JP4407044B2 - Combustion pressure sensor structure - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンルーム内に配設されたエンジンに取り付られる構造体（例えばグロープラグ、スパークプラグ、インジェクタ、ボルト等）と、該構造体に取り付けられてエンジンの燃焼圧を検出するための燃焼圧センサと、を備える燃焼圧センサ構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の燃焼圧センサ構造体としては、例えば特開平７−１３９７３６号公報に記載されているようなディーゼル機関等のエンジンに始動補助装置として使用されている燃焼圧センサ付きグロープラグが提案されている。このものは、車両のディーゼルエンジンに取り付けられ、通電により発熱する発熱体を備えた構造体としてのプラグ本体部（グローヒータ）と、該プラグ本体部に作用する燃焼圧に伴う力を圧電セラミックス（圧電素子）の圧電特性に基づく電気信号に変換する燃焼圧センサ（圧力センサ）とを、備えた構成を有する。
【０００３】
このような構成においては、エンジン内で発生した燃焼圧を、エンジンに取り付けられたプラグ本体部の変位として検知するようになっており、この変位が燃焼圧センサの圧電セラミックスへは、締め付け力による軸荷重の変動として伝達されて、電気信号に変換され燃焼圧として出力されるようになっている。そして、この出力信号（燃焼圧）は、該センサから延びる配線部材を介してエンジンルーム外部に配設された外部回路（車両のＥＣＵ等）に入力され、エンジンの各種制御に供される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に、圧電セラミックスのインピーダンスは数百ＫΩ〜数十ＭΩと極めて高いため、燃焼圧センサにおける圧電セラミックスから発生した電荷は、塵・水・或るいは結露等によって、ケースや他の配線へ容易にリークする。そのため、燃焼圧センサからの出力信号は、外部回路へ至る途中で著しく分圧され、結果として出力信号は減衰する。
【０００５】
また、燃焼圧センサにおいては、圧電セラミックスの特性上、出力信号は極めて微弱であるため、出力信号の減衰を最大限抑制することが必要であり、かつ、外部回路に至る入力信号（燃焼圧センサからの出力信号）に対しては耐電気ノイズ性を考慮する必要がある。
【０００６】
ここで、従来では、エンジンルーム外部に設けられた外部回路近傍に増幅手段を設け、この増幅手段にて該センサからの出力信号を増幅しており、該センサから増幅手段に至る配線部材は長いもの（例えば１ｍ〜２ｍ）となるため、該センサの微弱な出力信号に電気的ノイズがのりやすい。
【０００７】
ちなみに、耐電気ノイズ性の観点から、最近ディーゼルエンジンにおいても電子化が進んでおり、中でも燃料噴射をつかさどるインジェクタも例外ではなく、急速に電磁化が導入されている。その結果、例えば、燃焼圧センサに近接しているインジェクタでは、十数アンペアもの電流が流れ、その作動時の電流変化に伴うワイヤ並走ノイズ、又はヘッドランプやハザードランプから発生するリレー接点ノイズ、外部からの誘導ノイズ等、至る所に電気ノイズ発生源は点在しており、センサの出力信号に対する電気ノイズ対策の必要性は言うまでもない。
【０００８】
なお、このような問題は、燃焼圧センサ付きグロープラグのみならず、エンジンルーム内に配設されたエンジンに取り付られる構造体（例えばスパークプラグ、インジェクタ、ボルト等）と、該構造体に取り付けられてエンジンの燃焼圧を電気信号に変換する燃焼圧センサと、を備える燃焼圧センサ構造体においては、共通の問題として発生すると考えられる。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、エンジンに取り付られる構造体と、該構造体に取り付けられてエンジンの燃焼圧を電気信号に変換する燃焼圧センサとを備える燃焼圧センサ構造体において、燃焼圧センサの出力信号の減衰を抑制するとともに、該出力信号に対する電気的ノイズを低減することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、燃焼圧センサの出力信号を該センサの近傍にて増幅することに着目し、上記目的を解決する手段を創作するに至った。即ち、請求項１の発明においては、燃焼圧センサ（６００）と圧電素子（３２１）からの電気信号を増幅する増幅手段（４１０）とを樹脂にてモールドし、一体化・内蔵し、
燃焼圧センサ（６００）はセンサ固定部（３１０）を有し、
センサ固定部（３１０）は、構造体（２００、７００、８００、９００）の取り付けねじ（２０１ａ）にねじ結合される固定ナット（３１８）と、固定ナット（３１８）と別体になっている押さえ部（３１９）とから構成され、
圧電素子（３２１）及び増幅手段（４１０）は、センサ固定部（３１０）のうち押さえ部（３１９）側に一体化されており、
固定ナット（３１８）の締め付けを行っていない状態では、押さえ部（３１９）が圧電素子（３２１）及び増幅手段（４１０）とともに構造体の取り付けねじ（２０１ａ）の軸回りに自由に回転可能な構成となっており、
固定ナット（３１８）を回転させて取り付けねじ（２０１ａ）にねじ結合することで、固定ナット（３１８）の軸力により燃焼圧センサ（６００）を構造体に取り付けることを特徴としている。
【００１３】
それによって、増幅手段が燃焼圧センサ自身に内蔵されているため、燃焼圧センサの出力信号を該センサ内にて増幅することにより、該センサの出力信号の減衰を抑制できるとともに、該センサと増幅手段との間をつなぐ配線部材を不要とできるから、該出力信号に対する電気的ノイズを低減することができる。
しかも、固定ナット（３１８）を回転させるのみで燃焼圧センサ（６００）の取り付けを行うことができるので、固定ナット（３１８）の回転によるセンサ装着に伴う必要空間を削減できる。
【００１６】
また、請求項２の発明では、上記請求項１の発明における増幅手段（４１０）を、電気的にシールドされたものとしたことを特徴としている。これによれば、圧電素子からの電気信号（燃焼圧センサの出力信号）に対してより電気的ノイズがのりにくくできる。
【００１８】
また、請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明における増幅手段（４１０）に、圧電素子（３２１）からの電気信号中の電気的ノイズを除去するためのフィルタ回路（４１６、４１７）を持たせたことを特徴としており、圧電素子からの電気信号（燃焼圧センサの出力信号）に対する電気的ノイズを効果的に除去することができる。
【００２０】
なお、上記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。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明の燃焼圧センサ構造体を、燃焼圧センサ付きグロープラグに具体化したものとして説明する。図１は、第１実施形態に係る燃焼圧センサ付きグロープラグ１００の全体概略をディーゼルエンジンのエンジンヘッド（本発明でいう内燃機関の被取付部）１へ取り付けた状態にて示す一部縦断面図である。
【００２２】
グロープラグ１００は、大きくは、発熱体を備えかつ燃焼圧伝達の媒体を果たすプラグ本体部（本発明でいう構造体）２００と、エンジンの燃焼圧に伴いプラグ本体部２００に作用する力（プラグ本体部の歪み変位）を圧電素子の圧電特性に基づく電気信号に変換する手段である燃焼圧センサ３００と、上記圧電素子からの電気信号を増幅する増幅手段を内蔵し外部回路（本実施形態では車両のＥＣＵ）へ電気的接続が可能なコネクタ４００と、該コネクタ４００と燃焼圧センサ３００とを電気的に接続する配線部材としてのリード線５００と、を備えて構成されている。
【００２３】
エンジンヘッド１には、各気筒毎に外表面から内部の燃焼室１ａまで貫通するねじ穴（グローホール）が形成されており、各ねじ穴に対して、プラグ本体部２００は、プラグの軸方向（長手方向）に挿入されている。プラグ本体部２００は、金属製の中空パイプ状のハウジング２０１を有し、その外周面に形成された取付ねじ２０１ａにおいてエンジンヘッド１のねじ穴とねじ結合されて固定されている。
【００２４】
プラグ本体部（構造体）２００は、ハウジング２０１内に保持された中空パイプ状のシース管２０２を備える。このシース管２０２は耐熱・耐食性合金（例えばステンレス材ＳＵＳ３１０等）よりなり、先端側（図１中の下方側）が閉塞され他端側（図１中の上方側）が開口している。シース管２０２の先端側内部には、ＮｉＣｒ及びＣｏＦｅ等の抵抗線からなる発熱コイル２０３が設けられ、シース管２０２の他端側内部には、金属製棒状の中軸２０４の一端側が一部挿入された形で配置されている。
【００２５】
発熱コイル２０３の一端はシース管２０２の先端側に結合し、発熱コイル２０３の他端は中軸２０４の一端に結合している。また、発熱コイル２０３及び中軸２０４とシース管２０２との間には、耐熱性を有する酸化マグネシウム等の絶縁粉末２０５が充填されている。
【００２６】
シース管２０２はスウェージングによる絞り加工が施されており、それによって、内部に充填された絶縁粉末２０５の緻密性を高めると共に、該絶縁粉末２０５を介してシース管２０２と中軸２０４及び発熱コイル２０３とが強固に保持固定されている。
【００２７】
ここで、シース管２０２のうち発熱コイル２０３を包含する部分において、これらシース管２０２、発熱コイル２０３及び絶縁粉末２０５により、発熱体２０６が構成されている。そして、発熱体２０６は、その先端部（シース管２０２の先端部）が露出するように、ハウジング２０１の内部に接合保持されている。発熱体２０６（シース管２０２の外周面）とハウジング２０１との接合は、嵌合圧入による固着または銀ロウ等のロウ付けにより行うことができる。
【００２８】
また、ハウジング２０１の上端側の内部において、絶縁性のべークライト材からなるワッシャ２０７、シリコン又はフッ素ゴムからなるＯリング２０８が、中軸２０４に挿入配置されている。ここで、ワッシャ２０７は中軸２０４の芯出しを目的としたもので、Ｏリング２０８はハウジング２０１内の防水・気密性確保を目的としたものである。
【００２９】
そして、中軸２０４は、フェノール等の絶縁樹脂からなる絶縁ブッシュ２０９を介在して、中軸２０４に設けられた端子ねじ２０４ａに沿って固定ナット２１０にて、ハウジング２０１へ固定されている。ここで、絶縁ブッシュ２０９は中軸２０４とハウジング２０１との接触による短絡防止機能を兼ね備えている。
【００３０】
また、中軸２０４の他端側に設けられた端子ねじ２０４ａには、コネクティングバー２が端子ナット２１１によって固定され電気的に接続されている。このコネクティングバー２は図示しない電源に接続され、中軸２０４、発熱コイル２０３、シース管２０２、ハウジング２０１を介してエンジンヘッド１にアースされている。これにより、グロープラグ１００において発熱体２０６は発熱し、ディーゼルエンジンの着火始動補助を行うことが可能となっている。
【００３１】
なお、発熱体２０６は、上記した金属抵抗線を基本としたいわゆる金属発熱体の他に、例えば、窒化珪素と珪化モリブデンを成分とした導電性セラミックスからなる発熱体を、窒化珪素を成分とした絶縁性セラミックからなる絶縁体で内包する形で焼結した、いわゆるセラミック発熱体でも良い。
【００３２】
次に、燃焼圧センサ３００は全体が略リング状をなすもので、図１に示す様に、プラグ本体部（構造体）２００におけるエンジンヘッド１の表面から軸方向へ突出した部分において、該突出部の外周面に固定されるとともに、エンジンヘッド１の表面に接触するように配置されている。図２は、図１中の燃焼圧センサ（圧力センサ）３００の詳細を示す拡大図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ矢視図を示している。
【００３３】
燃焼圧センサ３００は、大きくは、センサ本体をプラグ本体部（構造体）２００に取り付けるためのナット（センサ固定部）３１０と、燃焼圧に伴う力に応じて電気信号（電荷）を発生する圧電素子部３２０と、この圧電素子部３２０にて発生した電気信号を取出しリード線５００に導くためのリード部３３０と、ナット３１０とともに圧電素子部３２０を挟持し且つリード部３３０の一部を固定するための台座３４０と、圧電素子部３２０の防塵、防水を図るためのメタルケース３５０とを備えている。
【００３４】
まず、ナット３１０及びリード部３３０について述べる。ナット３１０は金属製であり、プラグ本体部２００のハウジング２０１に設けられた取付ねじ２０１ａを介してセンサ本体を装着固定するためのねじ部３１１及び六角部３１２を備え、ハウジング２０１の外周に固定されている。また、六角部３１２の下側は、順に大径部３１３、小径部３１４が形成されており、小径部３１４の外周面には、シリコンからなる熱収縮性の絶縁チューブ３１５が密着固定されている。
【００３５】
リード部３３０は、圧電素子部３２０とリード線５００の一端側とを電気的に接続するための部分であり、電極３３１、インシュレータ３３２、固定金具３３３及びリード線５００の一端側を、その構成要素として備えている。
【００３６】
電極３３１は環状で金属製のものであり、インシュレータ３３２はこの電極３３１とナット３１０との間に介在して両者３３１及び３１０を互いに絶縁するもので、環状でマイカ或るいはアルミナ等の絶縁性材料よりなる。これら電極３３１及びインシュレータ３３２は、絶縁チューブ３１５で被覆されたナット３１０の小径部３１４の外縁に嵌入されている。
【００３７】
ここで、リード線５００は、その最内部から外側にかけて、導電性の信号取出線５０１、絶縁性の絶縁被覆５０２、導電性のアース側シールド線５０３、絶縁性の絶縁被覆５０４が順次と積層された構成を有し、信号取出線５０１とアース側シールド線５０３とは電気的に絶縁されている。そして、図２に示す様に、リード線５００は、その一端側において先端から順に、信号取出線５０１、絶縁被覆５０２、アース側シールド線５０３が、それぞれ一部露出した構成となっている。
