燃烧压力检测装置、带燃烧压力检测装置的内燃的制造方法
【专利摘要】一种燃烧压力检测装置，该燃烧压力检测装置用于检测内燃机的燃烧室内的燃烧压力，其特征在于：燃烧压力检测装置能够安装于将构成燃烧室的汽缸头(4)的内部与外部连通的连通孔(4a)，燃烧压力检测装置具有壳体(30)和在壳体(30)内检测燃烧压力的压电元件等，壳体(30)具有能够向连通孔(4a)安装的安装构造部，安装构造部具有能够供第1密封构件(71)安装的第3外周面(333)、能够供第2密封构件(72)安装的倾斜面(315a)，在燃烧压力检测装置安装于连通孔(4a)时，倾斜面(315a)配置在比第3外周面(333)靠燃烧室方向的顶端侧。
【专利说明】燃烧压力检测装置、带燃烧压力检测装置的内燃机
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃烧压力检测装置以及带燃烧压力检测装置的内燃机。
【背景技术】
[0002]以往，提出了通过在燃烧压力检测装置和构造体之间存在密封构件来使燃烧气体不易向内燃机外部泄漏的技术，所述燃烧压力检测装置安装于内燃机并检测燃烧室内的压力，所述构造体构成燃烧室，并安装有该燃烧压力检测装置。
[0003]例如，专利文献I所述的应力检测装置，具有圆筒的由不锈钢构成的壳体，在该壳体的外周面上形成有螺纹部，该螺纹部被螺纹紧固于贯通设置在发动机体的汽缸头的螺纹孔。此时，在壳体六角部与发动机体之间，作为密封用圈将密封垫向汽缸头的外表面按压。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开平7-253364号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的问题
[0008]在比燃烧压力检测装置的壳体、与构成燃烧室且安装有该燃烧压力检测装置的汽缸头之间的密封部位靠燃烧室一侧，高温的燃烧气体流入壳体与汽缸头之间，所以有可能因构成燃烧压力检测装置的构件的热膨胀等而产生一波长内的检测损失和/或反复波长内的基准位置错位(温度漂移)等检测误差。另外，若燃烧气体流入壳体与汽缸头的连结部，则有可能因壳体与汽缸头的热膨胀系数的差等而产生热应变，导致连结部粘合。
[0009]对此，也可以考虑通过使密封构件存在于壳体的顶端面与汽缸头之间，并利用壳体与汽缸头将该密封构件在压力检测装置的紧固方向上压溃，从而在壳体的顶端部进行密封。然而，在该结构中，有可能由于压力检测装置的小型化，壳体和/或密封构件承受不了紧固力而破损，在汽缸头与压力检测装置之间的密封部产生间隙，燃烧室内的气体流入该间隙，而产生由检测装置的变形和/或燃烧的混乱引起的燃料经济性和/或性能恶化。
[0010]本发明的目的在于提供在实现了燃烧压力检测装置的顶端部的小型化的情况下也能够抑制燃烧气体向与汽缸头的间隙流入的装置。
[0011]用于解决问题的手段
[0012]基于该目的，本发明是一种燃烧压力检测装置，该燃烧压力检测装置用于检测内燃机的燃烧室内的燃烧压力，其特征在于，所述燃烧压力检测装置能够安装于将构成所述燃烧室的汽缸头的内部与外部连通的连通孔，所述燃烧压力检测装置具有壳体和在该壳体内检测燃烧压力的检测部，所述壳体具有能够向所述连通孔安装的安装构造部，所述安装构造部具有能够供第I密封构件安装的第I安装构造部和能够供第2密封构件安装的第2安装构造部，在所述燃烧压力检测装置安装于所述连通孔时，所述第2安装构造部配置在比所述第I安装构造部靠所述燃烧室方向的顶端侧。
[0013]此处，优选，所述壳体具有通过紧固于在所述连通孔形成的阴螺纹而与所述汽缸头连结的连结部，该连结部设置在所述第I安装构造部与所述第2安装构造部之间。由此，能够抑制在连结部中因壳体与汽缸头的热膨胀系数的差而产生热应变、连接部粘合。
[0014]另外，优选，所述第2安装构造部具备斜面部，所述斜面部在安装于所述汽缸头的所述连通孔的所述壳体中，随着从所述顶端侧朝向与所述燃烧室方向相反侧的后端侧靠近而直径变大，在该斜面部能够安装所述第2密封构件。由此，能够通过简单的结构来实现燃烧气体向燃烧压力检测装置与汽缸头的间隙的流入的抑制。
[0015]另外，优选，所述第I安装构造部，在所述燃烧压力检测装置安装于所述连通孔时，配置在所述燃烧室方向的后端侧且不落入所述连通孔的位置，所述第I密封构件安装在所述汽缸头与所述第I安装构造部之间。
[0016]另外，优选，所述第2安装构造部，在所述燃烧压力检测装置安装于所述连通孔时，配置在所述连通孔内，所述第2密封构件安装在所述连通孔与所述第2安装构造部之间。
[0017]另外，如果从其他的观点来理解，本发明为一种内燃机，该内燃机安装有用于检测内燃机的燃烧室内的燃烧压力的燃烧压力检测装置，其特征在于，具备具有上述特征点的燃烧压力检测装置。
[0018]发明效果
[0019]根据本发明，在实现了燃烧压力检测装置的顶端部的小型化的情况下也能够抑制燃烧气体向与汽缸头的间隙流入，所以能够防止由构成燃烧压力检测装置的构件的热膨胀等引起的一波长内的检测损失、和/或温度漂移等检测误差。另外，能够防止由壳体与汽缸头的热膨胀系数差引起的连结部的粘合等变形。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是第I实施方式的内燃机的示意结构图。
