(57)【要約】【課題】エンジン燃焼室の燃焼状態を検出する機能を備え、ガスシールの機能を良好に維持し、ガスケットにクラック等が発生することなく、しかも燃焼室側先端部の火炎に対する信頼性を維持し、且つ熱面着火を防止することができるイオンセンサ付ガスケットを提供する。【解決手段】エンジン１のシリンダヘッド３とシリンダブロック２との間に挟装されるガスケット５であって、該ガスケット５は、ボアシール部がリング状のビード構造５１０に形成された金属薄板５１と、上記ビード構造部分５１０を含む上下両面を少なくとも被覆する絶縁シール層５２とよりなり、金属薄板５１のシリンダボアに応じた開口部には、上記絶縁シール層より露見させて燃焼室４内に突出するイオン電流検知電極５１１を形成するとともに、上記外周より突出させた上記延出部をイオン電流導出電極５１２として形成している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に挟装されるイオンセンサ付ガスケットであって、
シリンダボアに応じた開口部と、外周より突出させた延出部とを形成し、かつ上記開口部の周囲にはビード構造をリング状に形成した金属薄板と、上記ビード構造の周囲の上下両面を少なくとも被覆する絶縁シール層とを備え、
上記金属薄板の上記開口部には、上記絶縁シール層より露見させて燃焼室内に突出するイオン電流検知電極を形成する一方、上記延出部をイオン電流導出電極として形成していることを特徴とするイオンセンサ付ガスケット。
【請求項２】
請求項１において、
上記金属薄板の厚みが０．１〜０．３ｍｍであることを特徴とするイオンセンサ付ガスケット。
【請求項３】
請求項１または２において、
上記絶縁シール層は、その層厚が０．０５〜０．３ｍｍであり、無機繊維、有機繊維、無機充填材及びゴム系バインダーのいずれか若しくはこれらの組合せからなることを特徴とするイオンセンサ付ガスケット。
【請求項４】
請求項１、２または３のいずれかにおいて、
上記シリンダブロックに形成された冷却媒体流通穴と対応する箇所には、その冷却媒体流通穴の上端開口部を封止する為の媒体封止絶縁シール層が、上記金属薄板の上下両面を被覆するようにして形成されていることを特徴とするイオンセンサ付ガスケット。
【請求項５】
請求項１、２または３のいずれかにおいて、
上記シリンダブロック及びシリンダヘッドには相互に冷却媒体を流通させるための冷却媒体流通穴が形成され、これら冷却媒体流通穴の開口部に対応する金属薄板部分は、両冷却媒体流通穴間を相互に連通させる為の連通孔が開設され、該連通孔周囲の上下両面に媒体封止絶縁シール層が被覆形成されていることを特徴とするイオンセンサ付ガスケット。
【請求項６】
請求項４又は５において、
上記媒体封止絶縁シール層の上記開口部周辺には、該開口部を取り囲むリング状突条が形成されていることを特徴とするイオンセンサ付ガスケット。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、
上記イオンセンサ付ガスケットは、複数のシリンダが連成されたエンジンに使用される複数の独立した個装ガスケットとして形成されており、
各個装ガスケットの金属薄板には、上記エンジンのシリンダボアに応じて開設した開口部に上記イオン検知電極を形成し、かつその外周より突出させた延出部を上記イオン電流導出電極として形成していることを特徴とするイオンセンサ付ガスケット。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、
上記イオンセンサ付ガスケットは、複数のシリンダが連成されたエンジンに使用される１枚の共用ガスケットとして形成されており、
この共用ガスケットの金属薄板には、上記エンジンのシリンダボアに応じて開設した複数の開口部のそれぞれに上記イオン検知電極を形成し、かつ、その金属薄板の外周より突出させた上記延出部を共通のイオン電流導出電極として形成していることを特徴とするイオンセンサ付ガスケット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの間をガスシールするために挟装されるガスケットであって、更に詳しくはエンジンの燃焼室内の燃焼状態を検出するイオンセンサを内蔵させたガスケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用エンジン等の燃焼室内における火炎伝播状況を直接検出するために、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間をガスシールするために挟装されるガスケット内に、線状若しくはプローブ状の検知体を絶縁し、内蔵させたものが開発されている。例えば、特許文献１及び特許文献２は、この種のガスケットを提案し、開示している。