【００３８】
そして、リード線５００の一端側では、信号取出線５０１が、ナット３１０に形成された穴３１６及びインシュレータ３３２に形成された切欠き部３３２ａを通して、電極３３１に形成された穴３３１ａにて電極３３１に溶接され結線されている。なお、リード線５００の他端側は、後述の図５（ａ）に示す様に、コネクタ４００に接続されている。
【００３９】
また、固定金具３３３は、リード線５００をナット３１０に固定するためのもので中空パイプ状をなし、リード線５００の一端側の外周に設けられている。ここで、ナット３１０に形成された上記穴３１６の上側部分は、固定金具３３３を保持するための固定金具保持穴３１６ａとして構成されており、この保持穴３１６ａには、固定金具３３３の一部が挿入固定されている。
【００４０】
固定金具３３３はリード線５００にかしめ固定されており、アース側シールド線５０３と固定金具３３３は電気的に接続されている。なお、固定金具保持穴３１６ａから突き出た固定金具３３３の外周部分はシリコンからなる熱収縮性の絶縁被覆３３３ａにて被覆されている。
【００４１】
次に、圧電素子部３２０は、その中空部がナット３１０の小径部３１４に対応した円環状をなし、上記電極３３１と同様、該小径部３１４の外周面に沿って上記絶縁チューブ３１５を介して配設されている。ここで、図３に、圧電素子部３２０の詳細説明図を示す。図３において、（ａ）は信号取出側ワッシャリング３２２の単体斜視図、（ｂ）は圧電素子部３２０の拡大縦断面図である。
【００４２】
図３（ｂ）に示す様に、圧電素子部３２０は、３層の圧電セラミックス（本発明でいう圧電素子）３２１を、信号取出側ワッシャリング３２２及びアース側ワッシャリング３２３と組合わせた積層構造を構成している。各圧電セラミックス３２１は同一寸法の円盤リング状をなし、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛等からなる。
【００４３】
また、信号取出側ワッシャリング３２２は、図３（ａ）に示す様に、薄い円環状の同一の金属板３２２ａ、３２２ｂを上下２枚に配置し、少なくとも一部を円環の外縁側面部３２２ｃで結合されるようプレス加工によって製作されたものである。
【００４４】
また、アース側ワッシャリング３２３も、信号取出ワッシャリング３２２と、同じく前記同様の形状・製造法で製作され、図３（ｂ）及び図２（ａ）に示す様に、薄い円環状の同一の金属板３２３ａ、３２３ｂを上下２枚に配置し、少なくとも一部を円環の外縁側面部３２３ｃ（図２（ａ）参照）で結合されたものである。
【００４５】
そして、圧電素子部３２０においては、図３（ｂ）に示す様に、金属板３２２ａ、圧電セラミックス３２１、金属板３２３ａ、圧電セラミックス３２１、金属板３２２ｂ、圧電セラミックス３２１、金属板３２３ｂの順に、両ワッシャリング３２２、３２３の外縁側面部３２２ｃと３２３ｃとが接触しないよう積層状に配置されている。
【００４６】
次に、ナット３１０とともに圧電素子部３２０を挟持し且つリード部３３０の一部を固定するための台座３４０は、金属製からなる略円環状をなす。台座３４０は、エンジンヘッド１との接触側端面に、図２（ｂ）に示す様に、ナット３１０の小径部３１４の末端に形成された小判状の回り止め３１７に対応し、且つ、この回り止め３１７に容易に嵌合可能な同様の小判状の回り止め受け３４１が形成されている。
【００４７】
また、台座３４０の外縁には、例えばＳＵＳ３０４からなる金属製円筒状のメタルケース３５０が設けられており、このメタルケース３５０により燃焼圧センサ３００全体の外周が包含されている。このメタルケース３５０は、厚さ０．５ｍｍ以下の薄い金属板を円筒状に絞り加工し製作したもので、台座３４０に対して全周、レーザー溶接又は銅ロウ等のロウ付けで接合されている。
【００４８】
このメタルケース３５０との一体化を図った台座３４０においては、その回り止め受け３４１とナット３１０の回り止め３１７とが正確に対向している。さらに、台座３４０の内径部３４２と、ナット３１０の小径部３１４の中央付近に設けた切欠き溝に嵌着配置させたシリコン又はフッ素ゴムからなるＯリング３４３とは、双方確実に密着している。
【００４９】
また、メタルケース３５０はナット３１０の大径部３１３に内接する様に嵌入されており、メタルケース３５０とナット３１０の大径部３１３との内接部３５１を、ＹＡＧレーザー溶接で全周接合されている。
【００５０】
こうして、台座３４０は、ナット３１０の軸力（ねじ締め力）によりエンジンヘッド１の表面に押しつけられた格好となっている。そして、圧電素子部３２０、電極３３１及びインシュレータ３３２は、ナット３１０の軸力により、ナット３１０と台座３４０との間に挟持されて介在固定されている。
【００５１】
かかる燃焼圧センサ３００の組付方法は、次のようである。まず、リード線５００の一端側において、信号取出線５０１を電極３３１の穴３３１ａに溶接する。また、固定金具３３３をナット３１０の固定金具保持穴３１６ａに嵌入し、溶接又は銅ロウ等のロウ付けにより結合する。また、ナット３１０の小径部３１４にインシュレータ３３２を装着する。
【００５２】
この固定金具３３３及びインシュレータ３３２が装着されたナット３１０に対して、リード線５００の他端側を、インシュレータ３３２側から穴３１６へ挿入しつつ、リード線５００の一端側が結線された電極３３１を、ナット３１０の小径部３１４へ嵌入させる。電極３３１を所定位置に配置した後、固定金具３３３、アース側シールド線５０３を、同時にかしめて固定する。
【００５３】
この後、リード線５００の一部と固定金具３３３とを絶縁被覆３３３ａで被覆し、防塵・防水を図る。これにより、アース側シールド線５０３と固定金具３３３とは、電気的にも接続される。
【００５４】
次に、圧電セラミックス３２１及び両ワッシャリング３２２、３２３からなる圧電素子部３２０を、ナット３１０の小径部３１４へ挿入する。そして、ろう付け等によりメタルケース３５０と一体化した台座３４０を、ナット３１０の小径部３１４へ挿入するとともに、回り受け３１７と回り受け止め３４１とを一致させる。そして、台座３４０とナット３１０とを密接させるように加圧した状態で、メタルケース３５０とナットの大径部３１３とをレーザ溶接する。
【００５５】
こうして、燃焼圧センサ３００が完成する。この燃焼圧センサ３００は、プラグ本体部２００に対して、発熱体２０６側から挿入し、所定位置となるように、ハウジング２０１の取付ねじ２０１ａとナット３１０のねじ部３１１及び六角部３１２とによってねじ結合することで、取り付けられる。
【００５６】
かかる燃焼圧センサ３００は、燃焼室１ａ内での燃焼圧の発生に伴いプラグ本体部（構造体）２００に作用される力（プラグ軸方向の荷重変動）を圧電素子部３２０の圧電特性に基づく電気信号（電荷）に変換する。この電気信号は、リード線５００から、コネクタ４００に送られるようになっている。ここで、燃焼圧センサ３００は、以下のような幾つかの特徴を有する。
【００５７】
１つ目の特徴は、圧電素子部３２０において、各構成要素を積層状に配置する際、プラスとマイナスに分極している圧電セラミックス３２１の電極面の方向性を、図４に示す様に、信号取出ワッシャリング３２２と接触する側の電極面がプラス、アース側ワッシャリング３２３と接触する側の電極面がマイナスとなるようしていることである。これにより、３枚の圧電セラミックス３２１が電気的に並列結合された状態となり、これら３枚の圧電セラミックス３２１の出力感度が合算され、大巾な感度向上を図る事ができる。
【００５８】
２つ目の特徴は、ナット３１０の回り止め３１７及び台座３４０の回り止め受け３４１が、プラグ本体部２００のハウジング２０１に設けられた取付ねじ２０１ａを介して燃焼圧センサ３００を回転、装着する場合において、ナット３１０の回転軸力を台座３４０に直接伝達させる役目を果たしていることである。
【００５９】
この結果、まず、厚さ０．５ｍｍ以下の薄い金属板からなるメタルケース３５０とナット３１０とのレーザー溶接部、及び台座３４０とのロウ付け部は過大なねじり応力とせん断応力の発生から免れ、これら接合部及びメタルケース３５０の破損が防止できる。
【００６０】
また、ナット３１０と台座３４０とが、相互に連動して回転するため、電極３３１へ結線されている信号取出線５０１の断線は皆無であり、双方を挟持しているインシュレータ３３２と圧電セラミックス３２１に関しては、割れ発生の最大要因であるねじれ応力が負荷されないため、割れが防止できる。
【００６１】
３つ目の特徴は、メタルケース３５０において、０．５ｍｍ以下の板厚の薄化により剛性の指標であるばね定数(Ｋｇ／ｍｍ)を極限に小さくしたことである。それによって、燃焼圧に伴う圧電セラミックス３２１に作用するプラグの軸方向の微小変動を、メタルケース３５０で拘束、抑制することなく確実に伝達させることができる。
【００６２】
４つ目の特徴は、信号発生源である圧電セラミックス３２１並びに信号伝達経路である信号取出線５０１が、エンジンヘッド１にアースされたナット３１０、メタルケース３５０、台座３４０、アース側シールド線５０３及び固定金具３３３により、全体を包含されていることである。これにより、外部からの電気ノイズを遮断し、極めて信頼性の高い耐電気ノイズ性を有した燃焼圧センサ３００を提供することができる。
【００６３】
５つ目の特徴は、金属的に接合されていない台座３４０とナット３１０の小空間においては、Ｏリング３４３を用いて、さらに、固定金具３３３を介してかしめ固定されているリード線５００においては、シリコンからなる熱収縮性の絶縁被覆３３３ａを用いて、外部とは完全密閉を図っている。この結果、極めて信頼性の高い防水・防塵性を有した燃焼圧センサ３００を提供することができる。
【００６４】
６つ目の特徴は、台座３４０に一体化されたメタルケース３５０をナット３１０の大径部３１３に組付ける際、ナット３１０もしくは台座３４０の少なくとも一方を固定し、インシュレータ３３２、電極３３１、圧電セラミックス３２１、及び両ワッシャリング３２２、３２３を加圧した状態にてレーザー溶接を行っていることである。これにより、複数部品の重ね合わせによって生じる微小空間を著しく圧縮して狭化することができ、燃焼圧による微小変位を一段と顕著に検出することができる。
【００６５】
次に、リード線５００の他端側に設けられ、増幅手段を内蔵するコネクタ４００について説明する。図５（ａ）にコネクタ４００の全体断面図、（ｂ）に（ａ）中のＢ矢視図を示す。このコネクタ４００は、本発明の増幅手段としてのチャージアンプ４１０を収納するメタルカバー４２０を有する。このメタルカバー４２０は口径の異なる中空パイプ状をなし、金属板の絞り加工等によって製作される。
【００６６】
メタルカバー４２０の小径口４２１には、金属製で中空パイプ状の固定金具４２２が外部から嵌入されている。この固定金具４２２は、該固定金具４２２に設けられたフランジ４２２ａを介して、メタルカバー４２０の端部に溶接又は銅ロウ等のロウ付けにより接合されている。
【００６７】
一方、メタルカバー４２０の大径口４２３には、金属製でつば状（フランジ状）のメタルキャップ４２４が嵌入されている。メタルキャップ４２４は、上記大径口４２３の内縁に一部が内接して位置固定できるようになっており、また、その中央に端子通し穴４２４ａが形成されている。
【００６８】
また、リード線５００の他端側が、固定金具４２２の中空穴を貫通してメタルカバー４２０内に臨んでいる。リード線５００は、その他端側において、上述の一端側と同様、先端から順に、信号取出線５０１、絶縁被覆５０２、アース側シールド線５０３が、それぞれ一部露出した構成となっている。
【００６９】
このリード線５００の他端側において、固定金具４２２を介して絶縁被覆５０４及びアース側シールド線５０３が同時にかしめ固定されており、それによって、アース側シールド線５０３と固定金具４２２とは電気的に接続されている。
【００７０】
また、チャージアンプ４１０は、シリコンチップ等を用いてＩＣチップ化されたもので、入力端子４１１及び信号出力、ＧＮＤ、電源入力の３端子からなる出力端子４１２を備え、樹脂４１３にてモールドされている。ここで、樹脂４１３としては、例えばポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ)やナイロン、ポリブチレンテレフタレート(ＰＢＴ)等の熱可塑性樹脂、あるいは、シリコンポッティング剤を採用できる。
【００７１】
また、チャージアンプ４１０の入力端子４１１は、固定金具４２２の上記中空穴に貫入されたリード線５００の信号取出線５０１と、入力端子４１１を介して溶接され結線されている。一方、チャージアンプ４１０の出力端子４１２は、メタルキャップ４２４に形成された端子通し穴４２４ａを通して、メタルカバー４２０の外部に引き出されている。
【００７２】
ここで、チャージアンプ（増幅手段）４１０の回路構成を図６に示す。チャージアンプ４１０は、少なくとも、圧電素子部３２０からの電荷を増幅して電圧に変換する電荷増幅／電圧変換回路４１４とこの電荷増幅／電圧変換回路４１４からの電圧を増幅する増幅回路４１５とを有する。本実施形態においては、チャージアンプ４１０は、さらに、両回路４１４、４１５の間に、例えば０．５Ｈｚのハイパスフィルタ４１６を有し、増幅回路４１５の後段に、例えば５ＫＨｚのローパスフィルタ４１７を有する。
【００７３】
なお、増幅回路４１５には、必要に応じて補正回路であるゲイン調整及びオフセット調整回路を設定しても良い。また、ハイパスフィルタ４１６、ローパスフィルタ４１７を独立とする替わりに、バンドパスフィルタに置き換えても良い。この場合、増幅回路４１５前に配置することが望ましい。
【００７４】