[0021]图2是图1的II部的放大图。
[0022]图3是压力检测装置的示意结构图。
[0023]图4是图3的IV-1V部的剖视图。
[0024]图5是图4的V部的放大图。
[0025]图6是表示用于与第I实施方式的内燃机的密封形态进行比较的比较例的图。
[0026]图7是第2实施方式的内燃机的第2密封构件的示意结构图。
[0027]图8是第3实施方式的内燃机的第2密封构件的示意结构图。
【具体实施方式】
[0028]以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。
[0029]<第I实施方式>
[0030]图1是第I实施方式的内燃机I的示意结构图。
[0031]图2是图1的II部的放大图。
[0032]内燃机I具备:具有气缸2a的气缸体2 ;在气缸2a内往复运动的活塞3 ;以及汽缸头4，其连结于气缸体2，与气缸2a以及活塞3等一起形成燃烧室C。内燃机I还具备:压力检测装置5，其安装于汽缸头4，检测燃烧室C内的压力；控制装置6，其基于压力检测装置5检测到的压力来控制内燃机I的工作；密封构件7，其存在于压力检测装置5与汽缸头4之间，用于确保燃烧室C内的气密性；以及传送电缆8，其在压力检测装置5与控制装置6之间传送电信号。
[0033]在汽缸头4中，形成有将燃烧室C与外部连通的连通孔4a。连通孔4a从燃烧室C侧开始，具有:第I孔部4b ;直径从第I孔部4b的孔径逐渐扩大的倾斜部4c ；以及孔径比第I孔部4b的孔径大的第2孔部4d。在形成第2孔部4d的周围的壁，形成有供形成于压力检测装置5的后述壳体30的阳螺纹332a拧入的阴螺纹4e。
[0034]以下，对压力检测装置5进行详述。
[0035]图3是压力检测装置5的示意结构图。图4是图3的IV-1V部的剖视图。图5是图4的V部的放大图。
[0036]压力检测装置5具备:传感器部100，其具有将燃烧室C内的压力变换为电信号的压电元件10 ;信号处理部200，其对来自传感器部100的电信号进行处理；以及保持构件300，其保持信号处理部200。在将该压力检测装置5安装于汽缸头4时，传感器部100的后述膜片头40先插入在汽缸头4形成的连通孔4a。在以下的说明中，将图4的左侧设为压力检测装置5的顶端侧，将右侧设为压力检测装置5的后端侧。
[0037]首先，对传感器部100进行说明。
[0038]传感器部100具备:压电元件10，其将所接受的压力变换成电信号；和壳体30，其为筒形，形成有在内部收纳压电元件10等的圆柱形的孔。以下，将形成于壳体30的圆柱形的孔的中心线方向简称为中心线方向。
[0039]传感器部100还具备:膜片头40，其设置为盖住壳体30的顶端侧的开口部，燃烧室C内的压力对其进行作用；第I电极部50，其设置在膜片头40与压电元件10之间；以及第2电极部55，其相对于压电元件10配置在与第I电极部50相反一侧。
[0040]传感器部100还具备:氧化铝陶瓷制的绝缘圈60，其对第2电极部55进行电绝缘；支撑构件65，其设置在比绝缘圈60靠后端侧，支撑信号处理部200的后述的覆盖构件23的端部；以及螺旋弹簧70，其存在于第2电极部55与后述的传导构件22之间。
[0041]压电元件10具有显示纵向压电效应的压电作用的压电体。所谓纵向压电效应，指的是当向与压电体的电荷产生轴相同方向的应力施加轴作用外力时、在电荷产生轴方向的压电体的表面产生电荷的作用。本实施方式的压电元件10以中心线方向成为应力施加轴的方向的方式收纳于壳体30内。
[0042]接下来，例示在压电元件10中利用了横向压电效应的情况。所谓横向压电效应，指的是当向处于与压电体的电荷产生轴正交的位置的应力施加轴作用外力时、在电荷产生轴方向的压电体的表面产生电荷的作用。可以将多张较薄地形成为薄板状的压电体层叠而构成，通过这样层叠，能够高效地将压电体产生的电荷集中而提高传感器的灵敏度。作为压电单晶体，能够例示使用具有纵向压电效应以及横向压电效应的硅酸镓镧系晶体(硅酸镓镧、钽酸镓镧、铌酸镓镧、LGTA)和/或水晶、稼磷酸盐等。另外，在本实施方式的压电元件10中，作为压电体使用硅酸镓镧单晶体。
[0043]壳体30具有设置在顶端侧的第I壳体31和设置在后端侧的第2壳体32。
[0044]第I壳体31是在内部形成有圆柱形的孔310的薄壁圆筒形的构件,该圆柱形的孔310形成为直径从顶端侧到后端侧阶梯性不同。在外周面上，在中心线方向的中央部，遍及周向的整个区域而设有从外周面突出的突出部315。
[0045]孔310由从顶端侧到后端侧依次形成的第I孔311和孔径比第I孔311的孔径大的第2孔312构成。突出部315在顶端部具有直径从顶端侧向后端侧逐渐变大的倾斜面315a，在后端部具有与中心线方向垂直的垂直面315b。
[0046]第2壳体32是在内部形成有圆柱形的孔320的筒形的构件，该圆柱形的孔320形成为直径从顶端侧到后端侧阶梯性不同，在外部设有形成为直径从顶端侧到后端侧阶梯性不同的外周面330。
[0047]孔320由从顶端侧到后端侧依次形成的第I孔321、孔径比第I孔321的孔径小的第2孔322、孔径比第2孔322的孔径大的第3孔323、孔径比第3孔323的孔径大的第4孔324、孔径比第4孔324的孔径大的第5孔325构成。
[0048]第I孔321的孔径设定为第I壳体31的外周面的直径以下，以使得第2壳体32的顶端部以过盈配合而卡合(压入)于第I壳体31的后端部。
