JPH10239200A - 筒内圧センサ - Google Patents
筒内圧センサInfo
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- JPH10239200A JPH10239200A JP9041843A JP4184397A JPH10239200A JP H10239200 A JPH10239200 A JP H10239200A JP 9041843 A JP9041843 A JP 9041843A JP 4184397 A JP4184397 A JP 4184397A JP H10239200 A JPH10239200 A JP H10239200A
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- G01L23/08—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
- G01L23/16—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by photoelectric means
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- G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
- G01L23/221—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0076—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means
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Abstract
(57)【要約】
【課題】筒内圧およびノックを長期的に精度良く測定で
きる低コストで初期ばらつきの少ない筒内圧センサを提
供する。 【解決手段】光ファイバ５０内を通過する光量の変化に
より圧力を検出する筒内圧センサにおいて、光ファイバ
５０を両端で支持するベース２０ａと、光ファイバに圧
力変化に応じた曲げを与えるダイアフラム２１とを備
え、ダイアフラム２１によって光ファイバ５０に曲げを
与える位置をベース２０ａの支持端間の中心から偏心さ
せる。
きる低コストで初期ばらつきの少ない筒内圧センサを提
供する。 【解決手段】光ファイバ５０内を通過する光量の変化に
より圧力を検出する筒内圧センサにおいて、光ファイバ
５０を両端で支持するベース２０ａと、光ファイバに圧
力変化に応じた曲げを与えるダイアフラム２１とを備
え、ダイアフラム２１によって光ファイバ５０に曲げを
与える位置をベース２０ａの支持端間の中心から偏心さ
せる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン制御のた
めに行われるシリンダ内圧力（筒内圧）の計測、及びそ
の他の圧力の計測に関し、光ファイバを利用した筒内圧
センサに好適である。
めに行われるシリンダ内圧力（筒内圧）の計測、及びそ
の他の圧力の計測に関し、光ファイバを利用した筒内圧
センサに好適である。
【０００２】
【従来の技術】筒内圧センサとして例えば特開平７−３
０６１０９号公報（以下、従来技術１という）に、筒内
圧力の変化に応じた曲げを光ファイバに与え、この光フ
ァイバ内を通過する光量の変化から筒内圧力を検出する
ことにより測定精度を高めた筒内圧センサが開示されて
いる。また、特開平８−１２２１８８号公報（以下、従
来技術２という）には、従来技術１の構造を簡単にして
低コスト化を図ったものが開示されている。
０６１０９号公報（以下、従来技術１という）に、筒内
圧力の変化に応じた曲げを光ファイバに与え、この光フ
ァイバ内を通過する光量の変化から筒内圧力を検出する
ことにより測定精度を高めた筒内圧センサが開示されて
いる。また、特開平８−１２２１８８号公報（以下、従
来技術２という）には、従来技術１の構造を簡単にして
低コスト化を図ったものが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術１、２の
筒内圧センサは筒内圧の測定精度向上という点で効果が
あるが、測定可能な周波数に限度があり、筒内圧の１／
１０００程度の低い圧力で起こる高い周波数領域での振
動（以下、ノックという）を精度良く検出するができな
いという問題がある。また、筒内圧センサは自動車に搭
載されるため、信号の検出が長期的に安定していること
が要求される。さらに、筒内圧センサは各気筒ごとの筒
内圧及びノック信号の初期ばらつきを構造的に回避する
ことが望ましい。
筒内圧センサは筒内圧の測定精度向上という点で効果が
あるが、測定可能な周波数に限度があり、筒内圧の１／
１０００程度の低い圧力で起こる高い周波数領域での振
動（以下、ノックという）を精度良く検出するができな
いという問題がある。また、筒内圧センサは自動車に搭
載されるため、信号の検出が長期的に安定していること
が要求される。さらに、筒内圧センサは各気筒ごとの筒
内圧及びノック信号の初期ばらつきを構造的に回避する
ことが望ましい。
【０００４】本発明の目的は、筒内圧およびノックが長
期的に精度良く測定でき、しかも低コストで初期ばらつ
きの少ない筒内圧センサを提供することにある。
期的に精度良く測定でき、しかも低コストで初期ばらつ
