニウムなどのヤング率が小さくて熱伝導率の高い材
料によって、上端側と、下端側とにネジ山３１、３２が
各々形成された円柱状の部材であり、その中央部分外周
にフッ素樹脂などの絶縁チューブ３３が被せられるとと
もに、下端側に形成されたネジ山３２が各圧電素子９、
１０を貫通して受圧伝達部材３の上部側に形成されたネ
ジ穴２８にねじ込まれ、さらに上部側に形成されたネジ
山３１が固定部材７に形成されたネジ穴３４にねじ込ま
れて、絶縁チューブ３３によって各圧電素子９、１０と
絶縁されながら、受圧伝達部材３と固定部材７とによっ
て各圧電素子９、１０を挟み込ませる。

【００３５】また、連結ネジ５はなるべく中間部分を長
くして剛性が下げられ、これによって各圧電素子９、１
０に対して分圧として働く受圧伝達部材３から加わる応
力がなるべく各圧電素子９、１０の方に伝わるようにし
ている。

【００３６】但し、連結ネジ５はあまり細くすると、剛
性を下げることができるももの、熱を伝え難くなるた
め、これらの兼合いによって連結ネジ５の太さが決めら
れている。

【００３７】《固定部材７》また、固定部材７は高剛性
と高熱伝導性を持ち、ヤング率が大きい部材、例えば銅
や高純度の鉄などの材料によって構成される円柱部材で
あり、その外径がケース２の大径孔１８より少し小さく
なるように、かつ中径孔２０より少し大きくなるように
形成され、ケース２の大径孔１８の上部から挿通され
て、その下端面周囲が大径孔１８と、中径孔２０との段
差によって構成されるリング状の固定面３５に当接して
下方に対する抜けが防止されるとともに、大径孔１８の
ネジ山１９にねじ込まれた固定ネジ８によって上方への
抜けが防止される。

【００３８】また、固定部材７の中心部には、上下に貫
通する孔３４が形成されるととも、この孔３４の上部に
ネジ山３６が形成され、連結ネジ５の上端側が孔３４に
下から挿通されてネジ山３６にねじ込まれ、さらにその
周辺部分に上下に貫通する孔３７が形成され、この孔３
７にケーブル６が挿通される。

【００３９】《固定ネジ８》また、固定ネジ８は内部が
中空になり、その上面にブッシュ挿入用の孔３８が形成
され、またその側面にネジ山３９が形成された部材であ
り、孔３８に挿入されたブッシュ１２によってケーブル
６を外部に導くとともに、ケース２の大径孔１８に形成
されたネジ山１９にねじ込まれて、その下端によって固
定部材７の上面周辺部を押し付けてこの固定部材７を固
定する。

【００４０】《ブッシュ１２》また、ブッシュ１２はゴ
ムなどの材料によって構成される円筒状の柔軟部材であ
り、固定ネジ８に形成された孔３８内に貫入されて固定
され、中央部分に形成された孔４０にケーブル６が挿通
されて防水をする。

【００４１】《各圧電素子９、１０》また、各圧電素子
９、１０は厚み方向に加わる応力に比例した電荷（チャ
ージ）を発生する材料、例えば水晶やＬｉＮｂＯ₃（ニ
オブ酸リチウム）などの単結晶材料、またはＰｂ（Ｚ
ｒ、Ｔｉ）Ｏ₃、ＰｂＴｉＯ₃などの圧電セラミックス
材料等によって作られており、ｄ₃₃（ディーサンサン）
と呼ばれる定数、すなわち１Ｎ（ニュートン）あたりの
発生電荷Ｃ（クーロン）の比で表わされる定数によって
その電荷／力特性が定義される。

【００４２】そして、このような圧電素子９、１０はそ
の分極方向が電極板１１に対して突き合うように配置さ
れるとともに、上下面には、発生した電荷を集めるため
に金属のメッキやスパッタリングなどによる薄い電極が
形成され、さらに側面には、水分などが付くと表面抵抗
が低下して電極に集まった電荷が流れてしまうことか
ら、ＳｉＯ₂（酸化シリコン）などの絶縁膜が形成され
ている。

【００４３】《電極板１１》また、電極板１１はステン
レスなどの強度の高い金属材料によって構成される板で
あり、各圧電素子９、１０によってサンドイッチ状に挟
まれ、これらの各圧電素子９、１０に発生した電荷をケ
ーブル６の芯線４１に伝達する。

【００４４】《ケーブル６》また、ケーブル６は固定ネ
ジ８に形成された孔３８に填込まれたブッシュ１２に形
成された孔４０および固定部材７に形成された孔３７に
挿通され、その先端の被覆が剥されて芯線４１が電極板
１１に溶接などによって電気的に接続され、この電極板
１１を介して伝達される電圧を外部に導く。

