JPH08232701A - 燃焼圧センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサ部への予圧を安定して、内燃機関の燃
焼圧を高精度に検出できるようにする。 【構成】 プラグ挿通穴４の穴底４Ａにセンサ部９を配
設し、センサ部９をセンサ固定筒１３で押圧してセンサ
部９に予圧を与えると共に、センサ固定筒１３の上側筒
部１３Ａと下側筒部１３Ｂとの間に軸方向の変位に対し
てばね力（荷重）の変動が小さい領域を有する非線形ば
ね筒１５を設ける構成としている。従って、センサ固定
筒１３でセンサ部９に確実に予圧を与えることができる
上に、非線形ばね筒１５によってセンサ部９への予圧を
許容範囲内に納めることができる。しかも、非線形ばね
筒１５で寸法誤差や温度変化による予圧のばらつきを防
止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車用の内燃
機関等の燃焼圧を検出するのに用いて好適な燃焼圧セン
サに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車の内燃機関等の燃料供給
量や点火時期等を制御するために用いられるセンサの一
つに燃焼圧センサがある。この燃焼圧センサとしては、
例えば実開昭６１−６３１３４号公報等に示すものが広
く知られている。

【０００３】ここで、前記燃焼圧センサは、燃焼室内に
開口する取付穴に設けられ、圧電体から環状に形成され
たセンサ部と、該センサ部に予圧（初期荷重）を与える
押圧部材等とから構成されている。そして、前記押圧部
材としては一般に点火プラグが用いられ、該点火プラグ
とシリンダヘッドとの間に前記センサ部を配設し、該点
火プラグのねじ部をシリンダヘッドに形成されたねじ部
に螺着することで該センサ部に予圧を与えるようにして
いる。

【０００４】従来技術による燃焼圧センサは上述のよう
に構成されるもので、内燃機関が始動して燃焼室内に燃
焼圧が生じると、この燃焼圧を押圧部材としての点火プ
ラグで受圧することにより、該点火プラグによるセンサ
部への予圧を変化させ、この変化分を燃焼圧に対応した
検出信号として該センサ部から出力する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術によるものでは、センサ部に予圧を与える押圧部
材として点火プラグを用い、該点火プラグをシリンダヘ
ッドに螺着するときにセンサ部に予圧を与えるようにし
ている。

【０００６】しかし、点火プラグに形成されたねじ部は
加工精度が低く、一定の締付けトルクをもって締付けた
場合でも、センサ部に作用する荷重（予圧）にばらつき
が生じてしまい、センサ部への予圧が許容範囲から外れ
てしまうことがある。

【０００７】この場合には、燃焼圧がセンサ部に正確に
作用しなくなるから、燃焼圧を正確に検出することがで
きないという問題がある。

【０００８】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、センサ部への予圧を安定することがで
き、内燃機関の燃焼圧を高精度に検出できるようにした
燃焼圧センサを提供することを目的としている。

【０００９】

【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、請求項１の発明が採用する燃焼圧センサは、内
燃機関の燃焼室内に開口する取付穴に設けられ、該燃焼
室内の燃焼圧に応じて信号を出力するセンサ部と、前記
取付穴に設けられ、該センサ部を軸方向に押圧して予圧
を与えた状態で固定するセンサ固定筒と、該センサ固定
筒による予圧を一定に保持するため、該センサ固定筒に
設けられた非線形ばね筒とから構成してなる。

【００１０】また、請求項２の発明のように、前記非線
形ばね筒は前記センサ固定筒と一体に設けてもよい。

【００１１】さらに、請求項３の発明のように、前記非
線形ばね筒は前記センサ固定筒と別体に設けてもよい。

【００１２】また、請求項４の発明のように、前記非線
形ばね筒には、ばね特性を調整するための切欠穴を設け
てもよい。

【００１３】さらにまた、請求項５の発明のように、前
記非線形ばね筒は、前記センサ固定筒の軸方向中間部に
設けるのが好ましい。

【００１４】

【作用】請求項１に記載の発明のように、センサ固定筒
によってセンサ部に予圧を与えると共に、非線形ばね筒
を荷重変動の小さい領域で使用することにより、センサ
部に所定の予圧を与えることができる。しかも、寸法誤
差や温度変化による予圧のばらつきを防止できる。