きの少ない筒内圧センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の筒内圧センサ
は、光ファイバ内を軸方向に通過する光量の変化により
筒内圧力を検出する筒内圧センサにおいて、光ファイバ
の２箇所を支持する２つの支持部と、光ファイバを押圧
することにより筒内圧力の変化に応じた曲げを光ファイ
バに与えるダイアフラムとを備え、光ファイバを押圧す
る位置が２つの支持部間の中心位置から偏心したもので
ある。また本発明の筒内圧センサは、光ファイバ内を軸
方向に通過する光量の変化により筒内圧力を検出する筒
内圧センサにおいて、光ファイバの２箇所を支持する２
つの支持部と、光ファイバを押圧することにより筒内圧
力の変化に応じた曲げを光ファイバに与えるダイアフラ
ムとを備え、光ファイバを押圧する位置がダイアフラム
の略中心であり、ダイアフラムの中心位置が２つの支持
部の中心位置から偏心したものである。
は、光ファイバ内を軸方向に通過する光量の変化により
筒内圧力を検出する筒内圧センサにおいて、光ファイバ
の２箇所を支持する２つの支持部と、光ファイバを押圧
することにより筒内圧力の変化に応じた曲げを光ファイ
バに与えるダイアフラムとを備え、光ファイバを押圧す
る位置が２つの支持部間の中心位置から偏心したもので
ある。また本発明の筒内圧センサは、光ファイバ内を軸
方向に通過する光量の変化により筒内圧力を検出する筒
内圧センサにおいて、光ファイバの２箇所を支持する２
つの支持部と、光ファイバを押圧することにより筒内圧
力の変化に応じた曲げを光ファイバに与えるダイアフラ
ムとを備え、光ファイバを押圧する位置がダイアフラム
の略中心であり、ダイアフラムの中心位置が２つの支持
部の中心位置から偏心したものである。
【０００６】そしてこのように構成することにより、光
ファイバの曲げ変位による光ファイバの通過光量が減少
し、光ファイバの曲げ変位に対する光ファイバの通過光
量の変化率が高くなるので、光ファイバの微少な変位も
精度良く検出できる。よって、筒内圧はもとより筒内圧
に比べ１／１０００程度の大きさのノックをも検出する
ことが可能となる。また、支持部と押圧する位置の距離
の短い側で支持部に生じる荷重が大きくなり、光ファイ
バの支持条件が固定支持に近づくため共振周波数は増大
し、ノックを高感度で検出することが可能になる。さら
に、支持部と押圧する位置の距離の長い側では、たわみ
角が小さなり、光ファイバは支持部の摩擦力によりステ
ィックを防止することができる。よって、各気筒ごとの
筒内圧及びノック信号の初期ばらつきを回避することが
可能になり、長期的に安定した筒内圧及びノック信号を
検出することができる。
ファイバの曲げ変位による光ファイバの通過光量が減少
し、光ファイバの曲げ変位に対する光ファイバの通過光
量の変化率が高くなるので、光ファイバの微少な変位も
精度良く検出できる。よって、筒内圧はもとより筒内圧
に比べ１／１０００程度の大きさのノックをも検出する
ことが可能となる。また、支持部と押圧する位置の距離
の短い側で支持部に生じる荷重が大きくなり、光ファイ
バの支持条件が固定支持に近づくため共振周波数は増大
し、ノックを高感度で検出することが可能になる。さら
に、支持部と押圧する位置の距離の長い側では、たわみ
角が小さなり、光ファイバは支持部の摩擦力によりステ
ィックを防止することができる。よって、各気筒ごとの
筒内圧及びノック信号の初期ばらつきを回避することが
可能になり、長期的に安定した筒内圧及びノック信号を
検出することができる。
【０００７】上記のように本願発明の効果は、光ファイ
バの押圧位置を２つの支持部間の中心から偏心させれば
得られるものであるが、この中心からの偏心量が２つの
支持部間の距離の１０％以上４０％以下の範囲であるこ
とが望ましい。なぜなら、中心からの偏心量が２つの支
持部間の距離の１０％以上であれば設計時の偏心量が組
立誤差により相殺されることがないので、たとえ組立誤
差の限界で製作されたとしても本願発明の効果を得るこ
とができるからである。また、中心からの偏心量が２つ
の支持部間の距離の４０％以下であれば、たとえ組立誤
差の限界で製作されたとしても光ファイバが押圧部と支
持部とによって破断される心配がなく、本願発明の効果
を得ることができるからである。
バの押圧位置を２つの支持部間の中心から偏心させれば
得られるものであるが、この中心からの偏心量が２つの
支持部間の距離の１０％以上４０％以下の範囲であるこ
とが望ましい。なぜなら、中心からの偏心量が２つの支
持部間の距離の１０％以上であれば設計時の偏心量が組
立誤差により相殺されることがないので、たとえ組立誤
差の限界で製作されたとしても本願発明の効果を得るこ
とができるからである。また、中心からの偏心量が２つ
の支持部間の距離の４０％以下であれば、たとえ組立誤
差の限界で製作されたとしても光ファイバが押圧部と支
持部とによって破断される心配がなく、本願発明の効果
を得ることができるからである。
【０００８】さらに本発明の筒内圧センサは、光ファイ
バ内を軸方向に通過する光量の変化により筒内圧力を検
出する筒内圧センサにおいて、２つの支持部に加わる圧
力により前記光ファイバにひずみが加わらないように２
つの支持部とダイアフラムとの間にひずみを緩和させる
手段を備えたものである。ひずみを緩和させる手段とし
ては、支持部とダイアフラムとの接続部の剛性を低くす
るものであれば良く、例えば支持部とダイアフラムとの
間にスリット等を設けることが有効である。そしてこの