このようなイオンセンサ付ガスケットは、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に挟装されて、本来のガスケットとしてのシール機能を奏すると共に、検知体の先端を燃焼室内に臨設させ、その先端と、シリンダヘッド或いはシリンダブロック等とを接地させて、両者間に電圧を加えておくと、シリンダ内で燃焼が発生して、検知体の先端に火炎が到達した瞬間の電流変化を計測することで燃焼室の燃焼状態を検出するようになっている。
【０００３】
シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に挟装されるガスケット内に、このような検知体を内蔵させると、イオンセンサの配設位置の制約がなくなり、要求部位の燃焼状態を検出することが可能となるので、今後の自動車用エンジン等の制御化への応用、実用化が待望されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−６６４３１号公報
【特許文献２】
特開平４−３０８３３９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなガスケットをシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に挟装させる場合、その上下面の面圧を高めることによって、シリンダボア周りのガスシールを保持することが必要であるが、ガスケットの面圧を高めようとすると、該ガスケットの厚み内に配設された線状若しくはプローブ状の検知体に厚みがあるために、その上下に接触するガスケット部分（絶縁シール層）にクラック等を生じ、それによって検知体の絶縁性が確保できなくなるなどの問題があった。
【０００６】
したがって、検知体を出来るだけ細くして、上記のようなクラック等の発生を防止することが考えられるが、細くした場合には、燃焼室側の先端が火炎によって溶融したり、また、この先端部が発火源となり熱面着火（プリイグニッション）現象が起こってエンジンが破壊してしまう事態を招来するおそれがある。
また、上記のような線状若しくはプローブ状の検知体をイオンセンサとして用いたイオンセンサ付ガスケット（ボアグロメットタイプ）では、検知体がガスケットに対して別取り付けとなるため、製造コストも嵩むなどの問題点もあった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ガスシールの機能を良好に維持して、上記のようなクラック等の発生を招くことなく、しかも燃焼室側先端部の火炎に対する信頼性を維持して、熱面着火も防止できる、改良されたイオンセンサ付ガスケットを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係るイオンセンサ付ガスケットは、シリンダボアに応じた開口部と、外周より突出させた延出部とを形成し、かつ上記開口部の周囲にはビード構造をリング状に形成した金属薄板と、上記ビード構造の周囲の上下両面を少なくとも被覆する絶縁シール層とで構成され、上記金属薄板の上記開口部には、上記絶縁シール層より露見させて燃焼室内に突出するイオン電流検知電極を形成する一方、上記延出部をイオン電流導出電極として形成して、そのまま使用する構造にしている。
【０００９】
従って、ガスケットがエンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に挟装された状態では、上記金属薄板の一部がイオン電流検知電極となって、燃焼室内に突出して、燃焼ガスと接触する。また、金属薄板の外周に形成した延出部はイオン電流導出電極となるので、シリンダヘッド及び／若しくはシリンダブロックを接地し、イオン電流導出電極とイオン電流検知電極との間に電圧（例えば９０Ｖ）を印加すれば、エンジンの燃焼室内に火炎が発生する毎に、瞬時にイオン状態の火炎帯を通じてイオン電流の閉回路が構成されるので、そのときの電流変化をアンプにより増幅して信号処理すれば、燃焼室内の燃焼状態が電流変化として検出できる。
