(57)【要約】【課題】圧力センサの検出部とセンサ装着穴との間の隙間に付着堆積するデポジットが圧力センサの放熱特性に悪影響を与える。【解決手段】シリンダヘッド１１に形成されたセンサ装着穴１３に筒内圧センサ１０を装着した本発明によるセンサ取り付け構造は、検出部１０ａを先端に有する小径部１０ｂと、基端側に位置する大径部１０ｃと、これら小径部１０ｂと大径部１０ｃとの間に位置する段部１０ｄとを筒内圧センサ１０が具え、小径部１０ｂに対して非接触状態でこれを取り囲む小径孔部１３ａと、大径部１０ｃを取り囲む大径孔部１３ｂと、これら小径孔部１３ａと大径孔部１３ｂとの間に位置し、段部１０ｄが当接する段孔部１３ｃとをセンサ装着穴１３が有し、小径部１０ｂと小径孔部１３ａとの間にシール剤１４が充填され、筒内圧センサ１０とセンサ装着穴１３との間に余剰のシール剤１４の溜まり部が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
小径孔部と、大径孔部と、これら小径孔部と大径孔部との間に位置する段孔部とを有するセンサ装着穴が形成されたセンサ取り付け部材に装着され、前記センサ装着穴の小径孔部との間にシール剤が充填される小径部と、少なくとも一部が前記センサ装着穴の大径孔部に取り囲まれる大径部と、これら小径部と大径部との間に位置し、かつ前記センサ装着穴の段孔部に当接する段部とを具えたセンサであって、
前記小径部と前記段部との間に位置し、かつ前記センサ装着穴との間で余剰のシール剤の溜まり部を画成する逃げ部をさらに具えたことを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記逃げ部は、前記小径部よりも小径の環状溝部を有することを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
センサ取り付け部材に形成されたセンサ装着穴にセンサを装着したセンサ取り付け構造であって、
前記センサは、検出部を先端に有する小径部と、基端側に位置する大径部と、これら小径部と大径部との間に位置する段部とを具え、
前記センサ装着穴は、前記センサの小径部に対して非接触状態でこれを取り囲む小径孔部と、前記センサの大径部を取り囲む大径孔部と、これら小径孔部と大径孔部との間に位置し、かつ前記センサの段部が当接する段孔部とを有し、
前記センサの小径部と前記センサ装着穴の小径孔部との間にシール剤が充填され、
前記センサと前記センサ装着穴との間に余剰のシール剤の溜まり部が形成されていることを特徴とするセンサ取り付け構造。
【請求項４】
前記センサ装着穴は、小径孔部と段孔部との間に位置し、かつ前記小径穴部よりも大径の環状溝部をさらに有し、この環状溝部が前記溜まり部に臨んでいることを特徴とする請求項３に記載のセンサ取り付け構造。
【請求項５】
センサ取り付け部材に形成されたセンサ装着穴にセンサを装着するための方法であって、
前記センサは、検出部を先端に有する小径部と、基端側に位置する大径部と、これら小径部と大径部との間に位置する段部とを具え、
前記センサ装着穴は、前記センサの小径部に対して非接触状態でこれを取り囲む小径孔部と、前記センサの大径部を取り囲む大径孔部と、これら小径孔部と大径孔部との間に位置し、かつ前記センサの段部が当接する段孔部とを有し、
前記センサの小径部の周囲にシール剤の層を前記センサ装着穴の小径孔部の内径以上の外径を持つように形成するステップと、
前記シール剤の層が形成された前記センサの小径部を前記センサ装着穴の大径孔部側から差し込み、前記センサと前記センサ装着穴との間に形成された空隙部に余剰のシール剤を導くステップと、
前記センサ装着穴の段孔部に対して前記センサの段部が密着状態で押し当たるように固定するステップと
を具えたことを特徴とするセンサ取り付け方法。
【請求項６】
前記センサの小径部の周囲に前記シール剤の層を形成するステップに先立ち、前記センサの小径部の先端をマスキングするステップと、
前記シール剤の層が形成された前記センサの小径部を前記センサ装着穴の大径孔部側から差し込むステップに先立ち、前記センサの小径部の先端のマスキングを取り外すステップと
