(57)【要約】【課題】燃焼圧センサ１のダイアフラム３と力伝達ロッド５との位置ずれを抑制するとともに、センサ素子４のガラス製の構成部品（例えば第２力伝達ブロック４２）が水分に曝されて脆くならないようにして、信頼性を高める。【解決手段】ダイアフラム３の受圧部３２からセンサ素子４への押圧力の伝達方向（軸線Ｘ方向）に変位可能となるように、力伝達ロッド５を取り囲むガイド部材６を備える。このガイド部材６を、例えばナイロン6,6など所定以上の吸水率を有する樹脂材料によって形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼室の圧力を検出するための燃焼圧センサであって、
前記燃焼室に臨むダイアフラムと、
前記ダイアフラムからセンサ素子に押圧力を伝達する力伝達ロッドと、
前記押圧力の伝達方向に変位可能となるように前記力伝達ロッドを取り囲むガイド部材と、を備え、
前記ガイド部材が、所定以上の吸水率を有する樹脂材料によって形成されていることを特徴とする燃焼圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃焼室の圧力を検出する燃焼圧センサに関し、特に、燃焼圧によってダイアフラムに作用する力をセンサ素子に伝達する力伝達ロッド周りの構造に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車などのエンジンに用いられる燃焼圧センサは、例えば特許文献１に記載されているように、略円筒状のアウターハウジングと、その先端部に固定された円板状のダイアフラムと、このダイアフラムに作用する燃焼圧に相当する力をセンサ素子に伝達する円柱状の力伝達ロッドと、を備えている。センサ素子は例えばピエゾ抵抗素子であり、力伝達ロッドからの押圧力に応じて出力値が変化する。
【０００３】
より詳しくは、前記ダイアフラムの外周部に連続して一体的に筒状のインナーハウジングが設けられており、その内部に前記力伝達ロッドおよびセンサ素子が配設されている。ダイアフラムとは反対側のインナーハウジングの開口端には、ハーメチックシール端子が嵌め込まれて溶接され、センサ素子などの収容される内部空間を密閉しつつ、センサ素子から信号線を取り出すようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−００８６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記従来例のセンサでは、ダイアフラムの裏面の中央付近に力伝達ロッドの先端面を当接させておくために、組立時にハーメチックシール端子をインナーハウジングに押し込んで、力伝達ロッドの先端面によってダイアフラムの裏面を押圧させるようにしている。この状態で、ハーメチックシール端子のステムの外周面をインナーハウジングの内周面に溶接し、いわゆるプリロードを加えている。
【０００６】
しかしながら、そうしてプリロードを加えていても、例えばエンジンの異常燃焼によってダイアフラムに大きな燃焼圧が作用し、力伝達ロッドおよびセンサ素子の構成部品が共振すると、その力伝達ロッドの先端面がダイアフラムの裏面から離れることがあり、このときに両者の位置がずれるおそれがあった。そこで、前記の組立時にダイアフラムの裏面に力伝達ロッドの先端面を接着剤などで固定することも考えられるが、その場合は接着剤の乾燥工程が必要になり、タクトタイムが延びてしまう。
【０００７】
また、前記センサ素子の構成部品にはガラス製のものがあり、これが水分に曝されると脆くなってしまい、信頼性が低下するという問題もある。これに対して、前記のようにハーメチックシール端子をインナーハウジングに組み付けるときに、その内部空間を不活性ガスで満たし、溶接も不活性雰囲気で行うという方法もあるが、こうすると、かなりコスト高になってしまう。
【０００８】
かかる点に鑑みて本発明の目的は、燃焼圧センサのダイアフラムと力伝達ロッドとの位置ずれを抑制するとともに、内部空間に収容されるセンサ素子のガラス製の構成部品が脆くなり難くして、信頼性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために本発明は、エンジンの燃焼室の圧力を検出するための燃焼圧センサを対象として、前記燃焼室に臨むダイアフラムと、このダイアフラムからセンサ素子に押圧力を伝達する力伝達ロッドと、その押圧力の伝達方向に変位可能となるように前記力伝達ロッドを取り囲むガイド部材と、を備えるとともに、このガイド部材を所定以上の吸水率を有する樹脂材料によって形成したものである。
【００１０】
なお、吸水率の高い樹脂材料としては、例えば脂肪族ポリアミド（ナイロン）やウレタン樹脂、セルロース系樹脂などのように、吸水率が概ね１％以上となるものが挙げられるが、ガイド部材として求められる耐熱性、耐摩耗性などを考慮すれば、ナイロン6、ナイロン6,6などを用いるのが好ましい。
