JPH04110935U - 筒内温度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジンの筒内温度を正確にかつ迅速に検出
することができ、気筒内の失火判定を速やかに行ないう
るようにする。 【構成】 センサ本体を構成するカバー２の先端側に設
けた小径部２Ｂ内に複数本のＳｉＣ繊維Ｆからなる筒内
温度検出素子６を設ける。この筒内温度検出素子６を構
成する一方の検出用素子部７と他方の検出用素子部９の
半分のＳｉＣ繊維Ｆを筒内に露出させ、他方の検出用素
子部９の残りのＳｉＣ繊維Ｆおよび各温度補償用素子部
８のＳｉＣ繊維Ｆを狭帯域フィルタ５により遮蔽する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば、車輌等のエンジンの気筒内の温度の測定および気筒内の失 火状態を検出するのに好適に用いられる筒内温度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、エンジンの気筒内温度を測定することは、車輌のエンジンの出力特性 や点火状態を判定するのに必要不可欠な要素の一つになっている。このため、自 動車メーカの研究所等では、この筒内温度を測定するために、ゼーベック効果を 利用した熱電対やサーモパイル等からなる筒内温度センサを用いて温度を測定し ている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、前述した従来技術の筒内温度センサは高温度用であるから、エンジ ンの筒内温度が高温度領域のときにはセンサからの出力電圧が大きくなるから、 安定した筒内温度の測定ができるものの、エンジン始動時のようにエンジンの筒 内温度が低いときにはセンサからの出力電圧が指数的に低くなって、筒内温度を 正確に測定ができず、さらに、筒内温度に対するセンサの応答性が低下し、燃焼 室内（筒内）の混合気が点火プラグによる着火時に失火したか否かを判定しにく いという問題がある。

【０００４】 また、従来技術の筒内温度センサは自動車メーカの研究所等で使用することは できるものの、車輌に取付けたまま使用することは非常に難しいという問題があ る。

【０００５】 さらに、従来の筒内温度センサを失火検出に用いる場合には、エンジンの燃焼 （点火）サイクルに対してセンサが高い応答性をもって追従できず、失火状態を 検出した後に次なる燃料噴射時までが短時間であるため、コントロールユニット で次なる燃料噴射に備えた燃料噴射量の制御が間に合わず、失火状態検出時にお ける燃料噴射量の正確な制御ができないという問題がある。

【０００６】 本考案は上記従来技術の問題に鑑みなされたもので、エンジンの始動時等でも 筒内温度を高い応答性をもって検出することができる上に、失火状態の検出精度 を向上させることができるようにした筒内温度センサを提供することを目的とし ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上述した課題を解決するために本考案は、先端側がエンジンの気筒内に臨むよ うに該エンジンに設けられるセンサ本体と、該センサ本体の先端側に設けられ、 複数本の炭化珪素繊維が配設された筒内温度検出素子と、該筒内温度検出素子を 部分的に覆うように前記センサ本体の先端側に設けられた遮蔽部材とを備え、前 記筒内温度検出素子は複数本の炭化珪素繊維のうち、前記エンジンの気筒内に露 出した炭化珪素繊維からなる一方の検出用素子部と、前記遮蔽部材により遮蔽さ れた炭化珪素繊維からなる温度補償用素子部と、該温度補償用素子部と一方の検 出用素子部との間に位置し、その一部が前記エンジンの気筒内に露出し、残余の 部分が前記遮蔽部材により遮蔽された炭化珪素繊維からなる他方の検出用素子部 とからなる構成を採用している。

【０００８】

【作用】

上記構成により、筒内温度検出素子の一方の検出素子部と他方の検出素子部と からの検出信号を温度補償素子部からの信号に基づきそれぞれ温度補償でき、温 度補償した各信号に基づき点火前，後の筒内温度の変化を高い応答性をもって検 出することができる。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図１ないし図６に基づき説明する。