ように構成すれば、筒内圧センサをエンジンに取り付け
る際に生じる圧力等が光ファイバに加わらないので測定
精度を高めることができる。
バ内を軸方向に通過する光量の変化により筒内圧力を検
出する筒内圧センサにおいて、２つの支持部に加わる圧
力により前記光ファイバにひずみが加わらないように２
つの支持部とダイアフラムとの間にひずみを緩和させる
手段を備えたものである。ひずみを緩和させる手段とし
ては、支持部とダイアフラムとの接続部の剛性を低くす
るものであれば良く、例えば支持部とダイアフラムとの
間にスリット等を設けることが有効である。そしてこの
ように構成すれば、筒内圧センサをエンジンに取り付け
る際に生じる圧力等が光ファイバに加わらないので測定
精度を高めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
示した実施例を参照して詳細に説明する。 〔第１の実施例〕（図１〜図６） エンジン本体は、シリンダ用の円筒状空間を有するシリ
ンダブロック上に、各シリンダの吸排気管を持つシリン
ダヘッドを載せて構成される。両者は、ガスケットを介
して組み立てられる。そして、燃焼の効率向上と排気ガ
ス中の有害物質の低減を目的に、筒内圧や異常燃焼を伴
うノックを測定してシリンダ内の燃焼を制御する。従っ
て、筒内圧センサは、筒内圧は勿論のこと、ノックにつ
いても精度良く測定する必要がある。
示した実施例を参照して詳細に説明する。 〔第１の実施例〕（図１〜図６） エンジン本体は、シリンダ用の円筒状空間を有するシリ
ンダブロック上に、各シリンダの吸排気管を持つシリン
ダヘッドを載せて構成される。両者は、ガスケットを介
して組み立てられる。そして、燃焼の効率向上と排気ガ
ス中の有害物質の低減を目的に、筒内圧や異常燃焼を伴
うノックを測定してシリンダ内の燃焼を制御する。従っ
て、筒内圧センサは、筒内圧は勿論のこと、ノックにつ
いても精度良く測定する必要がある。
【００１０】本実施例の筒内圧センサはガスケット内に
設置されている。ガスケットは着脱可能な数少ないエン
ジン部品であり、内部は機械的振動や温度変化に対して
比較的安定な環境を提供する。図１（ａ）は本発明の第
１の実施例である筒内圧センサを設置したガスケット４
０、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＸ−Ｘ断面を拡大
したものをそれぞれ示している。図中１０はガスケット
４０に設けた溝を、１１はシリンダ内圧力が直接負荷さ
れる領域をそれぞれ示している。溝は筒内圧センサ本体
を構成する光ファイバ５０及び光ファイバに内圧変化に
応じた曲げを与えるベース２０ａ、ダイヤフラム部２０
ｂ（２つを合わせた状態でセンサブロック２０と呼ぶ）
を入れるのに充分な幅と深さを持っている。
設置されている。ガスケットは着脱可能な数少ないエン
ジン部品であり、内部は機械的振動や温度変化に対して
比較的安定な環境を提供する。図１（ａ）は本発明の第
１の実施例である筒内圧センサを設置したガスケット４
０、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＸ−Ｘ断面を拡大
したものをそれぞれ示している。図中１０はガスケット
４０に設けた溝を、１１はシリンダ内圧力が直接負荷さ
れる領域をそれぞれ示している。溝は筒内圧センサ本体
を構成する光ファイバ５０及び光ファイバに内圧変化に
応じた曲げを与えるベース２０ａ、ダイヤフラム部２０
ｂ（２つを合わせた状態でセンサブロック２０と呼ぶ）
を入れるのに充分な幅と深さを持っている。
【００１１】本図においてベース２０ａには開口部が設
けてあるが、この開口部の形状は、光ファイバの曲がる
領域を確保し光ファイバを所定のスパンで支持できるも
のであればどのような形状であっても良い。光ファイバ
５０の（使用状態での）外形寸法より光ファイバ装着部
分のファイバ通路を深くすることにより、ガスケットを
エンジンに取り付ける際に締め付けに伴う圧力が光ファ
イバ５０に加わらない様にしている。この場合、締め付
けに伴うガスケット自身の縮み変形を考慮している。セ
ンサブロックの埋め込み部分の深さは、センサブロック
２０の高さ寸法より深くするようにしている。これによ
り、ダイアフラム２１の下部に燃焼圧力を導入するため
の空間（伝達空間）を設けている。
けてあるが、この開口部の形状は、光ファイバの曲がる
領域を確保し光ファイバを所定のスパンで支持できるも
のであればどのような形状であっても良い。光ファイバ
５０の（使用状態での）外形寸法より光ファイバ装着部
分のファイバ通路を深くすることにより、ガスケットを
エンジンに取り付ける際に締め付けに伴う圧力が光ファ
イバ５０に加わらない様にしている。この場合、締め付
けに伴うガスケット自身の縮み変形を考慮している。セ
ンサブロックの埋め込み部分の深さは、センサブロック
２０の高さ寸法より深くするようにしている。これによ
り、ダイアフラム２１の下部に燃焼圧力を導入するため
の空間（伝達空間）を設けている。
【００１２】また、センサブロック２０のダイアフラム
部２０ｂ下部に内圧シール手段３０を設けている。内圧
シール手段３０は、金属部材にシリコン樹脂等のシール
用樹脂を塗ったものが利用される。これにより、ダイア
フラム２１あるいはセンサブロック２０のダイアフラム
部２０ｂの上下に圧力差を作ることができ、これに伴う
ダイアフラム２１の変位を光ファイバの曲げに変換す
る。筒内圧センサはこの曲げに伴う光ファイバ通過光量
の変化を検出するものである。
