(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持手段により実質的にエンジンヘッドに取り付けられて燃焼室の圧力に対する検出感度の異なる２つの圧電素子と、一方の圧電素子の出力信号から他方の圧電素子の出力信号の成分を除去する除去手段とを具備する燃焼圧検出装置において、
一方の圧電素子を保持する第１の保持手段を、
前記一方の圧電素子を前記エンジンヘッドとの間に挟み込む挟持部と、
該挟持部と結合するとともに、前記エンジンヘッドと螺結する先端部がエンジンヘッドを貫通して前記燃焼室内に突出し前記燃焼室の圧力の変化に応動して前記挟持部の前記一方の圧電素子に対する荷重を変化せしめる応動部とを具備する構成とし、
他方の圧電素子を保持する第２の保持手段を、
前記挟持部とのみ締結して、該挟持部との間に前記他方の圧電素子を挟み込み、前記他方の圧電素子に負荷される荷重が前記燃焼室の圧力に応じて変化しない構成としたことを特徴とする燃焼圧検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃焼圧検出装置において、前記挟持部を、鍔部を有するナットにより構成して前記鍔部と前記エンジンヘッドの間に前記圧電素子を挟み込む構造とし、
前記応動部を、前記ナットと螺結するとともに前記エンジンヘッドに形成した貫通孔に螺入するねじ部材により構成し、
前記第２の保持手段を、前記鍔部よりも上方で前記ナットと締結する環状部材により構成して該環状部材と前記鍔部の間に前記他方の圧電素子を挟み込む構造とした燃焼圧検出装置。
【請求項３】
エンジジンヘッドに保持手段により取り付けられて燃焼室の圧力に対する検出感度の異なる２つの圧電素子と、一方の圧電素子の出力信号から他方の圧電素子の出力信号の成分を除去する除去手段とを具備する燃焼圧検出装置において、
一方の圧電素子を保持する第１の保持手段を、
前記一方の圧電素子を前記エンジンヘッドとの間に挟み込む挟持部と、
該挟持部と結合するとともに、前記エンジンヘッドと螺結する先端部がエンジンヘッドを貫通して前記燃焼室内に突出して前記燃焼室の圧力の変化に応動して前記挟持部の前記一方の圧電素子に対する荷重を変化せしめる応動部とを具備する構成とし、
他方の圧電素子を保持する第２の保持手段を、
前記エンジンヘッドの上面に設けた締結部にて前記エンジンヘッドと締結して、該挟持部との間に前記他方の圧電素子を挟み込み、前記他方の圧電素子に負荷される荷重が前記燃焼室の圧力に応じて変化しない構成としたことを特徴とする燃焼圧検出装置。
【請求項４】
請求項３記載の燃焼圧検出装置において、前記挟持部をナットにより構成して該ナットと前記エンジンヘッドの間に前記圧電素子を挟み込む構造とし、
前記応動部を、前記ナットと螺結するとともに前記エンジンヘッドに形成した貫通孔に螺入するねじ部材により構成し、
前記第２の保持手段を、ナットと、前記締結部としての前記エンジンヘッドの有底孔に螺入するねじ部材とにより構成し、前記ナットと前記エンジンヘッドの間に前記他方の圧電素子を挟み込む構造とした燃焼圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関において、エンジンヘッドを室壁の一部として形成された燃焼室内の圧力（以下、燃焼圧という）を検出することにより失火等の燃焼状態を判断して機関制御に供することが行われている。燃焼圧を検出する燃焼圧検出装置として、従来より、ＰＺＴ等の圧電効果を利用する圧電素子に負荷される荷重が燃焼圧に応じて変化するように構成したものが知られており、圧電素子の負荷荷重に応じて圧電素子に歪みが変化するのを、圧電作用による電荷（電圧）から判断する（特開平７−１３９７３６号公報等）。
【０００３】