【００１５】また、請求項２に記載の発明のように、非
線形ばね筒をセンサ固定筒と一体に設けることにより、
部品点数を削減できる。

【００１６】さらに、請求項３に記載の発明のように、
非線形ばね筒をセンサ固定筒と別体に設けることによ
り、非線形ばね筒のばね特性を自由に調整できる。

【００１７】また、請求項４に記載の発明のように、非
線形ばね筒にばね力を調整するための切欠穴を設けるこ
とにより、切欠穴の形状、大きさに応じて非線形ばね筒
のばね特性を調整できる。

【００１８】さらにまた、請求項５に記載の発明のよう
に、非線形ばね筒をセンサ固定筒の軸方向中間部に設け
ることにより、非線形ばね筒の上下側に位置するセンサ
固定筒に荷重を均一に作用させることができる上に、該
非線形ばね筒の加工が容易となる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例による燃焼圧センサを
図１ないし図７に基づいて説明する。

【００２０】まず、図１ないし図４に第１の実施例を示
す。

【００２１】図中、１は内燃機関のシリンダヘッド、２
は複数個（１個のみ図示）の気筒毎に設けられた燃焼室
をそれぞれ示している。

【００２２】３はシリンダヘッド１に設けられた取付穴
を示し、該取付穴３は、燃焼室２に向けて伸長する大径
のプラグ挿通穴４と、該プラグ挿通穴４の穴底４Ａに位
置し、前記燃焼室２内に開口する小径のねじ穴５とから
段付の円柱状空間として形成されている。

【００２３】また、６，６はプラグ挿通穴４の開口部４
Ｂ外周側に位置してシリンダヘッド１に形成された複数
個のねじ穴で、該各ねじ穴６には、後述するセンサ固定
筒１３をシリンダヘッド１に固定するためのボルトＢ，
Ｂ（それぞれ２個のみ図示）が螺着されている。

【００２４】７は取付穴３内に設けられた点火プラグを
示し、該点火プラグ７は、図中下側から順に着火電極部
７Ａ，ねじ部７Ｂ，ハウジング７Ｃ，ナット部７Ｄ，碍
子部７Ｅおよび入力端子部７Ｆとから構成され、該ねじ
部７Ｂをねじ穴５に螺着することによって取付穴３内に
取付けられている。

【００２５】８は本実施例による燃焼圧センサを示し、
該燃焼圧センサ８は、後述するセンサ部９、センサ固定
筒１３および非線形ばね筒１５等から構成されている。

【００２６】９は燃焼圧センサ８の本体をなすセンサ部
を示し、該センサ部９は、図２に示すように、環状の圧
電体１０と、該圧電体１０の軸方向両側に設けられた一
対の環状電極板１１，１１とから構成されている。

【００２７】１２はプラグ挿通穴４内に進入した信号線
で、該信号線１２の一端側はセンサ部９の各環状電極板
１１に電気的に接続され、他端側は信号処理回路を介し
てコントロールユニット（いずれも図示せず）と電気的
に接続させている。

【００２８】１３はプラグ挿通穴４内を伸長するように
ばね性を有する金属材料、例えばステンレス等から形成
されたセンサ固定筒を示し、該センサ固定筒１３は、図
３に示す如く、円筒状に形成された上側筒部１３Ａと、
非線形ばね筒１５を介して該上側筒部１３Ａの下側に設
けられた下側筒部１３Ｂと、該下側筒部１３Ｂの下端側
を縮径して形成され、ワッシャ１４を介してセンサ部９
に当接する環状の押圧部１３Ｃと、前記上側筒部１３Ａ
の上端側を拡径して形成されたフランジ部１３Ｄとから
構成され、前記フランジ部１３Ｄには、各ボルト穴６に
対応して各ボルトＢが挿通されるボルト挿通穴１３Ｅ，
１３Ｅ（２個のみ図示）が穿設されている。