この増幅回路４１５を有するチャージアンプ４１０においては、例えば燃焼制御を行なう際、燃焼圧センサ３００の圧電素子部３２０からの電気信号を、ＥＣＵ（外部回路）内へ直接入力可能な０〜３．５Ｖの作動電圧に増幅変換することが可能となっている。
【００７５】
また、ハイパスフィルタ４１６の内蔵により、圧電セラミックス特有で温度変化によって発生する０．１Ｈｚ〜数十Ｈｚの低周波パイロ電気出力（いわゆるベース電圧）のドリフト、さらにはローパスフィルタ４１７の内蔵により、例えばグロープラグの固有振動及びインジェクタ作動時のノズル着座振動といった数ＫＨｚ〜数十ＫＨｚの高周波機械振動など、電気的及び機械的な振動ノイズの除去が可能となっている。
【００７６】
また、メタルカバー４２０の大径口４２３及びメタルキャップ４２４は、例えば、ＰＰＳ、ナイロン、ＰＢＴ等よりなるキャップ状のコネクタ部４２５にて覆われている。このコネクタ部４２５は、図５（ｂ）に示す様に、３本のチャージアンプ４１０の出力端子４１２の先端を露出するように支持し、ＥＣＵから延びる他の配線部材（図示せず）が接続可能な形状となっている。
【００７７】
また、メタルカバー４２０には、ねじ穴を備えたステー（本発明でいう取付部）４２６が溶接等で接合されており、このステー４２６により、コネクタ４００はエンジンルーム内の適所に搭載、固定されるようになっている。また、メタルカバー４２０の外周側面のうちコネクタ部４２５にて覆われる部位には、切欠き溝４２７が形成され、この切欠き溝４２７とコネクタ部４２５とが引っかかることにより、軸方向での引張り強度の補強とコネクタ部４２５の回転防止が為されるようになっている。
【００７８】
かかるコネクタ４００は、次のように形成される。まず、メタルカバー４２０内にてリード線５００とチャージアンプ４１０とを結線し、且つメタルカバー４２０にメタルキャップ４２４を合致させる。この状態のものを、コネクタ部４２５を形成するための射出型に配置固定し、さらに、出力端子４１２とメタルキャップ４２４との接触防止及び位置固定を行うため、出力端子４１２は射出型の中子型にて保持・固定する。
【００７９】
そして、例えば、ＰＰＳ、ナイロン、ＰＢＴ等の熱可塑性樹脂を射出型内に射出して射出成形することで、コネクタ部４２５が形成される。このとき、メタルキャップ４２４の端子通し穴４２４ａから樹脂４１３がメタルカバー４２０内に充填され、チャージアンプ４１０のモールドが同時に行われる。このように、単一工程でメタルカバー４２０内への樹脂充填と出力端子４１２の保持・固定、及びコネクタ部４２５の形成を行うことができる。
【００８０】
これにより、ＩＣチップ化され、樹脂モールドされたチャージアンプ４１０は、信号取出線５０１を含め再び樹脂モールドされることとなり、防塵・防水効果は極めて向上する。また、チャージアンプ４１０は、アースされた金属製のメタルカバー４２０、メタルキャップ４２４、固定金具４２２等により全体を包含されており、耐電気ノイズ性も確保することができる。
【００８１】
以上のように、本実施形態のグロープラグ１００は、プラグ本体部２００、燃焼圧センサ３００、コネクタ４００、及びリード線５００を備えて構成されている。次に、上記グロープラグ１００における燃焼圧の検出メカニズムについて、その全体を通して述べる。
【００８２】
グロープラグ１００におけるプラグ本体部２００は、エンジンヘッド１に設けられているねじ穴（グローホール）に装着され、燃焼圧センサ３００は、ハウジング２０１の取付けねじ２０１ａを介し、圧電素子部３２０の圧電セラミックス３２１に対してプラグの軸方向へ荷重が負荷される様に、該プラグ本体部２００へ装着されている。
【００８３】
ディーゼルエンジンの始動時、図示されていない電源からコネクティングバー２を介してプラグ本体部２００に電圧が印加され、中軸２０４、発熱コイル２０３、シース管２０２、ハウジング２０１を介してエンジンヘッド１にアースされる。これにより、発熱体２０６は発熱し、ディーゼルエンジンの着火始動補助を行うことができる。そして、エンジン始動後、エンジン内で発生した燃焼圧は、発熱体２０６、ハウジング２０１を介して取付けねじ２０１ａに伝達される。
【００８４】
続いて、取付けねじ２０１ａに伝達された燃焼圧は、グロープラグ１００におけるエンジンヘッド１への締付けトルクを緩和させる。それに伴い、燃焼圧センサ３００におけるナット３１０のねじ部３１１を介して圧電セラミックス３２１に負荷されている荷重が緩和される（即ち、圧電セラミックス３２１に負荷されている荷重状態が変化する）ため、圧電セラミックス３２１の有する圧電特性に沿って出力される電気信号の発生電荷が変化する。
【００８５】
尚、該信号は、信号取出側ワッシャリング３２２、電極３３１を介した信号取出線５０１と、またアースされているアース側ワッシャリング３２３、台座３４０、ハウジング２０１、取付けねじ２０１ａ、ねじ部３１１を介してアース側シールド線５０３との間に出力される。
【００８６】
そして、該出力信号は、リード線５００を介して結線されているコネクタ４００のチャージアンプ４１０へ入力される。この入力された信号は、電荷増幅／電圧変換回路４１４、ハイパスフィルタ４１６、増幅回路４１５、ローパスフィルタ４１７にて順次、信号処理された後、チャージアンプ４１０の出力端子４１２からＥＣＵへ入力されることによって、電気信号として、例えば燃焼制御へ応用される。以上が、上記グロープラグ１００における燃焼圧の検出メカニズムの全体である。
【００８７】
ところで、本実施形態のようにチャージアンプ内蔵型コネクタを有するグロープラグによれば、コネクタ４００に、圧電セラミックス３２１からの電気信号（燃焼圧センサ３００の出力信号）を増幅するチャージアンプ（増幅手段）４１０が内蔵されている。そのため、チャージアンプ４１０をコネクタ４００と共に、燃焼圧センサ３００近傍であるエンジンルーム内（例えばエンジンヘッドやヘッドカバー等）に配置できる。
【００８８】
これにより、燃焼圧センサ３００の出力信号を該センサ３００の近傍にて増幅でき、また、燃焼圧センサ３００とチャージアンプ４１０とを結ぶリード線（配線部材）５００も、従来に比べて最小限に短化（例えば、３０ｃｍ以下）でき、リード線５００の時つ静電浮遊容量を減少させ、出力信号の減衰を抑制できる。よって、本グロープラグ１００によれば、センサ３００の出力信号の減衰を抑制するとともに、該出力信号に対する電気的ノイズを低減することができる。
【００８９】
また、本実施形態では、リード線５００を、アースされたアース側シールド線（本発明でいう被覆部材）５０３にて電気的にシールドされており、さらに、このアース側シールド線５０３及びメタルカバー４２０等を介して、チャージアンプ４１０も電気的にシールドされたものとしている。そのため、圧電セラミックス３２１からの電気信号（燃焼圧センサ３００の出力信号）に対してより電気的ノイズがのりにくいものとなっている。
【００９０】
また、本実施形態によれば、チャージアンプ４１０を樹脂４１３でモールドしているため、コネクタ４００の小型化かつチャージアンプ４１０とコネクタ４００との一体化が図れ、チャージアンプ４１０における確実な防水、防塵構造が実現できる。そのため、塵・水・或るいは露結等による燃焼圧センサ３００の出力信号のリークを防止でき、燃焼圧センサ３００の出力信号の減衰をより高いレベルにて抑制することができる。
【００９１】
また、本実施形態によれば、チャージアンプ４１０に、圧電セラミックス３２１からの電気信号中の電気的ノイズを除去するためのフィルタ回路として、ハイパスフィルタ４１６及びローパスフィルタ４１７を持たせたことを特徴としており、圧電セラミックス３２１からの電気信号（燃焼圧センサの出力信号）に対する電気的ノイズを効果的に除去することができる。
【００９２】
そして、この結果、チャージアンプ４１０からのＥＣＵへの入力信号は、極めてＳ／Ｎ比に優れた燃焼圧信号とすることができる。また、圧電セラミックスを用いた燃焼圧センサ付きグロープラグ特有の上記ノイズ信号、即ち、上記した低周波パイロ電気出力のドリフト、グロープラグの固有振動及びインジェクタ作動時のノズル着座振動等の電気的及び機械的な振動ノイズの除去を、チャージアンプ４１０側で処理でき、ＥＣＵへの入力信号は一般的な汎用性が保たれるため、ＥＣＵ側でのハード面の改造の負担を軽減できる。
【００９３】
次に、本実施形態による効果について、図７〜図１３を参照して、より具体的に述べていく。図７及び図８は共に、エンジン条件がアイドリング時の試験結果を表す波形図であり、図７は本実施形態の燃焼圧センサ付きグロープラグ１００、図８はチャージアンプ４１０を車室内のＥＣＵ近傍に搭載した従来の燃焼圧センサ付きグロープラグを示す。
【００９４】
また、図７及び図８において、（ａ）は燃焼圧センサ付きグロープラグと指圧計との出力波形比較図、（ｂ）は燃焼圧センサ付きグロープラグからの出力を縦軸に、指圧計からの出力を横軸にとった相関出力波形図を示している。ここで、指圧計は例えば燃焼室内に直に取り付けられた筒内センサを採用している。
【００９５】
本実施形態のグロープラグ１００の出力波形は、図７から判る様に、指圧計からの出力波形と略同一形状を示すと共に、相関出力波形も圧力上昇時及び減少時とも略同じ値を示し、かつ電気ノイズは検出されていない。一方、従来のものの出力波形は、図８に示す様に、その出力波高値Ｈ１が指圧計の出力波高値Ｈ２に比べ約２０％減少しており、相関出力波形も楕円を示し、出力波形には時間的遅れも発生している。
【００９６】
また、従来においては、特に燃焼による圧力上昇直前付近(α点)、すなわち電磁式インジェクタの燃料噴射時期には規則的な電気ノイズＮ１の発生が見られる。この電気ノイズＮ１は、上記α点を不明確なものとし、結果として、例えば燃焼制御に必要な燃焼に伴うシリンダ内の圧力上昇値・及び燃焼開始時期の検出可否や精度に大きく影響を及ぼす事となる。
【００９７】
それに対して、本実施形態のグロープラグ１００によれば、燃焼圧センサ３００近傍での出力信号の増幅、リード線５００の短化、及び、リード線５００及びチャージアンプ４１０の電気的なシールド等により、出力信号の減衰の抑制及びインジェクタ作動時のノイズ低減が実現できており、このグロープラグ１００からの燃焼圧信号を用いて精度の良い燃焼制御が可能となる。
【００９８】
続いて、図９は、本実施形態と従来の燃焼圧センサ付きグロープラグとの比較において、ヘッドランプ、ハザードランプ等、全１０評価項目の動作による主なリレー接点ノイズの影響状況を示す図表（エンジン条件はアイドリング）である。図９中、○は電気ノイズが観測されなかったことを示し、×は電気ノイズが観測されたことを示す。
【００９９】
本実施形態では、ラジオ及びドアロックを除き、従来のものにおいて電気ノイズが観測されていた比較的、大電流を必要とする８項目に対しても、センサ３００からの出力信号には、電気ノイズは観測されず、耐電気ノイズ性の有効性が確認されている。
【０１００】
ここで、図１０は、従来の燃焼圧センサ付きグロープラグにおいて発生するリレー接点ノイズの一例を示す波形図であり、（ａ）はヘッドランプＯＮ／ＯＦＦ時、（ｂ）はハザードランプ点滅時におけるセンサの出力信号への影響例を示している。ここで、リレー接点ノイズを問題として取り上げる理由であるが、これは、インジェクタ作動時の発生ノイズと異なり、偶発的に発生する点にある（つまり、予期できないノイズである）。
【０１０１】
図１０（ｂ）においては、ハザードランプ点滅時、燃焼に伴う圧力上昇のピーク値から離れたところに電気ノイズＮ３が発生しているが、図１０（ａ）においては、ヘッドランプＯＮ／ＯＦＦ時、偶然にも燃焼に伴う圧力上昇のピーク値付近に電気ノイズＮ２が発生している。
【０１０２】
このため、例えば燃焼制御において、ピークホールド回路を用いた圧力上昇のピーク値を演算すると、実際よりも発生ノイズを加算した値を算出する結果となり、例えばＥＣＵは、目標燃焼圧よりも値が著しく大きいと判断し燃料噴射量を減少させたり、またＥＧＲ量を増量して目標燃焼圧まで燃焼圧を下げようとする。
【０１０３】
その結果、エンジン出力が急激に低下したり、回転変動等のイレギュラーが生じ、ドライバーに対して衝撃やエンジン振動等の不快感を与えることとなる。こういった観点からも出力信号からの電気ノイズ除去によるＳ／Ｎ比向上は不可欠であり、本実施形態によれば、これらの不具合を防止できる。
【０１０４】
次に、図１１は、本実施形態のローパスフィルタ４１７による機械的及び電気的ノイズ信号の除去効果を示す波形図である。この図１１は、エンジン条件が２０００ｒｐｍで全負荷時の試験結果を示すもので、（ａ）は、ローパスフィルタを介在しない従来の燃焼圧センサ付きグロープラグと指圧計との出力波形比較図、（ｂ）は本実施形態であり、５ＫＨｚのローパスフィルタ４１７を介在した出力波形比較図を示している。この図から判る様に、ローパスフィルタ４１７の介在によって、連続的に発生しているエンジン周囲からの高周波機械振動ノイズは除去されている。
【０１０５】
次に、図１２及び図１３を用いて、ハイパスフィルタ４１６による機械的及び電気的ノイズ信号の除去効果を示す。図１２は、ハイパスフィルタを介在しない従来の燃焼圧センサ付きグロープラグと指圧計との出力を連続的に６４波形取り込んだ時の出力波形比較図であり、（ａ）はエンジン条件がアイドリングの場合、（ｂ）はエンジン条件が１２００ｒｐｍで４０Ｎ・ｍ負荷時の場合の、それぞれ試験結果を示している。
【０１０６】
圧電セラミックス特有のパイロ電気出力により、従来の燃焼圧センサ付きグロープラグにおける出力のべース電圧のドリフト幅は、両エンジン条件共に、指圧計に比べて大幅に上回っていることが判る。
【０１０７】
図１３は、本実施形態にて介在するハイパスフィルタ４１６の設定周波数を変化させた場合（０．１Ｈｚ、０．５Ｈｚ）における指圧計とのドリフト幅を、燃焼圧ピーク比を用いて数値比較したものである。ここで言う燃焼圧ピーク比とは、連続的な燃焼圧出力６４波形において最大ドリフト幅に対する燃焼圧ピーク値の割合を示しており、値が小さい程優れる事を意味している。