尚、本イオンセンサ付ガスケットは、ガソリンエンジンのみならず、ディーゼルエンジンにおける燃焼とも関係してイオン電流が検出されるため、ガスケットを内在するあらゆる内燃機関において利用可能である。
【００１０】
また、金属薄板のビード構造部分を含む上下両面は絶縁シール層で被覆されているので、金属薄板の絶縁性が維持され、電気的漏洩も生じない。更に、このような本発明のガスケットでは、金属薄板が芯材として機能すると共に、本ガスケットをシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に挟装して締付け組立てる際、ビード構造部分の圧縮による弾性変形に伴う復元弾力が、シリンダヘッドとシリンダブロックの対向面に作用して、ガスケットを介在させたこれら相互の面圧が強固に維持される。従って、上記のように線状若しくはプローブ状の検知体を配設したもののように、締付の際に絶縁シール層にクラックを生じるようなおそれもなく、耐久性に優れた付加価値の高いイオンガスケットを提供できる。
【００１１】
上記金属薄板は、鉄板若しくはステンレス板等、電気導電性のある金属板からなり、その厚みは、０．１〜０．３ｍｍであることが望ましく（請求項２）、また、上記絶縁シール層は、その層厚が０．０５〜０．３ｍｍであり、無機繊維、有機繊維、無機充填材及びゴム系バインダーのいずれか若しくはこれらの組合せからなるものが望ましく採用される（請求項３）。
【００１２】
請求項４の発明に係るイオンセンサ付ガスケットは、請求項１、２または３のいずれかにおいて、上記ビード構造部外側の金属薄板には、シリンダブロックに形成された冷却媒体流通穴の上端面開口部を封止する為の媒体封止絶縁シール層を上下両面に形成している。シリンダブロックのボア周りには、冷却用媒体（水、不凍液、油等）の流通穴が存在し、これら流通穴はシリンダブロックの上端面で開口している場合があるが、本発明のガスケットでは、この開口部を封止する為の媒体封止絶縁シール層が、金属薄板の上下両面に形成されているから、流通穴から冷却用媒体が漏出することがなく、その冷却機能が維持されると共に、金属薄板の絶縁性も保持される。
【００１３】
請求項５の発明に係るイオンセンサ付ガスケットは、請求項１、２または３のいずれかにおいて、上記シリンダブロック及びシリンダヘッドには相互に冷却媒体を流通させるための冷却媒体流通穴が形成され、これら冷却媒体流通穴の開口部に対応する金属薄板部分は、両冷却媒体流通穴間を相互に連通させる為の連通孔が開設され、該連通孔周囲の上下両面に媒体封止絶縁シール層が被覆形成されているものである。本請求項の発明は、シリンダヘッドにも冷却媒体流通穴が形成されている場合であって、両冷却媒体流通穴間を冷却媒体が流通する機能を損なうことなく冷却用媒体の漏出を防止せんとするものであり、上記と同様の機能を奏する。
【００１４】
上記媒体封止絶縁シール層の上記開口部周辺部には、該開口部を取り囲むようにリング状突条が形成されていることが望ましい（請求項６）。このようなリング状突条が形成されていると、ガスケットを挟装してエンジンを締付け組立てる際、この突条部分の圧縮弾性変形による復元弾力により、シール性が強固となり、冷却用媒体の漏出防止性能が向上する。
【００１５】
請求項７の発明に係るイオンセンサ付ガスケットは、請求項１ないし６のいずれかにおいて、複数のシリンダが連なるエンジンにおいて、各シリンダに対しシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に、個装ガスケットとして個別に挟装されるものを提案している。このようなイオンセンサ付ガスケットを用いれば、シリンダ毎に他のシリンダから絶縁されることになるから、各シリンダ毎の燃焼信号を個別に取出すことができる。
【００１６】
