JPH08122188A - 筒内圧センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡便な構造で済み、充分にコストの低減を得
ることができるようにしたガスケット一体型の筒内圧セ
ンサを提供すること。 【構成】 金属板８と、第１の繊維質シート９、第２の
繊維質シート１０の貼り合わせからなるガスケット１の
一部に第１の空所１１と、第２の空所１２を設けること
により、金属板８の露出した部分８ａを作り、この部分
８ａに突起１３を設けて光ファイバ３を配置する。そし
て、第１の空所１１を通路６によりシリンダボア開孔部
に連通させ、シリンダ内圧による部分８ａの変位を光フ
ァイバ３の屈曲による通過光量の変化として検出するよ
うにしたもの。 【効果】 ガスケットと一体になった圧力センサが容易
に構成でき、複数のシリンダを有するエンジンの場合で
も、各シリンダに対応したセンサを簡単に得ることがで
きるので、ノッキング検出用の筒内圧センサを安価に提
供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の気筒内の
圧力を検出する筒内圧センサに係り、特に、ノッキング
検出に好適な筒内圧センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関、特に自動車のガソリンエンジ
ンでは、その性能向上とノッキングの抑制とがトレード
オフの関係にあり、従って、なるべくノッキング発生限
界の近傍で運転されるのが効率的である。そこで、ノッ
キングの発生を検出し、点火時期を制御することによ
り、エンジンをノッキング発生限界の近傍で、安定して
運転できるようにしたノッキング制御システムが従来か
ら広く採用されているが、このためには、ノッキングの
発生を検出するセンサ、いわゆるノックセンサが必要で
ある。

【０００３】ところで、このノックセンサとしては、当
初、エンジンの振動、特にシリンダブロックの振動を検
出する加速度センサや振動センサが主として用いられて
いたが、近年、シリンダの内圧(内部圧力)を検出して、
直接、ノッキングを検出するようにした、いわゆる筒内
圧センサが使用されるようになり、その例を特開昭５８
−６６０３１号、特開昭６０−１６６７３９号、特開平
４−２９０９３８号の各公報の開示にみることができ
る。

【０００４】そして、この筒内圧センサによれば、正確
なノッキングの検出だけに限らず、エンジンの燃焼状態
も併せ検知することができるので、更に別の観点による
エンジンの制御にも応用することができるという利点が
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、内圧
センサの構成の簡略化について充分に配慮がされている
とはいえず、コスト面で問題があった。すなわち、上記
従来技術では、検出部に内圧を作用させるため、特別に
シリンダヘッドに孔を開けてセンサを取付けたり、別
途、点火プラグや、エンジンブロックとシリンダヘッド
の間に設けてあるガスケットのシリンダボア開孔部の端
縁部に、独立したセンサを取付ける必要があり、従っ
て、構造が複雑になり、コストアップになってしまうの
である。

【０００６】本発明の目的は、簡便な構造で済み、充分
にコストの低減を得ることができるようにしたガスケッ
ト一体型の筒内圧センサを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、第１の繊維
質シート層と第２の繊維質シート層の間に金属板を積層
したシリンダガスケットを用い、上記第１の繊維質シー
ト層の上記ガスケットのシリンダボア開孔部の近傍に、
上記金属板の表面が露出するようにして形成した第１の
空所と、上記第２の繊維質シート層の上記第１の空所と
同じ位置に、上記金属板の表面が露出するようにして形
成した第２の空所と、上記第１の空所を上記ガスケット
のシリンダボア開孔部に連通させるため、上記第１の繊
維質シート層に形成した通路と、上記金属板の上記第１
と第２の空所の略中央に位置する部分に、上記第２の繊
維質シート層側に向かって突出して形成した突起と、上
記第２の繊維質シート層と上記金属板の間に挿入され、
上記第２の空所内で上記突起の部分を通り、上記金属板
に沿って延長された光ファイバとを設け、上記光ファイ
バを通過する光の強度変化によりシリンダ内圧を検出す
るようにして達成される。