をさらに具えたことを特徴とする請求項５に記載のセンサ取り付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に組み込まれる圧力センサなどのセンサおよびその取り付け構造ならびに取り付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子などを利用して内燃機関の燃焼室内の各種圧力を検知する圧力センサが特許文献１にて知られている。この圧力センサは、シリンダヘッドなどに形成されたセンサ装着穴に取り付けられる。圧力センサとセンサ装着穴との間のシールは、センサ装着穴に形成された環状の段部に対し、圧力センサに形成された環状の肩部を押し当てることによって行われる。圧力センサの先端側の検出部とセンサ装着穴との間には空隙が形成され、圧力センサの検出部とシリンダヘッドとの間での熱伝導を少なくし、検出部の放熱特性が変化しないように配慮している。
【０００３】
【特許文献１】実開平６−８６０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されたような圧力センサを用いて内燃機関の筒内圧を検出する場合、燃焼室内での燃料の燃焼に伴って発生する有機化合物が圧力センサの先端部とセンサ装着穴との間の環状の隙間に付着堆積し、経時的に炭化および固化することが判明した。このような析出物、いわゆるデポジットは、圧力センサの検出部とシリンダヘッドとの間の熱伝導媒体となってしまう。検出部の温度変化は、圧力センサの測定精度を左右する大きな要因であるため、検出部の放熱特性がデポジットによって変化することは、圧力センサによる検出値の信頼性の低下をもたらす。
【０００５】
［発明の目的］
本発明の目的は、異物の侵入による悪影響を回避し得るセンサおよびその取り付け構造ならびに取り付け方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の形態は、小径孔部と、大径孔部と、これら小径孔部と大径孔部との間に位置する段孔部とを有するセンサ装着穴が形成されたセンサ取り付け部材に装着され、前記センサ装着穴の小径孔部との間にシール剤が充填される小径部と、少なくとも一部が前記センサ装着穴の大径孔部に取り囲まれる大径部と、これら小径部と大径部との間に位置し、かつ前記センサ装着穴の段孔部に当接する段部とを具えたセンサであって、前記小径部と前記段部との間に位置し、かつ前記センサ装着穴との間で余剰のシール剤の溜まり部を画成する逃げ部をさらに具えたことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明においては、センサ装着穴にセンサを装着した状態において、センサの小径部とセンサ装着穴の小径孔部との隙間がシール剤によって充填され、小径部の放熱特性がシール剤によって規定される。センサに形成された逃げ部は、センサをセンサ装着穴に取り付ける際に余剰のシール剤を収容する溜まり部の一部を画成する。
【０００８】
本発明の第１の形態によるセンサにおいて、逃げ部は、その外周端縁がセンサ装着穴の段孔部に当接するものであってよい。あるいは、逃げ部が小径部よりも小径の環状溝部を有するものであってよい。
【０００９】
本発明の第２の形態は、センサ取り付け部材に形成されたセンサ装着穴にセンサを装着したセンサ取り付け構造であって、前記センサは、検出部を先端に有する小径部と、基端側に位置する大径部と、これら小径部と大径部との間に位置する段部とを具え、前記センサ装着穴は、前記センサの小径部に対して非接触状態でこれを取り囲む小径孔部と、前記センサの大径部を取り囲む大径孔部と、これら小径孔部と大径孔部との間に位置し、かつ前記センサの段部が当接する段孔部とを有し、前記センサの小径部と前記センサ装着穴の小径孔部との間にシール剤が充填され、前記センサと前記段孔部および前記小径孔部との間に余剰のシール剤の溜まり部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明においては、センサの小径部とセンサ装着穴の小径孔部との隙間がシール剤によって予め充填されており、小径部の放熱特性がシール剤によって規定される。溜まり部は、センサをセンサ装着穴に取り付ける際に余剰のシール剤を収容する部分として機能する。
【００１１】
本発明の第２の形態によるセンサ取り付け構造において、センサ装着穴は、小径孔部と段孔部との間に位置し、かつ小径穴部よりも大径の環状溝部をさらに有し、この環状溝部が溜まり部に臨んでいるものであってよい。
【００１２】
センサ取り付け部材が内燃機関のシリンダヘッドであり、センサが圧電素子などを用いた筒内圧センサまたは燃焼圧センサなどの圧力センサであってよい。
【００１３】