この従来例では、燃焼圧だけではなく、エンジンヘッドを伝わる振動、例えば燃料噴射用のインジェクタの駆動時の振動に基因する信号が圧電素子の出力信号に含まれ、必ずしも検出精度が十分ではない。特開昭６２−１４００３８号公報には圧電素子の有するパイロ効果による電荷の影響を相殺する別の圧電素子を設けた圧力検出器が記載されている。
【０００４】
この圧力検出器では、打ち込みリングが圧入された筒状のハウジングがエンジンヘッドを貫通して取り付けられ、打ち込みリングの上下面に形成された凹部のそれぞれに圧電素子が設けられている。下側の圧電素子は、ハウジングの燃焼室側の端面を閉鎖し燃焼圧を受けるダイヤフラムと一体的に変位するロッドにより下方より押圧される。上側の圧電素子は、打ち込みリングと、圧電素子よりも上方でハウジングと溶接やネジ締め等により結合する固定リングとの間に挟み込まれており、燃焼圧に対して不感である。両圧電素子を並列接続してその出力を燃焼圧の検出出力とすることで、下側の圧電素子に現れるパイロ効果による電荷の影響が上側の圧電素子の出力信号により除去される。
【０００５】
かかる構成によればインジェクタの駆動振動に対しても効果を期待することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記特開昭６２−１４００３８号公報記載の技術では、別の圧電素子が燃焼圧に対して不感となるように、別の圧電素子を打ち込みリングと固定リングとで挟み込むとともに、打ち込みリングと固定リングとをハウジングに対して一体的に固定するようになっており、構成が複雑である。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みなされたもので、構成が簡単で、インジェクタの駆動振動等の影響を除去することのできる燃焼圧検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、保持手段により実質的にエンジンヘッドに取り付けられて燃焼室の圧力に対する検出感度の異なる２つの圧電素子と、一方の圧電素子の出力信号から他方の圧電素子の出力信号の成分を除去する除去手段とを具備する燃焼圧検出装置において、
一方の圧電素子を保持する第１の保持手段を、
前記一方の圧電素子を前記エンジンヘッドとの間に挟み込む挟持部と、
該挟持部と結合するとともに、前記エンジンヘッドと螺結する先端部がエンジンヘッドを貫通して前記燃焼室内に突出し前記燃焼室の圧力の変化に応動して前記挟持部の前記一方の圧電素子に対する荷重を変化せしめる応動部とを具備する構成とする。
他方の圧電素子を保持する第２の保持手段を、
前記挟持部とのみ締結して、該挟持部との間に前記他方の圧電素子を挟み込み、前記他方の圧電素子に負荷される荷重が前記燃焼室の圧力に応じて変化しない構成とする。
【０００９】
一方の圧電素子は、挟持部とエンジンヘッドの間で挟み込まれることにより負荷される荷重が、応動部が燃焼圧に応じて応動することにより変化する。他方の圧電素子は、第２の保持手段と前記挟持部とが締結されているので、第２の保持手段と前記挟持部の間で挟み込まれることにより負荷される荷重が、燃焼圧に応じて変化しない。したがって、エンジンヘッドを伝わる振動による圧電素子の検出信号の変化が好適に除去される。
【００１０】
また、一方の圧電素子は、第１の保持手段の応動部と結合する挟持部によりエンジンヘッドに取り付けられ、他方の圧電素子は、第１の保持手段の挟持部と結合する第２の保持手段により、第１の保持手段を介してエンジンヘッドに取り付けられる。したがって、第２の保持手段をエンジンヘッドに固定するハウジング等の手段は必要がなく、構成簡単である。
【００１１】