[0049]从顶端侧到后端侧，外周面330由第I外周面331、外径比第I外周面331的外径大的第2外周面332、外径比第2外周面332的外径大的第3外周面333、外径比第3外周面333的外径大的第4外周面334、外径比第4外周面334的外径小的第5外周面335构成。在第2外周面332的顶端部形成有供拧入于汽缸头4的阴螺纹4e的阳螺纹332a。在第3外周面333，以间隙配合嵌入有后述的第I密封构件71，第3外周面333的外径与第I密封构件71的内径的尺寸公差设定为例如O到0.2mm。第4外周面334的后端部形成为在周向上等间隔地具有6个倒角的正六棱柱。该形成为正六棱柱的部位是在将压力检测装置5紧固于汽缸头4时供紧固用的工具嵌入、来传递赋予给了工具的旋转力的部位。在第5外周面335的中心线方向上的中央部，遍及整个圆周而形成有从外周面凹陷的凹部335a。
[0050]另外，第2壳体32在从第4孔324向第5孔325的转换部分即第5孔325的顶端部，设置有供信号处理部200的后述的覆盖构件23的基板覆盖部232的顶端侧的端面抵碰的抵碰面340。在抵碰面340形成有供后述的信号处理部200的印刷布线基板210的第2连接引脚21b插入的引脚用凹部340a。
[0051]第I壳体31以及第2壳体32存在于接近燃烧室C的位置，所以优选使用至少耐-40?350〔°C〕的使用温度环境的材料来制作。具体地说，优选使用耐热性较高的不锈钢钢材，例如JIS标准的SUS630、SUS316、SUS430等。
[0052]膜片头40具有圆筒形的圆筒形部41和形成在圆筒形部41的内侧的内侧部42。
[0053]圆筒形部41的后端部具有:进入部41a，其以过盈配合与壳体30的第I壳体31的顶端部卡合(压入)，进入该顶端部的内部；和抵碰面41b，其与该顶端部的端面31a形成为相同形状，在卡合时供该端面31a抵碰。
[0054]内侧部42是以盖住圆筒形部41的顶端侧的开口的方式设置的圆盘形的构件，在后端侧的面的中央部设有从该面向压电元件1侧突出的突出部42a。另外，在内侧部42的顶端侧的面的中央部设有从该面向压电元件10侧凹陷的凹部42b。突出部42a以及凹部42b作为在中央区域向后端侧凹陷的凹陷部的一例而发挥功能。
[0055]因为膜片头40存在于高温且高压的燃烧室C内，所以作为膜片头40的材料，优选为弹性高、且耐久性、耐热性、耐蚀性等优异的合金制，例如可例示SUH660。
[0056]第I电极部50是以直径从顶端侧到后端侧阶梯性不同的方式形成的圆柱形的构件，由第I圆柱部51和外径比第I圆柱部51的外径大的第2圆柱部52构成。第I圆柱部51的外径比膜片头40的进入部41a的内径小，第2圆柱部52的外径与第I壳体31的第I孔311的孔径大致相同。而且，配置成第I圆柱部51的顶端侧的端面接触膜片头40的内侧部42的突出部42a，第2圆柱部52的后端侧的端面接触压电元件10的顶端侧的面。通过第2圆柱部52的外周面与第I壳体31的内周面接触、或者第I圆柱部51的顶端侧的端面与膜片头40接触，从而压电元件10的顶端部与壳体30电连接。
[0057]第I电极部50是使燃烧室C内的压力作用于压电元件10的构件，压电元件10 —侧的端面即第2圆柱部52的后端侧的端面形成为能够按压电元件10的端面的整个面的大小。另外，就第I电极部50而言，中心线方向上的两端面形成为平行(与中心线方向正交)且形成为平滑面，以能够使从膜片头40接受的压力均等地作用于压电元件10。
[0058]作为第I电极部50的材质，可以例示不锈钢。
[0059]第2电极部55为圆柱形的构件，配置成顶端侧的端面与压电元件10的后端侧的端面接触，另一方的端部侧的端面与绝缘圈60接触。在第2电极部55的后端侧的端面设有从该端面向后端侧突出的圆柱形的突出部55a。突出部55a具有端面侧的基端部和外径比该基端部的外径小的顶端部。突出部55a的外径设定得比绝缘圈60的内径小，并且突出部55a的长度设定得比绝缘圈60的宽度(中心线方向上的长度)长，突出部55a的顶端从绝缘圈60露出。该第2电极部55是以在与第I电极部50之间对压电元件10施加一定的载荷的方式进行作用的构件，压电元件10侧的端面形成为能够按住压电元件10的端面的整个面的大小并且形成为平行且平滑面。第2电极部55的外径设定为比第I壳体31的第2孔312的孔径小，在第2电极部55的外周面与第I壳体31的内周面之间存在间隙。
[0060]作为第2电极部55的材质，可以例示不锈钢。
[0061]绝缘圈60是由氧化铝陶瓷等形成的圆筒形的构件，内径(中央部的孔径)比第2电极部55的突出部55a的基端部的外径稍大，外径设定为与第I壳体31的第2孔312的孔径大致相同。第2电极部55通过突出部55a插入绝缘圈60的中央部的孔而配置，从而配置成中心位置与第I壳体31的第2孔312的中心相同。
[0062]支撑构件65是从顶端侧到后端侧在内部形成有直径不同的多个圆柱形的孔650且外周面相同的筒形的构件。