【０１０８】
例えば、図１２（ａ）に示されるドリフト幅Ｄ、燃焼圧ピーク値Ｐを用い、ドリフト幅Ｄの最大値をＤｍａｘとしたとき、燃焼圧ピーク比は、（Ｄｍａｘ／Ｐ）×１００にて求められる。なお、図１３においては、比較として従来の燃焼圧センサ付きグロープラグ、つまりハイパスフィルタの無いものの燃焼圧ピーク比も示してある。
【０１０９】
結果として、０．５Ｈｚのハイパスフィルタ４１６の介在により、ドリフト幅は従来の１／４〜１／５まで低減され、図１３から判る様に、燃焼圧ピーク比は指圧計と略同じ値を示している。このように、本実施形態では、ハイパスフィルタ４１６の介在によって、圧電セラミックス特有の低周波パイロ電気出力によるノイズが除去できる。
【０１１０】
（第２実施形態）
本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して、プラグ本体部２００は同一構成であるが、リード線を廃止して、燃焼圧センサ自体と圧電セラミックス（圧電素子）３２１からの電気信号を増幅するチャージアンプ（増幅手段）４１０とを樹脂にてモールドし、一体化・内蔵させたところが異なる。
【０１１１】
図１４は、本実施形態の燃焼圧センサ付きグロープラグ１００における燃焼圧センサ６００の詳細拡大図であり、（ａ）は縦断面、（ｂ）は（ａ）中のＣ矢視図を示す。なお、図中、上記第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、説明を簡略化する。
【０１１２】
本実施形態の燃焼圧センサ６００は、大きくは、センサ本体をプラグ本体部２００に取り付けるためのセンサ固定部３１０と、燃焼圧に伴う力に応じて電気信号（電荷）を発生する圧電セラミックス３２１と、この圧電セラミックス３２１にて発生した電気信号を取出すための電極３３１と、センサ固定部３１０とともに圧電セラミックス３２１及び電極３３１を挟持するための台座３４０と、圧電セラミックス３２１の防塵、防水を図るためのメタルケース３５０と、電極３３１と接続されたチャージアンプ４１０を内蔵するコネクタ部６１０と、を備えている。
【０１１３】
本実施形態のセンサ固定部３１０は、プラグ本体部２００のハウジング２０１に設けられた取付ねじ２０１ａを介してセンサ本体を装着固定するための固定ナット３１８と、この固定ナット３１８とは別体であり且つ固定ナット３１８の軸力により圧電セラミックス３２１及び電極３３１を押さえつける部分としての押さえ部３１９とから構成されている。
【０１１４】
固定ナット３１８は、上記第１実施形態におけるナット３１０の六角部３１２と同一構成であり、押さえ部３１９は、上記ナット３１０の六角部３１２を除いた部分に相当し、大径部３１３及び小径部３１４を有する。ただし、上記第１実施形態とは異なり、固定ナット３１８及び押さえ部３１９においてリード線を導くための穴は形成されていない。
【０１１５】
また、押さえ部３１９の内周面には、ねじ部は形成されておらず、押さえ部３１９は、ハウジング２０１の軸回りに自由に回転可能となっている。また、押さえ部３１９の小径部３１４の外周面には、絶縁チューブ３１５が密着固定されている。
【０１１６】
環状の一対の圧電セラミックス３２１は、環状の電極３３１を挟んで積層構造を構成している。この積層体は、絶縁チューブ３１５で被覆された押さえ部３１９の小径部３１４の外縁に嵌入され、固定ナット３１８の軸力により、押さえ部３１９の大径部３１３と台座３４０との間に挟持されている。そして、チャージアンプ４１０の入力端子４１１が、メタルケース３５０に形成されたスリットもしくは穴を通して、電極３３１の外周側面に形成された穴に溶接され結線されている。
【０１１７】
コネクタ部６１０は、電極３３１と結線されたチャージアンプ４１０、メタルケース３５０及び台座３４０を包み込むように、樹脂６１１でモールドしてなる。コネクタ部６１０におけるチャージアンプ４１０の出力端子４１２側は、ＥＣＵから延びる他の配線部材（図示せず）が該出力端子４１２に接続可能な形状となっている。そして、コネクタ部６１０は、固定ナット３１８で締め付けを行っていない状態のとき、固定ナット３１８を除くセンサの他の部分と一体に、ハウジング２０１の軸回りに自由に回転可能となっている。
【０１１８】
かかる燃焼圧センサ６００は、ハウジング２０１の取付けねじ２０１ａを介し、圧電セラミックス３２１に対してプラグの軸方向へ荷重が負荷される様に、該プラグ本体部２００へ装着されている。
【０１１９】
そして、取付けねじ２０１ａに伝達された燃焼圧によって、燃焼圧センサ６００における固定ナット３１８を介して圧電セラミックス３２１に負荷されている荷重が緩和されるため、圧電セラミックス３２１の有する圧電特性に沿って出力される電気信号の発生電荷が変化する。該出力信号は、電極３３１を介してチャージアンプ４１０へ入力され、信号処理された後、出力端子４１２からＥＣＵへ入力される。
【０１２０】
ところで、本実施形態のようにチャージアンプ内蔵型燃焼圧センサを有するグロープラグによれば、チャージアンプ４１０が燃焼圧センサ６００自身に内蔵されているため、燃焼圧センサ６００の出力信号を該センサ内にて増幅することにより、該センサの出力信号の減衰を抑制できる。
【０１２１】
また、本実施形態によれば、該センサとチャージアンプ４１０との間をつなぐリード線の廃止により出力感度への減衰要因が排除され、ライン並走ノイズへの影響も低減でき、該出力信号に対する電気的ノイズを低減することができる。ただし、チャージアンプ４１０の入力端子４１１は、単に樹脂６１１でモールドされている状態即ち電気ノイズに対し一部露出した状態となっているため、完全にシールドされた上記第１実施形態に比べて、総合的には耐電気ノイズ性はやや劣る可能性がある。
【０１２２】
また、本実施形態の燃焼圧センサ６００は、燃焼圧センサの取付けスペースに余裕がある場合、特に有効であるが、より適用範囲を広げるため、固定ナット３１８で締め付けを行っていない状態のとき、ハウジング２０１の軸回りに自由に回転可能な構成となっている。
【０１２３】
上記の回転可能な構成を採用することによって、装着時にはセンサ６００に取付けの方向性を持たせ、かつ、突出したコネクタ部６１０を回転させること無く固定ナット３１８の回転のみで装着できるため、回転による装着に伴う必要空間の削減を図ることができる。
【０１２４】
また、本実施形態によれば、押さえ部３１９、圧電セラミックス３２１、電極３３１、台座３４０及びメタルケース３５０からなるセンサ部分と、チャージアンプ４１０を内蔵するとコネクタ部６１０とを、樹脂６１１による射出成形にて一体化することで、チャージアンプ４１０における、確実な防水、防塵構造が同時に実現できる。
【０１２５】
その結果、塵・水・或いは露結等による燃焼圧センサ６００の出力信号のリークを防止でき、燃焼圧センサ６００の出力信号の減衰をより高いレベルにて抑制できる。さらに、第１実施形態と比較すれば、総部品点数と作業工程は半減でき、低コストで簡素な構造の燃焼圧センサを提供できる。
【０１２６】
また、本実施形態によれば、上記第１実施形態にあったようなリード線で結線されたチャージアンプ内蔵型コネクタの廃止により、装着に伴うリード線の断線及び衝撃打痕によるチャージアンプの破損がなくなり、また一方では、固定ナット３１８による装着を行うようにしており、インパクトレンチの使用が可能となるため、信頼性、装着作業性が共に一段と向上する。
【０１２７】
（他の実施形態）
なお、上記第１実施形態において、エンジンルーム内に取付可能なステー（取付部）４２６を有するチャージアンプ４１０をリード線５００の途中部に介在設定しても良い。この場合も、チャージアンプ４１０をエンジンルーム内に配置でき、燃焼圧センサ３００の出力信号を該センサの近傍にて増幅できるため、燃焼圧センサの出力信号の減衰を抑制するとともに、該出力信号に対する電気的ノイズを低減することができる。ただし、この場合、図１５に示す様に、チャージアンプ４１０の後段のリード線５００は、チャージアンプ４１０の３本の出力端子４１２に接続するため３本必要であり、これら３本のリード線の結線が複雑となる。
【０１２８】
また、チャージアンプはＩＣチップ化されたものでなくとも良く、上記各実施形態に適用可能な形状、大きさを有する一般的な回路基板として構成されたものであっても良い。また、チャージアンプ（増幅手段）４１０の回路構成は図１６に示す様なものであっても良い。図１６においては、上記図６に示す電荷増幅／電圧変換回路４１４を、出力を微分及び積分する出力微分／積分回路４１４ａと、出力微分／積分回路４１４ａからの電流を電圧に変換する電流／電圧変換回路４１４ｂとに置き換えたものである。
【０１２９】
また、上記実施形態では、リード線５００の他端側に設けられたコネクタ４００のメタルカバー４２０、あるいは、リード線５００の途中部に介在設定されたチャージアンプ（増幅手段）４１０に、ステー（取付部）４２６を設け、これらコネクタ及び増幅手段をエンジンルーム内に容易に取り付け可能としたが、これらステー４２６は無くても良い。その場合には、これらコネクタ４００やチャージアンプをエンジンルーム内の適所に接着したり、別体のブラケット等にて固定すれば良い。
【０１３０】
なお、上記実施形態では、燃焼圧センサ構造体として、燃焼圧センサ付きグロープラグを例にとって説明したが、本発明は、燃焼圧センサ付きグロープラグのみならず、エンジンルーム内に配設されたエンジンに取り付られる構造体（例えばインジェクタ、ボルト、スパークプラグ等）と、該構造体に取り付けられてエンジンの燃焼圧を検出する燃焼圧センサと、を備える燃焼圧センサ構造体に適用可能である。
【０１３１】
スパークプラグ７００への適用例を図１７に、インジェクタ８００への適用例を図１８に、ボルト９００への適用例を図１９に、それぞれ示す。図１７においては、スパークプラグ（本発明でいう構造体）７００は、ハウジング７０１に形成された取付ねじ７０１ａによってガソリンエンジンのエンジンヘッド１に取り付けられている。
【０１３２】
図１８においては、ガソリンまたはディーゼルエンジンのエンジンヘッド１に対して、燃料ポンプからの燃料を燃焼室１ａ内に噴射するインジェクタ（本発明でいう構造体）８００が、固定ボルト８０１及び取付ねじ８０１ａにより取り付けられている。また、図１９においては、エンジンヘッド１内の燃焼室１ａに露出した部材としてのボルト（本発明でいう構造体）９００がエンジンヘッド１に取り付けられている。
【０１３３】
そして、図１７〜図１９において、燃焼圧センサ（圧力センサ）３００は、各々の構造体７００〜９００における取付ねじ７０１ａ、８０１ａ、９０１ａに対して取り付けられており、これら構造体に作用する燃焼圧に伴う力を圧電素子３２１の圧電特性に基づく電気信号に変換することによりエンジンの燃焼圧を検出するようになっている。
【０１３４】
これら図１７〜図１９に示す例においても、燃焼圧センサ３００、コネクタ４００及びリード線５００は、上記第１実施形態と同様の構成であり、その効果も同様である。また、これら図１７〜図１９に示す例においても、上記第２実施形態及び、図１５及び図１６に示す変形例を適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃焼圧センサ付きグロープラグの全体概略断面図である。
【図２】図１中の燃焼圧センサを拡大して示す詳細説明図である。
【図３】図２中の圧電素子部の詳細説明図である。
【図４】図２中の圧電素子部における電極面の方向性を示す図である。
【図５】図１中のコネクタを拡大して示す詳細説明図である。
【図６】本発明に係る増幅手段（チャージアンプ）の回路構成図である。
【図７】第１実施形態における燃料噴射時に伴うノイズの除去効果を示す波形図である。
【図８】従来における燃料噴射時に伴うノイズの影響を示す波形図である。
【図９】第１実施形態におけるリレー接点ノイズの除去効果を示す図表である。
【図１０】従来におけるリレー接点ノイズの一例を示す波形図である。
【図１１】第１実施形態におけるローパスフィルタによるノイズの除去効果を示す波形図である。
【図１２】従来におけるハイパスフィルタを介在しない場合のノイズの影響を示す波形図である。
【図１３】第１実施形態におけるハイパスフィルタによるノイズの除去効果を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施形態にかかる燃焼圧センサ付きグロープラグにおける燃焼圧センサの詳細説明図である。
【図１５】本発明におけるチャージアンプをリード線の途中部に介在設定した例を示す図である。
【図１６】本発明に係る増幅手段（チャージアンプ）の他の回路構成例を示す図である。
【図１７】本発明を構造体としてのスパークプラグに適用した例を示す図である。
【図１８】本発明を構造体としてのインジェクタに適用した例を示す図である。
【図１９】本発明を構造体としてのボルトに適用した例を示す図である。
【符号の説明】
１…エンジンヘッド、２００…プラグ本体部、
３００、６００…燃焼圧センサ、３２１…圧電セラミックス、
４００、４００ａ…コネクタ、４１０…チャージアンプ、
４１３、６１１…樹脂、４１６…ハイパスフィルタ、
４１７…ローパスフィルタ、４２６…ステー、５００…リード線、
５０３…アース側シールド線。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a structure (for example, a glow plug, a spark plug, an injector, a bolt, etc.) attached to an engine disposed in an engine room, and a combustion pressure of the engine attached to the structure. And a combustion pressure sensor structure.