請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記挟持部を、鍔部を有するナットにより構成して前記鍔部と前記エンジンヘッドの間に前記圧電素子を挟み込む構造とし、
前記応動部を、前記ナットと螺結するとともに前記エンジンヘッドに形成した貫通孔に螺入するねじ部材により構成し、
前記第２の保持手段を、前記鍔部よりも上方で前記ナットと締結する環状部材により構成して該環状部材と前記鍔部の間に前記他方の圧電素子を挟み込む構造とする。
【００１２】
装置の各部をねじ部材の外周にコンパクトに配置することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明では、エンジジンヘッドに保持手段により取り付けられて燃焼室の圧力に対する検出感度の異なる２つの圧電素子と、一方の圧電素子の出力信号から他方の圧電素子の出力信号の成分を除去する除去手段とを具備する燃焼圧検出装置において、
一方の圧電素子を保持する第１の保持手段を、
前記一方の圧電素子を前記エンジンヘッドとの間に挟み込む挟持部と、
該挟持部と結合するとともに、前記エンジンヘッドと螺結する先端部がエンジンヘッドを貫通して前記燃焼室内に突出して前記燃焼室の圧力の変化に応動して前記挟持部の前記一方の圧電素子に対する荷重を変化せしめる応動部とを具備する構成とする。
他方の圧電素子を保持する第２の保持手段を、
前記エンジンヘッドの上面に設けた締結部にて前記エンジンヘッドと締結して、該挟持部との間に前記他方の圧電素子を挟み込み、前記他方の圧電素子に負荷される荷重が前記燃焼室の圧力に応じて変化しない構成とする。
【００１４】
一方の圧電素子は、挟持部とエンジンヘッドの間で挟み込まれることにより負荷される荷重が、応動部が燃焼圧に応じて応動することにより変化する。他方の圧電素子は、第２の保持手段とエンジンヘッドとが締結されているので、第２の保持手段と前記挟持部の間で挟み込まれることにより負荷される荷重が、燃焼圧に応じて変化しない。したがって、エンジンヘッドを伝わる振動による圧電素子の検出信号の変化が好適に除去される。
【００１５】
また、一方の圧電素子は、第１の保持手段の応動部と結合する挟持部によりエンジンヘッドに取り付けられ、他方の圧電素子は、第２の保持手段により、直接にエンジンヘッドに取り付けられる。したがって、構成簡単であり、低背化を図ることができる。
【００１６】
請求項４記載の発明では、請求項３の発明の構成において、前記挟持部をナットにより構成して該ナットと前記エンジンヘッドの間に前記圧電素子を挟み込む構造とし、
前記応動部を、前記ナットと螺結するとともに前記エンジンヘッドに形成した貫通孔に螺入するねじ部材により構成し、
前記第２の保持手段を、ナットと、前記締結部としての前記エンジンヘッドの有底孔に螺入するねじ部材とにより構成し、前記ナットと前記エンジンヘッドの間に前記他方の圧電素子を挟み込む構造とする。
【００１７】
ねじ締めのみで組付けを完了することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１、図２に本発明の第１実施形態になる燃焼圧検出装置を示す。燃焼圧検出装置は燃焼圧センサ１、これより出力される信号の信号処理回路４等からなる。燃焼圧センサ１は、エンジンヘッド７を貫通する貫通孔である取り付け孔７２に螺設されたグロープラグ３２を締結部材として、エンジンヘッド７からの突出するグロープラグ３２の突出部の外周に取り付けられており、略環状の全体形状を有している。
【００１９】
