JPH0634475A - 燃焼圧センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は内燃機関の燃焼室内に受圧面を露出
させて配置される燃焼圧センサに関し、燃焼室内で生じ
るカーボン等の付着による受圧面の変色を防止し、長期
的にセンサ感度の維持を可能とすることを目的とする。 【構成】 ダイアフラム１３の受圧面１３ａを、予め耐
熱着色方法で黒色化する。ダイアフラム１３の受圧面と
反対側の面の中心部に、受圧面１３ａに垂直にヒートイ
ンシュレータ１４を設ける。圧縮力検出部１６を、半球
１５を介してヒートインシュレータ１４が垂直に所定の
圧縮力で押圧するように、ダイアフラム１３をハウジン
グ１１に取り付ける。内燃機関の燃焼室内に受圧面が露
出されるように燃焼圧センサ１０を配置する。受圧面１
３ａは黒色化されているためカーボン等の付着によって
は燃焼熱吸収率が変化しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃焼圧センサに係り、特
に内燃機関の燃焼室内に受圧面が露出するように配置さ
れる燃焼圧センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内燃機関の燃焼室内で発生す
る燃焼圧を監視して、内燃機関の点火時期制御等を行う
ため、燃焼室内の燃焼圧を所定の電気信号に変換して出
力する燃焼圧センサが知られている。

【０００３】このようなセンサには、燃焼室内の圧力変
動を精度良く検出することが要求される。このため本出
願人は、高精度な燃焼圧の検出精度を確保するために、
センサの受圧面を直接燃焼室内に露出させて使用する燃
焼圧センサを提案している（特願平２−２５３８５
９）。

【０００４】上記従来の燃焼圧センサでは、その受圧面
に切削加工等で製造されたダイアフラムが用いられてい
る。この受圧面（ダイアフラム）はヒートインシュレー
タを介して燃焼圧センサの圧縮力検出部に連接されてい
る。従って、燃焼室内の圧力変動に伴って受圧面の変位
が変動すると、圧縮力検出部に加わる圧縮力が変動す
る。

【０００５】上記したように、この燃焼圧センサにおい
ては、受圧面に燃焼室内の圧力媒体が直接導かれる。こ
のため、圧縮力検出部には燃焼室内の圧力変動が精度良
く伝播されて高精度に燃焼圧が検出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の燃
焼圧センサは、受圧面が燃焼室内に露出するように配置
されるため、使用の際に受圧面にカーボン等のデポジッ
トが付着する。このため、切削等で製造された受圧面の
表面は、使用されるにつれて金属色から黒色へと変化す
ることになる。

【０００７】このように受圧面の表面がカーボンにより
黒色化されると、燃焼室内で発生する光の吸収率が変化
し、受圧面における燃焼熱の吸収率が変化する。このた
め、新品の受圧面と経時後の受圧面とでは、内燃機関の
定常状態における受圧面の温度に差が生じる。温度が異
なると、受圧面が受ける燃焼圧と変位との関係、すなわ
ちバネ定数が変化し、圧縮力検出部に伝播される圧縮力
が変化してしまう。

【０００８】従って、上記従来の燃焼圧センサにおいて
は、高い検出精度の要求から、初期の段階で非常に厳し
い感度調整を行うにもかかわらず、使用されるにつれて
センサ感度が変化してしまうという問題点を有してい
た。

【０００９】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、燃焼室内で生じるカーボン等のデポジットの付
着により受圧面が変色するのを防止し、長期的にセンサ
感度が維持できる燃焼圧センサを提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、内燃機関
の燃焼室内に、前記燃焼室内の圧力を圧縮力に変換し
て、圧縮力を所定の電気信号に変換する圧縮力検出部に
伝えるダイアフラムの受圧面が露出するように配置され
る燃焼圧センサにおいて、前記受圧面が、耐熱着色方法
により予め黒色化されている燃焼圧センサにより解決さ
れる。

【００１１】

【作用】上記の構成によれば、前記燃焼圧センサの前記
受圧面は予め耐熱着色方法により黒色化されているた
め、燃焼熱により色落ちすることがなく、かつ、使用さ
れるにつれて前記燃焼室内で発生するカーボンにより変
色することもない。従って、前記受圧面における燃焼熱
の吸収率も変化せず、前記受圧面のバネ定数が経時変化
することはない。

【００１２】

【実施例】図２は、本発明に係る燃焼圧センサを内燃機
関に設置した例の構成図を示す。同図中、符号１は本実
施例の燃焼圧センサを備える内燃機関本体を表す。内燃
機関本体１の燃焼室２には、その内部を上下に往復運動
するピストン３が配置されている。ピストン３はコンロ
ッド４を介して図示されないクランクシャフトと連結さ
れており、ピストン３の往復運動は、このクランクシャ
フトで回転運動に変換される。