[0063]孔650由从顶端侧到后端侧依次形成的第I孔651、孔径比第I孔651的孔径大的第2孔652以及孔径比第2孔652的孔径大的第3孔653构成。第I孔651的孔径比第2电极部55的突出部55a的基端部的外径大，该突出部55a露出到支撑构件65的内部。第2孔652的孔径比后述的信号处理部200的传导构件22的顶端部的外径大。第3孔653的孔径比后述的信号处理部200的覆盖构件23的端部的外径小，该覆盖构件23以过盈配合卡合于形成第3孔653的周围的壁。由此，支撑构件65作为支撑覆盖构件23的端部的构件而发挥功能。
[0064]就螺旋弹簧70而言，内径为第2电极部55的突出部55a的顶端部的外径以上且比基端部的外径小，外径比后述的传导构件22的插入孔22a的直径小。在螺旋弹簧70的内侧插入第2电极部55的突出部55a的顶端部，并且螺旋弹簧70插入后述的传导构件22的插入孔22a。螺旋弹簧70的长度设定成能够以压缩的状态存在于第2电极部55与传导构件22之间的长度。作为螺旋弹簧70的材质，优选使用弹性较高且耐久性、耐热性、耐蚀性等优异的合金。另外，优选通过在螺旋弹簧70的表面实施镀金来提高电传导。
[0065]接下来，对信号处理部200进行说明。
[0066]信号处理部200具备:电路基板部21，其对作为从传感器部100的压电元件10得到的微弱的电荷的电信号至少进行放大处理；棒状的传导构件22，其将在压电元件10产生的电荷引导到电路基板部21 ;覆盖构件23，其覆盖这些电路基板部21、传导构件22等；以及O型圈24，其对电路基板部21等进行密封。
[0067]电路基板部21具有印刷布线基板210，所述印刷布线基板210安装有构成用于对从传感器部100的压电元件10得到的微弱的电荷进行放大的电路的电子器件等。在印刷布线基板210的顶端部，通过软钎焊等连接有用于电连接传导构件22的后端部的第I连接引脚21a、和接地用以及定位用的第2连接引脚21b。另外，在印刷布线基板210的后端部，通过软钎焊等连接有3个经由传送电缆8的顶端部的连接器8a与控制装置6电连接的第3连接引脚21c。3个第3连接引脚21c分别使用于从控制装置6向印刷布线基板210供给电源电压以及GND电压、从印刷布线基板210向控制装置6供给输出电压。
[0068]传导构件22是棒状(圆柱形)的构件，在顶端部形成有供第2电极部55的突出部55a的顶端部插入的插入孔22a。传导构件22的后端部经由导线而与电路基板部21的印刷布线基板210电连接。作为传导构件22的材质，可以例示黄铜以及铍铜等。在该情况下，从加工性以及成本的观点出发，优选黄铜。与此相对，从电传导性、高温强度、可靠性的观点出发，优选铍铜。
[0069]覆盖构件23具有:传导构件覆盖部231，其覆盖传导构件22的外周；基板覆盖部232，其覆盖电路基板部21的印刷布线基板210的侧面以及下表面；以及连接部233，其覆盖与印刷布线基板210连接的第3连接引脚21c的周围，并且供传送电缆8的顶端部的连接器8a嵌入。
[0070]传导构件覆盖部231在中心线方向上，以露出传导构件22的顶端部的方式进行覆盖，设置有形成为直径从顶端侧到后端侧阶梯性不同的外周面240。从顶端侧到后端侧，夕卜周面240由第I外周面241、外径比第I外周面241的外径大的第2外周面242、外径比第2外周面242的外径大的第3外周面243、外径比第3外周面243的外径大的第4外周面244构成。第I外周面241的直径比支撑构件65的第3孔653的孔径大，传导构件覆盖部231的顶端部以过盈配合而卡合(压入)于形成支撑构件65的第3孔653的周围的壁。第2外周面242的直径形成得比第2壳体32的第2孔322的孔径小，第3外周面243的直径形成得比第2壳体32的第3孔323的孔径小。另外，第4外周面244的直径比第2壳体32的第4孔324的孔径大，传导构件覆盖部231的后端部以过盈配合而卡合(压入)于形成第2壳体32的第4孔324的周围的壁。由此，传导构件覆盖部231的至少中心线方向上的两端部分别通过与支撑构件65、第2壳体32接触而被支撑，所以即使在恶劣的振动环境下，也能够抑制带给传导构件22的坏影响，能够避免由振动引起传导构件22的连接部的断线和/或接触不良等。
[0071]基板覆盖部232是基本上圆筒形的部位，在其侧面设有用于在内部设置印刷布线基板210的矩形的开口部232a。另外，在基板覆盖部232的后端侧，形成有用于对壳体30内以及印刷布线基板210设置部进行密封的O型圈24用的圈槽232b。
[0072]连接部233是形成为从基板覆盖部232的后端侧的端面232c突出、覆盖与印刷布线基板210连接的3个第3连接引脚21c的周围的薄壁的部位。连接部233的后端部开口，在内部能够接受在传送电缆8的顶端部设置的连接器8a。另外，在连接部233的后端侦牝形成有连通内部与外部的孔233a，通过使在传送电缆8的连接器8a设置的钩子挂于该孔233a，可抑制传送电缆8的连接器8a从连接部233脱落。
[0073]如以上那样构成的覆盖构件23由树脂等具有绝缘性的材料成形。另外，覆盖构件23与传导构件22、第I连接引脚21a、第2连接引脚21b以及3个第3连接引脚21c —起一体成形。更具体地说，覆盖构件23通过向设置了这些传导构件22、第I连接引脚21a、第2连接引脚21b以及3个第3连接引脚21c的金属模按入加热了的树脂而成形。
