JPH09229807A

JPH09229807A - 圧力検出装置

Info

Publication number: JPH09229807A
Application number: JP3474696A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Fumino; 高之文野; Kazuhiko Kawakami; 和彦河上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-02-22
Filing date: 1996-02-22
Publication date: 1997-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】シリンダ内の圧力を精度よく検出し、しかも精
度劣化のない圧力検出装置を提案する。【解決手段】シリンダ内の圧力を検出する圧力検出装置
６を、グロメット４を介して導入された圧力の変化を機
械的変化に変換するダイアフラム１６と、機械的変化を
前記ダイアフラム１６の突起１０から感知して光量変化
に変換しヘッドガスケット２を介して光量伝送を行う光
ファイバ８と、光ファイバ８の下部に配置され光ファイ
バ８とダイアフラム１６を保持するスペーサ９と、光フ
ァイバ８とスペーサ９との隙間に設けたパッキン７とで
構成し、かつヘッドガスケット２にあけられた貫通穴と
嵌合し該貫通穴と圧力検出装置６との嵌合面の隙間を接
合材で接合する構成することにより、圧力漏れが防止で
き、精度よく圧力を検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力検出装置に係
り、特に自動車エンジンのシリンダ内の圧力を検出する
圧力検出装置の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、自動車エンジンにおいて環境保護
のため排ガス規制、燃費の向上が急務になっている。そ
こで、エアフロ−センサ、ノックセンサ、圧力センサ及
びマイクロコンピュ−タを用い燃料、点火タイミングを
高精度に制御する方式が取られている。そして、シリン
ダ内の圧力情報（失火検出、ノッキング、ピ−ク燃焼圧
等）を得ることにより、リ−ン限界の燃料、最適点火時
期を各気筒ごとに高精度制御することが可能となってい
る。

【０００３】シリンダ内の圧力を検出する方法して、特
開平４−４５９４１号公報に記載されているように、シ
リンダヘッドガスケット内部に圧力センサをシリンダブ
ロックと略平行になる様に配置すると共にシリンダヘッ
ドガスケットにシリンダからの圧力導入孔を形成する圧
力検出装置が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術は、シリンダヘッドガスケットとセンサ部の概
略的配置構成に関するものであり、燃焼圧力に対するシ
−ルの方法、センサの固定部材による熱疲労，配線によ
る劣化に対する保護方法等に関しては考慮されていな
い。そのため、長時間稼働していると、センサ部が狂
い、出力信号が変動し、高精度な制御ができないという
問題が生じる恐れがあった。

【０００５】本発明の目的は、上記問題を解決すべき、
シリンダ内の圧力を精度よく検出し、しかも精度劣化の
ない圧力検出装置を提案することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、シリンダのヘッドガスケットに内蔵され
かつ前記シリンダ内の圧力を検出する圧力検出装置にお
いて、前記圧力検出装置は、前記圧力が導入できる位置
でかつ前記ヘッドガスケットにあけられた貫通穴と嵌合
し、前記貫通穴と前記圧力検出装置との嵌合面の隙間を
接合材で接合する構成を有することを特徴とする。

【０００７】また、本発明の他の特徴は、シリンダのヘ
ッドガスケットに内蔵されかつ前記ヘッドガスケットの
グロメットを介して前記シリンダ内の圧力を検出する圧
力検出装置において、前記圧力検出装置は、前記グロメ
ットを介して導入された圧力の変化を機械的変化に変換
するダイアフラムと、前記機械的変化を前記ダイアフラ
ムの突起から感知して光量変化に変換し前記ヘッドガス
ケットを介して光量伝送を行う光ファイバと、前記光フ
ァイバの下部に配置され前記光ファイバを保持するスペ
ーサと、前記光ファイバと前記スペーサとの隙間に設け
たパッキンとで構成され、かつ前記ヘッドガスケットに
あけられた貫通穴と嵌合し該貫通穴と前記圧力検出装置
との嵌合面の隙間を接合材で接合する構成を有すること
にある。

【０００８】また、本発明の他の特徴は、シリンダのヘ
ッドガスケットに内蔵されかつ前記シリンダ内の圧力を
検出する圧力検出装置において、前記圧力検出装置は、
前記圧力の変化を機械的変化に変換するダイアフラム
と、前記ダイアフラムに配置され前記機械的変化を前記
ダイアフラムの突起から感知して光量変化に変換する第
１の光ファイバと、前記ヘッドガスケットに配置され光
量伝送を行う第２の光ファイバと、前記第１の光ファイ
バの下部に配置され前記第１の光ファイバを保持するス
ペーサと、前記第１の光ファイバと前記スペーサとの隙
間に設けたパッキンとで構成され、かつ前記ヘッドガス
ケットにあけられた貫通穴と嵌合し該貫通穴と前記圧力
検出装置との嵌合面の隙間を接合材で接合する構成を有
することにある。