【００１１】
前記構成の燃焼圧センサは、エンジンの燃焼室に臨むダイアフラムからセンサ素子に押圧力を伝達する力伝達ロッドが、その押圧力の伝達方向と直交する方向には変位しないように、ガイド部材によって取り囲まれている。よって、この力伝達ロッドの先端面とダイアフラムの裏面とを接着剤によって固定しなくても、両者の位置ずれを抑制できる。また、両者の先端面同士の接触面積を大きくして、摩擦力を増大させる必要もなくなり、少なくとも一方を凸曲面とすることが可能になる。
【００１２】
こうして力伝達ロッドの先端面およびダイアフラムの裏面の少なくとも一方を凸曲面とすれば、ダイアフラムから力伝達ロッドへ押圧力を伝達する系のばね定数が小さくなるので、その固有振動数が低下する。このため、エンジンの異常燃焼などによりダイアフラムに大きな燃焼圧が作用しても、力伝達ロッドなどの共振が起こり難くなって、センサ素子のガラス製の構成部品の破損を回避する上で有利になる。
【００１３】
また、前記のガイド部材が、所定以上の吸水率を有する樹脂材料によって形成されていることから、センサ素子の収容されている密閉空間に水分が残存していても、この水分はガイド部材によって吸収されるようになる。このことで、センサ素子のガラス製の構成部品が水分に曝されることを抑制でき、それが脆くなり難くして、信頼性を高めることができる。前記センサ素子などを密閉する際に不活性雰囲気で作業を行う必要もなく、コスト高になることはない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る燃焼圧センサは、燃焼室に臨むダイアフラムからの力を伝達する力伝達ロッドが、ガイド部材によって取り囲まれているので、その力伝達ロッドの先端面とダイアフラムの裏面とを接着剤によって固定しなくても、両者の位置ずれを抑制できる。また、そのガイド部材によって水分を吸収することができるので、センサ素子のガラス製の構成部品が水分に曝されることを抑制でき、それが脆くなり難くして信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係る燃焼圧センサの先端部の構造を示す縦断面図である。
【図２】アウターハウジングを取り外して燃焼圧センサの先端部を示す斜視図である。
【図３】ダイアフラム・アッセンブリの組み立て工程を示す縦断面図である。
【図４】ダイアフラム・アッセンブリにセンサ・アッセンブリを組み付け、さらにアウターハウジングを組み付ける工程を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態は、図示しない自動車用のエンジンに装備されて、その気筒内の燃焼室の圧力（燃焼圧）を検出するための燃焼圧センサ１に本発明を適用したものである。なお、実施の形態の記載はあくまで例示に過ぎず、本発明の構成や用途などについても限定することを意図しない。
【００１７】
図１には燃焼圧センサ１の先端側（図１において上側）の部分を縦断面（軸線Ｘを含む断面）で示すように、本実施の形態の燃焼圧センサ１は、そのアウターハウジング２の先端に配設されているダイアフラム３が燃焼室に臨むように、例えばシリンダヘッドに取り付けられる。燃焼圧センサ１は、ダイアフラム３が燃焼室の圧力（燃焼圧）を受けて変形するのに応じて、出力信号が変化するものである。
【００１８】
図２にも表れているようにダイアフラム３には、ドーナツ状の支持部３０の中央孔３１を閉じるように円板状の受圧部３２が形成され、また、支持部３０の外周面からは全周に亘ってフランジ部３３が突設されている。本実施の形態では、前記受圧部３２の外周部が中央孔３１の周縁部に連続していて、受圧部３２は支持部３０と一体に金属材料によって形成されている。
【００１９】
さらに、前記支持部３０の基端面、即ち図１、２における下面から下方に向かって延びるように、円筒状のインナーハウジング３４も一体形成されており、その内部にセンサ素子４と、力伝達ロッド５と、ガイド部材６と、が収容されるようになっている。なお、図１にのみ示すが、本実施の形態ではダイアフラム３の先端側を外周側から覆うように環状のシール部材７が装着されて、シリンダヘッドのねじ穴との隙間を閉止するようになっている。
【００２０】
前記アウターハウジング２は円筒状であり、その先端部の外周にテーパ部２ａが設けられるとともに、これに続いて外周の所定範囲にねじ部（図示せず）が形成されている。このねじ部が例えばシリンダヘッドのねじ穴に螺入されることで、燃焼圧センサ１がエンジンに取り付けられる。そして、アウターハウジング２の先端部の開口に前記ダイアフラム３の支持部３０が嵌め込まれ、そのフランジ部３３が開口の周縁部に溶接されている。
【００２１】