本発明の第３の形態は、センサ取り付け部材に形成されたセンサ装着穴にセンサを装着するための方法であって、前記センサは、検出部を先端に有する小径部と、基端側に位置する大径部と、これら小径部と大径部との間に位置する段部とを具え、前記センサ装着穴は、前記センサの小径部に対して非接触状態でこれを取り囲む小径孔部と、前記センサの大径部を取り囲む大径孔部と、これら小径孔部と大径孔部との間に位置し、かつ前記センサの段部が当接する段孔部とを有し、前記センサの小径部の周囲にシール剤の層を前記センサ装着穴の小径孔部の内径以上の外径を持つように形成するステップと、前記シール剤の層が形成された前記センサの小径部を前記センサ装着穴の大径孔部側から差し込み、前記センサと前記段孔部および前記小径孔部との間に形成された空隙部に余剰のシール剤を導くステップと、前記センサ装着穴の段孔部に対して前記センサの段部が密着状態で押し当たるように固定するステップとを具えたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明において、シール剤の層が形成されたセンサの小径部をセンサ装着穴の大径孔部側から差し込む際、余剰のシール剤がセンサと段孔部および小径孔部との間に形成された空隙部に収容され、センサの小径部とセンサ装着穴の小径孔部との間に隙間なくシール剤が充填された状態となる。
【００１５】
本発明の第３の形態によるセンサ取り付け方法において、センサの小径部の周囲にシール剤の層を形成するステップに先立ち、センサの小径部の先端をマスキングするステップと、シール剤の層が形成されたセンサの小径部をセンサ装着穴の大径孔部側から差し込むステップに先立ち、センサの小径部の先端のマスキングを取り外すステップとをさらに具えることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のセンサによると、小径部と段部との間に位置し、かつセンサ装着穴との間で余剰のシール剤の溜まり部を画成する逃げ部を具えているので、センサの小径部とセンサ装着穴の小径孔部との隙間がシール剤によって充填される結果、小径部の放熱特性をシール剤によって一定に保持することができる。また、異物などがセンサの小径部とセンサ装着穴の小径孔部との間に入り込むような不具合も未然に防止することができる。
【００１７】
逃げ部が小径部よりも小径の環状溝部を有する場合、溜まり部の容積を比較的容易に設計変更することができる。
【００１８】
本発明のセンサ取り付け構造によると、検出部を先端に有する小径部と、基端側に位置する大径部と、これら小径部と大径部との間に位置する段部とをセンサが具え、センサの小径部に対して非接触状態でこれを取り囲む小径孔部と、センサの大径部を取り囲む大径孔部と、これら小径孔部と大径孔部との間に位置し、センサの段部が当接する段孔部とをセンサ装着穴が有し、センサの小径部とセンサ装着穴の小径孔部との間にシール剤が充填され、センサと段孔部および小径孔部との間に余剰のシール剤の溜まり部が形成されているので、小径部の放熱特性をシール剤によって一定に保持することができる。また、異物などがセンサの小径部とセンサ装着穴の小径孔部との間に入り込むような不具合も未然に防止することができる。
【００１９】
センサ装着穴の小径孔部と大径孔部との間に位置し、小径穴部よりも大径の環状溝部を溜まり部が含む場合、この溜まり部の容積を比較的容易に設計変更することができる。
【００２０】
本発明のセンサ取り付け方法によると、センサの小径部の周囲にシール剤の層をセンサ装着穴の小径孔部の内径以上の外径を持つように形成し、シール剤の層が形成されたセンサの小径部をセンサ装着穴の大径孔部側から差し込んでセンサと段孔部および小径孔部との間に形成された空隙部に余剰のシール剤を導き、センサ装着穴の段孔部に対してセンサの段部が密着状態で押し当たるように固定したので、センサの小径部とセンサ装着穴との間にシール剤を隙間なく充填することができる。また、余剰のシール剤も空隙部に収容されるため、センサの検出部にシール剤が付着するような不具合を未然に防止することができる。
【００２１】
センサの小径部の周囲にシール剤の層を形成する前に、センサの小径部の先端をマスキングし、シール剤の層が形成されたセンサの小径部をセンサ装着穴の大径孔部側から差し込む前に、センサの小径部の先端のマスキングを取り外すようにした場合、シール剤がセンサの検出部に付着するような不具合をより確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明によるセンサを火花点火機関に組み込まれる筒内圧センサに応用した実施形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態のみに限らず、本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも応用することができる。