【０００９】本発明によれば、圧力検出装置は、圧力が
導入できる位置でかつヘッドガスケットにあけられた貫
通穴と嵌合し、該貫通穴と圧力検出装置との嵌合面の隙
間を接合材で接合する構成を有する。

【００１０】また、圧力検出装置は、グロメットを介し
て導入された圧力の変化を機械的変化に変換するダイア
フラムと、機械的変化をダイアフラムの突起から感知し
て光量変化に変換しヘッドガスケットを介して光量伝送
を行う光ファイバと、光ファイバの下部に配置され光フ
ァイバを保持するスペーサと、光ファイバとスペーサと
の隙間に設けたパッキンとで構成され、かつヘッドガス
ケットにあけられた貫通穴と嵌合し、貫通穴と前記圧力
検出装置との嵌合面の隙間を接合材で接合する構成を有
する。

【００１１】また、圧力検出装置は、圧力の変化を機械
的変化に変換するダイアフラムと、ダイアフラムに配置
され機械的変化をダイアフラムの突起から感知して光量
変化に変換する第１の光ファイバと、ヘッドガスケット
に配置され光量伝送を行う第２の光ファイバと、第１の
光ファイバの下部に配置され第１の光ファイバを保持す
るスペーサと、第１の光ファイバとスペーサとの隙間に
設けたパッキンとで構成され、かつヘッドガスケットに
あけられた貫通穴と嵌合し、貫通穴と圧力検出装置との
嵌合面の隙間を接合材で接合する構成を有する。

【００１２】これにより、シリンダ内からの圧力がかか
るダイアフラム上面から下面に圧力が逃げてしまうのを
防止できる。また、光ファイバとスペーサとの熱膨張係
数差を小さくすることにより温度差の影響に耐えること
ができる。

【００１３】また、ヘッドガスケットに配置された光フ
ァイバに保護パイプを被せることにより、外力による影
響を対策できる。また、ダイアフラムをグロメットと一
体形成とすることにより、つぎ目からの圧力洩れを防止
でき、また、パッキンを設けることによりサイドからの
圧力洩れを防止できる。

【００１４】更に、曲げ特性が敏感な光ファイバと曲げ
特性が鈍感な光ファイバを使い分けることにより、曲げ
特性が敏感な光ファイバの使用長さを短くすることで
き、配線曲げ等による光量の劣化を防ぐことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例に係る圧
力検出装置を、図を用いて説明する。

【００１６】図１は、本発明の一実施例に係る圧力検出
装置をシリンダのヘッドガスケットに内蔵した状態の上
面を示す。図２は図１のヘッドガスケットが組み込まれ
たシリンダの断面を示す。図３は図１の圧力検出装置の
断面詳細を示す。図４は図３のダイアフラムの斜視詳細
を示す。図５は図４のダイアフラムのＡ−Ａ断面を示
す。図６は図３のスペ−サの斜視詳細を示する。図７は
図１のガスケットの断面を示す。図８はグロメット一体
形ダイアフラムの構造を示す。図９は圧力信号伝搬部材
及び感圧部材である光ファイバ８の保護構造を示す。図
１０は光ファイバの曲げ特性を示す。図１１は本発明の
他の実施例で、光伝送用として曲げ感度の異なる光ファ
イバを用いた圧力検出装置の断面詳細を示す。図１２
は、図１１の圧力検出装置の配線状態を示す。

【００１７】図１、図２に示すように、シリンダヘッド
２５とシリンダブロック２４との間に配置されたヘッド
ガスケット２に内蔵された圧力検出装置６は、ヘッドガ
スケット２のグロメット４に隣接した位置に設置され、
かつシリンダ内と連通している。

【００１８】圧力検出装置６は、図３に示すように、ダ
イアフラム１６と、圧力信号伝搬及び感圧部材（以下、
光ファイバと称す）８と、スペ−サ９とで構成されてい
る。ダイアフラム１６には、シリンダ内の圧力により光
ファイバ８を押して変動させる突起１０と、圧力を他部
に逃がさないためにシ−ル構造を持たせたバネ状のビー
ト１１が設けられている。また、スペ−サ９には、光フ
ァイバ８を固定するファイバ溝１と、突起１０により光
ファイバ８が変動するための逃げ穴２０が設けられてい
る。