そうしてアウターハウジング２の先端部に固定されたダイアフラム３には前記のように受圧部３２が形成されており、その表面（図１の上面）に燃焼圧を受けると、裏側（図１の下側）に撓むようになっている。こうして撓む受圧部３２の裏面の中央付近に、前記力伝達ロッド５の先端面５ａ（図の上面）が押し当てられており、受圧部３２を介して燃焼圧による押圧力をセンサ素子４に伝達する。
【００２２】
一例として力伝達ロッド５は、断熱性の材料で円柱状に形成され、その先端面５ａが球面状の凸曲面とされている一方、基端面は平面状で、後述するセンサ素子４の第１力伝達ブロック４１と当接している。よって、前記のように燃焼圧を受けて受圧部３２が裏側に撓むときに、力伝達ロッド５がその基端側（図１の下側）に向かって変位することになり、燃焼圧に相当する押圧力が力伝達ロッド５によってセンサ素子４に伝達される。
【００２３】
なお、前記のように力伝達ロッド５の先端面５ａを凸曲面とし、ダイアフラム３の受圧部３２との接触面積を小さくしているので、本実施の形態では、ダイアフラム３から力伝達ロッド５を介してセンサ素子４へ押圧力を伝達する系のばね定数が小さくなっており、その固有振動数も低くなっている。
【００２４】
また、本実施の形態では、前記の力伝達ロッド５を力の伝達方向（軸線Ｘの方向）に変位可能となるようにガイドするガイド部材６が設けられている。このガイド部材６は、力伝達ロッド５の外周を同心状に取り囲む円筒状とされ、その内周面と力伝達ロッド５の外周面とが摺接している。ガイド部材６は、ダイアフラム３の中央孔３１に挿入されており、伝達方向と直交する方向には力伝達ロッド５が変位しないように規制している。
【００２５】
そして、前記のガイド部材６は、所定以上の吸水率を有する樹脂材料によって形成されて、インナーハウジング３４内に残存する水分を吸収するようになっている。すなわち、一例として吸水率が１％以上と高い樹脂材料（例えば脂肪族ポリアミドであるナイロンの他、ウレタン樹脂、セルロース系樹脂など）の中で、力伝達ロッド５との間に良好な摺動性を保ち、また、必要な耐熱性、耐摩耗性があるナイロン6,6を用いている。
【００２６】
前記のように力伝達ロッド５から押圧力が伝達されるセンサ素子４は、力検知ブロック４０と２つの力伝達ブロック４１，４２とからなる。力検知ブロック４０はシリコン基板を主体とするもので、その先端面（図１の上面）には、ピエゾ抵抗素子が形成されている。公知のようにピエゾ抵抗素子は、外力を受けて電気的な抵抗値が変化するものであり、この抵抗値の変化を検出するための電極群（図示せず）が力検知ブロック４０に形成されている。なお、力検知ブロック４０は圧電素子によって構成してもよい。
【００２７】
また、前記２つの力伝達ブロック４１，４２のうち、力検知ブロック４０と接する第２力伝達ブロック４２は、ガラス製であり、その基端面（図１の下面）が前記力検知ブロック４０の先端面に接合されている。一方、第１力伝達ブロック４１は鉄等の金属製またはセラミック製であり、本実施の形態では半球状とされ、その先端部（図１の上部）が前記力伝達ロッド５の基端面に当接する一方、平面状の基端面は前記第２力伝達ブロック４２の先端面に接着されている。なお、第１力伝達ブロック４１についても、シリコンやガラス等によって形成してもよい。
【００２８】
そして、前記のセンサ素子４が、チューブ８やステム８０を介してインナーハウジング３４に取り付けられている。すなわち、インナーハウジング３４の基端側には、金属製のチューブ８の先端側が嵌め込まれて溶接されており、その内部に固定された円柱状のステム８０の先端面（図１の上面）に、前記センサ素子４が接着されて固定されている。このステム８０には複数の貫通孔が形成されて、ここに挿入されたケーブル８１が封止材料８２によって固定されている。
【００２９】
つまり、本実施の形態においては前記のチューブ８、ステム８０、ケーブル８１および封止材料８２によって、インナーハウジング３４の内部空間を密閉するハーメチックシール端子が構成されている。なお、ケーブル８１の一端は、センサ素子４の力検知ブロック４０の電極にワイヤ８３を介して接続されている。また、ケーブル８１の他端は、図示しないが、増幅回路等を介して電源や測定器（電流計又は電圧計）に接続される。
【００３０】
上述した構成により本実施の形態の燃焼圧センサ１では、燃焼圧が作用することによってダイアフラム３の受圧部３２が撓み、力伝達ロッド５がセンサ素子４の側（図１の下側）に変位すると、このセンサ素子４のピエゾ抵抗素子に押圧力が作用して、その電気抵抗が変化する。これにより、例えば電流源からピエゾ抵抗素子に一定の電流を流していれば、電気抵抗値の変化に応じて出力電圧が変化することになるので、これに基づいて受圧部３２に加わった燃焼圧を検出することができる。
【００３１】
−燃焼圧センサの組み立て−