【００２３】
本実施形態における筒内圧センサの取り付け前の状態の断面構造を図１に模式的に示し、その取り付け状態の断面構造を図２に模式的に示す。
【００２４】
本実施形態における筒内圧センサ１０は、圧電素子（電歪素子）を利用して検出部１０ａの歪の量に応じた電気的出力を取り出すものであり、ねじなどの図示しない締結手段を用いてシリンダヘッド１１に固定される。この筒内圧センサ１０は、燃焼室１２に臨む検出部１０ａを先端に有する小径部１０ｂと、基端側に位置する大径部１０ｃと、これら小径部１０ｂと大径部１０ｃとの間に位置する段部１０ｄとを具える。本実施形態における段部１０ｄは、先細りの環状をなす円錐面にて形成されている。なお、この筒内圧センサ１０自体の内部構造に関しては、従来から周知である上、本発明とは直接的に関係しないので、その説明は省略する。
【００２５】
シリンダヘッド１１に形成されるセンサ装着穴１３は、先端側が燃焼室１２に連通し、筒内圧センサ１０の小径部１０ｂに対して非接触状態でこれを取り囲む小径孔部１３ａと、筒内圧センサ１０の大径部１０ｃを収容する大径孔部１３ｂと、これら小径孔部１３ａと大径孔部１３ｂとの間に位置し、筒内圧センサ１０の段部１０ｄが当接する段孔部１３ｃと、この段孔部１３ｃと小径孔部１３ａとの間に位置し、小径孔部１３ａよりも大径の環状溝部１３ｄとを有する。本実施形態における段孔部１３ｃは、筒内圧センサ１０の段部１０ｄと対応した先細りの環状をなす円錐面にて形成されている。本発明における溜まり部を画成する環状溝部１３ｄの深さ、つまり内径は、筒内圧センサ１０とセンサ装着穴１３とのシール面となる段部１０ｄと段孔部１３ｃとの接触幅が余り狭くならないように設定することがこれらのシール性の確保の点から望ましい。また、この環状溝部１３ｄの溝幅、つまり小径孔部１３ａの軸線と平行な方向（図中、上下方向）に沿った長さは、後述する取り付け方法を実施した場合に余剰のシール剤１４が環状溝部１３ｄ内を完全に埋めてしまわない程度の長さに設定する必要がある。
【００２６】
本実施形態では、筒内圧センサ１０の検出部１０ａを燃焼室１２に臨むシリンダヘッド１１の内壁面に対して同一平面上に位置させるようにしたが、火炎による熱輻射の影響を低減させるため、検出部１０ａの位置をシリンダヘッド１１の内壁面から後退させる（燃焼室１２から離す）ようにしてもよい。
【００２７】
なお、小径部１０ｂの基端側（段部１０ｄ側）に上述した締結手段として雄ねじ部が形成された筒内圧センサを用いる場合、この雄ねじ部がねじ込まれるセンサ装着穴の雌ねじ部と小径孔部１３ａとの間に環状溝部１３ｄを形成することが有効である。つまり、如何なる場合でも小径孔部１３ａに隣接して環状溝部１３を形成することが好ましい。
【００２８】
センサの小径部１０ｂとセンサ装着穴１３の小径孔部１３ａとの間には、上述したシール剤１４が隙間なく充填されている。このシール剤１４は、流動性を持たず、物理的化学的性質の安定した耐熱性を有するものであればよく、カーボン，アルミナ，スピネル，アロンセラミックスなどを主成分とするものを採用することができる。
【００２９】
このように、筒内圧センサ１０の小径部１０ｂとセンサ装着穴１３の小径孔部１３ａとの間には、シール剤１４が隙間なく充填されているため、燃焼室１２内での燃料の燃焼に伴って発生するデポジットなどの異物が検出部１０ａの周囲に入り込むことはない。この結果、筒内圧センサ１０の検出部１０ａの放熱特性は検出部１０ａを取り囲むシール剤１４によって一定に保たれた状態となり、安定した測定を行うことができる。
【００３０】
このような構造を持つ筒内圧センサ１０の取り付け方法の手順について以下に説明すると、まず、筒内圧センサ１０の先端面の検出部１０ａを図示しないマスキングテープで塞いでおき、後続のシール剤塗布作業の際にシール剤１４が検出部１０ａに付着しないようにしておく。
【００３１】
次に、筒内圧センサ１０の小径部１０ｂの外周にシール剤１４を塗布してシール剤の層を形成する。このシール剤の層の厚みは、小径部１０ｂと小径孔部１３ａとの隙間の幅よりも厚く設定する、つまりシール剤の層の外径が小径孔部１３ａの内径よりも大きくなるように設定することが好ましい。シール剤１４は、センサ装着穴１３を画成する部材、本実施形態ではシリンダヘッド１１を構成するアルミニウム合金よりも軟質であることが必要であり、具体的にはスラリー状をなすカーボン，アルミナ，スピネル，アロンセラミックスなどをディッピング，スプレー塗布，溶射，焼き付けなどの任意の適当な方法を用いて小径部１０ｂの外周に固定する。