[0002]
[Prior art]
As this type of combustion pressure sensor structure, for example, a glow plug with a combustion pressure sensor, which is used as a starting assist device in an engine such as a diesel engine as described in Japanese Patent Laid-Open No. 7-139736, has been proposed. Yes. This is a plug body (glow heater) as a structure having a heating element that is attached to a diesel engine of a vehicle and generates heat when energized, and a piezoelectric ceramic (piezoelectric) that generates a force associated with the combustion pressure acting on the plug body. And a combustion pressure sensor (pressure sensor) that converts it into an electrical signal based on the piezoelectric characteristics of the element.
[0003]
In such a configuration, the combustion pressure generated in the engine is detected as a displacement of the plug body portion attached to the engine, and this displacement is applied to the piezoelectric ceramic of the combustion pressure sensor by a clamping force. It is transmitted as a change in shaft load, converted into an electrical signal, and output as a combustion pressure. The output signal (combustion pressure) is input to an external circuit (such as an ECU of the vehicle) disposed outside the engine room via a wiring member extending from the sensor, and is used for various controls of the engine.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in general, since the impedance of piezoelectric ceramics is extremely high, such as several hundred KΩ to several tens MΩ, the charge generated from the piezoelectric ceramics in the combustion pressure sensor is transferred to the case and other wiring due to dust, water, or condensation. Easily leaks. Therefore, the output signal from the combustion pressure sensor is significantly divided on the way to the external circuit, and as a result, the output signal is attenuated.
[0005]
In addition, since the output signal of a combustion pressure sensor is extremely weak due to the characteristics of piezoelectric ceramics, it is necessary to suppress the attenuation of the output signal to the maximum, and an input signal (combustion pressure sensor) leading to an external circuit is required. The electrical noise resistance must be taken into consideration for the output signal from
[0006]
Here, conventionally, an amplifying means is provided in the vicinity of an external circuit provided outside the engine room, and an output signal from the sensor is amplified by the amplifying means, and a wiring member extending from the sensor to the amplifying means is long. Since it becomes a thing (for example, 1m-2m), it is easy to carry an electrical noise in the weak output signal of this sensor.
[0007]
By the way, from the viewpoint of electric noise resistance, computerization has recently progressed in diesel engines, and injectors that control fuel injection are no exception, and electromagnetization has been rapidly introduced. As a result, for example, in an injector close to the combustion pressure sensor, a current of dozens of amperes flows, wire parallel noise accompanying the current change during operation, or relay contact noise generated from a headlamp or hazard lamp, There are many sources of electrical noise, such as external induced noise, and it goes without saying that there is a need for electrical noise countermeasures for sensor output signals.
[0008]
Such a problem is not only a glow plug with a combustion pressure sensor, but also a structure (for example, a spark plug, an injector, a bolt, etc.) attached to the engine disposed in the engine room, and a structure attached to the structure. The combustion pressure sensor structure including the combustion pressure sensor that converts the combustion pressure of the engine into an electric signal is considered to occur as a common problem.
[0009]
Accordingly, in view of the above problems, the present invention provides a combustion pressure sensor structure including a structure attached to an engine and a combustion pressure sensor attached to the structure and converting the combustion pressure of the engine into an electric signal. An object of the present invention is to suppress the attenuation of the output signal of the pressure sensor and reduce electrical noise with respect to the output signal.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventors have focused on amplifying the output signal of the combustion pressure sensor in the vicinity of the sensor, and have come to create means for solving the above-mentioned object. That is,Claim1In this invention, the combustion pressure sensor (600) and the amplifying means (410) for amplifying the electric signal from the piezoelectric element (321) are molded with resin, and integrated and built-in.And
  The combustion pressure sensor (600) has a sensor fixing part (310),
  The sensor fixing portion (310) includes a fixing nut (318) that is screw-coupled to a mounting screw (201a) of the structure (200, 700, 800, 900), and a presser that is separate from the fixing nut (318). Part (319),
  The piezoelectric element (321) and the amplifying means (410) are integrated on the pressing portion (319) side of the sensor fixing portion (310),
  In a state where the fixing nut (318) is not tightened, the pressing portion (319) can freely rotate around the axis of the mounting screw (201a) of the structure together with the piezoelectric element (321) and the amplifying means (410). And
  The combustion pressure sensor (600) is attached to the structure by the axial force of the fixing nut (318) by rotating the fixing nut (318) and screwing the fixing nut (318) to the mounting screw (201a).It is characterized by that.
[0013]
  As a result, the amplifying means is built in the combustion pressure sensor itself, so that the output signal of the combustion pressure sensor is amplified in the sensor, so that attenuation of the output signal of the sensor can be suppressed and the sensor and the amplification are amplified. Since a wiring member connecting between the means and the means can be eliminated, electrical noise with respect to the output signal can be reduced.
  In addition, since the combustion pressure sensor (600) can be attached only by rotating the fixing nut (318), the necessary space accompanying sensor mounting due to the rotation of the fixing nut (318) can be reduced.
[0016]
  Also, ContractClaim2In the invention of the aboveClaim 1The amplifying means (410) in the invention is characterized by being electrically shielded.According to this,Electrical noise can be made more difficult to be applied to the electrical signal from the piezoelectric element (the output signal of the combustion pressure sensor).
[0018]
  Claims3In the invention ofIn the invention ofclaim 1 or claim 2The amplifying means (410) is provided with filter circuits (416, 417) for removing electrical noise in the electrical signal from the piezoelectric element (321), and the electrical signal ( It is possible to effectively remove electrical noise with respect to the output signal of the combustion pressure sensor.
[0020]
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
In the present embodiment, the combustion pressure sensor structure of the present invention is described as being embodied in a glow plug with a combustion pressure sensor. FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view showing a general outline of aglow plug 100 with a combustion pressure sensor according to a first embodiment attached to an engine head (attached portion of an internal combustion engine in the present invention) 1 of a diesel engine. FIG.
[0022]
Theglow plug 100 generally includes a plug body portion (structure in the present invention) 200 that includes a heating element and serves as a medium for transmitting combustion pressure, and a force (plug) that acts on theplug body portion 200 in accordance with engine combustion pressure.Combustion pressure sensor 300 which is a means for converting the distortion displacement of the main body part into an electric signal based on the piezoelectric characteristics of the piezoelectric element and an amplifying means for amplifying the electric signal from the piezoelectric element are incorporated, and an external circuit (in this embodiment) Aconnector 400 that can be electrically connected to an ECU) of the vehicle, and alead wire 500 as a wiring member that electrically connects theconnector 400 and thecombustion pressure sensor 300 to each other.
[0023]
Theengine head 1 is formed with a screw hole (glow hole) penetrating from the outer surface to theinternal combustion chamber 1a for each cylinder, and theplug body 200 is in the axial direction of the plug with respect to each screw hole. It is inserted (longitudinal direction). The plugmain body 200 has a metal hollow pipe-shapedhousing 201, and is fixed by being screwed to a screw hole of theengine head 1 at anattachment screw 201a formed on the outer peripheral surface thereof.
[0024]
The plug main body (structure) 200 includes a hollow pipe-like sheath tube 202 held in ahousing 201. Thesheath tube 202 is made of a heat-resistant / corrosion-resistant alloy (for example, stainless steel SUS310), and the distal end side (lower side in FIG. 1) is closed and the other end side (upper side in FIG. 1) is opened. Aheating coil 203 made of a resistance wire such as NiCr and CoFe is provided inside the distal end side of thesheath tube 202, and one end side of the metal rod-shapedmiddle shaft 204 is partially inserted into the other end side of thesheath tube 202. It is arranged in the form.
[0025]
One end of theheating coil 203 is coupled to the distal end side of thesheath tube 202, and the other end of theheating coil 203 is coupled to one end of themiddle shaft 204. Further, between theheat generating coil 203 and themiddle shaft 204 and thesheath tube 202, an insulatingpowder 205 such as magnesium oxide having heat resistance is filled.
[0026]
Thesheath tube 202 is subjected to a drawing process by swaging, thereby improving the density of the insulatingpowder 205 filled therein, and thesheath tube 202, themiddle shaft 204, and theheating coil 203 through the insulatingpowder 205. Are firmly held and fixed.
[0027]
Here, in a portion including theheat generating coil 203 in thesheath tube 202, theheat generating body 206 is configured by thesheath tube 202, theheat generating coil 203 and the insulatingpowder 205. Theheating element 206 is joined and held inside thehousing 201 so that the distal end portion (the distal end portion of the sheath tube 202) is exposed. The heating element 206 (the outer peripheral surface of the sheath tube 202) and thehousing 201 can be joined by fixing by fitting press fitting or brazing such as silver brazing.
[0028]
In addition, inside the upper end side of thehousing 201, awasher 207 made of an insulating bakelite material and an O-ring 208 made of silicon or fluororubber are inserted and disposed in themiddle shaft 204. Here, thewasher 207 is for the purpose of centering thecenter shaft 204, and the O-ring 208 is for the purpose of ensuring the waterproof and airtightness in thehousing 201.
[0029]
Theintermediate shaft 204 is fixed to thehousing 201 by a fixingnut 210 along aterminal screw 204a provided on theintermediate shaft 204 with an insulatingbush 209 made of an insulating resin such as phenol interposed therebetween. Here, the insulatingbush 209 also has a function of preventing a short circuit caused by contact between thecenter shaft 204 and thehousing 201.
[0030]
The connectingbar 2 is fixed by aterminal nut 211 and electrically connected to aterminal screw 204 a provided on the other end side of themiddle shaft 204. The connectingbar 2 is connected to a power source (not shown), and is grounded to theengine head 1 through thecenter shaft 204, theheating coil 203, thesheath tube 202, and thehousing 201. Thereby, theheat generating element 206 generates heat in theglow plug 100, and it is possible to assist ignition start of the diesel engine.
[0031]
In addition to the so-called metal heating element based on the metal resistance wire described above, theheating element 206 includes, for example, a heating element made of conductive ceramics containing silicon nitride and molybdenum silicide as components. A so-called ceramic heating element sintered in an encapsulating manner with an insulator made of an insulating ceramic may be used.
[0032]
Next, the entirecombustion pressure sensor 300 has a substantially ring shape. As shown in FIG. 1, the protruding portion of the plug main body (structure) 200 protrudes in the axial direction from the surface of theengine head 1. While being fixed to the outer peripheral surface of the part, it is arranged so as to contact the surface of theengine head 1. FIG. 2 is an enlarged view showing details of the combustion pressure sensor (pressure sensor) 300 in FIG. 1, (a) is a longitudinal sectional view, and (b) is a view taken in the direction of arrow A in (a). .
[0033]
Thecombustion pressure sensor 300 is roughly composed of a nut (sensor fixing portion) 310 for attaching the sensor body to the plug body portion (structure) 200 and a piezoelectric device that generates an electric signal (charge) in accordance with the force accompanying the combustion pressure. Theelement part 320, alead part 330 for taking out an electric signal generated in thepiezoelectric element part 320 and guiding it to thelead wire 500, and thenut 310 together with thepiezoelectric element part 320 and a part of thelead part 330 are fixed. And ametal case 350 for protecting thepiezoelectric element 320 from dust and water.
[0034]
First, thenut 310 and thelead part 330 will be described. Thenut 310 is made of metal and includes ascrew portion 311 and ahexagonal portion 312 for mounting and fixing the sensor main body via a mountingscrew 201 a provided on thehousing 201 of the plugmain body portion 200, and is fixed to the outer periphery of thehousing 201. ing. In addition, a large-diameter portion 313 and a small-diameter portion 314 are sequentially formed on the lower side of thehexagonal portion 312, and a heat-shrinkable insulating tube 315 made of silicon is tightly fixed to the outer peripheral surface of the small-diameter portion 314. .
[0035]
Thelead portion 330 is a portion for electrically connecting thepiezoelectric element portion 320 and one end side of thelead wire 500, and one end side of theelectrode 331, theinsulator 332, the fixingbracket 333, and thelead wire 500 is a component thereof. As prepared.
[0036]
Theelectrode 331 is annular and is made of metal, and theinsulator 332 is interposed between theelectrode 331 and thenut 310 to insulate the 331 and 310 from each other, and is annular and has insulating properties such as mica or alumina. Made of material. Theelectrode 331 and theinsulator 332 are fitted into the outer edge of thesmall diameter portion 314 of thenut 310 covered with the insulatingtube 315.
[0037]
Here, thelead wire 500 has a conductivesignal lead line 501, an insulating insulatingcoating 502, a conductiveground shield wire 503, and an insulating insulatingcoating 504 sequentially stacked from the innermost side to the outer side. Thesignal extraction line 501 and the groundside shield line 503 are electrically insulated. As shown in FIG. 2, thelead wire 500 has a configuration in which thesignal extraction wire 501, theinsulation coating 502, and the groundside shield wire 503 are partially exposed in order from the tip on one end side.
[0038]
Then, on one end side of thelead wire 500, thesignal extraction line 501 passes through thehole 316 formed in thenut 310 and thenotch 332 a formed in theinsulator 332, and then to theelectrode 331 through thehole 331 a formed in theelectrode 331. Welded and connected. The other end of thelead wire 500 is connected to theconnector 400 as shown in FIG.
[0039]
The fixing fitting 333 is for fixing thelead wire 500 to thenut 310 and has a hollow pipe shape, and is provided on the outer periphery on one end side of thelead wire 500. Here, the upper portion of thehole 316 formed in thenut 310 is configured as a fixingbracket holding hole 316a for holding the fixingbracket 333, and a part of the fixingbracket 333 is included in the holdinghole 316a. Insertion is fixed.
[0040]
The fixingbracket 333 is fixed by caulking to thelead wire 500, and the groundside shield wire 503 and the fixingbracket 333 are electrically connected. The outer peripheral portion of the fixingmetal 333 protruding from the fixingmetal holding hole 316a is covered with a heat-shrinkable insulating coating 333a made of silicon.
[0041]
Next, thepiezoelectric element portion 320 has an annular shape corresponding to thesmall diameter portion 314 of thenut 310, and, like theelectrode 331, along the outer peripheral surface of thesmall diameter portion 314 via the insulatingtube 315. It is arranged. Here, FIG. 3 shows a detailed explanatory view of thepiezoelectric element portion 320. 3A is a single perspective view of the signal extractionside washer ring 322, and FIG. 3B is an enlarged vertical sectional view of thepiezoelectric element portion 320. FIG.
