JP5141202B2 - 圧力センサの取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、圧力センサをエンジンに取り付け、エンジンの燃焼室の圧力を検出するようにした圧力センサの取付構造に関する。

従来より、この種の一般的な圧力センサの取付構造としては、たとえば、特許文献１に記載のものが提案されている。

このものにおいては、圧力センサは、筒状の胴体部の一端部に、圧力を受ける受圧部としてのダイアフラムを有するものであり、この胴体部を、その一端部側から、エンジンに設けられ燃焼室に通じる取付穴に対して挿入して取り付けるようにしている。

ここにおいて、圧力センサの胴体部の外面のうち胴体部の一端部よりも他端部側の部位には、シール面が設けられており、このシール面を取付穴の内面に密着させてシールすることにより、筒内圧すなわち燃焼室内の圧力を受圧部にて受けるようにしている。
特開２００５−４３３６４号公報

しかしながら、上記した従来の取付構造においては、圧力センサの胴体部は、シール面では取付穴に対してシールされているものの、このシール面によるシール部分よりも燃焼室側においては、取付穴と胴体部との間に隙間が存在する。

つまり、胴体部におけるシール面よりも一端部側の部位とエンジンとの間に隙間が存在する。そのため、この隙間に、燃焼室内の燃焼ガスが侵入することで、センサが高い熱負荷にさらされ、受圧部を含む胴体部の熱歪みによる変位によって圧力検出の誤差が発生し、検出精度が悪化するという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、圧力センサをエンジンに取り付け、エンジンの燃焼室の圧力を検出するようにした圧力センサの取付構造において、圧力センサの胴体部の熱歪みを低減し、圧力検出誤差の低減を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、胴体部（１）の外面のうちシール面（３３）よりも胴体部（１）の一端部側の部位は、当該部位が燃焼室（２０２）内の燃焼ガスに直接接触するのを防止するカバー部材（３００）により被覆され、カバー部材（３００）の外面と取付穴（２０１）の内面とは離れていることを特徴とする。

それによれば、カバー部材（３００）が、胴体部（１）の外面のうちシール面（３３）よりも胴体部（１）の一端部側の部位と燃焼ガスとの間を遮断することで、当該部位の熱負荷が低減するため、圧力センサ（１００）の胴体部（１）の熱歪みを低減し、圧力検出誤差の低減を図ることができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１００のエンジン２００への取付構造を示す概略断面図である。

この圧力センサ１００は、大きくは、筒状の胴体部１と、この胴体部１に接続されたコネクタ部２とを有するものである。また、エンジン２００には、燃焼室２０２に通じる取付穴２０１が設けられており、圧力センサ１００の胴体部１は、その一端部（図１中の下端部）から取付穴２０１に挿入されて、エンジン２００の燃焼室２０２に臨んだ状態となっている。

本例では、胴体部１は、その一端部側から受圧部としての受圧用ダイアフラム１０、筒状をなすメタルケース２０、筒状をなす金属ステム３０、筒状をなすハウジング４０が、順次、溶接やロウ付け、接着などにより接続され一体化されて構成されたものである。そして、この胴体部１の他端部すなわちハウジング４０に対して、コネクタ部２が接続されている。

まず、ハウジング４０は、たとえばステンレスなどの金属製のものであり、このハウジング４０の外面には、エンジン２００の取付穴２０１に対して圧力センサ１００を固定するための取付部４１が形成されている。

本例では、取付部４１は、取付穴２０１とネジ結合可能なネジ部４１として構成されている。つまり、本例の圧力センサ１００は、このネジ部４１とネジ穴としての取付穴２０１とのネジ結合により、エンジン２００に固定されて取り付けられる。

金属ステム３０は、中空筒形状に加工されたステンレスなどの金属製の部材であり、メタルケース２０側の端部が開口部３１、ハウジング４０側の端部が閉塞された薄肉状の歪み部３２となっている。

この金属ステム３０の歪み部３２は、受圧用ダイアフラム１０が受けた圧力Ｐが、後述する圧力伝達機構により印加されることで、歪むようになっている。そして、この歪み部３２には、当該歪み部３２の圧力Ｐによる歪みに基づいて信号を発生する検出素子５０が設けられている。