【００１０】 図中、１は先端側が車輛等のエンジンの気筒内（いずれも図示せず）に臨むよ うにエンジンに設けられたセンサ本体を示し、該センサ本体１は後述するカバー ２と該カバー２内に充填して設けられたセラミック部材３とから大略構成されて いる。

【００１１】 ２はカバーを示し、該カバー２はステンレス等の金属材料により筒状に形成さ れ、基端側が大径部２Ａとなり、先端側が矩形状の小径部２Ｂとなっている。そ して、該小径部２Ｂの小径側開口部２Ｃにはセラミック部材３を介して後述の遮 蔽部材５および筒内温度検出素子６が設けられ、大径部２Ａの開口部には後述の 蓋板４が設けられている。

【００１２】 ３はアルミナ等の耐熱性を有する絶縁性のセラミック材料を前記カバー２内に 充填して固化することにより形成されたセラミック部材を示し、該セラミック部 材３の先端面には検出素子６が固着して設けられ、該検出素子６内には後述する 各接続線７Ｂ，８Ｂ，９Ｂが鋳ぐるむようにして設けられている。また、該セラ ミック部材３の基端面（上面）には蓋板４が当接して設けられ、該蓋板４内には 後述のリード線１０が挿入して設けられている。

【００１３】 ５は筒内温度検出部６を部分的に覆うようにカバー２の小径側開口部２Ｃに設 けられた遮蔽部材としての狭帯域フィルタを示し、該狭帯域フィルタ５はゲルマ ニウム，シリコン等の材料により長方形の板状に形成され、気筒内の燃焼ガスに よる赤外線が筒内温度検出素子６の温度補償用素子部８等に照射されるのを防止 するようになっている。

【００１４】 ６は前記カバー２の小径開口部２Ｃ内に位置してセラミック部材３の先端面に 設けられた筒内温度検出素子を示し、該検出素子６は複数本（例えば、１６本） の炭化珪素繊維Ｆ（以下、「ＳｉＣ繊維Ｆ」という）によって構成され、該各Ｓ ｉＣ繊維Ｆはその結晶構造によりサーミスタ特性を有し、外部から熱および赤外 線が加わえられることによりその抵抗値が変化するようになっている。そして、 該検出素子６は狭帯域フィルタ５で遮蔽されるか否かにより図３，図４に示す如 く、後述する一方の検出用素子部７，一対の温度補償用素子部８，８および他方 の検出用素子部９とに分けられている。

【００１５】 ７は一方の検出用素子部を示し、該一方の検出用素子部７はセラミック部材３ の先端面に固着された電極板７Ａ，７Ａ間に、例えば４本の各ＳｉＣ繊維Ｆを並 列に接続して形成され、該各電極板７Ａはセラミック部材３内に埋設された接続 線７Ｂ，７Ｂおよびリード線１０等を介して外部の検出回路に接続されている。 そして、該一方の検出用素子部７は気筒内に露出し、燃焼ガスからの熱（赤外線 ）が直接照射される。

【００１６】 ８，８は温度補償用素子部を示し、該各温度補償用素子部８はセラミック部材 ３の先端面に固着された電極板８Ａ，８Ａ間に、例えば４本の各ＳｉＣ繊維Ｆを 並列に接続して形成され、該各電極板８Ａはセラミック部材３内に埋設された接 続線８Ｂ，８Ｂおよびリード線１０等を介して外部の検出回路に接続されている 。そして、該各温度補償用素子部８は狭帯域フィルタ５により遮蔽され、気筒内 の燃焼ガスからの熱（赤外線）が直接照射されるのを防止されている。