【００２９】また、１５はセンサ固定筒１３の軸方向中
間部、即ち上側筒部１３Ａと下側筒部１３Ｂとの間に位
置し、該上側筒部１３Ａ、下側筒部１３Ｂと一体に設け
られた非線形ばね筒を示し、該非線形ばね筒１５は、前
記上側筒部１３Ａの下端側および下側筒部１３Ｂの上端
側をそれぞれ拡径することにより略算盤玉状に形成され
ている。そして、該非線形ばね筒１５は、図４に示す特
性線ａの如く、軸方向に圧縮されたときにセンサ部９に
与える予圧の下限Ｆ1 と上限Ｆ2 との間でばね力（荷
重）が径方向に作用して荷重変動が小さくなる領域を有
している（点線で囲んだ部位）。なお、前述した予圧の
下限Ｆ1 は点火プラグ７を締付けるときの荷重の１．２
倍以上、好ましくは２倍以上に設定され、これにより点
火プラグ７の締付け荷重がセンサ部９に作用するのを防
止している。

【００３０】ここで、前記センサ固定筒１３と非線形ば
ね筒１５は図３に示す自由長状態において、押圧部１３
Ｃ下面からフランジ部１３Ｄ下面までの軸方向寸法がＨ
2 となっており、このセンサ固定筒１３と非線形ばね筒
１５の合計自由長寸法Ｈ2 は、下記数１に示すように設
定される。

【００３１】

【数１】Ｈ2 ＝Ｈ1 −Ｈ3 ＋ΔＸ 但し、Ｈ1 ：プラグ挿通穴４の穴底４Ａから開口部４Ｂ
までの深さ寸法 Ｈ3 ：センサ部９とワッシャ１４との厚さ寸法 ΔＸ：非線形ばね筒１５の変位量

【００３２】一方、センサ固定筒１３によってセンサ部
９に予圧を与えている状態では、非線形ばね筒１５はΔ
Ｘだけ変位しているから、センサ固定筒１３と非線形ば
ね筒１５の合計長さ寸法Ｈ4 は下記数２のようになる。

【００３３】

【数２】Ｈ4 ＝Ｈ2 −ΔＸ

【００３４】ここで、非線形ばね筒１５の変位量ΔＸ
は、

【００３５】

【数３】Ｘ1 ＜ΔＸ＜Ｘ2 但し、Ｘ1 ：荷重下限Ｆ1 を得るための非線形ばね筒１
５の変位 Ｘ2 ：荷重上限Ｆ2 を得るための非線形ばね筒１５の変
位 に設定されており、センサ固定筒１３を各ボルトＢを介
してシリンダヘッド１に取付けることによってセンサ部
９に所定の予圧（下限Ｆ1 から上限Ｆ2 の間）を与える
ことができる。

【００３６】一方、１６は芯線１６Ａを有する高圧ケー
ブルを示し、該高圧ケーブル１６の基端側は図示しない
ディストリビュータに接続され、先端側は鍔部１７Ａを
介してプラグキャップ１７となっている。

【００３７】ここで、前記プラグキャップ１７の先端は
点火プラグ７の碍子部７Ｅを保持する碍子保持部１７Ｂ
となり、該碍子保持部１７Ｂ内には、軸方向に延びるば
ね性導体１７Ｃと、該ばね性導体１７Ｃの先端に固着さ
れ、点火プラグ７の入力端子部７Ｆに当接する接続端子
１７Ｄとが設けられている。

