(57)【要約】【課題】本発明は、筒内圧センサの出力信号のノイズを低減することを目的とする。【解決手段】本発明に係る筒内圧力検知装置は、気筒内に開口している開口部７から前記気筒内の圧力が導入される圧力導入通路５と、前記圧力導入通路５内に配置された圧力検知部４を有する筒内圧センサ１と、前記圧力導入通路５における前記開口部７と前記圧力検知部４との間において、前記圧力導入通路５の軸方向に対して垂直方向の断面積が拡張されることで形成された拡張部６と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内の圧力を検知する筒内圧検知装置であって、
前記気筒内に開口している開口部を有し、該開口部から前記気筒内の圧力が導入される圧力導入通路と、
前記圧力導入通路内に配置された圧力検知部を有する筒内圧センサと、
前記圧力導入通路における前記開口部と前記圧力検知部との間において、前記圧力導入通路の軸方向に対して垂直方向の断面積が拡張されることで形成された拡張部と、を備えた筒内圧検知装置。
【請求項２】
前記圧力導入通路が、軸方向に対して垂直方向の断面積が略一定の筒状部内に形成されており、
前記筒状部内に該筒状部の内壁面との間に前記圧力導入通路となる隙間を空けて挿入されており、且つ、その軸方向の途中に該軸方向に対して垂直方向の断面積が他の部分よりも小さい凹部が形成された挿入部材をさらに備え、
前記挿入部材における前記凹部と前記筒状部の内壁面との間に位置する空間によって前記拡張部が形成されている請求項１に記載の筒内圧検出装置。
【請求項３】
前記圧力導入通路における前記開口部と前記圧力検知部との間に前記拡張部が複数形成されている請求項１又は２に記載の筒内圧検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の気筒内の圧力を検知する筒内圧センサを備えた筒内圧検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に気筒内に開口する圧力導入通路を形成し、該圧力導入通路内に筒内圧センサの圧力検知部を配置する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、気筒内の圧力が圧力導入通路に導入され、該圧力が圧力検知部によって検知される。
【０００３】
特許文献１に記載のセンサ取り付け構造においては、センサ装着穴の小径部が圧力導入通路となっている。また、特許文献１には、センサ装着穴の小径部の途中に、その内径よりも小径の環状をなす絞り部を設ける技術が開示されている。このような絞り部を設けることで、気柱共鳴による固有振動数を高い方にシフトさせることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０８９５０７号公報
【特許文献２】特開２００２−０７１４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
気筒内の圧力が圧力導入通路に導入されると、気柱共鳴によって該圧力導入通路内において気柱振動が生じる。圧力導入通路内に配置された圧力検知部によって筒内圧を検知する場合、該気柱振動に起因して筒内圧センサの出力信号にノイズが発生する虞がある。また、上記特許文献１に記載の技術によれば、気柱振動の固有振動数を高い方にシフトすることはできるが、気柱振動の強度自体を抑制するものではない。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、筒内圧センサの出力信号のノイズを低減することが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、圧力導入通路の途中に、該圧力導入通路の軸方向に対して垂直方向の断面積が拡張されることで形成された拡張部を設けるものである。
【０００８】
より詳しくは、本発明に係る筒内圧検知装置は、
内燃機関の気筒内の圧力を検知する筒内圧検知装置であって、
前記気筒内に開口している開口部を有し、該開口部から前記気筒内の圧力が導入される圧力導入通路と、
前記圧力導入通路内に配置された圧力検知部を有する筒内圧センサと、
前記圧力導入通路における前記開口部と前記圧力検知部との間において、前記圧力導入通路の軸方向に対して垂直方向の断面積が拡張されることで形成された拡張部と、を備えている。
【０００９】
本発明によれば、圧力導入通路内における気柱振動が拡張部によって減衰される。そのため、筒内圧センサの出力信号のノイズを低減することができる。
【００１０】
圧力導入通路における開口部と圧力検知部との間において拡張部は複数形成されてもよい。これによれば、拡張部による気柱振動の減衰効果をより大きくすることができる。
【００１１】