【００４５】＜筒内圧センサの作用＞次に、図１の断面
図ないし図１０の等価回路図を参照しながら、この筒内
圧センサの作用を説明する。

【００４６】まず、被測定領域２７の圧力が上昇する
と、受圧伝達部材３が上方に付勢されて、２枚の圧電素
子９、１０を圧縮する。

【００４７】これによって、各圧電素子９、１０は圧縮
の応力に比例した電荷を発生し、そしてこれらの各圧電
素子９、１０の分極方向が突き合わされていることか
ら、２枚の圧電素子９、１０の発生電荷が加算されて電
極板１１を通してケーブル６から外部に出力される。

【００４８】また、各圧電素子９、１０の背面は受圧伝
達部材３と、連結ネジ５と、固定部材７とを通して電気
的に接続され、ケース２からシリンダのアースに落とさ
れている。

【００４９】また、このとき、Ｏ−リング４によって圧
力のシールを行なっているが、受圧伝達部材３の動きを
拘束しないため、感度が落ちることは無い。

【００５０】さらに、被測定領域２７からの高温の燃焼
ガスがＯ−リング４に当たって、このＯ−リング４が熱
変形しても、受圧伝達部材３に応力を及ぼすことがない
ため、高温の燃焼ガスによって測定誤差が発生すること
は無い。

【００５１】但し、受圧伝達部材３が熱変形して、各圧
電素子９、１０に変形の応力が及ぶことが懸念される
が、各圧電素子９、１０の熱伝導率は金属より１桁から
２桁程度低いため、熱が各圧電素子９、１０に加わるよ
り、連結ネジ５に逃げる方が大きくなり、その影響は極
めて小さい。

【００５２】また、従来の筒内圧センサでは、高温の燃
焼ガスが直接、当たる部位で熱歪みが急速に大きく生じ
るため、図７に示す如く極めて速い誤差出力となる。

【００５３】これに対して、この実施例では、高温の燃
焼ガスが直接、当たる部位で熱歪みが測定動作に影響せ
ず、さらに直接当たらない部位での熱歪みの影響が小さ
いとともに、瞬間的に分散するため、全体にゆるやかな
ドリフトとなり、電気回路による後処理での補正を行な
うことが容易である。

【００５４】次に、図２１に示した従来の筒内圧センサ
と、この実施例による筒内圧センサとを機械的な等価回
路を用いて特性の違いを考察する。

【００５５】まず、図８に示す如く断面積Ａ（ｍ
ｍ²）、長さＬ（ｍｍ）、ヤング率Ｙ（ｋｇ／ｍｍ²）
の部材４５のバネ定数ｋ（ｋｇ・ｆ／ｍｍ）は、ｋ＝（Ａ・Ｙ）／Ｌとなる。また、バネ定数ｋ（ｋｇ・ｆ／ｍｍ）と、力Ｆ
（ｋｇ・ｆ）と、変位ΔＬ（ｍｍ）との間には、次式に
示す関係がある。

【００５６】Ｆ＝ｋ・ΔＬ …（フックの法則）ここで、図２１に示すストッパ２０６ａの材質によって
決まるヤング率Ｙ、寸法などに基づいて決まるバネ定数
を“ｋ_206a”とし、Ｏ−リング２０４のバネ定数を“ｋ
₂₀₄”とし、圧電素子２０１のバネ定数を“ｋ₂₀₁”と
し、受圧伝達部材２０２が持つ質量を“Ｍ₂₀₂”とし、
それぞれの部材のバネ定数ｋと、質量Ｍとに置き換える
と、図９（ａ）に示す等価回路が得られる。

【００５７】同様に、図１に示す連結ネジ５の材質によ
って決まるヤング率Ｙ、寸法などに基づいて決まるバネ
定数を“ｋ₅”とし、Ｏ−リング４のバネ定数を
“ｋ₄”とし、圧電素子９、１０のバネ定数を
“ｋ_9,10”とし、受圧伝達部材３が持つ質量を“Ｍ₃”
とし、それぞれの部材のバネ定数ｋと、質量Ｍとに置き
換えると、図１０（ａ）に示す等価回路が得られる。

【００５８】そして、図９（ａ）、図１０（ａ）に示す
等価回路図を変形すると、各々図９（ｂ）、図１０
（ｂ）に示す等価回路になる。

【００５９】図９（ｂ）では、Ｏ−リング２０４の剛性
が低く、ストッパ２０６ａのバネ定数ｋ_206aに対し、Ｏ
−リング２０４のバネ定数ｋ₂₀₄を無視することができ
ることから、図９（ｂ）に示す等価回路図は図９（ｃ）
に示す如く簡略化することができる。