図２は燃焼圧センサの拡大断面を示し、メネジ部３１２が形成された挟持部であるナット３１が、オネジ部３２１が形成された応動部である前記グロープラグ３２（図１）に螺着される。これらナット３１とグロープラグ３２とで保持手段３Ａ（図１）を構成する。ナット３１はその中ほどに鍔部３１１が形成された段付きの形状のもので、鍔部３１１の下方位置でナット３１の外周には、ナット３１と同軸に、環状の絶縁プレート２６Ａ、信号側電極環２３Ａ、圧電素子２１Ａ、アース側電極環２２Ａが、鍔部３１１側からこの順に設けられ、第１のセンサ部２Ａを構成している。一方、鍔部３１１の上方位置でナット３１の外周には、ナット３１と同軸に、環状の絶縁プレート２６Ｂ、信号側電極環２３Ｂ、圧電素子２１Ｂ、アース側電極環２２Ｂが、鍔部３１１側からこの順に設けられ、第２のセンサ部２Ｂを構成している。両センサ部２Ａ，２Ｂは鍔部３１１の上と下とで基本的に対称な構成となっている。
【００２０】
第１のセンサ部２Ａのアース側電極環２２Ａの上面、第２のセンサ部２Ｂのアース側電極環２２Ｂの下面には、それぞれ深い環状溝が形成されており、環状溝には、ナット３１に同軸に、環状の前記圧電素子２１Ａ，２１Ｂおよび信号側電極環２３Ａ，２３Ｂが配設されるとともに、圧電素子２１Ａ，２１Ｂおよび信号側電極環２３Ａ，２３Ｂの内周と外周とに径の異なるパイプ状の絶縁管２７Ａ，２８Ａ，２７Ｂ，２８Ｂが設けてある。
【００２１】
第１のセンサ部２Ａのアース側電極環２２Ａはナット３１に対して摺接または遊嵌状態となるように内径が設定されており、ナット３１を締めることにより、圧電素子２１Ａに上下方向に所定の予荷重が負荷されるとともに、圧電素子２１Ａの上端面が信号側電極環２３Ａと密着し、下端面がアース側電極環２２Ａの溝底面と密着する。また、アース側電極環２２Ａはエンジンヘッド７と密着し、圧電素子２１Ａの下端面がアース側電極環２２Ａおよびエンジンヘッド７を介して接地される。
【００２２】
一方、第２のセンサ部２Ｂの保持手段であるアース側電極環２２Ｂは内径部２２１がナット３１と圧接状態となるように内径が設定されており、ナット３１に圧入固定されて圧電素子２１Ｂに上下方向に所定の予荷重が負荷されるとともに、圧電素子２１Ｂの下端面が信号側電極環２３Ｂと密着し、上端面がアース側電極環２２Ｂの溝底面と密着する。しかして、圧電素子２１Ｂの上端面がアース側電極環２２Ｂ、これと圧接するナット３１、グロープラグ３２およびエンジンヘッド７を介して接地される。
【００２３】
また、絶縁プレート２６Ａ，２６Ｂは内径および外径がアース側電極環２２Ａ，２２Ｂと略同じもので、アース側電極環２２Ａ，２２Ｂ、信号側電極環２３Ａ，２３Ｂの端面とナット鍔部３１１の段面との接触が禁止される。
【００２４】
第１の信号側電極環２３Ａと第２の信号側電極環２３Ｂとは内部側の信号線２４によって導通し、容量性素子である圧電素子２１Ａ，２１Ｂが並列接続される。信号側電極環２３Ａ，２３Ｂはまた、外部側の信号線２５によって公知の信号処理回路４の入力部に通じている。信号処理回路４からは燃焼圧に応じた信号が出力され、エンジン制御回路５に入力する。
【００２５】
圧電素子２１Ａ，２１Ｂは上下方向に分極されており、負荷荷重に応じてその両極に電荷が発生する。ここで、第１のセンサ部２Ａの圧電素子２１Ａは、アース側電極環２２Ａに接する側が−極に、信号側電極環２３Ａに接する側が＋極に分極されている。一方、第２のセンサ部２Ｂの圧電素子２１Ｂは、アース側電極環２２Ｂに接する側が＋極に、信号側電極環２３Ｂに接する側が−極に分極されている。
【００２６】
なお、エンジンヘッド７にはインジェクタ６が取り付けられ、噴孔６１が形成された先端部を燃焼室７１内に突出せしめてある。インジェクタ６はソレノイド式のもので、ソレノイド６２の励磁により制御弁６３を切り替えることでニードル弁６４の開閉制御を行う。
【００２７】