本発明においては、圧力導入通路が、軸方向に対して垂直方向の断面積が略一定の筒状部内に形成されていてもよい。この場合、本発明に係る筒内圧検知装置は、筒状部内に該筒状部の内壁面との間に圧力導入通路となる隙間を空けて挿入されており、且つ、その軸方向の途中に該軸方向に対して垂直方向の断面積が他の部分よりも小さい凹部が形成された挿入部材をさらに備えてもよい。このような構成においては、挿入部材における凹部と筒状部の内壁面との間に位置する空間によって前記拡張部が形成される。
【００１２】
上記構成によれば、軸方向に対して垂直方向の断面積が略一定の筒状部内に挿入部材を挿入することで、圧力導入通路及び拡張部を形成することができる。そのため、筒内圧力検知装置の組み立て時における工数を低減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、筒内圧センサの出力信号のノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１に係る筒内圧検知装置の概略構成を示す図である。
【図２】圧力導入通路内の圧力波の波形を示す図である。
【図３】実施例１に係る圧力導入通路の拡張部の拡大図である。
【図４】筒内圧センサの出力値を周波数分析した結果を示す図である。
【図５】内燃機関のクランクアングルに応じた筒内圧センサの出力値を示す図である。
【図６】実施例１の第一の変形例に係る筒内圧検知装置の圧力導入通路の概略構成を示す図である。
【図７】実施例１の第二の変形例に係る筒内圧検知装置の圧力導入通路の概略構成を示す図である。
【図８】実施例２に係る筒内圧検知装置の概略構成を示す図である。
【図９】アダプタ内の圧力波の波形を示す図である。
【図１０】実施例２に係る圧力導入通路の拡張部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１６】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る筒内圧検知装置の概略構成を示す図である。筒内圧センサ１は、内燃機関の気筒内の圧力を検知するためのセンサである。本実施例に係る内燃機関のシリンダヘッド１００にはセンサ装着用貫通孔２が形成されている。センサ装着用貫通孔２は、内燃機関の外部から気筒内（燃焼室）までを貫通する孔である。
【００１７】
センサ装着用貫通孔２には、筒状のアダプタ３が挿入されている。筒内圧センサ１は、該アダプタ３に挿入されることで固定されている。筒内圧センサ１の先端部には、圧力を検知する圧力検知部（受圧部）４が設けられている。該圧力検知部４は、筒内圧センサ１がアダプタ３に挿入され固定された状態では、アダプタ３内の途中に位置する。これにより、図１に示すように、アダプタ３内の圧力検知部４から気筒内への開口部７までの間に圧力導入通路５が形成される。
【００１８】
圧力導入通路５には開口部７から気筒内の圧力が導入される。そして、該圧力が圧力検知部４によって受圧され検知される。筒内圧センサ１は、圧力検知部４によって検知された圧力に対応する電気信号を出力する。該出力信号は、内燃機関を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）に入力される。
【００１９】
図２は、圧力導入通路５内の圧力波の波形を示す図である。図２に示すように、圧力導入通路５内に気筒内の圧力が導入されると、気柱共鳴によって波長λの定常波が形成される。つまり、気柱共鳴によって気柱振動が生じる。
ここで、
λ＝４Ｌ／（２ｎ＋１）・・・式（１）
Ｌ：圧力導入通路５の開口部７から圧力検知部４までの長さ
ｎ：０以上の整数
である。
尚、図２において、実線は上記式（１）におけるｎ＝０の場合の波形を表しており、破線は上記式（１）におけるｎ＝１の場合の波形を表している。
【００２０】
圧力導入通路５内において、このような気柱振動が生じると、筒内圧センサ１の出力信号にノイズが発生する虞がある。そこで、本実施例においては、図１に示すように、圧力導入通路５の途中（即ち、開口部７から圧力検知部４までの間）に、複数の拡張部６が設けられている。拡張部６は、圧力導入通路５の通路径が拡大されることで形成されている。つまり、拡張部６においては、軸方向に対して垂直方向の断面積が、圧力導入通路５の他の部分よりも大きくなっている。
【００２１】
尚、本実施例においては、拡張部６は開口部７から圧力検知部４までの間に形成されるため、圧力検知部４が拡張部６に位置することはない。
【００２２】
図３は、圧力導入通路５の拡張部６の拡大図である。図３において、白抜き矢印は圧力波の進行方向を表している。このような白抜き矢印の方向に進行する圧力波が拡張部６に進入した際には、該圧力波の一部が拡張部６の径方向に流れることで、矢印ａで示すような渦が発生する。その結果、渦損失が生じる。また、該圧力波が拡張部６から通路径が通常の部分に流出する際には、拡張部６の軸方向の壁面に該圧力波の一部が衝突することで、矢印ｂに示すような反射波が発生する。そして、該反射波が定常波に干渉する。