[0074]在将信号处理部200单元化时，将电路基板部21的印刷布线基板210从成形了的覆盖构件23的开口部232a插入，并将其设置于基板覆盖部232的中央部。在设置印刷布线基板210时，将第I连接引脚21a、第2连接引脚21b以及3个第3连接引脚21c的顶端穿过在板厚方向上贯通的通孔，并进行软钎焊。其后，使用导线将第I连接引脚21a与传导构件22连接。另外，将O型圈24安装于覆盖构件23的基板覆盖部232的圈槽232b。O型圈24为由氟系橡胶构成的周知的O型的圈。
[0075]接下来，对保持构件300进行说明。
[0076]保持构件300是薄壁圆筒形的构件，在后〗而部设有从内周面向内侧关出的关出部300a。保持构件300通过在安装于第2壳体32后、从外部对与设置于第5外周面335的凹部335a对应的部位进行加压而挤压连接。由此，保持构件300变得不易相对于壳体30移动，可抑制信号处理部200相对于壳体30移动。
[0077]如以上那样构成的压力检测装置5如以下所示那样进行组装。
[0078]首先，将第I壳体31与膜片头40卡合(压入)，直到第I壳体31的端面31a与膜片头40的抵碰面41b接触。其后，从与中心线方向交叉的方向(例如与中心线方向正交的方向)向第I壳体31的端面31a与膜片头40的抵碰面41b接触的部位照射激光束，来将第I壳体31与膜片头40焊接。
[0079]其后，将第I电极部50以及压电元件10从第I壳体31的后端侧的开口部插入。其后，将在第2电极部55的突出部55a的顶端部安装有螺旋弹簧70并且在第2电极部55的突出部55a插入有绝缘圈60的状态的构件从第I壳体31的后端侧的开口部插入。其后，将支撑构件65从第I壳体31的后端侧的开口部插入。
[0080]其后，为了提高压电元件10的灵敏度以及直线性，对第I壳体31内的压电元件10作用预先设定的载荷(预载荷)。即，通过安装于支撑构件65的后端部的专用夹具，来在中心线方向上从后端侧向顶端侧对该支撑构件65进行加压。而且，加压到膜片头40的内侧部42的顶端侧的端面的中心线方向上的变位量从对支撑构件65加压前到变为预先设定的长度。而且，在膜片头40的内侧部42的顶端侧的端面变位了预先设定的长度时，将支撑构件65与第I壳体31固定。作为固定方法,可以例从与中心线方向交叉的方向(例如与中心线方向正交的方向)照射激光束。激光束可以向周向的整个圆周照射，也可以在周向上等间隔地点状地照射。在将支撑构件65与第I壳体31固定后，卸下上述专用夹具。由此，成为预载荷作用于第I壳体31内的压电元件10的状态。
[0081]其后，将第I壳体31与第2壳体32卡合(压入)，直到第I壳体31的突出部315的垂直面315b与第2壳体32的顶端侧的端面接触。其后，从与中心线方向交叉的方向(例如与中心线方向正交的方向)向第I壳体31的垂直面315b与第2壳体32的端面所接触的部位照射激光束，来将第I壳体31与第2壳体32焊接。
[0082]其后，将信号处理部200从第2壳体32的后端侧的开口部插入，直到信号处理部200的覆盖构件23的基板覆盖部232的顶端侧的端面抵碰第2壳体32的抵碰面340。此时，以在第2电极部55的突出部55a安装的螺旋弹簧70进入信号处理部200的传导构件22的插入孔22a、并且与印刷布线基板210连接的第2连接引脚21b进入在第2壳体32的抵碰面340形成的引脚用凹部340a的方式，插入信号处理部200。
[0083]其后，将保持构件300从后端侧嵌入信号处理部200，直到保持构件300的突出部300a抵碰信号处理部200的基板覆盖部232的端面232c。在信号处理部200的端面232c与保持构件300的突出部300a接触的状态下，对保持构件300的、与第2壳体32的第5外周面335的凹部335a对应的部位进行加压，从而保持构件300挤压连接于第2壳体32。由此，保持构件300变得不易相对于壳体30移动，信号处理部200变得不易相对于壳体30移动。
[0084]这样对压力检测装置5进行组装。
[0085]在这里，对上述的压力检测装置5中的电连接构造进行说明。
[0086]首先，压电元件10的顶端侧的端面经由金属制的第I电极部50以及膜片头40与金属制的壳体30电连接。
[0087]与此相对，压电元件10的后端侧的端面与金属制的第2电极部55电连接，第2电极部55经由突出部55a与金属制的螺旋弹簧70电连接。另外，螺旋弹簧70与金属制的传导构件22电连接，传导构件22与印刷布线基板210电连接。另一方面，第2电极部55的突出部55a的外径比支撑构件65的第I孔651的孔径小，传导构件22的顶端部的外径比支撑构件65的第2孔652的孔径小。S卩，第2电极部55、螺旋弹簧70以及传导构件22不与支撑构件65电连接。因而，从第2电极部55经由螺旋弹簧70以及传导构件22而到印刷布线基板210的电荷信号的传送路径，通过各自由绝缘体构成的绝缘圈60以及覆盖构件23而与金属制的壳体30电绝缘。
[0088]在将如以上那样构成的压力检测装置5向汽缸头4安装时，传感器部100的膜片头40先插入在汽缸头4形成的连通孔4a，将在壳体30的第2壳体32形成的阳螺纹332a拧入在汽缸头4的连通孔4a形成的阴螺纹4e。
[0089]通过将压力检测装置5安装于汽缸头4，壳体30与金属制的汽缸头4电连接。因为该汽缸头4处于电接地的状态，所以在压力检测装置5中，压电元件10的顶端部经由壳体30而接地。在这里，在该例中，成为压电元件10的侧面与壳体30的内壁面可接触的构造，但是因压电元件10由绝缘体构成从而电阻值极大，并且因伴随压力变化而产生的电荷在压电元件10的中心线方向上的两端部产生，所以不会特别地成为问题。