【００１９】また、圧力検出装置６は、ヘッドガスケッ
ト２にあけけられた穴に嵌め込まれ、穴との接合面を、
接合材１５で隙間なく接合されている。そのため、ダイ
アフラム１６にかかった圧力が高圧面（シール材１７の
塗布面）から低圧面（光ファイバの８の通っている側）
に接合面を介して抜けてしまうことはなく、圧力の検出
精度及び圧力検出装置６自体の耐久性を向上させること
ができる。接合材１５の材料としては、樹脂，カーボ
ン，ゴム等が良好であり、樹脂の場合は接着，溶着、カ
ーボンの場合は加圧、ゴムの場合は接着で接合されてい
る。

【００２０】また、エンジン本体にヘッドガスケット２
を取り付ける際、圧力検出装置６をヘッドガスケット２
と一体化して固定しているので、外力等によるダイアフ
ラム１６及び光ファイバ８の圧縮変形を防止でき、圧力
検出精度の低下を防止することができる。

【００２１】ここで、図１０に、光ファイバの曲げ径と
伝送光量の関係を示す。図１０に示すように、光ファイ
バを曲げると光量が変化し、圧力検出装置６に用いる光
ファイバの特性は、Ｒ６〜Ｒ８を中心として光量が極端
に変化する特性のものを使用している。そのため、図３
に示すように、ヘッドガスケット２に光ファイバ８を通
すファイバ溝１の曲げ角１４をＲ５より大きくすること
により、光量の低下を防ぐことができる。すなわち分解
能の低下を防ぐことができる。

【００２２】また、図８に示すように、耐熱性，耐ガス
性，耐水性，耐圧性，耐酸性に優れた金属製あるいは樹
脂製の保護パイプ２１で、光ファイバ８を覆うことによ
り、外圧による湾曲、被覆の傷、振動による変動から保
護し、伝送光量を所定の量に維持することができる。保
護パイプ２１の材料しては、ステンレス製が良好であ
る。

【００２３】図４は、ダイアフラム１６の構造を示す。
図４に示すように、ダイアフラム１６に圧力を導入する
ための圧力導入口１８を設けられており、ダイアフラム
１６にかかった圧力を他に漏らさないように、ダイアフ
ラム１６をグロメット４に隣接させる構造になってい
る。

【００２４】また、図２に示すように、ダイアフラム１
６にシ−ル構造を持たせるためにビ−ト１１を設け、更
にミクロシ−ルを行うために、ダイアフラム１６の高圧
面にシール材１７を塗布することにより、少しの圧力も
漏らさない構造としている。シール材１７としては、二
硫化モリブデン，カ−ボン，シリコン等が良好であり、
これらを用いることにより、より良いシ−ル特性を得る
ことができる。

【００２５】また、圧力検出装置６の使用温度条件は−
３０〜２００度Ｃと広範囲である。そのため、図３に示
すように、光ファイバ８をスペ−サ９に接着剤等で固定
すると、お互いの熱膨張係数の差により、使用温度の影
響をうけて光ファイバ８は材料的に疲労が発生し、光フ
ァイバ８の検出出力が変化してしまう問題がある。これ
を改良するために、スペ−サ９は、光ファイバ８との熱
膨張係数差が２０／１０⁶以内の材料で製作されてい
る。これにより、光ファイバ８との熱膨張係数差を小さ
くすることができる。スペ−サ９の実際の材料として
は、光ファイバ８の熱膨張係数にあわせるために、熱膨
張係数が調整できる鉄ニッケル合金等が使用されてい
る。

【００２６】また、圧力検出装置６をヘッドガスケット
２に取り付けた時、ダイアフラム１６とスペーサ９との
隙間からの圧力漏れを防止するために、圧力検出装置６
は、図３に示すように、パッキン７をダイアフラム１６
とスペ−サ９の間に配置する構成としている。パッキン
７の材料としては、例えばフロン系樹脂，ニトリルゴ
ム，カ−ボン等の弾性体、または、耐熱性，化学的安定
性のある、例えば石綿，金属粉含有樹脂，セラミック等
が使用されている。

【００２７】また、２気筒以上のシリンダを有し各気筒
の圧力検出装置６が直列に配置され出力信号が一つのエ
ンジンにおいて、少なくとも１気筒の圧力検出装置６の
ダイアフラム１６の突起１０の先端の高さを変えるか、
あるいは光ファイバを固定している逃げ穴２０の径を変
えることにより、その気筒の出力特性が変更でき、どの
シリンダの信号か判別することができので、ヘッドガス
ケット２に内蔵された圧力検出装置６自体による点火順
序判別を可能とすることができる。