【００３２】
このようにしてセンサの小径部１０ｂの外周面にシール剤１４の層を形成した後、マスキングテープを筒内圧センサ１０の先端面から取り除き、この先端面がセンサ装着穴１３にぶつからないように注意しながら筒内圧センサ１０の小径部１０ｂをセンサ装着穴１３の大径孔部１３ｂ側から差し込む。この挿入作業の途中の状態を図３に示す。シール剤１４の層の外径が小径孔部１３ａの内径よりも大きいので、小径孔部１３ａと環状溝部１３ｄとの境界部分で余剰のシール剤１４が剥ぎ取られ、環状溝部１３ｄ内に堆積して行く。この結果、小径部１０ｂと小径孔部１３ａとの間の隙間をシール剤１４で完全に充填することができる。最終的に図２に示すようにセンサ装着穴１３の段孔部１３ｃに対してセンサの段部１０ｄが密着状態で押し当たり、この状態にて筒内圧センサ１０がシリンダヘッド１１に対して固定される。
【００３３】
なお、小径部１０ｂの外周面に形成されるシール剤１４の層の厚みをあまり厚くしすぎると、筒内圧センサ１０をセンサ装着穴１３に差し込む過程で余剰のシール剤１４が環状溝部１３ｄ全域を充填して段部１０ｄと段孔部１３ｃとの間のシール面まで流れ込んでしまい、これらのシール性を損なう可能性があることに注意する必要がある。
【００３４】
上述したような環状溝部１３ｄを形成せずとも、筒内圧センサ１０と段孔部１３ｃおよび小径孔部１３ａとの間に余剰のシール剤１４の溜まり部となる空隙を形成するようにしてもよい。このような本発明の他の実施形態の構造を模式的に図４，図５に示すが、先の実施形態と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、図４に示した実施形態ではセンサ装着穴１３に対する筒内圧センサ１０自体の形状を利用して筒内圧センサ１０と段孔部１３ｃおよび小径孔部１３ａとの間に余剰のシール剤１４の溜まり部となる空隙部１５を形成する。より具体的には、筒内圧センサ１０の段部１０ｄの段部１０ｄと小径部１０ｂとの間に空隙部１５に臨む逃げ部１０ｅを形成し、これによって余剰のシール剤１４の溜まり部となる空隙部１５を画成している。本実施形態における逃げ部１０ｅは、その外周端縁がセンサ装着穴１３の段孔部１３ｃに当接しているため、段孔部１３ｃの小径側も空隙部１５の一部を画成していることとなる。図５に示した実施形態では、小径部１０ｂよりも小径の環状溝部１０ｆを筒内圧センサ１０の小径部１０ｂと段部１０ｄとの間に形成し、この環状溝部１０ｆで囲まれた部分を空隙部１５として用いている。本発明はこのような構造を持つものも包含する。
【００３５】
上述した実施形態では、筒内圧センサ１０について説明したが、内燃機関の燃焼室１２に供給される燃料の圧力を検出するための燃焼圧センサなど、他のセンサおよびその取り付け構造ならびに取り付け方法にも応用することが可能であることは言うまでもない。
【００３６】
このように、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を筒内圧センサに適用した一実施形態における取り付け前の状態を模式的に表す分解断面図である。
【図２】図１に示した筒内圧センサの装着後の状態を模式的に表す断面図である。
【図３】図１に示した筒内圧センサの取り付け途中の状態を模式的に表す断面図である。
【図４】本発明を筒内圧センサに適用した他の実施形態を模式的に表す断面図である。
【図５】本発明を筒内圧センサに適用した別な実施形態を模式的に表す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  筒内圧センサ
１０ａ  検出部
１０ｂ  小径部
１０ｃ  大径部
１０ｄ  段部
１０ｅ  逃げ部
１０ｆ  環状溝部
１１  シリンダヘッド
１２  燃焼室
１３  センサ装着穴
１３ａ  小径孔部
１３ｂ  大径孔部
１３ｃ  段孔部
１３ｄ  環状溝部
１４  シール剤
１５  空隙部
【図１】
2008101989.tif 000003
【図２】
2008101989.tif 000004
【図３】
2008101989.tif 000005
【図４】
2008101989.tif 000006
【図５】
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