[0042]
As shown in FIG. 3B, thepiezoelectric element portion 320 has a laminated structure in which three layers of piezoelectric ceramics (a piezoelectric element referred to in the present invention) 321 are combined with a signal extractionside washer ring 322 and an earthside washer ring 323. Is configured. Each piezoelectric ceramic 321 has a disk ring shape with the same dimensions, and is made of lead titanate, lead zirconate titanate, or the like.
[0043]
In addition, as shown in FIG. 3A, the signal extractionside washer ring 322 has the same thinannular metal plates 322a and 322b arranged in two upper and lower sides, and at least a part thereof is an outer edgeside surface portion 322c of the ring. It is manufactured by press working so that it can be joined at the same time.
[0044]
In addition, the groundside washer ring 323 is also manufactured in the same shape and manufacturing method as the signalextraction washer ring 322, as shown in FIGS. 3 (b) and 2 (a). Twometal plates 323a and 323b are arranged on the upper and lower sides, and at least a part thereof is joined by an outer edgeside surface portion 323c (see FIG. 2A) of a ring.
[0045]
In thepiezoelectric element section 320, as shown in FIG. 3B, both themetal plate 322a, the piezoelectric ceramic 321, themetal plate 323a, the piezoelectric ceramic 321, themetal plate 322b, the piezoelectric ceramic 321, and themetal plate 323b are sequentially arranged. The outer edgeside surface portions 322c and 323c of the washer rings 322 and 323 are arranged in a stacked manner so as not to contact each other.
[0046]
Next, thepedestal 340 for holding thepiezoelectric element portion 320 together with thenut 310 and fixing a part of thelead portion 330 has a substantially annular shape made of metal. Thepedestal 340 corresponds to theoblong detent 317 formed at the end of thesmall diameter portion 314 of thenut 310 on the contact side end surface with theengine head 1 as shown in FIG. A similaroval detent 341 that can be easily fitted to thestop 317 is formed.
[0047]
Further, a metalcylindrical metal case 350 made of, for example, SUS304 is provided on the outer edge of thepedestal 340, and themetal case 350 includes the outer periphery of the entirecombustion pressure sensor 300. Themetal case 350 is manufactured by drawing a thin metal plate having a thickness of 0.5 mm or less into a cylindrical shape, and is joined to thebase 340 by brazing such as laser welding or copper brazing. .
[0048]
In thepedestal 340 that is integrated with themetal case 350, thedetent receiver 341 and thedetent 317 of thenut 310 are accurately opposed to each other. Further, theinner diameter portion 342 of thepedestal 340 and the O-ring 343 made of silicon or fluororubber, which is fitted and arranged in a notch groove provided near the center of thesmall diameter portion 314 of thenut 310, are securely in close contact with each other. .
[0049]
Further, themetal case 350 is fitted so as to be inscribed in thelarge diameter portion 313 of thenut 310, and the inscribedportion 351 between themetal case 350 and thelarge diameter portion 313 of thenut 310 is entirely joined by YAG laser welding. ing.
[0050]
Thus, thepedestal 340 is shaped to be pressed against the surface of theengine head 1 by the axial force (screw tightening force) of thenut 310. Thepiezoelectric element portion 320, theelectrode 331, and theinsulator 332 are sandwiched and fixed between thenut 310 and thepedestal 340 by the axial force of thenut 310.
[0051]
The method for assembling thecombustion pressure sensor 300 is as follows. First, thesignal extraction line 501 is welded to thehole 331 a of theelectrode 331 on one end side of thelead wire 500. Further, the fixingbracket 333 is fitted into the fixingbracket holding hole 316a of thenut 310 and coupled by welding or brazing such as copper brazing. Aninsulator 332 is attached to thesmall diameter portion 314 of thenut 310.
[0052]
Anelectrode 331 in which one end side of thelead wire 500 is connected while the other end side of thelead wire 500 is inserted into thehole 316 from theinsulator 332 side to thenut 310 to which the fixingmetal fitting 333 and theinsulator 332 are attached, Thenut 310 is fitted into thesmall diameter portion 314. After theelectrode 331 is disposed at a predetermined position, the fixingbracket 333 and the groundside shield wire 503 are simultaneously crimped and fixed.
[0053]
Thereafter, a part of thelead wire 500 and the fixingbracket 333 are covered with an insulatingcoating 333a to prevent dust and water. Thereby, the groundside shield wire 503 and the fixingbracket 333 are also electrically connected.
[0054]
Next, thepiezoelectric element portion 320 including the piezoelectric ceramic 321 and the both washer rings 322 and 323 is inserted into thesmall diameter portion 314 of thenut 310. Then, thepedestal 340 integrated with themetal case 350 by brazing or the like is inserted into thesmall diameter portion 314 of thenut 310, and therotation receiver 317 and therotation stopper 341 are made to coincide with each other. Then, themetal case 350 and the large-diameter portion 313 of the nut are laser-welded in a state where thebase 340 and thenut 310 are pressurized so as to be in close contact with each other.
[0055]
Thus, thecombustion pressure sensor 300 is completed. Thecombustion pressure sensor 300 is inserted into the plugmain body 200 from theheating element 206 side, and is screwed by a mountingscrew 201a of thehousing 201, ascrew portion 311 of thenut 310, and ahexagonal portion 312 so as to be in a predetermined position. It is attached by joining.
[0056]
Thecombustion pressure sensor 300 is based on the piezoelectric characteristics of thepiezoelectric element portion 320 based on the force (load fluctuation in the plug axis direction) applied to the plug body portion (structure) 200 as the combustion pressure is generated in thecombustion chamber 1a. Convert to electrical signal (charge). This electrical signal is sent from thelead wire 500 to theconnector 400. Here, thecombustion pressure sensor 300 has several features as follows.
[0057]
The first feature is that, as shown in FIG. 4, the orientation of the electrode surface of the piezoelectric ceramic 321 that is polarized positively and negatively when the constituent elements are arranged in a stacked manner in thepiezoelectric element unit 320. That is, the electrode surface on the side in contact with the signalextraction washer ring 322 is positive, and the electrode surface on the side in contact with the groundside washer ring 323 is negative. As a result, the threepiezoelectric ceramics 321 are electrically connected in parallel, and the output sensitivities of the threepiezoelectric ceramics 321 are added together, and a great improvement in sensitivity can be achieved.
[0058]
The second feature is that therotation stopper 317 of thenut 310 and therotation stopper 341 of the base 340 rotate and attach thecombustion pressure sensor 300 via the mountingscrew 201a provided on thehousing 201 of theplug body 200. In this case, the rotation axial force of thenut 310 is directly transmitted to thepedestal 340.
[0059]
As a result, first, the laser welded portion of themetal case 350 and thenut 310 made of a thin metal plate having a thickness of 0.5 mm or less, and the brazed portion of thepedestal 340 are spared from the generation of excessive torsional stress and shear stress. These joints and themetal case 350 can be prevented from being damaged.
[0060]
Further, since thenut 310 and thepedestal 340 rotate in conjunction with each other, there is no disconnection of thesignal extraction line 501 connected to theelectrode 331, and theinsulator 332 and the piezoelectric ceramic 321 sandwiching both of them are related. Since the torsional stress, which is the largest cause of cracking, is not applied, cracking can be prevented.
[0061]
The third feature is that in themetal case 350, the spring constant (Kg / mm), which is an index of rigidity, is extremely reduced by thinning the plate thickness to 0.5 mm or less. Thereby, the minute fluctuation in the axial direction of the plug acting on the piezoelectric ceramic 321 due to the combustion pressure can be reliably transmitted without being restrained or suppressed by themetal case 350.
[0062]
The fourth feature is that the piezoelectric ceramic 321 that is a signal generation source and thesignal extraction line 501 that is a signal transmission path include anut 310 that is grounded to theengine head 1, ametal case 350, apedestal 340, aground shield wire 503, and The whole is included by the fixingmetal fitting 333. As a result, it is possible to provide thecombustion pressure sensor 300 that blocks electrical noise from the outside and has highly reliable electrical noise resistance.
[0063]
The fifth feature is that in the small space between thepedestal 340 and thenut 310 that are not metallically joined, thelead wire 500 that is caulked and fixed by using the O-ring 343 and the fixingbracket 333 is used. A heat-shrinkable insulating coating 333a made of silicon is used to completely seal the outside. As a result, it is possible to provide thecombustion pressure sensor 300 having waterproof / dustproof properties with extremely high reliability.
[0064]
The sixth feature is that when themetal case 350 integrated with thepedestal 340 is assembled to thelarge diameter portion 313 of thenut 310, at least one of thenut 310 or thepedestal 340 is fixed, and theinsulator 332, theelectrode 331, the piezoelectric ceramics are fixed. 321 and the two washer rings 322 and 323 are subjected to laser welding in a pressurized state. Thereby, the minute space generated by the overlapping of a plurality of parts can be remarkably compressed and narrowed, and the minute displacement due to the combustion pressure can be detected more remarkably.
[0065]
Next, theconnector 400 that is provided on the other end side of thelead wire 500 and incorporates amplification means will be described. FIG. 5A is an overall cross-sectional view of theconnector 400, and FIG. 5B is a view taken in the direction of arrow B in FIG. Theconnector 400 includes ametal cover 420 that houses acharge amplifier 410 as an amplifying unit of the present invention. Themetal cover 420 has a hollow pipe shape with a different diameter, and is manufactured by drawing a metal plate or the like.
[0066]
A metal-made hollow pipe-shaped fixing fitting 422 is fitted into the small-diameter opening 421 of themetal cover 420 from the outside. The fixing fitting 422 is joined to the end of themetal cover 420 by welding or brazing such as copper brazing via aflange 422a provided on thefixing fitting 422.
[0067]
On the other hand, ametal cap 424 having a flange shape is fitted into the large-diameter opening 423 of themetal cover 420. A portion of themetal cap 424 is inscribed in the inner edge of the large-diameter opening 423 and can be fixed in position, and a terminal throughhole 424a is formed at the center thereof.
[0068]
The other end of thelead wire 500 passes through the hollow hole of the fixingbracket 422 and faces themetal cover 420. Thelead wire 500 has a configuration in which the signal lead-out wire 501, the insulatingcoating 502, and the ground-side shield wire 503 are partially exposed in order from the tip, similarly to the one end side described above, at the other end side.
[0069]
On the other end side of thelead wire 500, theinsulation coating 504 and the groundside shield wire 503 are simultaneously caulked and fixed via the fixingbracket 422, whereby the groundside shield wire 503 and the fixingbracket 422 are electrically connected. It is connected.
[0070]
Thecharge amplifier 410 is formed as an IC chip using a silicon chip or the like. Thecharge amplifier 410 includes aninput terminal 411 and anoutput terminal 412 including three terminals of signal output, GND, and power input, and is molded with aresin 413. Yes. Here, as theresin 413, for example, a thermoplastic resin such as polyphenylene sulfide (PPS), nylon, polybutylene terephthalate (PBT), or a silicon potting agent can be employed.
[0071]
In addition, theinput terminal 411 of thecharge amplifier 410 is welded and connected to thesignal extraction line 501 of thelead wire 500 that is inserted into the hollow hole of the fixingbracket 422 via theinput terminal 411. On the other hand, theoutput terminal 412 of thecharge amplifier 410 is drawn out of themetal cover 420 through a terminal throughhole 424 a formed in themetal cap 424.
[0072]
Here, the circuit configuration of the charge amplifier (amplifying means) 410 is shown in FIG. Thecharge amplifier 410 includes at least a charge amplification /voltage conversion circuit 414 that amplifies the charge from thepiezoelectric element unit 320 and converts it into a voltage, and anamplification circuit 415 that amplifies the voltage from the charge amplification /voltage conversion circuit 414. . In the present embodiment, thecharge amplifier 410 further includes a high-pass filter 416 of 0.5 Hz, for example, between bothcircuits 414 and 415, and a low-pass filter 417 of 5 KHz, for example, subsequent to theamplifier circuit 415.
[0073]
Note that a gain adjustment and offset adjustment circuit, which is a correction circuit, may be set in theamplifier circuit 415 as necessary. Further, thehigh pass filter 416 and thelow pass filter 417 may be replaced with a band pass filter instead of being independent. In this case, it is desirable to dispose before theamplifier circuit 415.
[0074]
In thecharge amplifier 410 having theamplifier circuit 415, for example, when performing combustion control, an electric signal from thepiezoelectric element portion 320 of thecombustion pressure sensor 300 can be directly input into the ECU (external circuit) 0 to 3.5V. It is possible to amplify and convert to the operating voltage.
[0075]
Further, the built-in high-pass filter 416 allows drift of a low-frequency pyroelectric output (so-called base voltage) of 0.1 Hz to several tens Hz generated by a temperature change, which is peculiar to piezoelectric ceramics. Electrical and mechanical vibration noise such as high-frequency mechanical vibration of several KHz to several tens of KHz such as natural vibration of the plug and nozzle seating vibration during the operation of the injector can be removed.
[0076]
The large-diameter opening 423 and themetal cap 424 of themetal cover 420 are covered with a cap-shapedconnector portion 425 made of, for example, PPS, nylon, PBT, or the like. As shown in FIG. 5B, theconnector portion 425 supports the tips of theoutput terminals 412 of the threecharge amplifiers 410 to be exposed, and is connected to another wiring member (not shown) extending from the ECU. It has a possible shape.
[0077]
In addition, a stay (attachment portion in the present invention) 426 having a screw hole is joined to themetal cover 420 by welding or the like, and theconnector 400 is mounted and fixed at an appropriate place in the engine room by thestay 426. It has become so. In addition, anotch groove 427 is formed in a portion of the outer peripheral side surface of themetal cover 420 that is covered with theconnector portion 425, and thenotch groove 427 and theconnector portion 425 are hooked, whereby the tensile strength in the axial direction is increased. And the rotation of theconnector portion 425 are prevented.