部２０ｂ下部に内圧シール手段３０を設けている。内圧
シール手段３０は、金属部材にシリコン樹脂等のシール
用樹脂を塗ったものが利用される。これにより、ダイア
フラム２１あるいはセンサブロック２０のダイアフラム
部２０ｂの上下に圧力差を作ることができ、これに伴う
ダイアフラム２１の変位を光ファイバの曲げに変換す
る。筒内圧センサはこの曲げに伴う光ファイバ通過光量
の変化を検出するものである。
【００１３】図２に第１の実施例で用いるセンサブロッ
ク２０の断面図を示す。図は光ファイバ５０の通路に沿
った断面図である。光ファイバ５０はベース２０ａ側に
刻まれた光ファイバ通路２４を通り、ダイアフラム２１
の上でダイアフラム２１に設けた突起２３に接するよう
に通過し、反対側の光ファイバ用通路を経てセンサブロ
ック２０の外に出る。光ファイバ通路２４は、ファイバ
５０の外径より大きく、ファイバ通路２４の高さを変え
ることでファイバの支持条件および曲げ変形が変わり、
結果として光ファイバ通過光量を変えることができる。
そして、光ファイバ５０を両端で支持するベース２０ａ
の支持点間の中心の位置は圧力伝達手段であるダイアフ
ラム２１の中心の位置と略一致し、曲げ手段となる突起
部２３の中心の位置はダイアフラム２１の中心の位置か
ら偏心している。また、光ファイバが横ずれした場合で
も光ファイバ５０が突起部２３から外れないように通路
２４の幅と共に突起部２３の幅を選んでいる。
ク２０の断面図を示す。図は光ファイバ５０の通路に沿
った断面図である。光ファイバ５０はベース２０ａ側に
刻まれた光ファイバ通路２４を通り、ダイアフラム２１
の上でダイアフラム２１に設けた突起２３に接するよう
に通過し、反対側の光ファイバ用通路を経てセンサブロ
ック２０の外に出る。光ファイバ通路２４は、ファイバ
５０の外径より大きく、ファイバ通路２４の高さを変え
ることでファイバの支持条件および曲げ変形が変わり、
結果として光ファイバ通過光量を変えることができる。
そして、光ファイバ５０を両端で支持するベース２０ａ
の支持点間の中心の位置は圧力伝達手段であるダイアフ
ラム２１の中心の位置と略一致し、曲げ手段となる突起
部２３の中心の位置はダイアフラム２１の中心の位置か
ら偏心している。また、光ファイバが横ずれした場合で
も光ファイバ５０が突起部２３から外れないように通路
２４の幅と共に突起部２３の幅を選んでいる。
【００１４】光ファイバ５０はセンサブロック２０と突
起部分２３で支持されている。そして、突起部分２３が
センサブロック２０に対して相対的に移動することによ
り、光ファイバ５０には曲率が与えられる。筒内圧が上
昇すると、ダイアフラム２１の下方から内圧が加わる。
これに伴うダイアフラム２１の変位に応じて光ファイバ
５０の曲率半径は小さくなる。
起部分２３で支持されている。そして、突起部分２３が
センサブロック２０に対して相対的に移動することによ
り、光ファイバ５０には曲率が与えられる。筒内圧が上
昇すると、ダイアフラム２１の下方から内圧が加わる。
これに伴うダイアフラム２１の変位に応じて光ファイバ
５０の曲率半径は小さくなる。
【００１５】従来の筒内圧センサは図３に示すようにセ
ンサブロック２０のベース２０ａの支持点間の中心の位
置に突起２３の中心位置があったが、本実施例の筒内圧
センサは、図２に示すようにセンサブロック２０のベー
ス２０ａの支持点間の中心の位置と突起２３の中心の位
置が偏心している。そして、この偏心によりベース部２
０ａと突起２３の距離の短い側（図２のＡ側）と長い側
（図２のB側）とで原理的な相違が生じる。つまり、光
ファイバ５０の曲率半径は、突起２３がセンサブロック
２０の支持点間の中央の位置にある場合に比べてＡ側は
小さくＢ側は大きくなり、光ファイバ５０における通過
光量の損失は主としてＡ側で生じることとなる。
ンサブロック２０のベース２０ａの支持点間の中心の位
置に突起２３の中心位置があったが、本実施例の筒内圧
センサは、図２に示すようにセンサブロック２０のベー
ス２０ａの支持点間の中心の位置と突起２３の中心の位
置が偏心している。そして、この偏心によりベース部２
０ａと突起２３の距離の短い側（図２のＡ側）と長い側
（図２のB側）とで原理的な相違が生じる。つまり、光
ファイバ５０の曲率半径は、突起２３がセンサブロック
２０の支持点間の中央の位置にある場合に比べてＡ側は
小さくＢ側は大きくなり、光ファイバ５０における通過
光量の損失は主としてＡ側で生じることとなる。
【００１６】光ファイバ５０の支持部に生じる荷重は、
突起２３がセンサブロック２０の支持点間の中央の位置
にある場合に比べＡ側は大きくなり光ファイバ５０の支
持条件は固定支持に近づき、Ｂ側は小さくなり支持条件
は単純支持に近づく。このような構造上の非対称性によ
り、以下のような効果がある。
突起２３がセンサブロック２０の支持点間の中央の位置
にある場合に比べＡ側は大きくなり光ファイバ５０の支
持条件は固定支持に近づき、Ｂ側は小さくなり支持条件
は単純支持に近づく。このような構造上の非対称性によ
り、以下のような効果がある。
【００１７】図４は、光ファイバの曲げ変位に対する通
過光量の変化率の測定例を模式的に示したものであり、
縦軸は光ファイバの通過光量、横軸は光ファイバの曲げ
変位を示す。本図に示すように非対称ファイバ（本実施
例の筒内圧センサ）の曲げ変位に対する通過光量の変化
率が対称ファイバ（従来の筒内圧センサ）よりも高くな
っている。
過光量の変化率の測定例を模式的に示したものであり、
縦軸は光ファイバの通過光量、横軸は光ファイバの曲げ