請求項８の発明に係るイオンセンサ付ガスケットは、請求項１ないし６のいずれかにおいて、複数のシリンダが連なるエンジンにおいて、複数のシリンダに対しシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に一体的に挟装されるものを提案している。このようなものの場合、エンジンを構成する複数のシリンダに共役する一枚の共用ガスケットが用いられる。
このような共用ガスケットでは、各シリンダ毎の絶縁はないが、１つのエンジン内で時系列的に生じる各シリンダの燃焼タイミングを正確に検知できるので、信号処理部による解析処理と組み合わせて使用すれば、エンジン全体の点火制御をバランス良く行って、燃料効率の良い制御することが出来る。
また、複数のシリンダに対応するガスケットを一度に製造するので、製造コストを大幅に削減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明のイオンセンサ付ガスケットを用いて組立てられた自動車のエンジンの要部を示す縦断面図であり、図２は図１のＸ部の拡大図である。１はエンジンであり、シリンダブロック２の上にイオンセンサ付ガスケット５を配し、これを挟装するようにシリンダヘッド３を載置して締付け組立てられる。２１はシリンダブロック２のシリンダボア２２内を上下往復動するピストンであり、このピストン２１の上端とシリンダヘッド３の下面で形成される空間が燃焼室４となる。２３はシリンダブロック２に掘設形成された冷却媒体流通穴であり、シリンダブロック２の上端面で開口している。この冷却媒体流通穴２３には、水、不凍液、油等が供給される。シリンダブロック２とシリンダヘッド３との対向面は、イオンセンサ付ガスケット５により、燃焼室４内の燃焼ガスが外部に漏出しないよう完全にシールされる。
【００１８】
イオンセンサ付ガスケット５は、芯材として導電性金属薄板５１を使用し、シリンダボア２２周りの金属薄板５１の上下両面を絶縁シール層５２で少なくとも被覆し、かつ、上記冷却媒体流通穴２３を覆うべく金属薄板５１の上下両面を媒体封止絶縁シール層５３で被覆した薄板を構成している。この絶縁シール層５２及び媒体封止絶縁シール層５３は、無機繊維、有機繊維、無機充填材及びゴム系バインダーのいずれか若しくはこれらを組合せて金属薄板５１の上下両面にコーティングして形成されている。図例では絶縁シール層５２及び媒体封止絶縁シール層５３を、個別に形成した例が示されているが、両者を一体的に形成してもよい。個別に形成する場合は、高温の燃焼ガスに晒される絶縁シール層５２として耐熱性を重視した材料を、また、媒体封止絶縁シール層５３として耐水性・耐油性・耐薬品性等を重視した材料を充当させるようにして、夫々の適性を向上することができる。
【００１９】
金属薄板５１のシリンダボア２２の上端開口部を取り囲む部分には、ビード構造部５１０が曲成されており、上記絶縁シール層５２はこのビード構造部５１０を含んで金属薄板５１の上下両面に形成されている。該ビード構造部５１０は、そのリブ効果により金属薄板５１を補強すると共に、上記エンジン１の締付け組立の際の圧縮弾性変形に伴う復元弾力により、イオンセンサ付ガスケット５のシリンダブロック２及びシリンダヘッド３の対向面に対する面圧を強固に維持し、シール性をより優れたものとする。また、媒体封止絶縁シール層５３の上記冷却媒体流通穴２３の開口部を取り囲む部分には、リング状の突条５３０が隆起形成されている。この突条５３０は、エンジン１の締付け組立の際に圧縮弾性変形され、その復元弾力によりシリンダブロック２及びシリンダヘッド３の対向面に圧接することになるから、冷却媒体の封止機能がより向上する。
【００２０】
金属薄板５１のシリンダボア２２側の内周縁部５１１は、絶縁シール層５２より一部の金属薄板５１が露見して燃焼室４内に臨み、イオン電流検知電極として作用する。このようなイオン電流検知電極は、周縁部５１１の全周囲を突出させて形成しても良く、一部を突出して形成しても良い。また、金属薄板５１は、エンジン１の外周部より突出する延出部を有しており、その延出部がイオン電流導出電極５１２として作用する。そのため、この導出電極５１２には、エンジン１が組立てられた時に、図１に示すように、電源６、アンプ７及び信号処理部８が接続される。また、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３は、接地２０、３０されるが、この接地はどちらか一方でも良い。