【００１７】 ９は他方の検出用素子部を示し、該他方の検出用素子部９はセラミック部材３ の先端面に固着された電極板９Ａ，９Ａ間に、例えば４本の各ＳｉＣ繊維Ｆを並 列に接続して形成され、該各電極板９Ａはセラミック部材３内に埋設された接続 線９Ｂ，９Ｂおよびリード線１０等を介して外部の検出回路に接続される。そし て、該他方の検出用素子部９は２本のＳｉＣ繊維Ｆが気筒内に露出し、燃焼ガス からの熱（赤外線）が直接照射され、残りの２本のＳｉＣ繊維Ｆが狭帯域フィル タ５で遮蔽され、気筒内の燃焼ガスからの熱（赤外線）が直接照射されるのを防 止されている。

【００１８】 また、筒内温度検出素子６の各素子部７，８，９はそれぞれ４本づつのＳｉＣ 繊維Ｆを並列に接続することにより形成されているから、初期状態ではそれぞれ 等しい抵抗値を有するようになる。

【００１９】 １０はセラミック部材３内に埋設された接続線７Ｂ，８Ｂ，９Ｂの一部をなし 、蓋板４から外部に導出されたリード線を示し、該リード線１０は図４に示す如 く、後述する２つのブリッジ回路１１，１４に筒内温度検出素子６の素子部７， ８，９を接続し、これらのブリッジ回路１１，１４は後述の演算増幅器１６等と 共に前記検出回路を構成している。

【００２０】 １１は一のブリッジ回路を示し、該一のブリッジ回路１１は一方の検出用素子 部７，温度補償用素子部８および該素子部７，８と初期状態で同一抵抗値を有す る基準抵抗１２，１２により構成され、前記各素子部７，８の接続点１１Ａは演 算増幅器１３の非反転端子に接続され、該演算増幅器１３の反転入力端子は各基 準抵抗１２の接続点１１Ｂに接続されている。また、一方の検出用素子部７と基 準抵抗１２との接続点１１Ｃは直流電圧ＶCCに接続され、温度補償用素子部８と 基準抵抗１２との接続点１１Ｄはアースに接続されている。ここで、平衡状態が 崩れたときには、接続点１１Ａ，１１Ｂ間の電圧差を演算増幅器１３で検出し、 出力電圧Ｖ1 として該演算増幅器１３の出力端子から演算増幅器１６の非反転端 子に出力するようになる。

【００２１】 １４は他のブリッジ回路を示し、該他のブリッジ回路１４は他方の検出用素子 部９，温度補償用素子部８および各素子部８，９と初期状態で同一抵抗値を有す る基準抵抗１２，１２により構成され、前記各素子部８，９の接続点１４Ａは演 算増幅器１５の非反転端子に接続され、該演算増幅器１５の反転入力端子は各基 準抵抗１２の接続点１４Ｂに接続されている。また、他方の検出用素子部９と基 準抵抗１２との接続点１４Ｃは直流電圧ＶCCに接続され、温度補償用素子部８と 基準抵抗１２との接続点１４Ｄはアースに接続されている。ここで、平衡状態が 崩れたときには、接続点１４Ａ，１４Ｂ間の電圧差を演算増幅器１５で検出し、 出力電圧Ｖ2 として該演算増幅器１３の出力端子から演算増幅器１６の反転端子 に出力するようになる。

【００２２】 １６は前記各ブリッジ回路１１，１４からの出力電圧Ｖ1 ，Ｖ2 の差を検出す る演算増幅器を示し、該演算増幅器１６の非反転端子はブリッジ回路１１の演算 増幅器１３の出力端子に接続され、反転端子はブリッジ回路１４の演算増幅器１ ５の出力端子に接続され、各ブリッジ回路１１，１４の平衡状態が崩れたときの 出力電圧Ｖ1 ，Ｖ2 の差を演算増幅し、図５に示す如く混合気への点火後所定時 間ｔ0 （例えば1/1000秒程度）のときに出力電圧Ｖ1 ，Ｖ2 の差を変化量ΔＶと して出力端子から外部のコントロールユニット（図示せず）に出力する。