変位を示す。本図に示すように非対称ファイバ（本実施
例の筒内圧センサ）の曲げ変位に対する通過光量の変化
率が対称ファイバ（従来の筒内圧センサ）よりも高くな
っている。
【００１８】このように本実施例によれば、光ファイバ
の曲げ変位による光ファイバの通過光量が減少し、光フ
ァイバの曲げ変位に対する光ファイバの通過光量の変化
率が高くなるので、光ファイバの微少な変位も精度良く
検出できる。よって、筒内圧はもとより筒内圧に比べ１
／１０００程度の大きさのノックをも検出することが可
能となる。
の曲げ変位による光ファイバの通過光量が減少し、光フ
ァイバの曲げ変位に対する光ファイバの通過光量の変化
率が高くなるので、光ファイバの微少な変位も精度良く
検出できる。よって、筒内圧はもとより筒内圧に比べ１
／１０００程度の大きさのノックをも検出することが可
能となる。
【００１９】図５は光ファイバの周波数応答の測定例を
模式的に示したものであり、縦軸は光ファイバの振幅、
横軸は光ファイバの振動数を示す。本図に示すように非
対称ファイバ（本実施例の筒内圧センサ）の共振周波数
（光ファイバの振幅が最大となる振動数）が対称ファイ
バ（従来の筒内圧センサ）よりも高くなっている。これ
は、ベース２０ａと突起２３までの距離の短いＡ側で支
持部に生じる荷重が大きくなり、光ファイバ５０の支持
条件が固定支持に近づくためである。
模式的に示したものであり、縦軸は光ファイバの振幅、
横軸は光ファイバの振動数を示す。本図に示すように非
対称ファイバ（本実施例の筒内圧センサ）の共振周波数
（光ファイバの振幅が最大となる振動数）が対称ファイ
バ（従来の筒内圧センサ）よりも高くなっている。これ
は、ベース２０ａと突起２３までの距離の短いＡ側で支
持部に生じる荷重が大きくなり、光ファイバ５０の支持
条件が固定支持に近づくためである。
【００２０】このように、非対称ファイバ（本実施例の
筒内圧センサ）は、対称ファイバ（従来の筒内圧セン
サ）よりも共振振動数が高いので、筒内圧はもとより筒
内圧に比べ１００倍程度高い周波数のノックを検出する
ことが可能になる。
筒内圧センサ）は、対称ファイバ（従来の筒内圧セン
サ）よりも共振振動数が高いので、筒内圧はもとより筒
内圧に比べ１００倍程度高い周波数のノックを検出する
ことが可能になる。
【００２１】なお、光ファイバの支持部を両側共に固定
支持にすることによっても共振周波数を増大することが
できるが、それに伴い光ファイバに生じる曲げひずみも
増大し、光ファイバの曲げ破断寿命が低化するため好ま
しくない。
支持にすることによっても共振周波数を増大することが
できるが、それに伴い光ファイバに生じる曲げひずみも
増大し、光ファイバの曲げ破断寿命が低化するため好ま
しくない。
【００２２】図６は光ファイバのヒステリシスの測定例
を模式的に示したものであり、縦軸は突起部により光フ
ァイバに負荷された光ファイバ曲げ荷重、横軸は突起部
により曲げられた光ファイバの曲率半径を示す。本図に
示すように非対称ファイバ（本実施例の筒内圧センサ）
のヒステリシスが対称ファイバ（従来の筒内圧センサ）
よりも小さくなっている。これは、対称ファイバ（従来
の筒内圧センサ）におては、光ファイバの変位に伴いセ
ンサブロック両端のたわみ角がほぼ同じ割合で大きくな
り、このたわみ角がある大きさ以上になると光ファイバ
の両端がセンサブロックにより固定支持されるため光フ
ァイバの支持部の摩擦力によりスティックするためヒス
テリシス大きくなるのに対して、非対称ファイバ（本実
施例の筒内圧センサ）においては、センサブロックのベ
ース２０ａと突起２３との距離の短いＡ側で光ファイバ
は固定支持されているのに対し、距離の長いＢ側では、
突起２３が中心にある場合に比べたわみ角は小さくな
り、光ファイバ５０の支持部でのスティックが防止でき
るので、ヒステリシスを低下させることができるからで
ある。
を模式的に示したものであり、縦軸は突起部により光フ
ァイバに負荷された光ファイバ曲げ荷重、横軸は突起部
により曲げられた光ファイバの曲率半径を示す。本図に
示すように非対称ファイバ（本実施例の筒内圧センサ）
のヒステリシスが対称ファイバ（従来の筒内圧センサ）
よりも小さくなっている。これは、対称ファイバ（従来
の筒内圧センサ）におては、光ファイバの変位に伴いセ
ンサブロック両端のたわみ角がほぼ同じ割合で大きくな
り、このたわみ角がある大きさ以上になると光ファイバ
の両端がセンサブロックにより固定支持されるため光フ
ァイバの支持部の摩擦力によりスティックするためヒス
テリシス大きくなるのに対して、非対称ファイバ（本実
施例の筒内圧センサ）においては、センサブロックのベ
ース２０ａと突起２３との距離の短いＡ側で光ファイバ
は固定支持されているのに対し、距離の長いＢ側では、
突起２３が中心にある場合に比べたわみ角は小さくな
り、光ファイバ５０の支持部でのスティックが防止でき
るので、ヒステリシスを低下させることができるからで
ある。
【００２３】またこのようにヒステリシスが小さいの
で、各気筒の筒内圧及びノック信号の初期ばらつきを電
気的信号処理に依らずに構造的に回避することが可能に
なる。さらに、光ファイバが支持部でスティックしない
ため長期的に安定した筒内圧及びノック信号を検出する
ことができる。
で、各気筒の筒内圧及びノック信号の初期ばらつきを電
気的信号処理に依らずに構造的に回避することが可能に
なる。さらに、光ファイバが支持部でスティックしない
ため長期的に安定した筒内圧及びノック信号を検出する