【００１３】上死点時におけるピストン３の上方の、燃
焼室２内の空間には、吸気弁５及び排気弁６で導通が制
御される吸気管７及び排気間８が連通すると共に、点火
プラグ９及び本実施例構成の受圧面を備える燃焼圧セン
サ１０が配置されている。燃焼圧センサ１０はワイヤハ
ーネスを介して図示されない電子制御装置に接続されて
おり、電子制御装置に燃焼室２内の燃焼圧に応じた電気
信号を供給している。電子制御装置では、この電気信号
に基づいて燃焼室２内で効率良く燃焼がされるように点
火プラグ９による点火時期等を制御する。

【００１４】同図に示す４サイクルの内燃機関の燃焼室
２内の圧力は、４サイクル周期で変動する。すなわち、
吸気工程においては吸気弁５が開いた状態でピストン３
が上死点近傍から下死点近傍位置まで移動して燃料ガス
を吸入しようとするため、燃焼室２内の圧力は負圧とな
る。次に、圧縮工程では、吸気弁５が閉じた状態でピス
トン３が下死点近傍から上死点近傍まで移動して、燃焼
室内に吸入された燃料ガスが圧縮されるため、圧力は正
圧となる。

【００１５】次いで爆発工程において、点火プラグ９が
火花を発すると、圧縮されていた燃料ガスが引火して爆
発して、ピストンは下死点方向に押し下げられる。燃焼
室２内の圧力は、この工程中に最大値を有する。最後
に、排気工程において、排気弁６が開いた状態で、ピス
トン３が下死点近傍から上死点方向に移動すると、燃焼
室２内の排気ガスは、排気間８の通気抵抗分だけ圧縮さ
れながら排気される。従って、この工程における燃焼室
２内の圧力は正圧となる。

【００１６】燃焼圧センサ１０は、受圧面が燃焼室内に
露出されるように配置されており、上記の４工程毎に繰
り返される燃焼圧力にさらされている。すなわち、吸気
工程における負圧から爆発工程における正圧までの広い
範囲の圧力を精度良く検出することが必要であると共
に、燃焼熱に対する耐久性が要求される。

【００１７】図１は、本発明に係る燃焼圧センサの一実
施例の拡大図を示す。以下、同図に沿って燃焼圧センサ
１０の構成について説明する。

【００１８】同図中、符号１１は燃焼圧センサ１０のハ
ウジングを示す。ハウジング１１は内部に後述の各種構
成部品を収容し、その細径部周囲にはネジ部１２を備え
ている。燃焼圧センサ１０は、このネジ部１２で内燃機
関本体１に取り付けられる。

【００１９】ネジ部１２の先端部には、本実施例の要部
であるダイアフラム１３が、受圧面１３ａを外側として
配置されている。受圧面１３ａは円形であり、受圧面１
３ａにかかる圧力が変動すると、ダイアフラム１３の中
央部が受圧面１３ａに垂直な方向に変位する。

【００２０】また、ダイアフラム１３の受圧面１３ａと
反対側の面には、ヒートインシュレータ１４が配置され
ている。ヒートインシュレータ１４の他方の端部は、半
球１５を介して圧縮力検出部１６を押圧している。すな
わち、本実施例に使用する燃焼圧センサ１０における圧
縮力検出部１６には、予めプリ加圧がされた状態となっ
ている。このため、燃焼圧センサ１０により燃焼室２内
の負圧が検出可能となる。

【００２１】しかし、このプリ加圧はダイアフラム１
３、ヒートインシュレータ１４、半球１５等の寸法精度
により変動する。このため、本実施例に使用する燃焼圧
センサ１０は組上がった状態で、所定の圧力に対して所
定の電気信号が出力されるように油圧ベンチ等を用いて
調整する必要がある。

【００２２】また、この圧縮力検出部１６は、圧縮力を
所定の電気信号に変換する半導体素子で、耐熱性上の問
題から燃焼室２内の燃焼熱が直接加えられると破損して
いまう。

【００２３】このため、本実施例の燃焼圧センサは、ダ
イアフラム１３と圧縮力検出部１６との間にヒートイン
シュレータ１４を挟んだ構造とされている。つまり、ヒ
ートインシュレータ１４は、ダイアフラム１３を介して
供給される圧縮力を圧縮力検出部１６に伝播する働きを
有すると共に、ダイアフラム１３と圧縮力検出部１６と
を熱的に遮断する働きを有している。従って、本実施例
の燃焼圧センサの圧縮力検出部１６には、耐熱性の心配
をすることなく半導体式圧縮力検出回路を用いることが
できる。

【００２４】尚、ヒートインシュレータ１４と圧縮力検
出部１６との間に介在する半球１５は、何らかの原因で
ヒートインシュレータ１４と圧縮力検出部１６が垂直に
押圧されない場合でも、圧縮力検出部１６に対して垂直
な向きの力を加えるように作用する。

【００２５】圧縮力検出部１６は、リード１７により出
力回路１８に接続されている。出力回路１８内には、増
幅回路やフィルタ回路が組み込まれており、圧縮力検出
部１６から供給される電気信号が所望の電気信号に変換
される。

