(57)【要約】【課題】通常燃焼時の筒内圧の検出精度を向上させるとともに、異常燃焼時にセンサ素子に直接的に伝達される筒内圧を低減させることのできる筒内圧センサを提供する。【解決手段】筒内圧センサは、筒状のハウジング１０と、可撓性を有し、ハウジング１０の一端部に設けられたダイアフラム１１と、ダイアフラム１１の内面と対向し、ダイアフラム１１との間に収容室１８を形成する対向部材１５と、収容室１８に収容されていて、圧力に応じて出力信号が変化するセンサ素子２０と、収容室１８に収容されていて、一端がダイアフラム１１に連結され、他端がセンサ素子２０に連結されている力伝達部材を構成するガラスブロック４０及びロッド４１とを備え、収容室１８には、耐熱性のグリス５０が充填されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のハウジングと、
可撓性を有し、前記ハウジングの一端部に設けられたダイアフラムと、
前記ダイアフラムの内面と対向し、前記ダイアフラムとの間に収容室を形成する対向部材と、
前記収容室に収容されていて、圧力に応じて出力信号が変化するセンサ素子と、
前記収容室に収容されていて、一端が前記ダイアフラムに連結され、他端が前記センサ素子に連結されている力伝達部材とを備え、
前記収容室には、耐熱性のグリスが充填されている筒内圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示された筒内圧センサは、筒状のハウジングと、該ハウジングの先端部に設けられ、燃焼室内の圧力である筒内圧を受けて撓むダイアフラムとを有している。ダイアフラムは、有底筒状に形成された第１ダイアフラムを有し、この第１ダイアフラムは、ハウジング側の端部が開口部、ハウジング側と反対側の底部が受圧面となるように配置されている。ダイアフラムは、さらに、ハウジングに固定される第２ダイアフラムを有し、この第２ダイアフラムに第１ダイアフラムの開口部が固定されることによって、第１ダイアフラムと第２ダイアフラムとの間には密封空間が形成されている。この密封空間にはオイルが充填されている。第２ダイアフラムの内面には力伝達部材の一端が連結されている。力伝達部材の他端は、ハウジングの内部に収容されているセンサ素子に連結されている。センサ素子は、作用する圧力に応じて出力信号を変化させる。第１ダイアフラムの受圧面に作用した筒内圧は、密封空間内のオイルを介して第２ダイアフラムに伝達され、力伝達部材を通じてセンサ素子に伝えられる。筒内圧センサではセンサ素子の出力信号に基づいて筒内圧を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８‐７０１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃焼室においてプレイグニッションなどの異常燃焼が生じると、瞬間的で過大な筒内圧が筒内圧センサに作用する。上記特許文献１に記載の筒内圧センサでは、密封空間内のオイルを介して筒内圧をセンサ素子側へ伝達している。したがって、第１ダイアフラムの受圧面全体で受圧した、異常燃焼時における瞬間的で過大な筒内圧を密封空間内のオイル全体で吸収するため、その筒内圧がセンサ素子に直接的に伝達されることを抑制する。しかし、異常燃焼が生じていない通常燃焼時の筒内圧であっても、密封空間内のオイル全体で吸収して、筒内圧がセンサ素子に直接的に伝達されることを抑制することとなる。したがって、通常燃焼時の筒内圧の検出では、その精度を向上させることは難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための筒内圧センサは、筒状のハウジングと、可撓性を有し、前記ハウジングの一端部に設けられたダイアフラムと、前記ダイアフラムの内面と対向し、前記ダイアフラムとの間に収容室を形成する対向部材と、前記収容室に収容されていて、圧力に応じて出力信号が変化するセンサ素子と、前記収容室に収容されていて、一端が前記ダイアフラムに連結され、他端が前記センサ素子に連結されている力伝達部材とを備え、前記収容室には、耐熱性のグリスが充填されている。
【０００６】
上記構成の筒内圧センサでは、ダイアフラムで受圧した筒内圧は、そのダイアフラムに連結されている力伝達部材を介することで直接的にセンサ素子に伝達されることとなる。したがって、上記特許文献１に開示された筒内圧センサに比べて通常燃焼時の筒内圧の検出精度が向上する。また、異常燃焼時における瞬間的で過大な筒内圧をダイアフラムで受圧した場合には、その筒内圧を、収容室内の力伝達部材だけでなく、収容室内に充填されているグリスでも吸収することができる。そのため、収容室内にグリスが充填されていない構成に比して、センサ素子に直接的に伝達される筒内圧が低減される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】筒内圧センサの一実施形態の構成を示す断面図。
【図２】センサ素子の構成を示す斜視図。