【００３８】本実施例による燃焼圧センサ８は上述の如
き構成を有するもので、内燃機関が始動して燃焼室２内
に燃焼圧が生じると、この燃焼圧はセンサ部９に伝達さ
れ、該センサ部９の圧電体１０はセンサ固定筒１３（非
線形ばね筒１５）からの予圧に対する変化分に応じた検
出信号を各環状電極板１１から信号処理回路を介してコ
ントロールユニットに出力する。このときには、非線形
ばね筒１５によってセンサ部９に所定の予圧が与えられ
ているから、予圧に対する変化を正確に検出することが
できる。

【００３９】かくして、本実施例によれば、センサ部９
にセンサ固定筒１３で予圧を与えると共に、該センサ固
定筒１３の上側筒部１３Ａに非線形ばね筒１５を設ける
ことにより、センサ部９に所定（下限Ｆ1 から上限Ｆ2
の間）の予圧を与えることができるから、燃焼圧による
予圧の変化を正確に検出することができ、当該燃焼圧セ
ンサ８による燃焼圧の検出精度を向上することができ
る。

【００４０】また、軸方向に圧縮されたときにセンサ部
９に与える予圧の下限Ｆ1 と上限Ｆ2 との間でばね力
（荷重）が径方向に作用して荷重変動が小さくなる領域
を有する非線形ばね筒１５を用いているから、プラグ挿
通穴４の深さ寸法Ｈ1 、センサ固定筒１３の押圧部１３
Ｃ下面からフランジ部１３Ｄ下面までの軸方向寸法Ｈ2
およびセンサ部９とワッシャ１４との厚さ寸法Ｈ3 に生
じる誤差を許容することができ、加工精度を緩和して生
産性の向上や製造コストの低減を図ることができる。

【００４１】しかも、温度変化によってそれぞれの寸法
Ｈ1 〜Ｈ4 が変動しても、非線形ばね筒１５によってこ
の変動を許容することができるから、温度変化の大きい
内燃機関に用いて特に有効であり、燃焼噴射量、点火時
期等の制御を正確に行うことができ、内燃機関の運転を
良好に行うことができる。

【００４２】さらに、非線形ばね筒１５をセンサ固定筒
１３の軸方向中間部、即ち上側筒部１３Ａと下側筒部１
３Ｂとの間に配設しているから、該センサ固定筒１３で
センサ部９に予圧を与えるときに、上側筒部１３Ａと下
側筒部１３Ｂに均一に荷重を作用させることができ、セ
ンサ部９への予圧をより安定させることができる。ま
た、非線形ばね筒１５を形成するときの加工作業を容易
にすることができる。

【００４３】次に、図５に本発明の第２の実施例を示す
に、本実施例の特徴は、センサ固定筒と別体に非線形ば
ね筒を設けたことにある。なお、本実施例では、前述し
た第１の実施例と同一の構成要素に同一の符号を付し、
その説明を省略するものとする。

【００４４】図中、２１は本実施例によるセンサ固定筒
を示し、該センサ固定筒２１は、第１の実施例によるセ
ンサ固定筒１３とほぼ同様に、円筒状に形成された上側
筒部２１Ａと、後述する非線形ばね筒２２を介して該上
側筒部２１Ａの下側に設けられた下側筒部２１Ｂと、該
下側筒部２１Ｂの下端側を縮径して形成され、ワッシャ
１４を介してセンサ部９に当接する環状の押圧部２１Ｃ
と、前記上側筒部２１Ａの上端側を拡径して形成された
フランジ部２１Ｄとから構成され、前記フランジ部２１
Ｄには各ボルトＢが挿通されるボルト挿通穴２１Ｅ，２
１Ｅ（２個のみ図示）が穿設されている。

【００４５】しかし、本実施例によるセンサ固定筒２１
は、前記上側筒部２１Ａと下側筒部２１Ｂとが別体に設
けられ、該上側筒部２１Ａと下側筒部２１Ｂとの間に非
線形ばね筒２２が配設されている点で前記第１の実施例
のセンサ固定筒１３と相違している。

【００４６】なお、前記センサ固定筒２１の押圧部２１
Ｃ下面からフランジ部２１Ｄ下面までの軸方向寸法は第
１の実施例の固定筒１３の押圧部１３Ｃ下面からフラン
ジ部１３Ｄ下面までの軸方向寸法と同様のＨ2 に設定さ
れている。