【００２６】出力回路１８の出力端子１９は、コネクタ
端子２０に接続され、コネクタ端子２０には、図示され
ないコネクタ付きワイヤハーネスが接続される。従っ
て、出力回路１８が出力する所望の電気信号はワイヤハ
ーネスを介して電子制御装置に供給される。

【００２７】図３は、本発明に係る構成の受圧面を有す
るダイアフラム１３の拡大図を示す。以下、本実施例の
要部であるダイアフラムの受圧面構成について説明す
る。尚、同図において図２と同一の部分には同一の符号
を付してその説明を省略する。

【００２８】本実施例の燃焼圧センサのダイアフラム１
３はステンレス鋼で構成されている。上記したように、
ステンレス鋼の金属光沢を有する面で受圧面１３ａを構
成すると、受圧面１３ａはカーボン等の付着により経時
するとともに黒色化する。一方、内燃機関の燃焼室２内
では、爆発工程において燃料が燃焼する際には、この燃
焼に伴って燃焼光が生じる。

【００２９】このため、受圧面１３ａがステンレス鋼む
き出しの場合と、受圧面１３ａにカーボン等が付着して
黒色化されている場合とでは、燃焼光の吸収率が異な
り、ダイアフラム１３の温度が異なることになる。ダイ
アフラム１３の温度が異なると、その弾性に差異が生じ
て異なるバネ定数を示し、受圧面１３ａに同じ燃焼圧が
加えられても圧縮力検出部１６に伝播される圧縮力が違
ってくる。

【００３０】つまり、受圧面１３ａがむき出しのステン
レス鋼で構成されている場合、ダイアフラム１３のバネ
定数の変化に伴って、燃焼圧センサ１０のセンサ感度が
経時変化する。このため、新品時に油圧ベンチ等を用い
て厳格に調整したにもかかわらず、経時と共に燃焼圧セ
ンサ１０から所望の電気信号が得られなくなる場合があ
る。

【００３１】本実施例構成の燃焼圧センサ１０の受圧面
１３ａは、受圧面の黒色化によるセンサ感度の変動を防
止するため、予め耐熱着色方法により黒色化されてい
る。つまり、受圧面１３ａは新品時から黒色であり、燃
焼室内での使用されてカーボン等が付着しても燃焼光の
吸収率に大きな差が生じることは無い。従って、内燃機
関１が運転中であるときのダイアフラム１３の温度は、
新品時でも経時後でもほぼ同じ温度となり、そのバネ定
数もほぼ同じ値となることから、新品時に調整したまま
のセンサ感度が維持される。

【００３２】このように、本実施例構成の受圧面を備え
る燃焼圧センサによれば、センサ感度に経時変化が起こ
りにくい。更に、走行条件等に左右されるカーボン等の
発生状態に影響されないため、長期間にわたり、使用環
境等の個人差よらず、高精度なセンサ感度を維持するこ
とができる。

【００３３】また、本実施例の構成の受圧面の耐熱着色
方法としては、硫酸水溶液中にステンレス鋼を浸漬させ
て黒色化させる酸性黒色酸化法や、カセイソーダ、リン
酸ソーダ、硫酸ソーダ等の混合液中で黒色化させるアル
カリ性黒色着色法等を用いることができる。

【００３４】尚、受圧面の耐熱着色方法は、これらの方
法に限るものではなく、例えばその他にも、ステンレス
鋼の表面硬化処理方法として公知である、ステンレス鋼
表面の浸炭若しくは窒化処理、または、シリコン樹脂塗
料を用いた耐熱塗装等をダイアフラムの受圧面に施すこ
とによっても実現できる。

【００３５】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、燃焼室内
で発生するカーボン等により、受圧面が変色するのを防
止することができる。このため受圧面における燃焼熱吸
収率の変化がなく、定常運転時におけるダイアフラムの
温度にも変動が生じない。このため、ダイアフラムは常
に一定のバネ定数で、受圧面が受けた圧力を圧縮力に変
換する。

【００３６】従って、従来構成の受圧面を有する燃焼圧
センサでは受圧面にカーボン等が付着するとセンサ感度
が変化していたのに反し、本発明に係る構成の受圧面を
有する燃焼圧センサは、長期間にわたりセンサ感度をほ
ぼ一定に保持することができるという特長を有してい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃焼圧センサの一実施例の構成断
面図である。

【図２】本発明に係る燃焼圧センサの一実施例を内燃機
関に取り付けた状態の一例を表す構成図である。

【図３】本発明に係る燃焼圧センサの要部であるダイア
フラムの一例の構成図である。

【符号の説明】

１ 内燃機関本体 ２ 燃焼室 １０ 燃焼圧センサ １３ ダイアフラム １３ａ 受圧面 １４ ヒートインシュレータ １６ 圧縮力検出部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の燃焼室内に、前記燃焼室内の
   圧力を圧縮力に変換して、圧縮力を所定の電気信号に変
   換する圧縮力検出部に伝えるダイアフラムの受圧面が露
   出するように配置される燃焼圧センサにおいて、 前記受圧面が、耐熱着色方法により予め黒色化されてい
   ることを特徴とする燃焼圧センサ。