【図３】筒内圧センサに通常燃焼による筒内圧が作用しているときの状態を示す断面図。
【図４】筒内圧センサに異常燃焼による筒内圧が作用しているときの状態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
筒内圧センサの一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、筒内圧センサは、筒状のハウジング１０を有している。ハウジング１０の一端部には、可撓性を有するダイアフラム１１が設けられている。ダイアフラム１１は、例えば金属からなり、ハウジング１０の一端部を塞いでいる。ダイアフラム１１は、本体部１２と、該本体部１２からハウジング１０の内部に向けて筒状に延出された延出部１３とを有している。延出部１３は、ハウジング１０の内面から離間している。ダイアフラム１１は、本体部１２から外方に拡径したフランジ１４を有している。フランジ１４は、ハウジング１０の一端面と対向していて、その一端面に固定されている。フランジ１４は、その外周面がハウジング１０の外周面と面一である。
【０００９】
本体部１２の中心部分は、その周縁部分に比して薄肉になっており、燃焼室内の圧力である筒内圧に応じて撓む可撓部１２Ａを構成している。可撓部１２Ａは、その中心部分がハウジング１０の軸線方向（図１の上下方向）においてハウジング１０の内部側（図１の下方）に湾曲した形状をなしている。
【００１０】
ハウジング１０の内部には、対向部材１５が設けられている。対向部材１５は、円柱状の挿通部１６と、挿通部１６のダイアフラム１１側とは反対側の端面に立設された円筒状の筒部１７とを有している。筒部１７はダイアフラム１１から離間する方向に延びている。挿通部１６と筒部１７との外径は略同一である。筒部１７には、外面から外方に突出した係止部１７Ａが形成されており、該係止部１７Ａはダイアフラム１１の延出部１３の端面に固定されている。挿通部１６は、ダイアフラム１１の延出部１３の内部に挿通され、その外面が延出部１３の内面に当接している。挿通部１６及び筒部１７は、例えば金属からなり、一体物として構成されている。対向部材１５のダイアフラム１１に対向する端面と、ダイアフラム１１の内面とによって収容室１８が構成されている。
【００１１】
収容室１８には、センサ素子２０が収容されている。センサ素子２０は、一端面が対向部材１５の挿通部１６に固定されている。図２に示すように、センサ素子２０は、例えば真性半導体からなり、略直方体形状の基台部２１を有している。基台部２１の上端面２１Ａには、メサ型の突出部であるメサ部２２が設けられている。メサ部２２は、導電材としてボロンやアルミニウムなどの３価のイオンが添加された導電部であり、圧力に応じて抵抗値が変化する。メサ部２２は、上端面２１Ａに２つの溝２３を形成することにより形成されている。基台部２１には、メサ部２２を挟むようにして一対の電極２５が設けられている。電極２５は、基台部２１の上端面２１Ａに例えば金属などを蒸着することによって薄膜状に形成されている。一方の電極２５にはメサ部２２の一端が電気的に接続され、他方の電極２５にはメサ部２２の他端が電気的に接続されている。
【００１２】
センサ素子２０の一対の電極２５は、図１に示すように、それぞれリード線３０を介して一対の端子３１に連結されている。各端子３１は、対向部材１５の挿通部１６を貫通して筒部１７の内部をハウジング１０の軸線方向に延びており、細長状に形成されている。各端子３１は、筒内圧センサの回路部３２に連結されている。回路部３２には、定電流部３２Ａ及び検出部３２Ｂが設けられている。定電流部３２Ａは、定電流源を有しており、一定の電流が流れるように制御されている。各端子３１を介して、定電流部３２Ａからセンサ素子２０に一定の電流が供給されている。そのため、センサ素子２０のメサ部２２に荷重が作用して、該メサ部２２の抵抗値が変化すると、一対の電極２５間に発生している電圧が変化する。この電圧に対応した検出信号は回路部３２の検出部３２Ｂに出力される。
【００１３】
図１及び図２に示すように、センサ素子２０の上端面２１Ａには、メサ部２２及び溝２３を覆うように、例えば陽極接合によってガラスブロック４０が固定されている。ガラスブロック４０には、ダイアフラム１１の可撓部１２Ａの内面に連結されたロッド４１が固定されている。ロッド４１は、ダイアフラム１１との当接面が湾曲した形状をなしている。ロッド４１は、断熱性を有し、例えば、セラミックスから構成されている。ロッド４１及びガラスブロック４０によって力伝達部材が構成されている。すなわち、力伝達部材の一端はダイアフラム１１に連結され、他端がセンサ素子２０に連結されている。
【００１４】