ことができる。
【００２４】〔第２の実施例〕（図７） 図７に本発明の第２の実施例のセンサブロック２０の断
面図を示す。圧力伝達手段であるダイアフラム２１の中
心の位置に設けた曲げ手段である突起２３は光ファイバ
５０と１箇所で接し、光ファイバ５０を両端で支持する
支持手段であるセンサブロックのベース２０ａの支持点
間の中心の位置は曲げ手段である突起２３の位置から偏
心されている。これにより、センサブロックのベース２
０ａと突起２３の距離の短い側（図中左のＡ側）と長い
側（図中右のB側）とで原理的な相違が生じる。つま
り、光ファイバ５０の曲率半径は、突起２３がセンサブ
ロック２０の支持点間の中央の位置にある場合に比べ、
Ａ側は小さくＢ側は大きくなり、光ファイバ５０におけ
る通過光量の低下は主としてＡ側で生じる。また、支持
部に生じる荷重は突起２３がセンサブロック２０の支持
点間の中央の位置にある場合に比べ、Ａ側は大きくなり
光ファイバ５０の支持条件は固定支持に近づき、Ｂ側は
小さくなり光ファイバの支持条件は単純支持に近づく。
以上の非対称構造は第１の実施例と同様な効果がある。
さらに、ダイアフラム２１中央に突起部があるためダイ
アフラム２１の中心以外に突起部を設けた場合よりも圧
力は大きな変位に変換されセンサの感度をより向上でき
る。
面図を示す。圧力伝達手段であるダイアフラム２１の中
心の位置に設けた曲げ手段である突起２３は光ファイバ
５０と１箇所で接し、光ファイバ５０を両端で支持する
支持手段であるセンサブロックのベース２０ａの支持点
間の中心の位置は曲げ手段である突起２３の位置から偏
心されている。これにより、センサブロックのベース２
０ａと突起２３の距離の短い側（図中左のＡ側）と長い
側（図中右のB側）とで原理的な相違が生じる。つま
り、光ファイバ５０の曲率半径は、突起２３がセンサブ
ロック２０の支持点間の中央の位置にある場合に比べ、
Ａ側は小さくＢ側は大きくなり、光ファイバ５０におけ
る通過光量の低下は主としてＡ側で生じる。また、支持
部に生じる荷重は突起２３がセンサブロック２０の支持
点間の中央の位置にある場合に比べ、Ａ側は大きくなり
光ファイバ５０の支持条件は固定支持に近づき、Ｂ側は
小さくなり光ファイバの支持条件は単純支持に近づく。
以上の非対称構造は第１の実施例と同様な効果がある。
さらに、ダイアフラム２１中央に突起部があるためダイ
アフラム２１の中心以外に突起部を設けた場合よりも圧
力は大きな変位に変換されセンサの感度をより向上でき
る。
【００２５】〔第３の実施例〕（図８） 図８は本発明の第３の実施例を示し、圧力伝達手段であ
るダイアフラム２１の周辺部に残留ひずみを緩和するス
リット６０を設けている。光ファイバ５０の（使用状態
での）外形寸法より光ファイバ装着部分の溝１０を深く
することにより、ガスケットをエンジンに取り付ける際
に締め付けに伴う圧力が光ファイバ５０に加わらない様
にしている。例えば、センサブロック２０を溶接により
接合する場合には、溶接残留ひずみは溶接条件の適正化
だけでは完全に除去できないが、本実施例によれば、残
留ひずみをスリット６０によって緩和することができ
る。
るダイアフラム２１の周辺部に残留ひずみを緩和するス
リット６０を設けている。光ファイバ５０の（使用状態
での）外形寸法より光ファイバ装着部分の溝１０を深く
することにより、ガスケットをエンジンに取り付ける際
に締め付けに伴う圧力が光ファイバ５０に加わらない様
にしている。例えば、センサブロック２０を溶接により
接合する場合には、溶接残留ひずみは溶接条件の適正化
だけでは完全に除去できないが、本実施例によれば、残
留ひずみをスリット６０によって緩和することができ
る。
【００２６】スリット６０は片側１個ずつ設けることが
望ましいが、スリットの数を増やすことにより残留ひず
みはさらに低減できる。スリットを複数個設ける場合に
は、図に示すように互い違いに設けることが良い。ま
た、大きな残留ひずみを除去する場合には、ダイアフラ
ム２１の設計強度以内でスリットの間隔を小さくするこ
とが良い。このように本実施例によれば、各気筒ごとの
筒内圧及びノック信号の初期ばらつきを電気的信号処理
に依らずに構造的に回避することが可能になる。本実施
例は、特にガスケットに挿入する筒内圧センサのように
高さ方向に制限がある場合に有効である。
望ましいが、スリットの数を増やすことにより残留ひず
みはさらに低減できる。スリットを複数個設ける場合に
は、図に示すように互い違いに設けることが良い。ま
た、大きな残留ひずみを除去する場合には、ダイアフラ
ム２１の設計強度以内でスリットの間隔を小さくするこ
とが良い。このように本実施例によれば、各気筒ごとの
筒内圧及びノック信号の初期ばらつきを電気的信号処理
に依らずに構造的に回避することが可能になる。本実施
例は、特にガスケットに挿入する筒内圧センサのように
高さ方向に制限がある場合に有効である。
【００２７】
【発明の効果】本発明により、光ファイバ支持手段の中
心と光ファイバに圧力変化に応じた曲げを与える曲げ手
段の中心をずらす構造をとることにより、筒内圧は勿論
のこと、ノックも長期的に精度良く測定でき、しかも低
コストで初期ばらつきの少ない筒内圧センサを提供する
ことができる。
心と光ファイバに圧力変化に応じた曲げを与える曲げ手
段の中心をずらす構造をとることにより、筒内圧は勿論
のこと、ノックも長期的に精度良く測定でき、しかも低
コストで初期ばらつきの少ない筒内圧センサを提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施例の筒内圧センサ及び