【００６０】このとき、圧力感度Ｓは受圧伝達部材２０
２の受圧面積“Ａ”とし、この受圧伝達部材２０２に加
えられる圧力を“Ｐ”とすると、次式に示す如くストッ
パ２０６ａのバネ定数ｋ_206aと、圧電素子２０１のバネ
定数ｋ₂₀₁との大きさによる分割比によって決まる。

【００６１】Ｓ＝Ａ・Ｐ・ｄ₃₃・ｋ₂₀₁／（ｋ₂₀₁＋ｋ_206a）そして、この式から明らかなように、高温の燃焼ガスな
どの影響を受けてストッパ２０６ａに熱歪みが発生した
とき、この熱歪みによって圧力感度Ｓが変化してしま
う。

【００６２】これに対して、この実施例による筒内圧セ
ンサでは、図１０（ｂ）に示す等価回路において、Ｏ−
リング４の剛性が低く、連結ネジ５のバネ定数ｋ₅に対
し、Ｏ−リング４のバネ定数ｋ₄を無視することができ
ることから、図１０（ｂ）に示す等価回路図は図１０
（ｃ）に示す如く簡略化することができる。

【００６３】このとき、圧力感度Ｓは受圧伝達部材３の
受圧面積“Ａ”とし、この受圧伝達部材３に加えられる
圧力を“Ｐ”とすると、次式に示す如く連結ネジ５のバ
ネ定数ｋ₅と、圧電素子９、１０のバネ定数ｋ_9,10との
大きさによる分割比によって決まる。

【００６４】Ｓ＝Ａ・Ｐ・ｄ₃₃・ｋ_9,10／（ｋ_9,10＋ｋ₅）そして、受圧伝達部材３の受圧面２９に高温の燃焼ガス
が当たっても、これがケース２側に逃げて連結ネジ５お
よび圧電素子９、１０にほとんど伝わらないことから、
これら連結ネジ５および圧電素子９、１０のバネ定数ｋ
₅、ｋ_9,10がほとんど変化しないようにすることがで
き、これによって高温の燃焼ガスによって圧力感度Ｓが
変化しないようにすることができる。

【００６５】このように、この実施例においては、受圧
伝達部材３を連結ネジ５によって固定部材７に固定する
ことにより、受圧伝達部材３の先端部分の熱歪みに影響
されることなく、受圧伝達部材３の先端に加えられた圧
力を圧電素子９、１０に導いて電圧を発生させ、これを
ケーブル６を介して外部に出力するようにしているの
で、ケース２の先端部分に熱歪みが発生しても、圧力測
定誤差が発生しないようにすることができ、これによっ
て圧力測定精度を大幅に向上させることができる。

【００６６】図１１は本発明による筒内圧センサの第２
実施例を示す断面図である。なお、この図において、図
１の各部と対応する部分には、同じ符号を付してある。

【００６７】この図に示す筒内圧センサが図１に示すセ
ンサと異なる点は、受圧伝達部材３の上端と、各圧電素
子９、１０のうち、下側に配置された圧電素子１０の下
面との間に、板状の断熱部材４６を挿入し、受圧伝達部
材３の熱が各圧電素子９、１０に伝達され難くしたこと
である。

【００６８】この場合、断熱部材４６はセラミックなど
のように、熱伝導率が低く、かつヤング率が高く、さら
に軽い比重の材料によって構成され、その表面にメッキ
が施されて電気伝導性が付加される。

【００６９】このようにすることにより、この実施例で
は、上述した第１実施例と同様に、ケース２の先端部分
に熱歪みが発生しても、圧力測定誤差が発生しないよう
にすることができ、これによって圧力測定精度を大幅に
向上させることができるとともに、第１実施例のものよ
り、さらに圧力測定誤差が発生しないようにすることが
できる。

【００７０】図１２は本発明による筒内圧センサの第３
実施例を示す断面図である。なお、この図において、図
１の各部と対応する部分には、同じ符号を付してある。

【００７１】この図に示す筒内圧センサが図１に示すセ
ンサと異なる点は受圧伝達部材３の上端と、各圧電素子
９、１０のうち、下側に配置された圧電素子１０の下面
との間に、板状の断熱部材４６を挿入し、受圧伝達部材
３の熱が各圧電素子９、１０に伝達され難くするととも
に、断熱部材４６の上面と、下側に配置された圧電素子
１０の下面との間および上側に配置された圧電素子９の
上面と、固定部材７の下面との間に金属板などによって
構成される短絡部材４７を挿入し、これによって２枚の
圧電素子９、１０のアース側を電気的に接続するように
したことである。