【００２１】
斯して、上記電源６をして、導出電極５１２と接地電極としてのシリンダブロック２及びシリンダヘッド３との間に、例えば９０Ｖの電位をかけると、燃焼室４に臨設された上記イオン電流検知電極５１１に火炎が到達した瞬間にイオン状態の火炎帯を通じてイオン電流が流れて閉回路が形成されるので、そのとき閉回路に設けた検出抵抗Ｒを流れる電流値変化をアンプ７により増幅し信号処理部８で処理することによって、燃焼室４内の燃焼状態が検出される。
従って、本発明のガスケットでは、金属薄板５１は、イオンセンサ付ガスケット５の芯材として機能すると共に、燃焼室４内の火炎のイオンセンサとしても機能する。
【００２２】
図３に示す例は、シリンダヘッド３にも上記冷却媒体流通穴２３に対応する冷却媒体流通穴３１が形成され、両冷却媒体流通穴２３、３１間に上記冷却媒体が流通し、エンジンの冷却を行うようにした場合に適用されるものである。両冷却媒体流通穴２３、３１の開口部に対応する位置の金属薄板５１は連通孔として開設され、この連通孔の周囲上下両面に上記と同様の媒体封止絶縁シール層５３が被覆形成されている。この上下の媒体封止絶縁シール層５３には上記連通孔を取り囲むようにリング状の突条５３０が隆起形成されている。従って、両冷却媒体流通穴２３、３１間の冷却媒体の流通が維持されながら，その漏出防止機能も奏する点は上記と同様である。その他の構成は上記と同様であるので、共通部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２３】
図４及び図５は、複数のシリンダ（図例では３個）が連成されたエンジン１に、本発明のイオンセンサ付ガスケット５を装着した状態を示す平面図であり、図は便宜上シリンダヘッドを取り除いた状態を示している。図４は各シリンダ毎に個別に形成された個装ガスケット５Ａを配設した例を、図５は３個のシリンダに共役する１枚の共用ガスケット５Ｂを配設した例を示している。
【００２４】
図４に示した個装ガスケット５Ａは互いに独立分離しており、この各ガスケット５Ａ毎の金属薄板５１にシリンダブロック２の外周部に突出するイオン電流導出電極５１２が形成され、これらの導出電極５１２に図１と同様の検出用電源等が接続される。また、各金属薄板５１のシリンダボア２２を取り囲む部位には、リング状のビード構造部５１０が形成され、これらビード構造部５１０を含んで各金属薄板５１の上下両面には絶縁シール層５２がコーティング形成されている。更に、各シリンダボア２２の周りには、４個の冷却媒体流通穴２３が設けられており、これら冷却媒体流通穴２３に対応する金属薄板５１の上下両面に、上述の媒体封止絶縁シール層５３がコーティング形成されている。この冷却媒体流通穴２３の形成態様は、図例に限られるものではなく、その数、位置等は適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００２５】
図５では、３個のシリンダに対して共役的な１枚の共用ガスケット５Ｂが配されており、一連の金属薄板５１の各シリンダボア２２を取り囲む位置には上記同様にリング状のビード構造部５１０が形成されている。そしてこれらビード構造部５１０を含んで金属薄板５１の上下両面には一連の絶縁シール層５２がコーティング形成されている。金属薄板５１にシリンダブロック２の外周部に突出する１個の突出部５１２が形成され、この突出部５１２はイオン電流導出電極として作用し、上記同様に検出用電源等が接続される。冷却媒体流通穴２３の形成態様は、図４の場合と同様であるので、ここでは共通部に同一符号を付し、その説明は省略する。
【００２６】
図４の例の場合、各シリンダは個装イオンセンサ付ガスケット５Ａによってガスシールされ、絶縁されることになるから、各シリンダ毎にその燃焼信号を取出すことができる。また、図５の場合は、各シリンダは共用イオンセンサ付ガスケット５Ｂによって一体になっているが、シリンダの燃焼は一般的に同時には起こらないので、個々の燃焼状態を時系列的に分析すれば、それらのシリンダでの燃焼状態が検出できる。むしろ一体化することによって、部品点数が少なく、組み立て工数も減るのでエンジンの組立製造コストが削減されると言う利点がある。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のイオンセンサ付ガスケットによれば、本ガスケットとシリンダブロック及び／若しくはシリンダヘッドとによりイオンセンサを構成するので、エンジンへの装着が極めてシンプルとなり、燃焼室内の燃焼状態を効率的に検出することができる。