【００４７】２２はセンサ固定筒２１の軸方向中間部に
設けられた本実施例による非線形ばね筒を示し、該非線
形ばね筒２２は、前記センサ固定筒２１と別体に設けら
れ、上側筒部２１Ａと下側筒部２１Ｂとの間に溶接、ろ
う付、接着、螺着、嵌着等の固着手段によって一体に固
着されている。また、該非線形ばね筒２２は、ばね性を
有するステンレス等から略算盤玉状の筒体として形成さ
れ、そのばね特性は、前記第１の実施例で述べた非線形
ばね筒１５のばね特性と同様となっている。

【００４８】かくして、このように構成された本実施例
においても、前述した第１の実施例とほぼ同様の作用効
果を得ることができるものの、特に、本実施例では、非
線形ばね筒２２をセンサ固定筒２１と別体に設け、固着
手段によって固着するようにしているから、非線形ばね
筒２２を他の材質や形状に変更してばね特性を自由、か
つ容易に変更することができ、設計の自由度を大幅に広
めることができる。

【００４９】次に、図６に本発明の第３の実施例を示す
に、本実施例の特徴は、非線形ばね筒に切欠穴を形成し
たことにある。なお、本実施例では、前述した第１の実
施例と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を
省略するものとする。

【００５０】図中、３１は本実施例によるセンサ固定筒
を示し、該センサ固定筒３１は、第１の実施例によるセ
ンサ固定筒１３と同様に、円筒状に形成された上側筒部
３１Ａと、後述する非線形ばね筒３２を介して該上側筒
部３１Ａの下側に設けられた下側筒部３１Ｂと、該下側
筒部３１Ｂの下端側を縮径して形成され、ワッシャ１４
を介してセンサ部９に当接する環状の押圧部３１Ｃと、
前記上側筒部３１Ａの上端側を拡径して形成されたフラ
ンジ部３１Ｄとから構成され、前記フランジ部３１Ｄに
は各ボルトＢが挿通されるボルト挿通穴３１Ｅ，３１Ｅ
（２個のみ図示）が穿設されている。

【００５１】３２はセンサ固定筒３１の軸方向中間部、
即ち上側筒部３１Ａと下側筒部３１Ｂとの間に位置し、
該上側筒部３１Ａ、下側筒部３１Ｂと一体に設けられた
本実施例による非線形ばね筒を示し、該非線形ばね筒３
２は、前記第１の実施例による非線形ばね筒１５とほぼ
同様に、軸方向中央部に向けて拡径する略算盤玉状の筒
体として形成されている。

【００５２】しかし、本実施例による非線形ばね筒３２
には、周方向に等間隔となるように軸方向に伸長する菱
形状の切欠穴３３，３３，…（５個のみ図示）が形成さ
れている。ここで、該各切欠穴３３は、非線形ばね筒３
２の一部を肉抜きすることにより、該非線形ばね筒３２
のばね特性を調整するものである。

【００５３】かくして、このように構成された本実施例
においても、前述した各実施例とほぼ同様の作用効果を
得ることができるものの、特に、本実施例では、非線形
ばね筒３２に各切欠穴３３を設けるようにしているか
ら、該非線形ばね筒３２のばね特性を適宜調整すること
ができ、適応範囲を拡大することができる。

【００５４】なお、前記各実施例では、センサ部９の圧
電体１０を１層としたが、本発明はこれに限らず、２
層，３層に積層し、各層の間に電極板を配設した形状の
ものでもよい。

【００５５】また、図７に示す変形例の如く、センサ固
定筒４１と別体に非線形ばね筒４２を設け、該非線形ば
ね筒４２を対向して設けられた２つの皿ばね４３，４３
から構成してもよい。