さて、グロープラグ３２が燃焼圧による上向きの力を受けて応動し、ナット３１の締め付け力が緩和すると、第１のセンサ部２Ａの圧電素子２１Ａの負荷荷重が変化する。一方、第２のセンサ部２Ｂの圧電素子２１Ｂは、アース側電極環２２Ｂとナット鍔部３１１の間に挟持されるとともに、アース側電極環２２Ｂがナット３１とのみ結合しているから、燃焼圧に対してグロープラグ３２が応動するしないにかかわらず、圧電素子２１Ｂの負荷荷重がまったく変化しない。
【００２８】
また、インジェクタ６の駆動時等にエンジンヘッド７を伝わる振動があると、この振動に基因して両圧電素子２１Ａ，２１Ｂの負荷荷重が変化して、前記電荷が変化する。ここで、圧電素子２１Ａと圧電素子２１Ｂとでは分極方向が逆であり、互いに接続された例えば一方の圧電素子２１Ａの上端面側の極と、他方の圧電素子２１Ｂの下端面側の極とでは、一方の圧電素子２１Ａの上端面側の極で電荷が増大すると、他方の圧電素子２１Ｂの下端面側の極では電荷は減少する。すなわち、信号線２４における信号、すなわち信号線２５を介して信号処理回路４に入力する信号は、インジェクタ６の駆動等に伴う振動ノイズが相殺されて、燃焼圧の検出誤差を減じることができる。
【００２９】
図３はインジェクタ６作動時のタイミングチャートを示すもので、燃焼圧の検出信号は、他方の圧電素子２１Ｂを有しない構造のもの（従来技術（後述する第２実施形態の第１のセンサ部参照））と、本発明のものとを併せて示している。インジェクタ６のニードル弁６４が作動すると、これに基因して従来技術では燃焼圧の検出信号にノイズが混入するのに対して、本発明では他方の圧電素子２１Ｂの出力により、燃焼圧変化に感応する一方の圧電素子２１Ａの出力に現れるノイズ成分を除去することができる。
【００３０】
しかも、他方の圧電素子２１Ｂは燃焼圧に対して全く不感であるから、信号処理回路４に入力する燃焼圧信号のレベルが減じられることなく高いＳ／Ｎで燃焼圧を検出することができる。
【００３１】
本実施形態によれば、両センサ部２Ａ，２Ｂの各部がグロープラグ３２の外周に配置されてコンパクトである。
【００３２】
また、圧電素子２１Ａは実質的にナット鍔部３１１とエンジンヘッド７の間に挟持され、エンジンヘッド７に取り付けられる。また、圧電素子２１Ｂは実質的にナット鍔部３１１とアース側電極環２２Ｂの間に挟持され、ナット３１およびグロープラグ３２を介してエンジンヘッド７に取り付けられる。エンジンヘッド７から立設して圧電素子２１Ｂを保持するハウジング等が不要で、構成簡単である。
【００３３】
（第２実施形態）
図４に本発明の第２の燃焼圧検出装置を示す。燃焼圧検出装置は第１、第２のセンサ部２Ｃ，２Ｄを備えており、第１のセンサ部２Ｃは実質的に前記第１実施形態の燃焼圧センサから第２のセンサ部を除いたものであり、鍔部３１３が形成されたナット３１Ｃが圧電素子２１Ａを挟み込んでいる。
【００３４】
第２のセンサ部２Ｄは、エンジンヘッド７に形成された取り付け孔７３に螺入するボルト３２Ｄを締結部材としてエンジンヘッド７に設けられる。取り付け孔７３は取り付け孔７２と異なり有底のもので、ボルト３２Ｄは燃焼圧に対して応動しない。
【００３５】
オネジ部３２２が形成されたボルト３２Ｄは、メネジ部３１４が形成されたナット３１Ｄと螺結して、ナット３１Ｄとともに圧電素子２Ｄを実質的にエンジンヘッド７に取り付ける保持手段３Ｄを構成する。ナット３１Ｄには鍔部３１５が形成されており、エンジンヘッド７との間に前記圧電素子２Ｄ等で構成されるセンサ部２Ｄを挟持する。
【００３６】
ナット鍔部３１５とエンジンヘッド７の間でナット３１Ｄの外周にはナット３１Ｄと同軸に、アース側電極環２２Ｄ、圧電素子２１Ｄ、信号側電極環２３Ｄおよび環状の絶縁プレート２６Ｄがエンジンヘッド７側からこの順に設けられる。グロープラグ３２がボルト３２Ｄに代わっている点を除き、第１のセンサ部２Ｃと実質的に同じ構成となっており、ナット３１Ｄを締めることで、圧電素子２Ｄに所定の予荷重が負荷されるとともに、圧電素子２Ｄの上端面が信号側電極環２３Ｄと密着、導通し、圧電素子２Ｄの下端面がアース側電極環２２Ｄと密着導通する。また、アース側電極環２２Ｄがエンジンヘッド７と密着、導通する。