これを実装したガスケットを示す図。
これを実装したガスケットを示す図。
【図２】本発明に係る第１の実施例で用いるセンサブロ
ックの断面図。
ックの断面図。
【図３】従来の筒内圧センサで用いるセンサブロックの
断面図。
断面図。
【図４】光ファイバの感度の測定例を示す図。
【図５】光ファイバの周波数応答の測定例を示す図。
【図６】光ファイバのヒステリシスの測定例を示す図。
【図７】本発明に係る第２の実施例で用いるセンサブロ
ックの断面図。
ックの断面図。
【図８】本発明に係る第３の実施例で用いるセンサブロ
ックの断面図。
ックの断面図。
１０…溝、１１…内圧導入口、２０…センサブロック、
２０ａ…ベース、２０ｂ…ダイアフラム部、２１…ダイ
アフラム、２３…ダイアフラムの突起部、２４…光ファ
イバ通路、３０…内圧シール手段、４０…ガスケット、
５０…光ファイバ、６０…スリット。
２０ａ…ベース、２０ｂ…ダイアフラム部、２１…ダイ
アフラム、２３…ダイアフラムの突起部、２４…光ファ
イバ通路、３０…内圧シール手段、４０…ガスケット、
５０…光ファイバ、６０…スリット。
Claims (4)
- 【請求項１】 光ファイバ内を軸方向に通過する光量の
変化により筒内圧力を検出する筒内圧センサにおいて、 前記光ファイバの２箇所を支持する２つの支持部と、 前記光ファイバを押圧することにより筒内圧力の変化に
応じた曲げを前記光ファイバに与えるダイアフラムとを
備え、 前記光ファイバを押圧する位置が前記２つの支持部間の
中心位置から偏心していることを特徴とする筒内圧セン
サ。 - 【請求項２】 光ファイバ内を軸方向に通過する光量の
変化により筒内圧力を検出する筒内圧センサにおいて、 前記光ファイバの２箇所を支持する２つの支持部と、 前記光ファイバを押圧することにより筒内圧力の変化に
応じた曲げを前記光ファイバに与えるダイアフラムとを
備え、 前記光ファイバを押圧する位置が前記ダイアフラムの略
中心にあり、 前記ダイアフラムの中心位置が前記２つの支持部の中心
位置から偏心していることを特徴とする筒内圧センサ。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の筒内圧センサ
において、 前記偏心している距離が前記２つの支持部間の距離の１
０％以上４０％以下であることを特徴とする筒内圧セン
サ。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の筒内
圧センサにおいて、 前記２つの支持部に加わる圧力により前記光ファイバに
ひずみが加わらないように前記２つの支持部と前記ダイ
アフラムとの間に前記ひずみを緩和させる手段を備えた
ことを特徴とする筒内圧センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9041843A JPH10239200A (ja) | 1997-02-26 | 1997-02-26 | 筒内圧センサ |
| US09/030,853 US5936235A (en) | 1997-02-26 | 1998-02-26 | Cylinder pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9041843A JPH10239200A (ja) | 1997-02-26 | 1997-02-26 | 筒内圧センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10239200A true JPH10239200A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=12619547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9041843A Pending JPH10239200A (ja) | 1997-02-26 | 1997-02-26 | 筒内圧センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5936235A (ja) |
| JP (1) | JPH10239200A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015178323A1 (ja) * | 2014-05-22 | 2015-11-26 | 株式会社シミウス | 圧力センサ |
| WO2015178324A1 (ja) * | 2014-05-22 | 2015-11-26 | 株式会社シミウス | 圧力センサ |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1254357B1 (en) | 2000-02-11 | 2006-12-06 | Rosemount Inc. | Optical pressure sensor |
| US6949758B2 (en) * | 2001-10-19 | 2005-09-27 | Visteon Global Technologies, Inc. | LCC-based fluid-level detection sensor |
| US20030095675A1 (en) * | 2001-10-19 | 2003-05-22 | Marlow C. Allen | Light communication channel-based voice-activated control system and method for implementing thereof |