収容室１８には、グリス５０が充填されている。グリス５０は、基油に増ちょう剤を拡散させたものであり、基油のみの場合に比して粘度が高められている。グリス５０は耐熱性を有しており、例えば基油としてシリコン油を用い、増ちょう剤として金属石けんを用いたシリコングリスである。なお、耐熱性とは、燃焼熱を受けて温度が上昇したときに分解しない性質のことをいう。センサ素子２０、ガラスブロック４０、及びロッド４１は収容室１８内においてグリス５０に埋設されている。なお、例えば、対向部材１５、センサ素子２０、ガラスブロック４０、及びロッド４１を一体に組付けた構成物を、内面にグリス５０が塗布されたダイアフラム１１に組付けることにより、グリス５０が充填された収容室１８を構成することができる。
【００１５】
本実施形態の作用効果について、図３及び図４を参照して説明する。
（１）図３に矢印Ｐ１で示すように、筒内圧は、ダイアフラム１１の一端面の全体に作用する。これにより、グリス５０が圧縮されて、図３に二点鎖線で示す状態から実線で示すように、可撓部１２Ａはハウジング１０の内部側（図３の下方）に向けて撓む。そして、こうした撓みに伴い、筒内圧が、図３の白抜き矢印で示すように、ダイアフラム１１からロッド４１及びガラスブロック４０を介して直接的にセンサ素子２０に伝達される。したがって、オイルを介して筒内圧を伝達する上記特許文献１に開示された筒内圧センサに比べて、通常燃焼時の筒内圧の検出精度が向上する。
【００１６】
また、図４に矢印Ｐ２で示すように、異常燃焼時における瞬間的で過大な筒内圧をダイアフラム１１で受圧する場合もある。グリス５０は、上述したように粘度が高いため、通常燃焼時の筒内圧に比してその作用時間の短い異常燃焼における瞬間的な筒内圧では、体積変化が生じにくい。そのため、異常燃焼における瞬間的な筒内圧では、グリス５０は圧縮されにくい。そのため、その筒内圧を、収容室１８内のロッド４１及びガラスブロック４０だけでなく、図４に矢線で示すように、収容室１８内に充填されているグリス５０でも受け止めて吸収することができる。そのため、図４に白抜き矢印で示すように、異常燃焼における筒内圧（矢印Ｐ２）よりも小さい圧力がセンサ素子に作用することとなる。したがって、収容室１８内にグリス５０が充填されていない構成に比して、ダイアフラム１１からセンサ素子２０に直接的に伝達される筒内圧が低減される。
【００１７】
（２）グリス５０によって収容室１８が満たされてガラスブロック４０が覆われている。そのため、ガラスブロック４０に水分が付着してガラスブロック４０が脆化することも抑えられる。したがって、ガラスブロック４０の脆化を抑制し、ひいては筒内圧センサの耐久性の向上に貢献できる。
【００１８】
上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。
・耐熱性のグリス５０としては、シリコングリスに限らない。例えば、基油としてフッ素油を用いたフッ素グリスなどを採用してもよい。また、増ちょう剤として、金属石けん以外のものを採用してもよい。例えば、非石けん系の増ちょう剤を採用してもよい。
【００１９】
・ダイアフラム１１の内面と、対向部材１５のダイアフラム１１に対向する端面とによって収容室１８を構成したが、収容室１８はこうした構成に限られない。例えば、ダイアフラム１１の延出部１３を省略するとともに、対向部材１５の係止部１７Ａの外面とハウジング１０の内面とを当接させて該ハウジング１０に対向部材１５を連結する。この構成では、収容室１８は、ダイアフラム１１、対向部材１５、及びハウジング１０によって構成される。また、収容室１８は、ダイアフラム１１及び対向部材１５がその構成部材となるのであれば、ハウジング１０以外の部材をその構成部材として有してもよい。
【００２０】
・ダイアフラム１１は、可撓部１２Ａの中心部分がハウジング１０の内部側に湾曲している例を説明したが、ダイアフラム１１の構成はこうしたものに限られない。例えば、可撓部１２Ａは湾曲せず、平板状であってもよい。
【００２１】
・力伝達部材をガラスブロック４０とロッド４１との二つの部材によって構成したが、一つの部材によって構成してもよい。すなわち、ガラスブロック４０を省略し、ロッド４１をその一端がダイアフラム１１に連結され、その他端がセンサ素子２０に連結されるように配設してもよい。また、三つ以上の部材によって力伝達部材を構成してもよい。
【符号の説明】
【００２２】
１０…ハウジング、１１…ダイアフラム、１２…本体部、１２Ａ…可撓部、１３…延出部、１４…フランジ、１５…対向部材、１６…挿通部、１７…筒部、１７Ａ…係止部、１８…収容室、２０…センサ素子、２１…基台部、２１Ａ…上端面、２２…メサ部、２３…溝、２５…電極、３０…リード線、３１…端子、３２…回路部、３２Ａ…定電流部、３２Ｂ…検出部、４０…ガラスブロック、４１…ロッド、５０…グリス。
【図１】
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【図２】
2017173243.tif 000004
【図３】
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【図４】
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