【０００８】

【作用】第１の空所には、エンジンのシリンダ内圧が導
かれているので、この部分にある金属板は、圧力検出用
のダイアフラムとして働き、シリンダ内圧に応じて変位
する。一方、この部分の金属板には突起が形成してあ
り、これに沿って光ファイバが配置されているで、シリ
ンダ内圧に応じて金属板が変位すれば、光ファイバも一
緒に変位し屈曲状態が変化するので、この光ファイバを
通過する光に強度変化をもたらす。従って、この光ファ
イバを通過する光を検出することにより、シリンダ内圧
を検出することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明による筒内圧センサについて、
図示の実施例により詳細に説明する。図１は本発明の一
実施例で、図において、１はガスケット(シリンダガス
ケット)、２はシリンダボア開孔部、３は光ファイバ、
４は光源、５は光検出器、６は通路、そして７はセンサ
部である。図２、図３は、センサ部７の詳細を示したも
ので、図２は平面図、図３は断面図であり、これらの図
において、８は金属板、９は第１の繊維質シート層、１
０は第２の繊維質シート層、１１は気筒内圧導入部とな
る第１の空所、１２は基準圧導入部となる第２の空所、
そして１３は突起である。

【００１０】ガスケット１は、図３から明らかなよう
に、厚さが、例えば０．３ｍｍのステンレス鋼等の板材
からなる金属板８の両面に、厚さが、例えば０．５５ｍ
ｍの無機材料からなる繊維質シート層９と、厚さが０．
３５ｍｍの、同じく無機材料からなる繊維質シート層１
０を夫々積層したもので、組み合わされるエンジンのシ
リンダブロックに対応して、複数のシリンダボア開孔部
２が形成されているものである。

【００１１】そして、このガスケット１は、第１の繊維
質シート層９がシリンダブロック側に、第２の繊維質シ
ート層１０がシリンダヘッド側にそれぞれ接する様にし
て、通常のガスケットと同様に、エンジンを組立てる際
にシリンダブロックとシリンダヘッドの結合面に配置さ
れる。

【００１２】光ファイバ３は、例えば外径が０．３ｍｍ
の石英ガラス製のもので、図３から明らかなように、金
属板８と第２の繊維質シート層１０の間に、この繊維質
シート層１０に埋め込まれるようにして設けてあり、図
１から明らかなように、ガスケット１の端部の位置ａか
ら各センサ部６を順次横切った後、シリンダボア開孔部
２を迂回して反対側からガスケット１の端部の位置ｂに
まで、金属板８に沿って延長されている。そして、その
端部には、夫々光源４と光検出器５が設けてある。

【００１３】光源４は、例えばレーザダイオードで構成
されていて、ガスケット１の位置ａから外に出ている光
ファイバ３の端部に結合され、この光ファイバ３中にレ
ーザー光を入射させる働きをする。光検出器５は、例え
ばフォトダイオードなどの光検出素子で構成されてい
て、ガスケット１の位置ｂから外に出ている光ファイバ
３の端部に結合され、この光ファイバ３から出射されて
くるレーザー光を検出し、電気信号に変換する働きをす
る。通路６は、第１の繊維質シート層９の一部を取り除
いた形で形成され、シリンダボア開孔部２を第１の空所
１１に連通させる働きをする。

【００１４】次に、センサ部７には、金属板８に積層さ
れた第１の繊維質シート層９と第２の繊維質シート層１
０の一部を夫々取り除いた形で、特に図２から明らかな
ように、その平面形状が略長円形をした第１の空所１１
と第２の空所１２が形成されており、これにより、この
部分には、金属板８が露出された部分８ａが作り出され
ている。

