JPH11132892A - 光ファイバ式筒内圧センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ガスケット等のエンジン構成部材の複雑な加工
を必要とせずに、初期ばらつきの小さい、長期安定性に
優れた光ファイバ筒内圧センサを提供する。 【解決手段】圧力を検出するガスケット内蔵型光ファイ
バ筒内圧センサにおいて、センサブロックに設けた光フ
ァイバ通路の底面の位置が、センサブロック外側のガス
ケットに設けた光ファイバ通路の底面より高く設定した
構造にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン制御のた
めに行われるシリンダ内の圧力（筒内圧）の計測、その
他の圧力の計測に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧力の計測に係わる従来技術として、以
下、自動車エンジンの制御のための筒内圧計測の場合に
ついて述べる。エンジンの筒内圧及び振動（ノック）を
検出して、エンジンの制御に反映させる技術として、ピ
エゾ効果を利用したものがあり、特開平3−237761 号公
報に記載されている圧力センサがある。

【０００３】これに対し、エンジンルームのような電気
的雑音の多い環境に適したセンシングを行うために、光
ファイバを利用した光学的筒内圧センサが提案されてき
た。これらは電気的外乱に強いばかりでなく、ピエゾ効
果を利用したものに比べて精度の高い筒内圧測定をする
ことができる。

【０００４】その一例として特開平7−306109 号公報
に、複屈折率光ファイバを採用し、ガスケットを加工し
て圧力伝達手段をエンジンの複数ある気筒ごとに設け、
ガスケット内に上記光ファイバを内臓することにより、
気筒内の圧力や振動の時間変化を各気筒毎に細かく捉え
る技術が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】筒内圧センサは、筒内
圧及び筒内圧に比べ１／１０００程度の高い周波数領域
の振動（ノック）を検出するため、長期的に安定した測
定が要求されている。

【０００６】また筒内圧センサは、各気筒の筒内圧及び
振動（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要求されている。ま
た、低コストで製造するために、上記課題をいかに簡素
な構造で実現するかも要求されている。

【０００７】本発明の目的は、ガスケット等のエンジン
構成部材の複雑な加工を必要とせずに、ばらつきの小さ
い、長期安定性に優れた光ファイバ筒内圧センサを提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題に鑑
みてなされたものであり、少なくとも１本の光ファイバ
と、エンジンのシリンダ内の圧力を変位に変換して上記
光ファイバに伝達する圧力伝達手段とを有し、上記圧力
の変化に応じて光ファイバに曲げを与え、上記光ファイ
バ内を通過する光量の変化により、上記圧力を検出する
ガスケット内蔵型光ファイバ筒内圧センサにおいて、セ
ンサブロックに設けた光ファイバ通路の底面の位置が、
センサブロック外側のガスケットに設けた光ファイバ通
路の底面より高く設定したものである。

【０００９】また、上記光ファイバ筒内圧センサにおい
て、ガスケットに設けた光ファイバ通路内に注入した接
着剤により、光ファイバを固定したものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面を用いて詳細に説明する。

【００１１】図１に本発明の第１の実施例を示す。図１
は光ファイバ筒内圧センサの実装状態を、エンジンのガ
スケット４０へ実装した場合を例にして、燃焼圧力感受
部分を中心に図解したものである。図中１０ａはガスケ
ットに設けた光ファイバ通路を、１０ｂはセンサブロッ
クに設けた光ファイバ通路を示す。１１はエンジンシリ
ンダ内の圧力を伝達するための内圧導入口を示す。セン
サブロック２０は光ファイバ５０に内圧変化に応じた曲
げを与えるための構造２０ａ，２０ｂの２つからなる。
光ファイバ５０の（使用状態での）外形寸法より光ファ
イバ装着部分の通路１０ａ，１０ｂを深くすることによ
り、上記ガスケット４０をエンジン本体２５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
い様にすることができる。もちろんこの場合、締め付け
に伴うガスケット４０自身の縮み変形を考慮する必要が
ある。