【００３７】
なお、圧電素子２１Ｄの分極方向は圧電素子２１Ａと同じとする。
【００３８】
第１のセンサ部２Ａの信号側電極環２３Ａと導通する信号線２４Ｃから取り出される圧電素子２１Ａの出力信号を入力として第１の信号処理回路４Ｃが設けられ、第２のセンサ部２Ｄの信号側電極環２３Ｄと導通する信号線２４Ｄから取り出される圧電素子２１Ｄの出力信号を入力として第２の信号処理回路４Ｄが設けられている。両信号処理回路４Ｃ，４Ｄは第１実施形態と実質的に同じ構成のもので、その出力信号がエンジン制御回路５’に入力する。エンジン制御回路５’は両入力信号の差分を燃焼圧信号としてエンジン制御に供する。
【００３９】
本実施形態でも、第２の圧電素子２Ｄの出力信号により振動に基因する信号成分が圧電素子２Ａの出力信号から除去されることになってインジェクタの駆動ノイズが低減する。
【００４０】
なお、本実施形態では、圧電素子２１Ａ，２１Ｄの分極方向を互いに逆方向とするのもよく、この場合は、エンジン制御回路５’は両入力信号の和を燃焼圧信号とする。圧電素子２１Ａ，２１Ｄの出力信号に現れる振動による成分が逆相となるからである。
【００４１】
また、燃焼圧検出装置の各部の具体的な構成は前記各実施形態に記載のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨に反しない限り任意である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃焼圧検出装置の構成図である。
【図２】前記燃焼圧検出装置を構成する燃焼圧センサの断面図である。
【図３】前記燃焼圧検出装置の作用を説明するタイミングチャートである。
【図４】本発明の別の燃焼圧検出装置の構成図である。
【符号の説明】
１  燃焼圧センサ
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ  センサ部
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｄ  圧電素子
２２Ａ，２２Ｄ  アース側電極環
２２Ｂ  アース側電極環（保持手段、環状部材）
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｄ  信号側電極環
２４，２４Ｃ，２４Ｄ  内部側の信号線
２５  外部側の信号線
２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｄ  絶縁プレート
２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｄ，２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｄ  絶縁管
３Ａ，３Ｃ，３Ｄ  保持手段
３１，３１Ｃ  ナット（挟持部）
３１１，３１３，３１５  鍔部
３２  グロープラグ（応動部）
４，４Ｃ，４Ｄ  信号処理回路
５，５’  エンジン制御回路
６  インジェクタ
６４  ニードル弁
７  エンジンヘッド
７１  燃焼室
７２  取り付け孔（貫通孔）
７３  取り付け孔（有底孔、締結部）
【図１】
0003756390.tif 000002
【図２】
0003756390.tif 000003
【図３】
0003756390.tif 000004
【図４】
0003756390.tif 000005