【００１５】突起１３は、第１の空所１１と第２の空所
１２の部分で、金属板８が露出している部分８ａに形成
してあり、図２から明らかなように、平面形状が略長円
形に作られ、図３から明らかなように、第１の空所１１
側から第２の空所１２側に突出した形に形成されてお
り、その平面形状での寸法は、例えば、長さ(図２の上
下の寸法)が３ｍｍ、幅(図２の左右の寸法)が１．８ｍ
ｍであり、金属板８の表面から０．１５ｍｍ突出するよ
うになっている。

【００１６】従って、この実施例では、突起１３の長手
方向の寸法は１．８ｍｍで、光ファイバ３の径は、上記
したように、０．３ｍｍになっているので、図２に示す
ように、光ファイバ３を突起１３に対して略直角になる
ようにして容易に配置することができる。つまり、突起
１３の長さが短いと、これと交叉して光ファイバ３を位
置決めして配置するのが困難になるが、上記実施例によ
れば、この突起１３の長さが光ファイバ３の太さよりも
充分に長いので、容易に配置することができるのであ
る。なお、本発明では、突起１３の長さが、光ファイバ
３の外径寸法の少なくとも２倍になるようにすればよ
い。

【００１７】ここで、長円形とは、所定距離離れて向か
い合った２個の半円図形の各端部を夫々直線で結んだ形
状をいうが、本発明の実施例としては、とにかく、幅が
一定になっている部分から所定の長さ以上、存在してい
る平面形状を有するなら、端部の形状は問わないもので
あり、従って、長円形に限らず、矩形や繭形、楕円形な
どどのような形状でもよい。

【００１８】そして、光ファイバ３は、図２から明らか
なように、この略長円形をしている突起８と略直角に交
叉するようにして配置してあり、この結果、図３から明
らかなように、センサ部７では、突起８により曲げられ
た状態にされている。

【００１９】なお、図１では、光ファイバ３が比較的太
い実線でガスケット１の表面に描かれているが、これ
は、理解を容易にするためであり、以上の説明から明ら
かなように、光ファイバ３がガスケット１から露出して
見えるのは、センサ部７においてだけである。

【００２０】次に、この実施例の動作について説明す
る。ガスケット１がエンジンに組み込まれた状態では、
上記したように、その一方の位置ａ側の端部には光源４
が結合され、他方の位置ｂ側の端部には光検出器５が結
合される。

【００２１】そして、光源４には、図示してない検出制
御部から電力が供給され、これにより、光ファイバ３内
には所定の強度の光(レーザー光)が導入され、この導入
された光が光ファイバ３を伝達して光検出器６に入射さ
れ、この結果、或る値の検出信号が、この光検出器５か
ら得られている状態にされる。このときの検出信号の値
は、光源４から導入された光のレベルと、光ファイバ３
の光伝達特性(減衰度)により定まる。

【００２２】一方、第１の空所１１は、上記したよう
に、通路６によりシリンダ内に連通されているので、エ
ンジンが運転を開始すると、この第１の空所１１内の圧
力は、シリンダ内圧と同じ変化をし、この圧力が金属板
８の露出している部分８ａに掛かり、他方、第２の空所
１２内は密閉状態にあり、この結果、部分８ａは圧力検
出用のダイアフラムとして機能し、第２の空所１２内の
圧力を基準圧力とし、シリンダ内圧に応じて、図３にお
いて、上下に変位する。なお、このとき、第２の空所１
２内を大気に連通させておけば、基準圧力は大気圧とな
る。

【００２３】既に説明したように、金属板８の露出して
いる部分８ａには突起１３が設けてあり、ここに光ファ
イバ３が交叉しているので、部分８ａが変位すると、光
ファイバ３の屈曲状態も変化し、その光伝達特性が変化
する。

【００２４】この結果、エンジンが運転を開始し、シリ
ンダ内圧が変化すると、それに応じて光検出器５の検出
信号が変化するようになり、この結果、この光検出器５
の検出信号のレベルによりシリンダ内圧を検出すること
ができ、このシリンダ内圧のレベルと変化の態様により
ノッキングを検出することができる。