[0090]而且，在内燃机I的工作时，对传感器部100的膜片头40的内侧部42赋予燃烧压力。赋予给了膜片头40的燃烧压力作用于由第I电极部50和第2电极部55夹持的压电元件10，从而在该压电元件10产生与燃烧压力相应的电荷。而且，在压电元件10产生的电荷经由第2电极部55、螺旋弹簧70、传导构件22而赋予电路基板部21。在赋予给了电路基板部21的电荷利用电路基板部21进行了放大处理后，与该电荷相应的电压会经由与电路基板部21连接的第3连接引脚21c、传送电缆8而供给到控制装置6。
[0091]接下来，对密封构件7进行说明。
[0092]密封构件7具有第I密封构件71，该第I密封构件71配置在汽缸头4的形成连通孔4a的周围的壁的压力检测装置5紧固方向上的端面4f、与压力检测装置5的壳体30的设置第4外周面334的圆柱形的部位的顶端侧的端面334a之间，对汽缸头4与压力检测装置5之间进行密封。另外，密封构件7具有第2密封构件72，该第2密封构件72配置在汽缸头4的连通孔4a的倾斜部4c、与压力检测装置5的壳体30的第I壳体31的倾斜面315a之间，对汽缸头4与压力检测装置5之间进行密封。
[0093]第I密封构件71可例示对铜、不锈钢、铝等的金属板进行冲裁而成形的金属密封垫。截面形状可形成为S型或者大致矩形。第I密封构件71在将压力检测装置5紧固于汽缸头4时，承受紧固方向上的力，以紧固方向上的长度变短的方式变形，而提高燃烧室C内的气密性。即，通过将压力检测装置5拧入汽缸头4，从而在第I密封构件71与汽缸头4之间产生的接触压力、以及在第I密封构件71与压力检测装置5的壳体30之间产生的接触压力升高。由此，可抑制燃烧气体从第I密封构件71与汽缸头4之间、以及第I密封构件71与压力检测装置5的壳体30之间泄漏。
[0094]第2密封构件72可以例示材质为氟橡胶(FKM)的、截面为圆形的圈状的O型圈。第2密封构件72在将压力检测装置5紧固于汽缸头4时，利用汽缸头4的连通孔4a的倾斜部4c与壳体30的第I壳体31的倾斜面315a来承受与紧固方向交叉的方向上的力而变形，提高燃烧室C内的气密性。即，通过将压力检测装置5拧入汽缸头4，从而在第2密封构件72与汽缸头4的连通孔4a的倾斜部4c之间产生的接触压力、以及在第2密封构件72与壳体30的第I壳体31的倾斜面315a之间产生的接触压力升高。由此，可抑制燃烧气体从第2密封构件72与汽缸头4之间、以及第2密封构件72与压力检测装置5的壳体30之间泄漏。
[0095]如以上所说明那样，第I实施方式的内燃机I具备:作为构成燃烧室的构造体的一例的汽缸头4 ;压力检测装置5，其具有能够插入汽缸头4的连通孔4a的筒形的壳体30 ;第I密封构件71，其在汽缸头4的连通孔4a的外侧对汽缸头4与压力检测装置5之间进行密封；以及第2密封构件72，其在连通孔4a的内部对汽缸头4与压力检测装置5之间进行密封。由此，除了利用第I密封构件71来使燃烧气体不易向内燃机I的外部泄漏之外，还利用第2密封构件72来抑制燃烧气体流入压力检测装置5的壳体30与汽缸头4之间。因而，能够抑制因构成压力检测装置5的构件的热膨胀而产生检测误差。
[0096]而且，压力检测装置5的壳体30通过紧固于在汽缸头4的连通孔4a形成的阴螺纹4e而连结于汽缸头4，第2密封构件72在该连结部的顶端侧安装在完全收置于连通孔4a的内部的位置。由此，第2密封构件72在比压力检测装置5与汽缸头4的连结部靠上游侧对两者间进行密封，所以可抑制燃烧气体流入连结部。因此，能够抑制在连结部中因壳体30与铝制的汽缸头4的热膨胀系数的差而产生热应变，而连接部粘合。
[0097]壳体30的第I壳体31具有直径随着从顶端侧向后端侧而变大的作为斜面部的倾斜面315a，在汽缸头4的连通孔4a设有直径随着从顶端侧向后端侧而扩大的倾斜部4c。而且，在第I实施方式的内燃机I中，在压力检测装置5与汽缸头4连结的状态下，使这些壳体30的倾斜面315a与汽缸头4的倾斜部4c相对，并且在两者之间配置第2密封构件72。另外，第2密封构件72的尺寸的大小设定为满足如下情况:在压力检测装置5被插入汽缸头4的连通孔4a而与其连结了时，第2密封构件72抵接于壳体30的倾斜面315a与连通孔4a的倾斜部4c，被这些倾斜面315a以及倾斜部4c向与插入方向(中心线方向)交叉的方向按附，能够与这些倾斜面315a以及倾斜部4c相应而在与插入方向交叉的方向上变形。由此，第2密封构件72能够可靠性高地对压力检测装置5与汽缸头4之间进行密封。
[0098]在第I实施方式的内燃机I中，除了在与压力检测装置5的紧固方向相同的方向上被压溃而对压力检测装置5与汽缸头4之间进行密封的第I密封构件71之外，还具备在与紧固方向交叉的方向上被压溃的第2密封构件72。因此，利用汽缸头4的端面4f和倾斜部4c来承受压力检测装置5的紧固力。因而，在汽缸头4的倾斜部4c产生的力与由倾斜部4c承受压力检测装置5的所有紧固力的情况相比变小。其结果，即使保持紧固力相同、而减小压力检测装置5的壳体30的顶端部的直径的大小，也能够使得作用于铝制的汽缸头4的倾斜部4c的力以及因该力而在汽缸头4产生的表面压力不易变得比允许值大。以下对该情况进行详述。
[0099]图6是表示用于与第I实施方式的内燃机I的密封形态进行比较的比较例的图。