[0078]
Theconnector 400 is formed as follows. First, thelead wire 500 and thecharge amplifier 410 are connected in themetal cover 420, and themetal cap 424 is matched with themetal cover 420. In this state, theoutput terminal 412 is placed in and fixed to an injection mold for forming theconnector portion 425. Further, in order to prevent contact between theoutput terminal 412 and themetal cap 424 and to fix the position, theoutput terminal 412 is an injection-type core. Hold and fix with a mold.
[0079]
For example, aconnector part 425 is formed by injecting a thermoplastic resin such as PPS, nylon, or PBT into an injection mold and injection molding. At this time, theresin 413 is filled into themetal cover 420 from the terminal throughhole 424a of themetal cap 424, and thecharge amplifier 410 is molded at the same time. In this manner, resin filling into themetal cover 420, holding and fixing of theoutput terminal 412 and formation of theconnector portion 425 can be performed in a single process.
[0080]
As a result, thecharge amplifier 410 that is made into an IC chip and resin-molded is resin-molded again including thesignal extraction line 501, and the dustproof / waterproof effect is greatly improved. In addition, thecharge amplifier 410 is entirely contained by a groundedmetal cover 420, ametal cap 424, a fixingbracket 422, and the like, so that electric noise resistance can be ensured.
[0081]
As described above, theglow plug 100 according to this embodiment includes theplug body 200, thecombustion pressure sensor 300, theconnector 400, and thelead wire 500. Next, the detection mechanism of the combustion pressure in theglow plug 100 will be described throughout.
[0082]
Theplug body 200 in theglow plug 100 is mounted in a screw hole (glow hole) provided in theengine head 1, and thecombustion pressure sensor 300 is connected to the piezoelectric ceramic of thepiezoelectric element unit 320 via the mountingscrew 201 a of thehousing 201. Theplug body 200 is mounted so that a load is applied to theplug 321 in the axial direction of the plug.
[0083]
When starting the diesel engine, a voltage is applied to theplug body 200 from the power source (not shown) via the connectingbar 2 and grounded to theengine head 1 via thecenter shaft 204, theheating coil 203, thesheath tube 202, and thehousing 201. The As a result, theheating element 206 generates heat and can assist ignition start of the diesel engine. After the engine is started, the combustion pressure generated in the engine is transmitted to the mountingscrew 201a via theheating element 206 and thehousing 201.
[0084]
Subsequently, the combustion pressure transmitted to the mountingscrew 201 a relaxes the tightening torque to theengine head 1 in theglow plug 100. Accordingly, the load applied to the piezoelectric ceramic 321 via the threadedportion 311 of thenut 310 in thecombustion pressure sensor 300 is relieved (that is, the load state applied to the piezoelectric ceramic 321 changes). The generated charge of the electric signal output along the piezoelectric characteristics of the ceramic 321 changes.
[0085]
The signal is sent via a signal extractionside washer ring 322, asignal extraction line 501 via anelectrode 331, and a groundedside washer ring 323, abase 340, ahousing 201, a mountingscrew 201a, and ascrew portion 311. To the ground side shieldedwire 503.
[0086]
The output signal is input to thecharge amplifier 410 of theconnector 400 connected via thelead wire 500. The input signal is sequentially processed by the charge amplification /voltage conversion circuit 414, the high-pass filter 416, theamplification circuit 415, and the low-pass filter 417, and then input from theoutput terminal 412 of thecharge amplifier 410 to the ECU. Thus, the electric signal is applied to, for example, combustion control. The above is the entire detection mechanism of the combustion pressure in theglow plug 100.
[0087]
By the way, according to the glow plug having the charge amplifier built-in type connector as in this embodiment, the charge amplifier (amplifying means) for amplifying the electrical signal (output signal of the combustion pressure sensor 300) from the piezoelectric ceramic 321 to theconnector 400. 410 is built-in. Therefore, thecharge amplifier 410 can be disposed together with theconnector 400 in an engine room (for example, an engine head, a head cover, etc.) near thecombustion pressure sensor 300.
[0088]
As a result, the output signal of thecombustion pressure sensor 300 can be amplified in the vicinity of thesensor 300, and the lead wire (wiring member) 500 connecting thecombustion pressure sensor 300 and thecharge amplifier 410 is minimized as compared with the conventional case. It can be shortened (for example, 30 cm or less), the electrostatic stray capacitance can be decreased with thelead wire 500, and the attenuation of the output signal can be suppressed. Therefore, according to theglow plug 100, it is possible to suppress the attenuation of the output signal of thesensor 300 and reduce electrical noise with respect to the output signal.
[0089]
In the present embodiment, thelead wire 500 is electrically shielded by a grounded shield wire (covering member in the present invention) 503 that is grounded. Further, theground shield wire 503 and themetal cover 420 are further shielded. Thecharge amplifier 410 is also electrically shielded through the above. For this reason, electrical noise is less likely to travel with respect to the electrical signal from the piezoelectric ceramic 321 (the output signal of the combustion pressure sensor 300).
[0090]
Further, according to the present embodiment, since thecharge amplifier 410 is molded with theresin 413, theconnector 400 can be miniaturized and thecharge amplifier 410 and theconnector 400 can be integrated, and thecharge amplifier 410 can be reliably waterproof and dust-proof. A structure can be realized. Therefore, leakage of the output signal of thecombustion pressure sensor 300 due to dust, water, or dew condensation can be prevented, and attenuation of the output signal of thecombustion pressure sensor 300 can be suppressed at a higher level.
[0091]
Further, according to the present embodiment, thecharge amplifier 410 is provided with the high-pass filter 416 and the low-pass filter 417 as a filter circuit for removing electrical noise in the electrical signal from thepiezoelectric ceramic 321. Thus, electrical noise with respect to the electrical signal from the piezoelectric ceramic 321 (combustion pressure sensor output signal) can be effectively removed.
[0092]
As a result, the input signal from thecharge amplifier 410 to the ECU can be a combustion pressure signal having an extremely excellent S / N ratio. Also, the noise signal peculiar to the glow plug with a combustion pressure sensor using piezoelectric ceramics, that is, the electrical and mechanical such as the drift of the low-frequency pyroelectric output, the natural vibration of the glow plug, and the nozzle seating vibration during the injector operation. The removal of typical vibration noise can be processed on thecharge amplifier 410 side, and the general versatility of the input signal to the ECU is maintained, so that the burden of hardware modification on the ECU side can be reduced.
[0093]
Next, the effect of this embodiment will be described more specifically with reference to FIGS. 7 and 8 are waveform diagrams showing the test results when the engine condition is idling. FIG. 7 is aglow plug 100 with a combustion pressure sensor according to this embodiment, and FIG. Shows a conventional glow plug with a combustion pressure sensor.
[0094]
7 and 8, (a) is an output waveform comparison diagram of a glow plug with a combustion pressure sensor and a finger pressure gauge, and (b) is an output from the glow plug with a combustion pressure sensor on the vertical axis, The correlation output waveform figure which took this output on the horizontal axis is shown. Here, the tonometer employs, for example, an in-cylinder sensor mounted directly in the combustion chamber.
[0095]
As can be seen from FIG. 7, the output waveform of theglow plug 100 of the present embodiment shows substantially the same shape as the output waveform from the acupressure meter, and the correlation output waveform also shows substantially the same value when the pressure rises and decreases, And no electrical noise is detected. On the other hand, in the conventional output waveform, as shown in FIG. 8, the output peak value H1 is reduced by about 20% compared to the output peak value H2 of the acupressure gauge, and the correlation output waveform also shows an ellipse. There is also a time delay.
[0096]
Conventionally, regular electrical noise N1 is generated particularly near the point immediately before the pressure increase due to combustion (α point), that is, at the fuel injection timing of the electromagnetic injector. This electrical noise N1 makes the α point unclear, and as a result, for example, the pressure rise value in the cylinder accompanying combustion necessary for combustion control, and whether or not it is possible to detect the combustion start timing and the accuracy are greatly affected. It becomes.
[0097]
On the other hand, according to theglow plug 100 of the present embodiment, the output signal in the vicinity of thecombustion pressure sensor 300 is amplified, thelead wire 500 is shortened, and thelead wire 500 and thecharge amplifier 410 are electrically shielded. In addition, it is possible to suppress the attenuation of the output signal and reduce the noise during the operation of the injector, and the combustion control with high accuracy can be performed using the combustion pressure signal from theglow plug 100.
[0098]
Next, FIG. 9 is a chart showing the influence status of main relay contact noise due to the operation of all 10 evaluation items such as a headlamp and a hazard lamp in comparison between the present embodiment and a conventional glow plug with a combustion pressure sensor. The engine condition is idling. In FIG. 9, ◯ indicates that no electrical noise was observed, and x indicates that electrical noise was observed.
[0099]
In the present embodiment, except for radio and door locks, electrical noise is observed in the output signal from thesensor 300 for 8 items that require a relatively large current, in which electrical noise has been observed in the conventional one. Is not observed, and the effectiveness of electrical noise resistance has been confirmed.
[0100]
Here, FIG. 10 is a waveform diagram showing an example of relay contact noise generated in a conventional glow plug with a combustion pressure sensor, (a) when the headlamp is ON / OFF, and (b) when the hazard lamp blinks. An example of the influence on the output signal of the sensor is shown. Here, the reason why the relay contact noise is taken up as a problem is that it is an accidental occurrence (that is, an unexpected noise) unlike the noise generated when the injector is operated.
[0101]
In FIG. 10 (b), when the hazard lamp blinks, the electric noise N3 is generated at a position away from the peak value of the pressure increase due to combustion. In FIG. 10 (a), the head lamp is turned on / off. The electric noise N2 is generated near the peak value of the pressure increase due to combustion.
[0102]
For this reason, for example, in the combustion control, when the peak value of the pressure increase using the peak hold circuit is calculated, a result of adding the generated noise to the actual value is calculated. For example, the ECU has a value significantly higher than the target combustion pressure. It is determined that the fuel injection amount is large, and the fuel injection amount is decreased, or the EGR amount is increased to decrease the combustion pressure to the target combustion pressure.
[0103]
As a result, the engine output rapidly decreases, irregularities such as rotational fluctuations occur, and the driver is given an uncomfortable feeling such as impact and engine vibration. From this point of view, it is indispensable to improve the S / N ratio by removing electrical noise from the output signal. According to this embodiment, these problems can be prevented.
[0104]
Next, FIG. 11 is a waveform diagram showing the effect of removing mechanical and electrical noise signals by the low-pass filter 417 of the present embodiment. FIG. 11 shows a test result when the engine condition is 2000 rpm and full load. FIG. 11A is a comparison diagram of output waveforms of a conventional glow plug with a combustion pressure sensor without a low-pass filter and a tonometer. b) is an embodiment of the present invention, and shows an output waveform comparison diagram with a 5 kHz low-pass filter 417 interposed. As can be seen from this figure, the high-frequency mechanical vibration noise from the surroundings of the engine generated continuously is removed by the low-pass filter 417.
[0105]
Next, the effect of removing mechanical and electrical noise signals by the high-pass filter 416 will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is an output waveform comparison diagram when 64 waveforms are continuously captured from the output of a conventional glow plug with a combustion pressure sensor without a high-pass filter and a pressure gauge, and (a) is a case where the engine condition is idling. , (B) show the test results when the engine condition is 1200 rpm and a load of 40 N · m.
[0106]
From the pyroelectric output unique to piezoelectric ceramics, it can be seen that the drift width of the output base voltage in the conventional glow plug with a combustion pressure sensor is significantly greater than that of the finger pressure gauge in both engine conditions.
[0107]
FIG. 13 is a numerical comparison of the drift width with a chimometer when the set frequency of the high-pass filter 416 interposed in the present embodiment is changed (0.1 Hz, 0.5 Hz) using the combustion pressure peak ratio. Is. The combustion pressure peak ratio mentioned here indicates the ratio of the combustion pressure peak value to the maximum drift width in the continuous combustion pressure output 64 waveform, and means that the smaller the value, the better.
[0108]
For example, when the drift width D and the combustion pressure peak value P shown in FIG. 12A are used and the maximum value of the drift width D is Dmax, the combustion pressure peak ratio is obtained by (Dmax / P) × 100. It is done. In FIG. 13, for comparison, the combustion pressure peak ratio of a conventional glow plug with a combustion pressure sensor, that is, a high-pass filter is also shown.
[0109]
As a result, the drift width is reduced to ¼ to ５ of the conventional one by the intervention of the high-pass filter 416 of 0.5 Hz, and as can be seen from FIG. 13, the combustion pressure peak ratio shows substantially the same value as the finger pressure gauge. ing. Thus, in this embodiment, noise due to the low frequency pyroelectric output peculiar to piezoelectric ceramics can be removed by the high-pass filter 416.
[0110]
(Second Embodiment)
Compared with the first embodiment, the second embodiment has the same configuration as that of the plugmain body 200, but the lead wire is eliminated, and the electric power from the combustion pressure sensor itself and the piezoelectric ceramic (piezoelectric element) 321 is eliminated. The difference is that a charge amplifier (amplifying means) 410 for amplifying a signal is molded with resin and integrated and built in.
[0111]
FIG. 14 is a detailed enlarged view of thecombustion pressure sensor 600 in theglow plug 100 with the combustion pressure sensor of the present embodiment, where (a) is a longitudinal section, and (b) is a view taken in the direction of arrow C in (a). In the figure, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description is simplified.
[0112]
Thecombustion pressure sensor 600 of the present embodiment is roughly composed of asensor fixing part 310 for attaching the sensor body to theplug body part 200, and a piezoelectric ceramic 321 that generates an electric signal (charge) in accordance with the force accompanying the combustion pressure. Anelectrode 331 for taking out an electric signal generated in the piezoelectric ceramic 321; apedestal 340 for sandwiching the piezoelectric ceramic 321 and theelectrode 331 together with thesensor fixing part 310; and a dustproof and waterproofing of thepiezoelectric ceramic 321. Ametal case 350 and aconnector portion 610 with a built-incharge amplifier 410 connected to theelectrode 331 are provided.