また、この金属ステム３０の外周面には、周面と直交する方向へ張り出したシール面３３が全周に形成されている。このシール面３３は、胴体部１のシール面３３として構成されるものであり、図１に示されるように、燃焼室２０２側からコネクタ部２側へ向かって拡径したテーパ面となっている。

また、このシール面３３に対向する取付穴２０１の内面は、シール面３３に対応したテーパ状の座面となっている。そして、圧力センサ１００をエンジン２００へネジ結合したとき、その軸力により、この胴体部１のシール面３３とエンジン２００の取付穴２０１の内面とが密着してシールがなされる。

メタルケース２０は、ステンレスなどの金属製のものであり、金属ステム３０の開口部３１にはめ込まれて、接合固定されている。そして、上記受圧用ダイアフラム１０は、このメタルケース２０における胴体部１の一端部側すなわち胴体部１の燃焼室２０２側の端部に、接合されている。

この受圧用ダイアフラム１０は、たとえばステンレスなどの金属製円形板状のものである。そして、この圧力センサ１００のエンジン２００への取付状態においては、燃焼室２０２内の圧力Ｐは、図１中の白抜き矢印に示されるように、胴体部１の一端部に位置する受圧用ダイアフラム１０に印加され、この圧力Ｐの印加により、受圧用ダイアフラム１０は、歪み変形するようになっている。

また、金属ステム３０の中空部およびメタルケース２０の中空部により形成される空間内部には、圧力伝達部材６０が設けられている。この圧力伝達部材６０は、たとえばステンレスなどの金属やセラミックなどからなるものであり、本例では棒状をなす。

圧力伝達部材６０の各端部は、それぞれ金属ステム３０の歪み部３２、受圧用ダイアフラム１０に対して荷重を与えた状態で接触しており、圧力Ｐは、受圧用ダイアフラム１０から圧力伝達部材６０を介して金属ステム３０の歪み部３２に印加されるようになっている。

本例では、このような圧力検出機構により、受圧用ダイアフラム１０が受けた圧力Ｐが、金属ステム３０の歪み部３２に伝達され、この歪み部３２の歪みに基づいて上記検出素子５０から信号が出力されるようになっている。

また、図１に示されるように、ハウジング４０の内部には、セラミック基板などからなる配線基板４２が設けられている。そして、配線基板４２にはＩＣチップ４３が搭載され、図示しないボンディングワイヤなどにより配線基板４２と電気的に接続されている。このＩＣチップ４３は、検出素子５０からの出力を増幅したり調整したりするための回路が形成されたものである。

さらに、図１に示されるように、ハウジング４０内において、このＩＣチップ４３と検出素子５０とは、配線部材４４により電気的に接続されている。ここでは、配線部材４４としては、リード線やフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）などを採用している。

そして、上記コネクタ部２は、ハウジング４０に対して、Ｏリング４５を介して接続されている。このコネクタ部２はＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂などからなるもので、コネクタ部材２には、金属製のターミナル２ａがインサート成形などにより一体化されている。

このコネクタ部２は、一端側がハウジング４０の開口部に挿入された状態でハウジング４０に組み付けられており、ハウジング４０の開口部の縁部がコネクタ部２にかしめられることにより、コネクタ部２とハウジング４０とが一体に固定されている。

また、ハウジング４０内にてコネクタ部２のターミナル２ａは、配線基板４２と電気的に接続されている。そして、ターミナル２ａは自動車のＥＣＵなどに対して、電気的に接続可能となっており、それにより、本圧力センサ１００は外部との信号のやりとりなどが可能になっている。

このように、本実施形態の取付構造においては、圧力センサ１００は、筒状の胴体部１の一端部に受圧部としての受圧用ダイアフラム１０を有するとともに胴体部１の外面のうち胴体部１の一端部よりも他端部側の部位にシール面３３を有するものであり、このような圧力センサ１００を、エンジン２００の取付穴２０１に対して、胴体部１の一端部側から挿入し、シール面３３を取付穴２０１の内面に密着させてシールすることにより、燃焼室２０２内の圧力Ｐを検出可能としている。

そして、本実施形態では、胴体部１の外面のうちシール面３３よりも胴体部１の一端部側の部位、すなわち胴体部１の燃焼室２０２側の部位は、カバー部材３００により被覆されている。そして、このカバー部材３００によって、当該部位が燃焼室２０２内の燃焼ガスに直接接触するのを防止している。