【００２３】 本実施例による筒内温度センサは上述の如く構成されるが、次に筒内温度セン サの検出動作について説明する。

【００２４】 まず、センサ本体１を小径部２Ｂが気筒内に向くようにしてエンジンに取付け 、小径部２Ｂ内でセラミック部材３の先端面に設けられている筒内温度検出６の うち、一方の検出用素子部７のＳｉＣ繊維Ｆおよび他方の検出用素子部９の半分 のＳｉＣ繊維Ｆは気筒内に露出され、該検出用素子部９の残り半分のＳｉＣ繊維 Ｆと各温度補償用素子部８のＳｉＣ繊維Ｆを狭帯域フィルタ５により気筒内に対 して遮蔽する。ここで、エンジンは点火プラグ（図示せず）により気筒内で混合 気を燃焼させて回転出力を得るものであるから、エンジン自体もかなりの高温に なっているから、センサ本体１もエンジンからの熱により高温状態になる。

【００２５】 そこで、点火前の気筒内の温度を温度補償用素子部８の各ＳｉＣ繊維Ｆから抵 抗値の変化として検出する。また、点火プラグにより点火された混合気は燃焼ガ スとなって、熱と共に赤外線Ｒを発生し、この赤外線Ｒが検出用素子部７，９の 露出した各ＳｉＣ繊維Ｆに照射される。そして、該各ＳｉＣ繊維Ｆはこの赤外線 Ｒの照射量に対応して抵抗値が変化する。また、他方の検出用素子部９は部分的 に狭帯域フィルタ５で覆われているから、該検出用素子部９は赤外線Ｒの照射量 が狭帯域フィルタ５で半分に減少され、燃焼ガスによる抵抗値変化は一方の検出 用素子部７の抵抗値変化に比べ半分程度まで小さくなる。

【００２６】 ここで、一のブリッジ回路１１においては、前記一方の検出用素子部７と温度 補償用素子部８との抵抗値の差により、一のブリッジ回路１１の平衡が崩れ、演 算増幅器１３の各入力端子に前記素子部７，８の抵抗値の差による電圧がそれぞ れ入力され、前記演算増幅器１３から点火時の筒内温度に対応した出力電圧Ｖ1 を出力する（図５参照）。

【００２７】 一方、他のブリッジ回路１４においては、前記他方の検出用素子部９と温度補 償用素子部８との抵抗値の差により、他のブリッジ回路１４の平衡が崩れ、演算 増幅器１５の各入力端子に前記素子部８，９の抵抗値の差による電圧がそれぞれ 入力され、前記演算増幅器１５から点火時の筒内温度に対応し、前記出力電圧Ｖ 1 よりも小さい出力電圧Ｖ2 を出力する（図５参照）。

【００２８】 そして、演算増幅器１６は前記各ブリッジ回路１１，１４からの出力電圧Ｖ1 ，Ｖ2 の差に基づきコントロールユニットで点火時期から、例えば1/1000秒程度 の所定時間ｔ0 後の変化量ΔＶを検出させ、該コントロールユニットは、その記 憶エリア（図示せず）に格納された図６に例示するマップから、この変化量ΔＶ に基づいて筒内温度を測定処理することができる。

【００２９】 而して、本実施例では、筒内温度検出素子６のうち、一方の検出用素子部７の ＳｉＣ繊維Ｆおよび他方の検出用素子部９の半分のＳｉＣ繊維Ｆを気筒内に露出 させ、該検出用素子部９の残り半分のＳｉＣ繊維Ｆと各温度補償用素子部８のＳ ｉＣ繊維Ｆを狭帯域フィルタ５で遮蔽することにより、混合気の点火前における 筒内温度を温度補償用素子部８のＳｉＣ繊維Ｆにより抵抗値の変化として検出で き、気筒内での混合気の燃焼による赤外線Ｒを一方の検出用素子部７のＳｉＣ繊 維Ｆおよび他方の検出用素子部９の半分のＳｉＣ繊維Ｆにより抵抗値の変化とし て検出できるから、一方の検出用素子部７，温度補償用素子部８等からなるブリ ッジ回路１１からの出力電圧Ｖ1 と、他方の検出用素子部９，温度補償素子部８ と等からなるブリッジ回路１４からの出力電圧Ｖ2 とに基づき、これらの出力電 圧Ｖ1 ，Ｖ2 の差を、点火後1/1000秒程度の所定時間ｔ0 経過時の変化量ΔＶと して検出することができる。