【００７２】この場合、断熱部材４６はセラミックなど
のように、熱伝導率が低く、かつヤング率が高く、さら
に軽い比重の材料によって構成され、図１１に示す断熱
部材４６と異なりその表面にメッキが施されない。

【００７３】このようにすることにより、この実施例で
は、上述した第１、第２実施例と同様に、ケース２の先
端部分に熱歪みが発生しても、圧力測定誤差が発生しな
いようにすることができ、これによって圧力測定精度を
大幅に向上させることができるとともに、第１実施例の
ものより、さらに圧力測定誤差が発生しないようにする
ことができる。

【００７４】図１３は本発明による筒内圧センサの第４
実施例を示す断面図である。なお、この図において、図
１の各部と対応する部分には、同じ符号を付してある。

【００７５】この図に示す筒内圧センサが図１に示すセ
ンサと異なる点は、円柱状の固定ネジ８を使用するとと
もに、図１４（図１３のＡ−Ａ線断面図）に示す如くケ
ース２の側部に上部に開口し、ケース２内の小径孔２１
まで貫通するケーブル孔４８を形成し、このケーブル孔
４８を介して外部からケース２内にケーブル６を挿通し
てその先端部分を電極板１１に接続するようにし、これ
によって固定部材７に孔を開けなくても良くしたことで
ある。

【００７６】このようにしても、上述した第１〜第３実
施例と同様に、ケース２の先端部分に熱歪みが発生して
も、圧力測定誤差が発生しないようにすることができ、
これによって圧力測定精度を大幅に向上させることがで
きる。

【００７７】図１５は本発明による筒内圧センサの第５
実施例を示す断面図である。なお、この図において、図
１３の各部と対応する部分には、同じ符号を付してあ
る。

【００７８】この図に示す筒内圧センサが図１３に示す
センサと異なる点は、ケース２の小径部１７と、受圧伝
達部材３の細径部２５とを長くして、被測定領域２７が
深い位置にあっても、被測定領域２７の圧力を測定でき
るようにしたことである。

【００７９】このようにしても、上述した第１〜第４実
施例と同様に、ケース２の先端部分に熱歪みが発生して
も、圧力測定誤差が発生しないようにすることができ、
これによって圧力測定精度を大幅に向上させることがで
きる。

【００８０】図１６は本発明による筒内圧センサの第６
実施例を示す断面図である。なお、この図において、図
１の各部と対応する部分には、同じ符号を付してある。

【００８１】この図に示す筒内圧センサは、固定部材７
と、連結ネジ５と、受圧伝達部材３と、Ｏ−リング４
と、固定ネジ５０と、２枚の圧電素子９、１０と、電極
板１１と、保持部材５７と、シールド線６６と、カバー
５８とを備えており、ケース２の代わりに、シリンダヘ
ッド５９（図１９を参照）に開けられた装着穴６０を利
用して被測定領域２７の圧力を測定する。

【００８２】この場合、受圧伝達部材３は、細径部２５
に周溝２６が形成されてＯ−リング４が填込まれて燃焼
ガスのシールが行われるとともに、その上面には電極板
１１を挟み込んだ圧電素子９、１０が取り付けられ、さ
らに各圧電素子９、１０を介してその上面に形成された
ネジ孔２８に連結ネジ５の下端側がねじ込まれる。この
後、図１７に示す如くその側面に形成された切欠き部分
５１がスパナなどによって押さえ付けられて、連結ネジ
５の上端側が固定部材７の下面側に形成されたネジ孔３
４にねじ込まれて、各圧電素子９、１０を固定する。

【００８３】また、固定部材７は上部側が大径部５２
に、下部側が小径部５３になるように形成されており、
図１８に示す如くストッパ５５によってその上面に十字
孔５４を有する固定ネジ５０が緩く止められるととも
に、このストッパ５５の下面中心に設けられた凸部５６
によって回転トルクによる回りが防止され、シリンダヘ
ッド５９の装着穴６０に挿入されたとき、その端面が装
着穴６０の段差６２によってそれ以上の挿入ができなく
なった位置で、その周面が装着穴６０の内周面に密着し
て位置決めがされる。

【００８４】また、この固定部材７の側面には、溶接な
どによって筒状の保持部材５７が固定され、この保持部
材５７の上端側に設けられた爪６５がカシメられてシー
ルド線６６が保持されるとともに、保持部材５７の下端
側に設けられた爪６７によってシールド線６６の外部導
体６８がカシメられてアースがとられている。