【００２８】図３、図７に示すように、ヘッドガスケッ
ト２は、芯金１２の両面が弾性体１３（例えば、石綿、
カーボン、ゴム等）で覆われた構成であり、また、各気
筒を結ぶ光ファイバ８が通るファイバ溝１が設けられて
いる。ガスケット２はガスケット弾性体１３，芯金１
２，ガスケット弾性体１３のサンドイッチ構造で構成さ
れているので芯金１２を貫通するとガスケット２が２分
割されるため、芯金１２を貫通しないようにファイバ溝
１が設けられている。

【００２９】また、光ファイバ８は水分等に弱いため、
ガスケット２にファイバ溝１を設ける時は、シリンダの
水穴５、オイル穴３等を避けてある。また、水穴５、オ
イル穴３のリングシ−ルを切断して光ファイバ８を通す
とシ−ルの役目を果たさなくなる。さらに、水流、オイ
ル流等の影響により光ファイバ８が劣化し出力信号が変
化する恐れがあるため、光ファイバ８が水穴５、オイル
穴３を横切らないようにファイバ溝が設けられている。

【００３０】また、図３に示す突起１０と光ファイバ８
の接触点では、両者の接触面が摩耗し易いので不揮発性
のオイル、グリス等を塗布することにより、摩耗を防ぐ
ようにしている。

【００３１】また、図１に示すように、圧力検出装置６
をグロメット４に隣接させているので、シリンダ部と圧
力検出装置６のダイアフラム１６間の距離が短縮される
と、応答性が良くなる。その上、図４に示すようにダイ
アフラム１６の圧力導入口１８の体積も小さくすること
ができ、圧力の逃げ部を少なくすることできる。

【００３２】しかし、圧力検出装置６とグロメット４は
溶接か接着剤等により接続されているため、圧力が圧力
検出装置６とグロメット４との接続部から多少逃げるこ
とも考えられる。図８は、グロメットと一体構成したダ
イアフラムを示す。図８に示すように、グロメット４と
一体構造で形成することによりグロメット４との接続部
がなくなり、圧力も漏れず、高信頼性のものとすること
ができる。この製作方法としては、グロメット４にダイ
アフラム１６を一体プレス加工し、その後ガスケット２
にかしめて、ベッドガスケット２と一体化する。

【００３３】図１１は本発明の他の実施例で、光伝送用
として曲げ感度の異なる光ファイバを用いた圧力検出装
置の断面詳細を示し、図１２は図１１の圧力検出装置の
配線状態を示す。図１１に示すように、本実施例の圧力
検出装置６は、突起１０と接触しダイアフラム１６の下
部にある光ファイバには曲げ特性が敏感な光ファイバ８
を使用し、それ以外の光伝送用としての部分には曲げ特
性が鈍感な光ファイバ２２を使用する構成になってい
る。このような構成にすることにより、ベッドガスケッ
ト２に組込時の曲げ圧，締め付け圧等の影響による光量
の劣化を防ぐことができる。

【００３４】以上述べたように、内燃機関の燃焼圧検出
に本発明の圧力検出装置６を用いることにより、ノッ
ク，失火等を検出しＮＯｘの制御ができ、また、図２に
示すように、ダイレクトインジェクションシステム２６
と圧力検出装置６を組合わせて用いることで、より高精
度な制御を行うことができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、シリンダ内の圧力を、
精度よく、しかも長時間稼働に対して劣化なく検出する
ことにより、内燃機関の高精度な燃焼制御を行うことが
でき、また、内燃機関の耐久性を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る圧力検出装置をシリン
ダのヘッドガスケットに内蔵した状態の上面図である。