【００２３】
このように、拡張部６において渦損失及び反射波の干渉を生じさせることで、圧力波の定常波を減衰させることができる。即ち、気柱振動を減衰させることができる。その結果、筒内圧センサ１の出力信号のノイズを低減することができる。
【００２４】
尚、圧力導入通路５に形成される拡張部６は必ずしも複数である必要はない。しかしながら、本実施例のように拡張部６を複数設けることで、気柱振動の減衰効果をより大きくすることができる。
【００２５】
図４は、筒内圧センサの出力値を周波数分析した結果の一例（圧力導入通路の長さＬ＝３２ｍｍの場合）を示す図である。図４において、横軸は圧力波の周波数を表しており、縦軸は強度を表している。また、Ｌ１は、本実施例に係る筒内圧センサの出力値の分析結果を表しており、Ｌ２は、圧力導入通路に拡張部を設けなかった場合の筒内圧センサの出力値の分析結果を表している。尚、Ｌ３及びＬ４は圧力導入通路を設けることなく、圧力検出部を気筒内（又は気筒の内壁面）に配置した筒内圧センサの出力値の分析結果を表している。Ｌ３は、Ｌ１の場合と同時に計測した場合を表しており、Ｌ４は、Ｌ２の場合と同時に計測した場合を表している。
【００２６】
図４に示すように、本実施例に係る構造の場合、気柱振動が大きくなる周波数帯である３〜５ｋＨｚにおいて、圧力導入通路に拡張部を設けなかった場合に比べて、気柱振動が抑制される。
【００２７】
図５は、内燃機関のクランクアングルに応じた筒内圧センサの出力値の一例（圧力導入通路の長さＬ＝３２ｍｍの場合）を示す図である。図５において、横軸は内燃機関のクランクアングルを表しており、縦軸は筒内圧センサの出力値（筒内圧）を表している。また、Ｌ１は、本実施例に係る筒内圧センサの出力値を表している。Ｌ２は、圧力導入通路に拡張部を設けなかった場合の筒内圧センサの出力値を表している。
【００２８】
図５に示すように、本実施例に係る構造の場合、圧力導入通路に拡張部を設けなかった場合に比べて、筒内圧センサの出力値のノイズが小さくなる。
【００２９】
ここで、圧力導入通路５の各部の寸法の一例について、図３に示す各記号を参照して説明する。未燃燃料成分やＰＭ等の付着による圧力導入通路５の遮断を抑制するために、ε≧２ｍｍであることが好ましい。圧力波が拡張部６に進入した際の渦損失をより大きくするために、ε≧δ、また、Ｓ≦Ｈ≦５Ｓであることが好ましい。反射波の干渉による定常波の減衰をより大きくするために、λ＞Ｓ（ただし、上記式（１）におけるｎ＝０又は１）、又は、Ｓ／λ＝（ｎ＋１）／２（ただし、ｎ＝０又は１）であることが好ましい。さらに、渦損失及び反射波の干渉による定常波の減衰をより大きくするために、π（ε／２＋Ｈ）２≧２π（ε／２）２であるのが好ましい。尚、これらの寸法はあくまでも一例であり、本発明に係る圧力導入通路及び拡張部における各部の寸法はこれらに限定されるものではない。
【００３０】
［変形例］
本発明に係る圧力導入通路の構成は、その途中に拡張部が設けられていれば、図１に示すものに限られるものではない。図６は、実施例１の第一の変形例に係る筒内圧検知装置の圧力導入通路の概略構成を示す図である。図７は、実施例１の第二の変形例に係る筒内圧検知装置の圧力導入通路の概略構成を示す図である。図６及び７において、（ａ）は圧力導入通路５の軸方向の断面図を示しており、（ｂ）は圧力導入通路５の軸方向に対して垂直方向の断面図を示している。
【００３１】
図６に示すように、圧力導入通路５をねじ穴状に形成することで、圧力導入通路５の途中に複数の拡張部６が形成されるようにしてもよい。また、図７に示すように、拡張方向を図７（ｂ）における横方向とした拡張部（図７（ｂ）において破線で示す拡張部６）と、拡張方向を図７（ａ）における縦方向とした拡張部（図７（ｂ）において実線で示す拡張部６）とが、圧力導入通路５の軸方向に交互に並んで配置されるように複数の拡張部６を形成してもよい。
【００３２】
＜実施例２＞
図８は、本実施例に係る筒内圧検知装置の概略構成を示す図である。以下、実施例１と異なる点について主に説明する。尚、図８において、実施例１に係る筒内圧検知装置と同様の構成要素については同様の参照番号を付す。
【００３３】
本実施例においても、筒内圧センサ１がアダプタ３に挿入され固定された状態では、圧力検知部４がアダプタ３内の途中に位置する。そして、本実施例では、アダプタ３の気筒内側の先端部からアダプタ３内に該アダプタ３の内壁面との間に隙間を空けて挿入部材８が挿入されている。これにより、アダプタ３の内壁面と挿入部材８との間の隙間によって圧力導入通路９が形成される。
【００３４】
アダプタ３の先端の開口部７は、挿入部材８が取り付けられることで塞がれている。しかし、アダプタ３の先端の側壁に貫通孔１０が形成されている。該貫通孔１０から圧力導入通路９に気筒内の圧力が導入される。