[0113]
Thesensor fixing portion 310 of the present embodiment is a separate body from the fixingnut 318 for mounting and fixing the sensor main body via a mountingscrew 201a provided on thehousing 201 of the plugmain body portion 200, and the fixingnut 318. The piezoelectric ceramic 321 and thepressing portion 319 as a portion for pressing theelectrode 331 by the axial force of the fixingnut 318 are included.
[0114]
The fixingnut 318 has the same configuration as thehexagonal portion 312 of thenut 310 in the first embodiment, and the holdingportion 319 corresponds to a portion excluding thehexagonal portion 312 of thenut 310, and includes alarge diameter portion 313 and a small diameter portion. 314. However, unlike the first embodiment, holes for guiding the lead wires are not formed in the fixingnut 318 and the holdingportion 319.
[0115]
In addition, no screw portion is formed on the inner peripheral surface of thepressing portion 319, and thepressing portion 319 can freely rotate around the axis of thehousing 201. In addition, an insulatingtube 315 is tightly fixed to the outer peripheral surface of thesmall diameter portion 314 of thepressing portion 319.
[0116]
The pair of annularpiezoelectric ceramics 321 constitutes a laminated structure with theannular electrode 331 interposed therebetween. This laminated body is inserted into the outer edge of thesmall diameter portion 314 of thepressing portion 319 covered with the insulatingtube 315, and is sandwiched between thelarge diameter portion 313 of thepressing portion 319 and the base 340 by the axial force of the fixingnut 318. ing. Theinput terminal 411 of thecharge amplifier 410 is welded and connected to a hole formed on the outer peripheral side surface of theelectrode 331 through a slit or hole formed in themetal case 350.
[0117]
Theconnector portion 610 is formed by molding with aresin 611 so as to enclose thecharge amplifier 410, themetal case 350 and the base 340 connected to theelectrode 331. On theoutput terminal 412 side of thecharge amplifier 410 in theconnector section 610, another wiring member (not shown) extending from the ECU can be connected to theoutput terminal 412. When theconnector portion 610 is not tightened with the fixingnut 318, theconnector portion 610 can freely rotate around the axis of thehousing 201 integrally with the other parts of the sensor excluding the fixingnut 318.
[0118]
Thecombustion pressure sensor 600 is mounted on theplug body 200 so that a load is applied to the piezoelectric ceramic 321 in the axial direction of the plug via the mountingscrew 201a of thehousing 201.
[0119]
Since the load applied to the piezoelectric ceramic 321 via the fixingnut 318 in thecombustion pressure sensor 600 is relieved by the combustion pressure transmitted to the mountingscrew 201a, output is performed along the piezoelectric characteristics of thepiezoelectric ceramic 321. The generated charge of the electric signal to be changed changes. The output signal is input to thecharge amplifier 410 via theelectrode 331, subjected to signal processing, and then input to the ECU from theoutput terminal 412.
[0120]
By the way, according to the glow plug having the charge amplifier built-in type combustion pressure sensor as in the present embodiment, thecharge amplifier 410 is built in thecombustion pressure sensor 600 itself. By amplifying at, attenuation of the output signal of the sensor can be suppressed.
[0121]
In addition, according to the present embodiment, the elimination of the lead wire connecting the sensor and thecharge amplifier 410 eliminates the attenuation factor to the output sensitivity, and the influence on the line parallel noise can be reduced. Electrical noise can be reduced. However, since theinput terminal 411 of thecharge amplifier 410 is simply molded with theresin 611, that is, partially exposed to electrical noise, compared to the completely shielded first embodiment, Overall, electrical noise resistance may be slightly inferior.
[0122]
Further, thecombustion pressure sensor 600 of the present embodiment is particularly effective when there is a sufficient space for mounting the combustion pressure sensor, but in order to further expand the application range, when the state is not tightened with the fixingnut 318, It is configured to be freely rotatable around the axis of thehousing 201.
[0123]
By adopting the above-described rotatable configuration, thesensor 600 has a mounting direction at the time of mounting, and can be mounted only by rotating the fixingnut 318 without rotating the protrudingconnector portion 610. It is possible to reduce the space required for installation.
[0124]
In addition, according to the present embodiment, the sensor portion including thepressing portion 319, the piezoelectric ceramic 321, theelectrode 331, thepedestal 340, and themetal case 350, and theconnector portion 610 when thecharge amplifier 410 is built in are formed by injection molding with theresin 611. As a result, the waterproof and dustproof structure in thecharge amplifier 410 can be realized at the same time.
[0125]
As a result, leakage of the output signal of thecombustion pressure sensor 600 due to dust, water, or dew condensation can be prevented, and attenuation of the output signal of thecombustion pressure sensor 600 can be suppressed at a higher level. Furthermore, compared with the first embodiment, the total number of parts and the work process can be halved, and a combustion pressure sensor with a simple structure can be provided at low cost.
[0126]
Moreover, according to this embodiment, the charge amplifier built-in connector connected with the lead wire as in the first embodiment is abolished, and the charge amplifier is damaged due to the disconnection of the lead wire and the impact dent due to the mounting. On the other hand, the mounting with the fixingnut 318 is performed, and the impact wrench can be used. Therefore, both the reliability and the mounting workability are further improved.
[0127]
(Other embodiments)
In the first embodiment, thecharge amplifier 410 having a stay (attachment portion) 426 that can be attached in the engine room may be set in the middle of thelead wire 500. Also in this case, since thecharge amplifier 410 can be disposed in the engine room and the output signal of thecombustion pressure sensor 300 can be amplified in the vicinity of the sensor, the attenuation of the output signal of the combustion pressure sensor is suppressed, and the output signal Electrical noise can be reduced. However, in this case, as shown in FIG. 15, threelead wires 500 subsequent to thecharge amplifier 410 are necessary to connect to the threeoutput terminals 412 of thecharge amplifier 410, and the three lead wires are not connected. Connection is complicated.
[0128]
Further, the charge amplifier does not have to be an IC chip, and may be configured as a general circuit board having a shape and size applicable to each of the above embodiments. Further, the circuit configuration of the charge amplifier (amplifying means) 410 may be as shown in FIG. In FIG. 16, the charge amplification /voltage conversion circuit 414 shown in FIG. 6 includes an output differentiation /integration circuit 414a that differentiates and integrates an output, and a current / voltage that converts a current from the output differentiation /integration circuit 414a into a voltage. This is replaced with aconversion circuit 414b.
[0129]
In the above embodiment, the stay (attachment) is attached to themetal cover 420 of theconnector 400 provided on the other end side of thelead wire 500 or the charge amplifier (amplifying means) 410 set in the middle of thelead wire 500. Part) 426 and the connectors and the amplifying means can be easily mounted in the engine room, but thesestays 426 may be omitted. In that case, theconnector 400 and the charge amplifier may be bonded to an appropriate place in the engine room or fixed with a separate bracket or the like.
[0130]
In the above embodiment, a glow plug with a combustion pressure sensor has been described as an example of the combustion pressure sensor structure. However, the present invention is not limited to a glow plug with a combustion pressure sensor, but an engine disposed in an engine room. It can be applied to a combustion pressure sensor structure including a structure (for example, an injector, a bolt, a spark plug, etc.) attached to the structure and a combustion pressure sensor attached to the structure and detecting the combustion pressure of the engine.
[0131]
An application example to thespark plug 700 is shown in FIG. 17, an application example to theinjector 800 is shown in FIG. 18, and an application example to thebolt 900 is shown in FIG. In FIG. 17, a spark plug (structure in the present invention) 700 is attached to anengine head 1 of a gasoline engine by means of anattachment screw 701a formed in ahousing 701.
[0132]
In FIG. 18, an injector (structure referred to in the present invention) 800 that injects fuel from a fuel pump into acombustion chamber 1a with respect to anengine head 1 of a gasoline or diesel engine includes a fixingbolt 801 and a mountingscrew 801a. It is attached. In FIG. 19, a bolt (structure in the present invention) 900 as a member exposed to thecombustion chamber 1 a in theengine head 1 is attached to theengine head 1.
[0133]
17 to 19, the combustion pressure sensor (pressure sensor) 300 is attached to the mountingscrews 701a, 801a, and 901a in therespective structures 700 to 900, and the combustion pressure acting on these structures. The combustion pressure of the engine is detected by converting the force accompanying this into an electric signal based on the piezoelectric characteristics of thepiezoelectric element 321.
[0134]
Also in the examples shown in FIGS. 17 to 19, thecombustion pressure sensor 300, theconnector 400, and thelead wire 500 have the same configuration as the first embodiment, and the effects thereof are also the same. Also, in the examples shown in FIGS. 17 to 19, it is needless to say that the second embodiment and the modifications shown in FIGS. 15 and 16 can be applied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic cross-sectional view of a glow plug with a combustion pressure sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed explanatory view showing an enlarged combustion pressure sensor in FIG. 1;
FIG. 3 is a detailed explanatory view of a piezoelectric element portion in FIG. 2;
4 is a diagram showing the directivity of the electrode surface in the piezoelectric element portion in FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is a detailed explanatory view showing an enlarged connector in FIG. 1;
FIG. 6 is a circuit configuration diagram of amplification means (charge amplifier) according to the present invention.
FIG. 7 is a waveform diagram showing an effect of removing noise accompanying fuel injection in the first embodiment.
FIG. 8 is a waveform diagram showing the influence of noise associated with conventional fuel injection.
FIG. 9 is a chart showing an effect of removing relay contact noise in the first embodiment.
FIG. 10 is a waveform diagram showing an example of conventional relay contact noise.
FIG. 11 is a waveform diagram showing a noise removal effect by the low-pass filter in the first embodiment.
FIG. 12 is a waveform diagram showing the influence of noise when no conventional high-pass filter is interposed.
FIG. 13 is a diagram showing the noise removal effect by the high-pass filter in the first embodiment.
FIG. 14 is a detailed explanatory diagram of a combustion pressure sensor in a glow plug with a combustion pressure sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing an example in which a charge amplifier according to the present invention is interposed in the middle of a lead wire.
FIG. 16 is a diagram showing another circuit configuration example of the amplifying means (charge amplifier) according to the present invention.
FIG. 17 is a diagram showing an example in which the present invention is applied to a spark plug as a structure.
FIG. 18 is a diagram showing an example in which the present invention is applied to an injector as a structure.
FIG. 19 is a diagram showing an example in which the present invention is applied to a bolt as a structure.
[Explanation of symbols]
1 ... engine head, 200 ... plug body,
300, 600 ... combustion pressure sensor, 321 ... piezoelectric ceramic,
400, 400a ... connector, 410 ... charge amplifier,
413, 611 ... resin, 416 ... high pass filter,
417 ... Low pass filter, 426 ... Stay, 500 ... Lead wire,
503: Earth side shielded wire.

Claims (3)

Translated fromJapanese

エンジン（１）に取り付けられる構造体（２００、７００、８００、９００）と、
前記構造体に取り付けられ、前記構造体に作用する前記エンジンの燃焼圧に伴う力を圧電素子（３２１）の圧電特性に基づく電気信号に変換する燃焼圧センサ（６００）と、を備える燃焼圧センサ構造体において、
前記燃焼圧センサ（６００）は、前記圧電素子（３２１）からの電気信号を増幅する増幅手段（４１０）と樹脂にてモールドし、一体化・内蔵したものであり、
前記燃焼圧センサ（６００）はセンサ固定部（３１０）を有し、
前記センサ固定部（３１０）は、前記構造体の取り付けねじ（２０１ａ）にねじ結合される固定ナット（３１８）と、前記固定ナット（３１８）と別体になっている押さえ部（３１９）とから構成され、
前記圧電素子（３２１）及び前記増幅手段（４１０）は、前記センサ固定部（３１０）のうち前記押さえ部（３１９）側に一体化されており、
前記固定ナット（３１８）の締め付けを行っていない状態では、前記押さえ部（３１９）が前記圧電素子（３２１）及び前記増幅手段（４１０）とともに前記構造体の取り付けねじ（２０１ａ）の軸回りに自由に回転可能な構成となっており、
前記固定ナット（３１８）を回転させて前記取り付けねじ（２０１ａ）にねじ結合することで、前記固定ナット（３１８）の軸力により前記燃焼圧センサ（６００）を前記構造体に取り付けることを特徴とする燃焼圧センサ構造体。A structure (200, 700, 800, 900) attached to the engine (1);
A combustion pressure sensor (600) attached to the structure and converting a force accompanying the combustion pressure of the engine acting on the structure into an electric signal based on a piezoelectric characteristic of the piezoelectric element (321). In the structure,
The combustion pressure sensor(600), said molded by amplifying means (410) and the resin for amplifying the electric signal from the piezoelectric element(321)state, and are not integrated,internal,
The combustion pressure sensor (600) has a sensor fixing part (310),
The sensor fixing portion (310) includes a fixing nut (318) screwed to the mounting screw (201a) of the structure, and a pressing portion (319) separate from the fixing nut (318). Configured,
The piezoelectric element (321) and the amplification means (410) are integrated on the pressing portion (319) side of the sensor fixing portion (310),
In a state where the fixing nut (318) is not tightened, the pressing portion (319) can freely move around the axis of the mounting screw (201a) of the structure together with the piezoelectric element (321) and the amplifying means (410). It can be rotated to
The combustion pressure sensor (600) is attached to thestructure by the axial force of the fixing nut (318) by rotating the fixing nut (318) and screwing the fixing nut (318a) to the mounting screw (201a). Combustion pressure sensor structure. 前記増幅手段（４１０）は、電気的にシールドされていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼圧センサ構造体。The combustion pressure sensor structure according to claim1 , wherein the amplifying means (410) is electrically shielded. 前記増幅手段（４１０）は、前記圧電素子（３２１）からの電気信号中の電気的ノイズを除去するためのフィルタ回路（４１６、４１７）を有するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼圧センサ構造体。The said amplifying means (410) has a filter circuit (416, 417) for removing the electrical noise in the electrical signal from the said piezoelectric element (321), The Claim 1or 2 characterized by the above-mentioned. 2. A combustion pressure sensor structure according to 1.

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