次に、本実施の形態の燃焼圧センサ１の組み立てについて、図３および図４を参照して説明する。まず、予めガイド部材６に力伝達ロッド５を装入して準備しておき、これを図３に示すようにダイアフラム３の中央孔３１に基端側の開口から挿入して、ダイアフラム・アッセンブリとする。また、力検知ブロック４０および力伝達ブロック４１，４２、即ちセンサ素子４をステム８０に固定し、これをチューブ８内に固定して、センサ・アッセンブリとして準備しておく。
【００３２】
そして、図４の上段に示すようにダイアフラム・アッセンブリにセンサ・アッセンブリを組み付ける。このときには、センサ・アッセンブリのチューブ８の先端側をインナーハウジング３４にその基端側から挿入し、センサ素子４によって力伝達ロッド５を押し込む。こうして力伝達ロッド５の先端面５ａをダイアフラム３の受圧部３２に押し当てて、プリロードを加えた状態で、チューブ８の外周面とインナーハウジング３４の内周面とを溶接する。
【００３３】
そうしてセンサ・アッセンブリを組み付けたダイアフラム・アッセンブリに対して、図４の下段に示すようにアウターハウジング２を組み付ける。すなわち、ダイアフラム・アッセンブリにおけるダイアフラム３の支持部３０の基端側を、アウターハウジング２にその先端部の開口から挿入し、支持部３０の外周のフランジ部３３をアウターハウジング２の開口の周縁部に載置して、溶接する。
【００３４】
以上、説明したように本実施の形態の燃焼圧センサ１は、エンジンの燃焼室に臨むダイアフラム３の受圧部３２からセンサ素子４に押圧力を伝達する力伝達ロッド５が、その押圧力の伝達方向（軸線Ｘ方向）に変位可能となるように、外周からガイド部材６によって取り囲まれている。このことで、力伝達ロッド５の先端面５ａとダイアフラム３の受圧部３２の裏面との位置ずれを抑制できるので、両者を接着剤によって固定する必要がなく、接着剤の乾燥工程は不要である。
【００３５】
また、そうしてガイド部材６によって位置ずれが抑制できることから、力伝達ロッド５の先端面５ａとダイアフラム３の受圧部３２の裏面との接触面積を大きくして、摩擦力を増大させる必要もない。そこで、本実施の形態では力伝達ロッド５の先端面５ａを凸曲面として、押圧力を伝達する系のばね定数を小さくし、その固有振動数を低下させている。これにより、エンジンの異常燃焼などによりダイアフラム３に大きな燃焼圧が作用しても、力伝達ロッド５などの共振が起こり難くなり、センサ素子４の第２力伝達ブロック４２のようなガラス製の構成部品の破損を防止する上で有利になる。
【００３６】
さらに、前記のガイド部材６の吸水性が高いことから、インナーハウジング３４の内部空間に水分が残存していても、この水分がガイド部材６によって吸収されるようになる。このことで、センサ素子４の第２力伝達ブロック４２のようなガラス製の構成部品が水分に曝されて脆くなることを抑制でき、その信頼性が高くなる。また、チューブ８をインナーハウジング３４に組み付けて溶接するときに、不活性雰囲気で作業を行う必要がなく、そのためにコスト高になる心配もない。
【００３７】
−他の実施形態−
本発明は、上述した実施の形態の記載に限定されるものではない。例えば前記の実施形態では、自動車用のエンジンに装備される燃焼圧センサ１について説明したが、これに限ることはなく、例えば自動車以外の車両や船舶などの乗り物に搭載されるエンジン、若しくは定置型のエンジンに装備される燃焼圧センサにも本発明は適用可能である。
【００３８】
また、前記実施形態のように燃焼圧センサ１の先端部に環状のシール部材７を配設する必要もないし、アウターハウジング２の内部にインナーハウジング３４を設ける二重構造とする必要もない。さらに、インナーハウジング３４にチューブ８を嵌め込む構造とする必要もないし、ガイド部材６をダイアフラム３の中央孔３１に挿入する必要もなく、前記した実施の形態の燃焼圧センサ１の具体的な構造は、単なる例示に過ぎない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、エンジンの燃焼圧センサにおけるダイアフラムと力伝達ロッドとの位置ずれを抑制でき、センサ素子の信頼性の確保にも有利になるので、例えば自動車用のエンジンに装備する燃焼圧センサに適用して効果が高い。
【符号の説明】
【００４０】
１        燃焼圧センサ
３        ダイアフラム
４        センサ素子
４２    第２力伝達ブロック（ガラス製の構成部品）
５        力伝達ロッド
６        ガイド部材
Ｘ        力伝達ロッドの軸線（押圧力の伝達方向）
【図１】
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【図２】
2017191068.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017191068.tif 000006