【００１２】このように、ガスケット４０をエンジン本
体２５に締め付けることにより、ダイアフラム２１ある
いはセンサブロック２０ｂのダイアフラム部の上下に圧
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５０の曲げに変換する。光ファイバ式
筒内圧センサの原理は、この曲げに伴う放射光損失６２
による光ファイバ通過光量の変化を、光源６０からの入
力光量と受光器６１で受ける出力光量との比をもって検
出するものである。

【００１３】上記光ファイバ５０はベース２０ａ側また
はダイアフラム２０ｂ側に刻まれた光ファイバ通路１０
ａを通り、ダイアフラム２１の上でダイアフラムに設け
た突起２３に接するように通過し、反対側の光ファイバ
通路１０ｂを経てセンサブロック２０の外側のガスケッ
ト４０の光ファイバ通路１０ａに沿って設置される。光
ファイバ通路１０ａは光ファイバ５０装着時に光ファイ
バ外径よりある程度大きくして、余分な外力が加わらな
いようにする。また図と垂直方向に光ファイバ５０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、通路１０ａの幅と共に突起部２３の幅を選ぶ
ようにする。

【００１４】この様にして上記光ファイバには、センサ
ブロック２０の光ファイバ通路10aのブロック内側コー
ナ部２箇所とダイアフラム２１の突起部分２３の先端２
箇所、さらにセンサブロック２０の光ファイバ通路１０
ａの底面２箇所で６点支持により曲率が与えられる。

【００１５】燃焼に伴い内圧が増加すると、図１に示す
実施例ではダイアフラム２１の図下方から圧力８０が加
わる。これに伴うダイアフラム変位に応じて上記光ファ
イバ５０の曲率半径は初期値より小さくなる。図２に光
ファイバ５０の感度の測定例を模式的に示す。図の縦軸
は上記光ファイバの通過光量変化を、横軸はダイアフラ
ムの変位量をそれぞれ示す。図は光ファイバを適当に曲
げた位置から急激に通過光量の損失が生じることを示し
ている。

【００１６】図３に示す様に、上記光ファイバ５０は、
ガスケット４０に設けた通路１０ａとセンサブロック２
０に設けた通路１０ｂの底面と接しており、両者の接続
箇所は段差がないことが好ましい。段差がない場合、通
過光量曲線を図４に示す。しかしながら、実際の製造工
程では、ガスケット４０に設けた通路とセンサブロック
２０に設けた通路の底面に段差が生じることは避けられ
ない。

【００１７】そこで図４に示すように、予めセンサブロ
ック２０に設けた光ファイバ通路１０ｂの底面の位置
が、ガスケット４０に設けた光ファイバ通路１０ａの底
面より高く設定する。この場合の透過光量曲線は、図４
に示すようにガスケット４０に設けた通路１０ａとセン
サブロック２０に設けた通路１０ｂの底面の段差がない
場合と同等である。段差の大きさを変えても透過光量曲
線は同じである。

【００１８】反対に図５に示すように、センサブロック
２０に設けた光ファイバ通路１０ｂの底面の位置が、ガ
スケット４０に設けた光ファイバ通路１０ａの底面より
低い場合、その透過光量曲線は、図４に示すように段差
がない場合に比べて同一変位に対する透過光量の損失が
大きくなり、それに伴い感度が変動する。段差の大きさ
を変えた場合、透過光量曲線はその大きさに比例して変
動する。段差の大きさは、製造組み立てばらつきによる
ものである。

【００１９】したがって、製造にあたって、予めセンサ
ブロック２０に設けた光ファイバ通路１０ｂの底面の位
置をガスケット４０に設けた光ファイバ通路１０ａの底
面より高い寸法に製造組み立てばらつきを含めて設定し
ておけば、透過光量曲線は製造組み立てばらつきに依ら
ず同一で、センサの感度を一定に保つことが可能にな
る。