[0100]作为压力检测装置5与汽缸头4之间的密封形态，如图6所示，可考虑仅通过配置于压力检测装置5的膜片头40的圆筒形部41的顶端面与汽缸头4的端面4g之间的、例如周知的密封垫79来进行密封的形态。在该形态中，通过该密封垫79在紧固方向上被压溃而对两者间进行密封。然而，在该形态中，成为利用汽缸头4的端面4g承受压力检测装置5的所有紧固力。因而，若保持紧固力相同而减小压力检测装置5的壳体30的顶端部的直径，则密封垫79的直径也变小，在汽缸头4产生的表面压力会变大直径变小的量。其结果，有可能施加于壳体30的表面压力变大而超过允许值，导致密封垫79破损，燃烧气体向内燃机I的外部泄漏或者燃烧气体流入压力检测装置5与汽缸头4之间。
[0101]接下来，考虑除了第I实施方式的内燃机I中的、在汽缸头4的端面4f与压力检测装置5之间配置的第I密封构件71之外，还利用图6所示的在压力检测装置5的膜片头40的圆筒形部41的顶端面与汽缸头4的端面4g之间配置的密封垫79来进行密封的形态。在该形态中，通过第I密封构件71和密封垫79的双方在紧固方向上被压溃而对两者间进行密封，利用汽缸头4的端面4f和端面4g来承受压力检测装置5的紧固力。这样，根据各部件的尺寸偏差，可能会使得压力检测装置5的紧固力的大部分在汽缸头4的端面4g产生，在汽缸头4产生的表面压力或者在壳体30产生的表面压力可能会超过允许值。其结果，燃烧气体有可能流入压力检测装置5与汽缸头4之间。
[0102]与此相对，第I实施方式的内燃机I的第2密封构件72配置在相对于压力检测装置5的紧固方向倾斜的壳体30的倾斜面315a与连通孔4a的倾斜部4c之间。因而，即使各部件的尺寸产生了偏差，在紧固压力检测装置5时，壳体30的倾斜面315a与连通孔4a的倾斜部4c的间隔也不易变小。其结果，成为利用汽缸头4的端面4f与倾斜部4c来承受压力检测装置5的紧固力。因此，根据第I实施方式的内燃机I的结构，即使保持紧固力相同而减小压力检测装置5的壳体30的顶端部的直径，也能够使得作用于汽缸头4的倾斜部4c的力以及因该力而在汽缸头4产生的表面压力以及在壳体30产生的表面压力不易变得比允许值大。
[0103]为了实现上述内燃机I的结构，第I实施方式的压力检测装置5具备:作为能够安装第I密封构件71的第I安装构造部的一例的壳体30的第2壳体32的第3外周面333 ；和设置在比该第3外周面333靠顶端侧、作为能够安装第2密封构件72的第2安装构造部的一例的第I壳体31的倾斜面315a。
[0104]而且，第I壳体31的倾斜面315a是直径随着从顶端侧向后端侧而变大的斜面部，在该倾斜面315a具备第2密封构件72并将壳体30插入汽缸头4的连通孔4a后，第2密封构件72抵接于作为该连通孔4a的壁的一例的倾斜部4c并被向与插入方向交叉的方向上按附。由此，可通过简单的结构来实现燃烧气体向压力检测装置5与汽缸头4的间隙的流入的抑制。
[0105]此外，在上述的第I实施方式中，将压力检测装置5与密封构件7理解为分开的构件，但也可以将密封构件7作为构成压力检测装置5的一部分的构件来理解。即，压力检测装置5也可以作为具备壳体30、作为检测部的一例的压电元件10、第I电极部50及第2电极部55、第I密封构件71、以及第2密封构件72的装置来理解。
[0106]〈第2实施方式〉
[0107]第2实施方式的内燃机I与第I实施方式的内燃机I相比，密封构件7的第2密封构件73不同。以下，对不同点进行说明。
[0108]图7是第2实施方式的内燃机I的第2密封构件73的示意结构图。(a)是第2密封构件73的剖视图，(b)是表示第2密封构件73对汽缸头4与压力检测装置5之间进行密封的状态的局部剖视图。
[0109]第2实施方式的第2密封构件73为薄壁且圈状的构件。第2密封构件73的截面形状为矩形，不过其长边以及短边相对于中心线方向倾斜。而且，其倾斜角度α 3设定为与压力检测装置5的第I壳体31的倾斜面315a的倾斜角度a h大致相同。另外，长边的长度L3设定为第I壳体31的倾斜面315a的倾斜方向的长度Lh以下。
[0110]该第2实施方式的第2密封构件73的材质可例示耐热性优异的氟树脂。其中，还优选聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene, PTFE)。在第2密封构件73为氟树脂时，切削加工等机械加工性、和/或利用成形模的成形性优异，所以能够容易地设为上述形状。
[0111]而且，在第2实施方式的内燃机I中，也在压力检测装置5与汽缸头4连结的状态下，使壳体30的倾斜面315a与汽缸头4的倾斜部4c相对，并且在两者之间配置第2密封构件73。另外，第2密封构件73的壁厚(短边的长度)的大小设定为满足如下情况:在压力检测装置5被插入汽缸头4的连通孔4a而与其连接了时，该第2密封构件73抵接于壳体30的倾斜面315a与连通孔4a的倾斜部4c。S卩，第2密封构件73的壁厚的大小设定为满足如下情况:该第2密封构件73被这些倾斜面315a以及倾斜部4c向与插入方向(中心线方向)交叉的方向按附，能够与这些倾斜面315a以及倾斜部4c相应而在与插入方向交叉的方向上变形。由此，第2密封构件73能够可靠性高地对压力检测装置5与汽缸头4之间进行密封，能够抑制燃烧气体向压力检测装置5与汽缸头4的间隙流入。