また、検知体が金属薄板で形成されているので、シリンダヘッドの締付け時に絶縁性を良好に維持することができるだけでなく、ガスケットにクラック等が発生するのを防止するので、ガスケットおよびイオンセンサとしての信頼性を向上させることができる。
【００２８】
特に、イオンセンサの電極としての金属薄板は、ガスケットの芯材としても機能し、しかも該金属薄板のボアシール部（シリンダボアを取り囲む部位）にはビード構造部が形成されているから、このリブ効果によりガスケットが補強されると共に、シリンダヘッドの締付け時のビード構造部の弾性変形に伴う復元弾力により、ガスケットを介したシリンダブロック及びシリンダヘッド間の対向面間の相互の面圧が強固に維持され、その気密性が極めて良好に維持される（請求項１、２、３）。
【００２９】
また、上記ビード構造部外側の金属薄板に、シリンダブロックに形成された冷却媒体流通穴の上端面開口部を封止する為の媒体封止絶縁シール層を形成した場合、冷却媒体流通穴からの媒体の漏出が阻止されガスケットの絶縁性が良好に維持される（請求項４）。
【００３０】
更に、上記シリンダブロック及びシリンダヘッドには相互に冷却媒体を流通させるための冷却媒体流通穴が形成されている場合、これら冷却媒体流通穴の開口部に対応する金属薄板部分に、両冷却媒体流通穴間を相互に連通させる為の連通孔が開設し、該連通孔周囲の上下両面に媒体封止絶縁シール層を被覆形成したものが採用される。この場合、両冷却媒体流通穴間の冷却媒体の流通を維持しながら、媒体の漏出防止及びガスケットの絶縁性維持が良好になされる（請求項５）。
【００３１】
そして、この媒体封止絶縁シール層の上記開口部周辺部に、該開口部を取り囲むようリング状の突条を形成した場合、ガスケットを挟装してエンジンを締付け組立てる際、この突条部分の圧縮弾性変形による復元弾力により、シール性が強固となり、冷却用媒体の漏出防止性能が更に向上する（請求項６）。
【００３２】
複数のシリンダが連成されたエンジン用としては、各シリンダに対しシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に個別に挟装されるものとすること（請求項７）、複数のシリンダに対しシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に一体的に挟装されるものとすること（請求項８）、いずれも採用可能である。
前者の場合、各燃焼室毎に個別に燃焼信号を取出すことができ、後者の場合はその製造コストを削減できるなどの利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイオンセンサ付ガスケットを用いて組立てられたエンジンの要部を示す縦断面図である。
【図２】図１のＸ部の拡大図である。
【図３】他の実施形態の図２と同様図である。
【図４】複数のシリンダが連成されたエンジンに、本発明のイオンセンサ付ガスケットを適用した場合を示す平面図である。
【図５】同変形例を示す同様図である。
【符号の説明】
１      エンジン
２      シリンダブロック
２２    シリンダボア（開口部）
２３    冷却媒体流通穴
３      シリンダヘッド
３１    冷却媒体流通穴
４      燃焼室
５，５Ａ，５Ｂ      イオンセンサ付ガスケット
５１    金属薄板
５１０  ビード構造部
５１１  イオン電流検知電極（燃焼室内突出部）
５１２  イオン電流導出電極（外周延出部）
５２    絶縁シール層
５３    媒体封止絶縁シール層
５３０  突条
【図１】
2004162550.tif 000003
【図２】
2004162550.tif 000004
【図３】
2004162550.tif 000005
【図４】
2004162550.tif 000006
【図５】
2004162550.tif 000007