【００２５】光ファイバの屈曲状態の変化は、その内部
応力の変化と光路方向の変化をもたらすので、通常は、
屈曲が増すにつれて光の漏洩が多くなり、この結果、光
伝達特性が悪化し、減衰度が増加するので、光検出器５
による検出信号のレベルが低下する。

【００２６】従って、この実施例によれば、エンジンが
停止状態のときの検出信号のレベルを基準にして、それ
からの検出信号のレベル低下を見ることによりシリンダ
内圧を検出することができ、ノッキングを確実に検出す
ることができる。

【００２７】そして、この実施例によれば、ガスケット
１の構成要素の一つである金属板８を利用して圧力検出
用のダイアフラムを形成しているので、ガスケットと一
体になった圧力センサが容易に構成でき、複数のシリン
ダを有するエンジンの場合でも、各シリンダに対応した
センサを簡単に得ることができる。

【００２８】なお、上記実施例では、シリンダ数が４の
場合について説明したが、これは例示にすぎず、本発明
は、シリンダ数を問わずに実施可能なことは、いうまで
もない。

【００２９】また、上記実施例では、光源４としてレー
ザダイオードを用いているが、発光ダイオードで実施し
てもよい。同様に、光検出器５も、フォトダイオードに
限らず、フォトトランジスタやＣｄＳセルなど任意に採
用して実施することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、ガスケットに内蔵され
ている金属板に筒内圧検出用のダイアフラムとしての機
能を持たせているので、ガスケットと一体になった圧力
センサが容易に構成でき、複数のシリンダを有するエン
ジンの場合でも、各シリンダに対応したセンサを簡単に
得ることができるので、ノッキング検出用の筒内圧セン
サを安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による筒内圧センサの一実施例を示す平
面図である。

【図２】本発明の一実施例におけるセンサ部分の詳細を
示す平面図である。

【図３】本発明の一実施例におけるセンサ部分の詳細を
示す断面図である。

【符号の説明】

１ シリンダガスケット ２ シリンダボア開孔部 ３ 光ファイバ ３ 突起 ４ 光源(レーザダイオード) ５ 光検出器(フォトダイオード) ６ 通路 ７ センサ部 ８ 金属板 ８ａ 金属板８の露出した部分 ９ 第１の繊維質シート １０ 第２の繊維質シート １１ 第１の空所(気筒内圧導入部) １２ 第２の空所(基準圧導入部) １３ 突起

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小町谷 昌宏 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の繊維質シート層と第２の繊維質シ
   ート層の間に金属板が積層されたシリンダガスケット
   を、上記第１の繊維質シート層がシリンダブロック側に
   位置するようにして、シリンダブロックとシリンダヘッ
   ドの結合面に配置した内燃機関において、 上記第１の繊維質シート層の上記ガスケットのシリンダ
   ボア開孔部の近傍に、上記金属板の表面が露出するよう
   にして形成した第１の空所と、 上記第２の繊維質シート層の上記第１の空所と同じ位置
   に、上記金属板の表面が露出するようにして形成した第
   ２の空所と、 上記第１の空所を上記ガスケットのシリンダボア開孔部
   に連通させるため、上記第１の繊維質シート層に形成し
   た通路と、 上記金属板の上記第１と第２の空所の略中央に位置する
   部分に、上記第２の繊維質シート層側に向かって突出し
   て形成した突起と、 上記第２の繊維質シート層と上記金属板の間に挿入さ
   れ、上記第２の空所内で上記突起の部分を通り、上記金
   属板に沿って延長された光ファイバとを設け、 上記光ファイバを通過する光の強度変化によりシリンダ
   内圧を検出するように構成したことを特徴とする筒内圧
   センサ。
2. 【請求項２】 請求項１の発明において、上記突起が、
   略長円形の平面形状で、かつ、この突起の長手方向の寸
   法が、上記光ファイバの外径寸法の少なくとも２倍にな
   るように形成され、上記光ファイバが、この突起の長手
   方向と略直角に交叉するように配置されていることを特
   徴とする筒内圧センサ。