図２は、図１におけるカバー部材３００の近傍部を拡大して示す概略断面図である。このカバー部材３００は、胴体部１の外面のうちシール面３３よりも胴体部１の一端部側の部位の外面を被覆しているが、当該胴体部１の一端部側の部位のうち受圧用ダイアフラム１０における圧力Ｐが印加される面を除いて、当該受圧用ダイアフラム１０は必ずカバー部材３００にて被覆されるようにする。

これは、受圧用ダイアフラム１０が圧力センサ１００の検出精度に最も影響を与える受圧部として構成されているためである。また、カバー部材３００は、上記胴体部１の一端部側の部位と取付穴２０１の内面との隙間２０３に設けられているが、本実施形態では、カバー部材３００の外面と取付穴２０１の内面とは離れている。

このカバー部材３００は、上記胴体部１の一端部側の部位のうち受圧用ダイアフラム１０を含む部位に挿入される筒状をなす。そして、カバー部材３００に被覆されている上記胴体部１の一端部側の部位の外面とカバー部材３００の内面とは、接触している。

また、このカバー部材３００は、金属、特に胴体部１を構成する金属よりも熱伝導性に優れたものであって、且つ、上記燃焼ガスの温度に耐えうる耐熱性を有する材料よりなるものである。そのような材料としては、たとえば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、ポリイミド樹脂、炭素繊維、セラミックなどが挙げられる。

ここで、カバー部材３００は、胴体部１に対して圧入、嵌合、溶接、接着、ロウ付けなどにより接合固定される。そして、本実施形態の取付構造は、カバー部材３００を胴体部１に接合した後、圧力センサ１００を、その胴体部１の一端部側から取付穴２０１に挿入し、ネジ部４１を介してネジ締めを行うことにより、形成される。

ところで、本実施形態によれば、胴体部１の外面のうちシール面３３よりも胴体部１の一端部側の部位を、当該部位が燃焼ガスに直接接触するのを防止するカバー部材３００により被覆している。ここで、カバー部材３００の外面と取付穴２０１の内面とは離れているため、上記隙間２０３に燃焼室２０２からの燃焼ガスが侵入する。

しかし、このカバー部材３００によって、上記胴体部１の一端部側の部位と燃焼ガスとの間が遮断されるため、当該胴体部１の一端部側の部位の熱負荷が低減する。そのため、本実施形態によれば、圧力センサ１００の胴体部１の熱歪みを低減し、圧力検出誤差を低減することができる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサの取付構造の要部を示す概略断面図である。この図３は、本実施形態におけるカバー部材３００の近傍部を拡大して示す図であるが、本実施形態の取付構造のうち図３に示されない部分は、上記図１と実質的に同様のものである。

上記第１実施形態に示したカバー部材３００では、上記図２に示されるように、カバー部材３００の外面と取付穴２０１の内面とは離れていたが、本実施形態のカバー部材３００は、カバー部材３００の外面と取付穴２０１の内面とが直接接触している。この点が上記第１実施形態との相違点である。

つまり、本実施形態では、カバー部材３００と取付穴２０１すなわちエンジン２００とが直接接触しており、圧力センサの胴体部１からカバー部材３００を介してエンジン２００へつながる熱の伝達経路が形成されている。

上述したが、この種の圧力センサにおいては、上記図１に示したように、胴体部１が燃焼ガスから受けた熱は、胴体部１のシール面３３からこれに接触するエンジン２００に放熱されるが、このシール面３３と受圧部である受圧用ダイアフラム１０とが離れているため、受圧用ダイアフラム１０の熱負荷を十分に低減するためには、シール面３３以外の放熱経路を設けるのがよい。

この点を考慮して、本実施形態では、カバー部材３００の外面と取付穴２０１の内面とを接触させ、放熱経路を形成している。なお、この場合、カバー部材３００による放熱経路が形成されるため、カバー部材３００の材質としては、上記した樹脂やセラミック以外にも、ステンレスなどの金属であってもよい。

それによって、上記第１実施形態と同様、胴体部１の熱歪みの低減による圧力検出誤差の低減が図れるとともに、受圧用ダイアフラム１０が燃焼ガスから受けた熱が、カバー部材３００を介してエンジン２００へ放熱されるため、受圧用ダイアフラム１０の放熱性の向上図れる。