【図２】図１のヘッドガスケットが組み込まれたシリン
ダの断面図である。

【図３】図１の圧力検出装置の断面詳細である。

【図４】図３のダイアフラムの斜視詳細図である。

【図５】図４のダイアフラムのＡ−Ａ断面図である。

【図６】図３のスペ−サの斜視詳細図である。

【図７】図１のガスケットの断面図である。

【図８】グロメット一体形ダイアフラムの構造図であ
る。

【図９】図２の光ファイバの保護構造を示す図である、

【図１０】光ファイバの曲げ特性を示す図である。

【図１１】本発明の他の実施例で、光伝送用として曲げ
感度の異なる光ファイバを用いた圧力検出装置の断面詳
細図である。

【図１２】図１１の圧力検出装置の配線状態を示す図で
ある。

【符号の説明】

１…ファイバ溝、２…ヘッドガスケット、３…オイル
穴、４…グロメット、５…水穴、６…圧力検出装置、７
…パッキン、８，２２…光ファイバ、９…スペ−サ、１
０…突起、１１…ビ−ト、１２…芯金、１３…弾性体、
１４…曲げ部、１５…接合材、１６…ダイアフラム、１
７…シール材、１８…圧力導入口、２０…逃げ穴、２１
…保護パイプ、２３…ピストン、２４…シリンダブロッ
ク、２５…シリンダヘッド、２６…プラグ、２７…ダイ
レクトインジェクション、２８…バルブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダのヘッドガスケットに内蔵されか
つ前記シリンダ内の圧力を検出する圧力検出装置におい
て、前記圧力検出装置は、前記圧力が導入できる位置でかつ
前記ヘッドガスケットにあけられた貫通穴と嵌合し、前
記貫通穴と前記圧力検出装置との嵌合面の隙間を接合材
で接合する構成を有することを特徴とする圧力検出装
置。
【請求項２】シリンダのヘッドガスケットに内蔵されか
つ前記ヘッドガスケットのグロメットを介して前記シリ
ンダ内の圧力を検出する圧力検出装置において、前記圧力検出装置は、前記グロメットを介して導入され
た圧力の変化を機械的変化に変換するダイアフラムと、
前記機械的変化を前記ダイアフラムの突起から感知して
光量変化に変換し前記ヘッドガスケットを介して光量伝
送を行う光ファイバと、前記光ファイバの下部に配置さ
れ前記光ファイバと前記ダイアフラムを保持するスペー
サと、前記光ファイバと前記スペーサとの隙間に設けた
パッキンとで構成され、かつ前記ヘッドガスケットにあ
けられた貫通穴と嵌合し該貫通穴と前記圧力検出装置と
の嵌合面の隙間を接合材で接合する構成を有することを
特徴とする圧力検出装置。
【請求項３】請求項２において、前記光ファイバは、前
記ダイアフラムの下部に配置され前記機械的変化を光量
変化に変換する第１の光ファイバと、前記ヘッドガスケ
ットに配置され、光量伝送を行う第２の光ファイバとで
構成されていることを特徴とする圧力検出装置。
【請求項４】請求項２または請求項３において、前記第
１の光ファイバには曲げ特性が敏感な光ファイバを使用
し、前記第２の光ファイバには曲げ特性が鈍感な光ファ
イバを使用することを特徴とする圧力検出装置。
【請求項５】請求項３または請求項４において、前記第
２の光ファイバに、保護パイプを被せることを特徴とす
る圧力検出装置。
【請求項６】請求項２において、前記光ファイバと前記
スペーサとの熱膨張係数差は２０／１０⁶以下であるこ
とを特徴とする圧力検出装置。
【請求項７】請求項２において、前記ダイアフラムを前
記グロメットと一体形成することを特徴とする圧力検出
装置。
【請求項８】請求項２において、前記圧力検出装置は、
前記前記ダイアフラムの突起の高さまたは前記スペーサ
の逃げ穴の径を変えることにより、前記光ファイバが感
知する光量が変えられる構成を有することを特徴とする
圧力検出装置。
【請求項９】シリンダのヘッドガスケットに内蔵されか
つ前記シリンダ内の圧力を検出する圧力検出装置におい
て、前記圧力検出装置は、前記圧力の変化を機械的変化に変
換するダイアフラムと、前記ダイアフラムの下部に配置
され前記機械的変化を前記ダイアフラムの突起から感知
して光量変化に変換する第１の光ファイバと、前記ヘッ
ドガスケットに配置され光量伝送を行う第２の光ファイ
バと、前記第１の光ファイバの下部に配置され前記第１
の光ファイバと前記ダイアフラムを保持するスペーサ
と、前記第１の光ファイバと前記スペーサとの隙間に設
けたパッキンとで構成され、かつ前記ヘッドガスケット
にあけられた貫通穴と嵌合し該貫通穴と前記圧力検出装
置との嵌合面の隙間を接合材で接合する構成を有するこ
とを特徴とする圧力検出装置。
【請求項１０】請求項９において、前記第１の光ファイ
バには曲げ特性が敏感な光ファイバを使用し、前記第２
の光ファイバには曲げ特性が鈍感な光ファイバを使用す
ることを特徴とする圧力検出装置。