【００３５】
また、図８に示すように、挿入部材８は、その軸方向の途中に該軸方向に対して垂直方向の断面積が他の部分よりも小さい凹部が複数形成されている。挿入部材８における凹部が形成された部分は、アダプタ３の内壁面との間の隙間の間隔が大きくなっている。即ち、該部分では、圧力導入通路９の軸方向に対して垂直方向の断面積が拡張されている。これにより、挿入部材８における凹部とアダプタ３の内壁面との間に位置する空間によって拡張部１１が形成される。
【００３６】
図９は、アダプタ３内に挿入部材８を挿入せずに、アダプタ３の先端の開口部７を塞ぎ、貫通孔１０からアダプタ３内に圧力を導入させた場合（この場合、アダプタ３内がそのまま圧力導入通路となる）における、アダプタ３内の圧力波の波形を示す図である。図９に示すように、アダプタ３内に気筒内の圧力が導入されると、気柱共鳴によって波長λの定常波が形成される。つまり、気柱共鳴によって気柱振動が生じる。
ここで、
λ＝２Ｌ／（ｎ＋１）・・・式（２）
Ｌ：アダプタ３の気筒内側の先端から圧力検知部４までの長さ
ｎ：０以上の整数
である。
尚、図９において、実線は上記式（２）におけるｎ＝０の場合の波形を表しており、破線は上記式（２）におけるｎ＝１の場合の波形を表している。
【００３７】
アダプタ３内に挿入部材８を挿入せずに、アダプタ３内がそのまま圧力導入通路となると、上記のような気柱振動が生じる。該気柱振動が生じると、筒内圧センサ１の出力信号にノイズが発生する虞がある。そこで、本実施例においては、アダプタ３内に挿入部材８を挿入することで、圧力導入通路９及び複数の拡張部１１を形成する。また、本実施例においても、拡張部１１は、圧力導入通路９の途中（即ち、貫通孔１０から圧力検知部４までの間）に設けられる。
【００３８】
図１０は、圧力導入通路９の拡張部１１の拡大図である。図１０において、白抜き矢印は圧力波の進行方向を表している。このような白抜き矢印の方向に進行する圧力波が拡張部１１（挿入部材８の凹部）に進入した際には、該圧力波の一部が拡張部１１の径方向（内側方向）に流れることで、矢印ａで示すような渦が発生する。その結果、渦損失が生じる。また、該圧力波が拡張部１１から、通路幅（挿入部材８とアダプタ３の内壁面との隙間の間隔）が通常の部分に流出する際には、挿入部材８の凹部の軸方向の壁面に該圧力波の一部が衝突することで、矢印ｂに示すような反射波が発生する。そして、該反射波が定常波に干渉する。
【００３９】
このように、拡張部１１において渦損失及び反射波の干渉を生じさせることで、圧力波の定常波を減衰させることができる。即ち、実施例１のような構成の場合と同様、気柱振動を減衰させることができる。その結果、筒内圧センサ１の出力信号のノイズを低減することができる。
【００４０】
尚、本実施例においては、挿入部材８における軸方向の複数箇所に凹部を設けることで、圧力導入通路９に拡張部１１を複数形成することができる。しかしながら、実施例１と同様、拡張部１１は必ずしも複数である必要はない。ただし、本実施例のように拡張部１１を複数設けることで、気柱振動の減衰効果をより大きくすることができる。
【００４１】
ここで、圧力導入通路９の各部の寸法の一例について、図１０に示す各記号を参照して説明する。圧力波が拡張部１１に進入した際の渦損失をより大きくするために、（ｄ１−ｄ２）／２≧δ、また、Ｓ≦（ｄ２−ｄ３）／２≦５Ｓであることが好ましい。反射波の干渉による定常波の減衰をより大きくするために、λ＞Ｓ（ただし、上記式（２）におけるｎ＝０又は１）、又は、Ｓ／λ＝（ｎ＋１）／２（ただし、ｎ＝０又は１）であることが好ましい。さらに、渦損失及び反射波の干渉による定常波の減衰をより大きくするために、π（ｄ１−ｄ３）２／４≧２π（ｄ１−ｄ２）２／４であることが好ましい。尚、これらの寸法はあくまでも一例であり、本発明に係る圧力導入通路及び拡張部における各部の寸法はこれらに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・筒内圧センサ
２・・・センサ装着用貫通孔
３・・・アダプタ
４・・・圧力検知部
５、９・・・圧力導入通路
６、１１・・・拡張部
７・・・開口部
８・・挿入部材
１０・・貫通孔
１００・・シリンダヘッド
【図１】
2011247883.tif 000003
【図２】
2011247883.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011247883.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011247883.tif 000010
【図９】
2011247883.tif 000011
【図１０】
2011247883.tif 000012