【００８５】また、カバー５８は、固定部材７の小径部
５３に填込まれて図１７に示す如くその一部６９がカシ
メられて小径部５３に固定された後、内部にシリコンゴ
ムなどの防水用の充填剤７０が充填される。

【００８６】そして、この筒内圧センサを使用して図１
９に示すシリンダ側の内圧を測定するときには、温度の
低いインテークバルブ側に装着穴６０を形成してこの装
着穴６０に筒内圧センサを装着する。

【００８７】この場合、装着穴６０は、燃焼圧をシール
するとともに、熱をシリンダヘッド５９側に逃がすため
に、受圧伝達部材３の細径部２５より少しだけ大きくな
るように形成される細径穴７２と、受圧伝達部材３と干
渉しない径に形成される小径穴７３と、センサ単体のカ
バー５８部分を収納する中径穴７４と、センサ単体の固
定部材７を収納するともに、固定位置を決める段差６２
を持つ大径穴７５と、固定ネジ５０を止めるネジ止め穴
７６と、図２０に示す如くシールド線６６を引き出すた
めの偏心穴７７と、納まりを良くする導入穴７８とによ
って構成されている。

【００８８】これによって、この第６実施例において
は、受圧伝達部材３に入る熱を直接、シリンダヘッド５
９側に逃がすとともに、Ｏ−リング４の温度上昇を小さ
くし、さらに被測定領域２７に達する装着穴６０を構成
する細径穴７２を小さくしていので、燃焼に悪影響を与
えないようにしながら、被測定領域２７の圧力を測定す
ることができる。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、連
結部によって受圧伝達部材を固定部材に固定することに
より被測定領域と反対側で固定することにより、従来例
のように筐体先端部分の熱歪みに起因する圧力測定誤差
の発生を防止でき、これによって圧力測定精度を大幅に
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による筒内圧センサの第１実施例を示す
断面図である。

【図２】図１に示す筒内圧センサで使用されるＯ−リン
グの説明図である。

【図３】図１に示す筒内圧センサで使用されるＯ−リン
グの説明図である。

【図４】図１に示す筒内圧センサで使用されるＯ−リン
グの説明図である。

【図５】図１に示す筒内圧センサで使用されるＯ−リン
グの説明図である。

【図６】図１に示す筒内圧センサで使用されるＯ−リン
グの説明図である。

【図７】図２１に示す筒内圧センサの測定誤差例を示す
説明図である。

【図８】一般的な弾性部材のバネ定数を示す説明図であ
る。

【図９】図２１に示す筒内圧センサの機械的な等価回路
例を示す説明図である。

【図１０】図１に示す筒内圧センサの機械的な等価回路
例を示す図である。

【図１１】本発明による筒内圧センサの第２実施例を示
す断面図である。

【図１２】本発明による筒内圧センサの第３実施例を示
す断面図である。

【図１３】本発明による筒内圧センサの第４実施例を示
す断面図である。

【図１４】図１３に示す筒内圧センサのＡ−Ａ断面図で
ある。

【図１５】本発明による筒内圧センサの第５実施例を示
す断面図である。

【図１６】本発明による筒内圧センサの第６実施例を示
す一部裁断断面図である。

【図１７】図１６に示す筒内圧センサの他の方向から見
た一部裁断断面図である。

【図１８】図１６に示す筒内圧センサの上面図である。

【図１９】図１６に示す筒内圧センサの使用例を示す断
面図である。

【図２０】図１９に示すシリンダヘッドに形成される装
着穴の説明図である。

【図２１】従来から知られている筒内圧センサの一例を
示す断面図である。

【符号の説明】

２ケース３受圧伝達部材４Ｏ−リング５連結ネジ（連結部）６ケーブル７固定部材８固定ネジ９、１０圧電素子１１電極板１２ブッシュ２７被測定領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の気筒内にある被測定領域側の
圧力を検出する筒内圧センサにおいて、直接またはケースを介して前記気筒に固定される固定部
材と、前記被測定領域からの圧力を前記固定部材側に伝達する
受圧伝達部材と、この受圧伝達部材と前記固定部材との間に配置される圧
電素子と、前記受圧伝達部材と前記固定部材との間に前記圧電素子
を介在させた状態で前記固定部材に対して移動可能に前
記受圧伝達部材と前記固定部材とを接続する連結部と、前記受圧伝達部材と前記固定部材との間に配置され、前
記被測定領域から前記圧電素子への燃焼ガスの侵入をさ
えぎるシール部材と、を備えたことを特徴とする筒内圧センサ。