【００２０】図６に本発明の第２の実施例のセンサブロ
ックの断面図を示す。光ファイバ５０は、ガスケット４
０に設けた光ファイバ通路１０ａ内に注入した接着剤７
０により固定してある。光ファイバ５０を接着剤７０で
固定することにより、熱膨張や経時劣化による光ファイ
バ支持構造の変動を抑制することができる。

【００２１】光ファイバ５０には、センサブロック２０
の光ファイバ通路１０ａのブロック内側コーナ部２箇所
とダイアフラムの突起部分２３の先端２箇所、さらにセ
ンサブロック２０の光ファイバ通路１０ｂの底面２箇所
で６点支持により曲率が与えられる。ガスケット４０に
設けた光ファイバ通路１０ａ内に注入した接着剤７０に
より固定した場合、センサブロック２０の光ファイバ通
路１０ｂの底面２箇所の支持点は接着剤７０により固定
されていないため、光ファイバ５０の変形が拘束され
ず、その透過光量曲線は変動しない。

【００２２】それに対して、図７に示すように、光ファ
イバ５０をセンサブロック２０に設けた光ファイバ通路
１０ｂ内に注入した接着剤７０により固定した場合、セ
ンサブロック２０の光ファイバ通路１０ｂの底面２箇所
の支持点は接着剤７０により固定されるため、光ファイ
バ５０の変形が拘束され、その透過光量曲線が変動す
る。

【００２３】したがって、光ファイバの変形を拘束しな
いガスケットに設けた光ファイバ通路内で、光ファイバ
を接着剤で固定することにより、ファイバ通路内でのず
れによる特性変動を防止することができ、長期的に安定
した信号を検出することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明により、センサブロックに設けた
光ファイバ通路の底面の位置が、センサブロック外側の
ガスケットに設けた光ファイバ通路の底面より高く設定
した構造をとることにより、筒内圧及び振動（ノック）
信号を長期的に安定して検出することができる。さら
に、各気筒の筒内圧及び振動（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
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる第１の実施例を示す光ファイバ
筒内圧センサの実装状態の説明図及び断面図。

【図２】光ファイバの曲げ変位に対する光ファイバ通過
光量変化の測定例を示す特性図。

【図３】従来の光ファイバ筒内圧センサで用いるセンサ
ブロックの断面図。

【図４】段差がある場合の光ファイバの曲げ変位に対す
る光ファイバ通過光量変化の測定例を示す特性図。

【図５】従来の光ファイバ筒内圧センサで用いるセンサ
ブロックの断面図。

【図６】本発明に係わる第２の実施例で用いるセンサブ
ロックの断面図。

【図７】従来の光ファイバ筒内圧センサで用いるセンサ
ブロックの断面図。

【符号の説明】

１０ａ…ガスケット内のファイバ通路、１０ｂ…センサ
ブロック内のファイバ通路、１１…内圧導入口、２０…
センサブロック、２０ａ…センサブロックのベース部、
２０ｂ…センサブロックのダイアフラム部、２１…ダイ
アフラム、２３…ダイアフラムの突起部分、２４…光フ
ァイバ通路、２５…エンジン本体、４０…ガスケット、
５０…光ファイバ、６０…光源、６１…受光器、６２…
放射光、７０…接着剤、８０…筒内圧。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 文野 高之 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１本の光ファイバと、エンジン
   のシリンダ内の圧力を変位に変換して上記光ファイバに
   伝達する圧力伝達手段とを有し、上記圧力の変化に応じ
   て光ファイバに曲げを与え、上記光ファイバ内を通過す
   る光量の変化により、上記圧力を検出するガスケット内
   蔵型光ファイバ筒内圧センサにおいて、センサブロック
   に設けた光ファイバ通路の底面の位置が、センサブロッ
   ク外側のガスケットに設けた光ファイバ通路の底面より
   高く設定したことを特徴とする光ファイバ筒内圧セン
   サ。