[0112]〈第3实施方式〉
[0113]第3实施方式的内燃机I与第I实施方式的内燃机I相比，密封构件7的第2密封构件74不同。以下，对不同点进行说明。
[0114]图8是第3实施方式的内燃机I的第2密封构件74的示意结构图。(a)是第2密封构件74的剖视图，(b)是表示第2密封构件74对汽缸头4与压力检测装置5之间进行密封的状态的局部剖视图。
[0115]第3实施方式的第2密封构件74与第2实施方式的第2密封构件73相比，以下点不同。即，第3实施方式的第2密封构件74，在设有从第2实施方式的第2密封构件73的中心线方向上的上端部(在图8中观察的情况下)向中心线方向上的上侧延伸的延伸部74a的方面不同。延伸部74a是薄壁圆筒形的部位。而且，延伸部74a的内径设定为以过盈配合与壳体30的第I壳体31的突出部315的外径卡合(压入)。另外，延伸部74a的壁厚t4设定为在该延伸部74a卡合于第I壳体31的突出部315的状态下，该延伸部74a的外径成为汽缸头4的第2孔部4d的孔径以下。
[0116]而且，在第3实施方式的内燃机I中，也在压力检测装置5与汽缸头4连结的状态下，使壳体30的倾斜面315a与汽缸头4的倾斜部4c相对，并且在两者之间配置第2密封构件74。另外，第2密封构件74的倾斜部的壁厚的大小设定为满足如下情况:在压力检测装置5被插入汽缸头4的连通孔4a而与其连结了时，第2密封构件74抵接于壳体30的倾斜面315a与连通孔4a的倾斜部4c。即，第2密封构件74的倾斜部的壁厚的大小设定为满足如下情况:第2密封构件74被这些倾斜面315a以及倾斜部4c向与插入方向(中心线方向)交叉的方向按附，能够与这些倾斜面315a以及倾斜部4c相应而在与插入方向交叉的方向上变形。由此，第2密封构件74能够可靠性高地对压力检测装置5与汽缸头4之间进行密封，能够抑制燃烧气体向压力检测装置5与汽缸头4的间隙流入。
[0117]进而，就第3实施方式的第2密封构件74而言，被壳体30的倾斜面315a与连通孔4a的倾斜部4c按附而变形了的倾斜部的一部分到达延伸部74a，该延伸部74a变得容易被按附到壳体30的突出部315的外周面与汽缸头4的形成第2孔部4d的壁面。其结果，通过使用第3实施方式的第2密封构件74，与汽缸头4和压力检测装置5抵接的面积变大，密封性提高。因此，能够可靠性更高地抑制燃烧气体向压力检测装置5与汽缸头4的间隙流入。
[0118]附图标记说明
[0119]I…内燃机、2…气缸体、3…活塞、4…汽缸头、5…压力检测装置、6…控制装置、7...密封构件、8…传送电缆、10...压电兀件、21...电路基板部、22...传导构件、23...覆盖构件、24...0型圈、30…壳体、40…膜片头、50…第I电极部、55...第2电极部、60...绝缘圈、65...支撑构件、70…螺旋弹簧、71...第I密封构件、72，73，74...第2密封构件、100…传感器部、200…信号处理部、300…保持构件。
【权利要求】
1.一种燃烧压力检测装置，该燃烧压力检测装置用于检测内燃机的燃烧室内的燃烧压力，其特征在于， 所述燃烧压力检测装置能够安装于将构成所述燃烧室的汽缸头的内部与外部连通的连通孔； 所述燃烧压力检测装置具有壳体和在该壳体内检测燃烧压力的检测部； 所述壳体具有能够向所述连通孔安装的安装构造部； 所述安装构造部具有能够供第I密封构件安装的第I安装构造部和能够供第2密封构件安装的第2安装构造部； 在所述燃烧压力检测装置安装于所述连通孔时，所述第2安装构造部配置在比所述第I安装构造部靠所述燃烧室的方向的顶端侧。
2.根据权利要求1所述的燃烧压力检测装置，其特征在于， 所述壳体具有通过紧固于在所述连通孔形成的阴螺纹而与所述汽缸头连结的连结部，该连结部设置在所述第I安装构造部与所述第2安装构造部之间。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧压力检测装置，其特征在于， 所述第2安装构造部具备斜面部，所述斜面部在安装于所述汽缸头的所述连通孔的所述壳体中，随着从所述顶端侧朝向与所述燃烧室的方向相反侧的后端侧靠近而直径变大，在该斜面部能够安装所述第2密封构件。
4.根据权利要求1至3中任I项所述的燃烧压力检测装置，其特征在于， 所述第I安装构造部，在所述燃烧压力检测装置安装于所述连通孔时，配置在所述燃烧室的方向的后端侧且不落入所述连通孔的位置； 所述第I密封构件安装在所述汽缸头与所述第I安装构造部之间。
5.根据权利要求1至4中任I项所述的燃烧压力检测装置，其特征在于， 所述第2安装构造部，在所述燃烧压力检测装置安装于所述连通孔时，配置在所述连通孔内； 所述第2密封构件安装在所述连通孔与所述第2安装构造部之间。
6.一种内燃机，所述内燃机安装有用于检测内燃机的燃烧室内的燃烧压力的燃烧压力检测装置，其特征在于，具备权利要求1至5中任I项所述的燃烧压力检测装置。
【文档编号】F02D35/00GK104145108SQ201380011004
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年2月27日 优先权日:2012年2月27日
【发明者】美齐津刚, 高桥和生, 曾我嘉彦, 安田宏通 申请人:西铁城精技美优达株式会社, 丰田自动车株式会社