【００５６】さらに、第３の実施例では、各切欠穴３３
を菱形状に形成するものとして述べたが、該各切欠穴３
３は菱形状に限るものではなく、例えば楕円、長方形等
の他の形状としてもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述した如く、請求項１の発明によ
れば、センサ固定筒によってセンサ部に予圧を与えると
共に、非線形ばね筒を荷重変動の小さい領域で使用する
ことにより、センサ部に所定の予圧を与えることができ
るから、従来技術のように点火プラグでセンサ部に予圧
を与えるときのばらつきを防止でき、センサ部を所定の
予圧で押圧することにより、燃焼圧の検出精度を高める
ことができる。しかも、非線形ばね筒で寸法誤差や温度
変化による予圧のばら付を防止できるから、加工精度の
緩和を可能にして生産性の向上や製造コストの低減を図
ることができる上に、温度変化の激しい内燃機関に特に
有効である。

【００５８】また、請求項２の発明によれば、非線形ば
ね筒をセンサ固定筒と一体に設けることにより、部品点
数を削減して組立作業を容易にできるから、生産性を向
上することができる。

【００５９】さらに、請求項３の発明によれば、非線形
ばね筒をセンサ固定筒と別体に設けることにより、非線
形ばね筒のばね特性を自由に調整できるから、設計の自
由度を広めることができる。

【００６０】また、請求項４の発明によれば、非線形ば
ね筒にばね力を調整するための切欠穴を設けることによ
り、切欠穴の形状、大きさに応じて非線形ばね筒のばね
特性を調整できるから、設計の自由度を広めることがで
きる。

【００６１】さらにまた、請求項５の発明によれば、非
線形ばね筒をセンサ固定筒の軸方向中間部に設けること
により、非線形ばね筒の上下側に位置するセンサ固定筒
に荷重を均一に作用させることができから、センサ部へ
の予圧をより安定させることができる。また、非線形ば
ね筒を形成するときの加工作業を容易にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例による燃焼圧センサをシリンダヘ
ッドに取付けた状態を示す縦断面図である。

【図２】図１中のセンサ部等を拡大して示す縦断面図で
ある。

【図３】図１中のセンサ固定筒を拡大して示す縦断面図
である。

【図４】非線形ばね筒のばね特性を示す特性線図であ
る。

【図５】第２の実施例によるセンサ固定筒を拡大して示
す縦断面図である。

【図６】第３の実施例によるセンサ固定筒を拡大して示
す縦断面図である。

【図７】変形例によるセンサ固定筒を拡大して示す縦断
面図である。

【符号の説明】

１ シリンダヘッド ２ 燃焼室 ３ 取付穴 ４ プラグ挿通穴 ５ ねじ穴 ７ 点火プラグ ８ 燃焼圧センサ ９ センサ部 １３，２１，３１，４１ センサ固定筒 １５，２２，３２，４２ 非線形ばね筒 ３３ 切欠穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｌ 23/10 Ｇ０１Ｌ 23/10 23/22 23/22

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の燃焼室内に開口する取付穴に
   設けられ、該燃焼室内の燃焼圧に応じて信号を出力する
   センサ部と、前記取付穴に設けられ、該センサ部を軸方
   向に押圧して予圧を与えた状態で固定するセンサ固定筒
   と、該センサ固定筒による予圧を一定に保持するため、
   該センサ固定筒に設けられた非線形ばね筒とから構成し
   てなる燃焼圧センサ。
2. 【請求項２】 前記非線形ばね筒は前記センサ固定筒と
   一体に設けてなる請求項１に記載の燃焼圧センサ。
3. 【請求項３】 前記非線形ばね筒は前記センサ固定筒と
   別体に設けてなる請求項１に記載の燃焼圧センサ。
4. 【請求項４】 前記非線形ばね筒には、ばね特性を調整
   するための切欠穴を設けてなる請求項１，２または３に
   記載の燃焼圧センサ。
5. 【請求項５】 前記非線形ばね筒は、前記センサ固定筒
   の軸方向中間部に設けてなる請求項１，２，３または４
   に記載の燃焼圧センサ。