また、この場合、カバー部材３００によるエンジン２００への放熱経路が形成されればよく、このカバー部材３００によって圧力センサの胴体部１と取付穴２０１の内面との隙間２０３がシールされていなくてもよい。つまり、カバー部材３００は、胴体部１の外面の全周にて、取付穴２０１の内面に接触していなくてもよく、部分的に接触したものであってもよい。

（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサの取付構造の要部を示す概略断面図である。ここでも、本実施形態の取付構造のうち図４に示されない部分は、上記図１と実質的に同様のものである。

上記第１実施形態に示したカバー部材３００は、シール面３３よりも胴体部１の一端部側の部位のうち実質的に受圧用ダイアフラム１０およびその近傍の外面のみを被覆していたが、本実施形態のカバー部材３００は、さらにシール面３３の近傍まで延長して設けられている。この点が上記第１実施形態との相違点である。

この場合にも、上記同様、胴体部１の熱歪みの低減による圧力検出誤差の低減が図れるが、上記第１実施形態に比べて、カバー部材３００で被覆される胴体部１の面積が大きいため、胴体部１の熱歪みの低減効果がより顕著になることが期待される。

（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係る圧力センサの取付構造の要部を示す概略断面図である。ここでも、本実施形態の取付構造のうち図５に示されない部分は、上記図１と実質的に同様のものである。

本実施形態のカバー部材３００は、上記第３実施形態のカバー部材３００において、さらに、上記第２実施形態と同様、カバー部材３００の外面と取付穴２０１の内面とを直接接触させている。この場合も、胴体部１の熱歪みの低減および受圧用ダイアフラム１０の放熱性の向上が実現され、圧力検出誤差の低減が期待できる。

（他の実施形態）
なお、カバー部材は、上記図１においてシール面３３よりも胴体部１の一端部側の外面を被覆し、当該被覆された外面が燃焼ガスに直接接触しないようにするものであればよく、上記した図２〜図５に示されるものに限定されない。

また、圧力センサの胴体部は、上記実施形態に限定されるものではなく、筒状であってその一端部に受圧部を有するとともに、その外面に当該一端部からエンジンの取付穴に挿入されたときにシールを行うシール面を有するものであればよい。また、受圧部としては、上記した受圧用ダイアフラム１０に限定されるものではない。

また、圧力センサの検出動作については、受圧部が受けた圧力を信号に変換して出力するものであればよく、上記図１に示したような検出素子５０、配線基板４２、ターミナル２ａなどの接続構成は、一実施形態であり、これに限定されるものではない。

本発明の第１実施形態に係る圧力センサのエンジンへの取付構造を示す概略断面図である。 図１におけるカバー部材の近傍部を拡大して示す図である。 本発明の第２実施形態に係る圧力センサの取付構造の要部を示す概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る圧力センサの取付構造の要部を示す概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る圧力センサの取付構造の要部を示す概略断面図である。

符号の説明

１…胴体部、１０…受圧部としての受圧用ダイアフラム、３３…シール面、
１００…圧力センサ、２００…エンジン、２０１…取付穴、２０２…燃焼室、
３００…カバー部材。

Claims (1)

1. 筒状の胴体部（１）を有し、この胴体部（１）の一端部に圧力を受ける受圧部（１０）を有するとともに前記胴体部（１）の外面のうち前記胴体部（１）の一端部よりも他端部側の部位にシール面（３３）を有する圧力センサ（１００）を、
   エンジン（２００）に設けられた穴であって燃焼室（２０２）に通じる取付穴（２０１）に対して、前記胴体部（１）の一端部側から挿入し、前記シール面（３３）を前記取付穴（２０１）の内面に密着させてシールすることにより、燃焼室（２０２）内の圧力を前記受圧部（１０）にて受けるようにした圧力センサの取付構造において、
   前記胴体部（１）の外面のうち前記シール面（３３）よりも前記胴体部（１）の一端部側の部位は、当該部位が前記燃焼室（２０２）内の燃焼ガスに直接接触するのを防止するカバー部材（３００）により被覆され、前記カバー部材（３００）の外面と前記取付穴（２０１）の内面とは離れていることを特徴とする圧力センサの取付構造。

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