| US7024067B2 (en) * | 2001-10-19 | 2006-04-04 | Visteon Global Technologies, Inc. | Communication system with a signal conduction matrix and surface signal router |
| US6843111B2 (en) * | 2001-10-19 | 2005-01-18 | Visteon Global Technologies, Inc. | LCC-based strain-gage sensor integrated with cylinder-head gasket |
| GB2384636A (en) * | 2001-10-19 | 2003-07-30 | Visteon Global Tech Inc | Communication system with a signal conduction matrix and surface signal router |
| US6772733B2 (en) | 2001-10-19 | 2004-08-10 | Visteon Global Technologies, Inc. | Optically controlled IPCS circuitry |
| US20030090161A1 (en) * | 2001-10-19 | 2003-05-15 | Marlow C. Allen | Light communication channel-based electronics power distribution system |
| US6810723B2 (en) * | 2001-10-19 | 2004-11-02 | Visteon Global Technologies, Inc. | Engine combustion monitoring and control with integrated cylinder head gasket combustion sensor |
| US9476294B2 (en) * | 2010-01-29 | 2016-10-25 | Baker Hughes Incorporated | Device and method for discrete distributed optical fiber pressure sensing |
| DE112010005548B4 (de) * | 2010-05-11 | 2016-08-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Verfahren zur bestimmung der agr-rate eines verbrennungsmotors und steuervorrichtung für einen verbrennungsmotor |
| GB2567610B (en) * | 2017-03-21 | 2021-07-21 | Nuron Ltd | Optical fibre pressure sensing apparatus employing longitudinal diaphragm |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5430815A (en) * | 1993-02-05 | 1995-07-04 | Raychem Corporation | Optical fiber water sensor |
| JPH07306109A (ja) * | 1994-05-13 | 1995-11-21 | Hitachi Ltd | 光ファイバ筒内圧センサおよび該センサを用いたエンジン制御システム |
| JPH08122188A (ja) * | 1994-10-21 | 1996-05-17 | Hitachi Ltd | 筒内圧センサ |
-
1997
- 1997-02-26 JP JP9041843A patent/JPH10239200A/ja active Pending
-
1998
- 1998-02-26 US US09/030,853 patent/US5936235A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015178323A1 (ja) * | 2014-05-22 | 2015-11-26 | 株式会社シミウス | 圧力センサ |
| WO2015178324A1 (ja) * | 2014-05-22 | 2015-11-26 | 株式会社シミウス | 圧力センサ |
| JPWO2015178324A1 (ja) * | 2014-05-22 | 2017-04-20 | 株式会社シミウス | 圧力センサ |
| JPWO2015178323A1 (ja) * | 2014-05-22 | 2017-04-20 | 株式会社シミウス | 圧力センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5936235A (en) | 1999-08-10 |
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