【００３０】 これにより、例えば検出用素子部７および温度補償用素子部８からなる一方の ブリッジ回路１１のみによって筒内温度センサを構成した場合に比較して、筒内 温度を高い応答性をもって検出することができる。また、出力電圧Ｖ1 ，Ｖ2 の 差を変化量ΔＶとして筒内温度を検出するようにしているから、出力電圧Ｖ1 ， Ｖ2 に外部からのノイズ等が侵入しても、これを相殺でき、筒内温度を高精度に 検出できる。

【００３１】 従って、本実施例によれば、エンジンの始動後全ての回転数領域で筒内温度を 迅速に検出することができ、例えばエンジンの始動時やアイドリング時等でも、 混合気の失火時には、全部が露出した検出用素子部７と一部が露出した検出用素 子部９のＳｉＣ繊維Ｆに照射される赤外線Ｒの照射量が急激に低減することによ って、各ブリッジ回路１１，１４からの出力電圧Ｖ1 ，Ｖ2 が零になり、変化量 ΔＶも零になり、気筒内の混合気が燃焼不良（失火）しているか否かを即座に検 知することができる。そして、次なる燃料噴射時に噴射量の制御を迅速に行なう ことができ、気筒内における混合気の燃焼を安定させ、アイドル安定性等を向上 できる。

【００３２】 また、本実施例の筒内温度センサは構造が簡単であるから、エンジンの出力特 性の検査時だけでなく、車輛に取付けた状態のままでも使用することが可能とな り、運転者は該筒内温度センサからの検出信号に基づき、容易に気筒内の失火判 定を行なうことができ、信頼性を高めることができる。

【００３３】 さらに、エンジンは４，６気筒等の複数の気筒を有するものが殆どであるから 、これらの各気筒毎に筒内温度センサを設ければ、どの気筒が失火を起こしてい るか否かを迅速に検知でき、気筒毎の混合気の燃焼状況を容易に知ることができ る。

【００３４】 なお、前記実施例では、筒内温度検出素子６の一方の検出用素子部７，温度補 償用素子部８および他方の検出用素子部９に各ＳｉＣ繊維Ｆをそれぞれ４本づつ に設けた場合を例に挙げて説明したが、本考案はこれに限らず、各素子部毎に１ ，２，３本または５本以上のＳｉＣ繊維Ｆを設けるようにしてもよい。

【００３５】

【考案の効果】

以上詳述した如く、本考案による筒内温度センサでは、先端側がエンジンの気 筒内に臨むように該エンジンに設けられるセンサ本体の先端側に設けられ、複数 本の炭化珪素繊維が配設された筒内温度検出素子と、該筒内温度検出素子を部分 的に覆う遮蔽部材とを設け、前記筒内温度検出素子は複数本の炭化珪素繊維のう ち、前記エンジンの気筒内に露出した炭化珪素繊維からなる一方の検出用素子部 と、前記遮蔽部材により遮蔽された炭化珪素繊維からなる温度補償用素子部と、 該温度補償用素子部と一方の検出用素子部との間に位置し、その一部が前記エン ジンの気筒内に露出し、残余の部分が前記遮蔽部材により遮蔽された炭化珪素繊 維からなる他方の検出用素子部とから構成したから、気筒内で混合気の燃焼時に 発生する赤外線を気筒内に露出した前記各検出用素子部の炭化珪素繊維により感 知し、これらの各検出用素子部からの信号を、遮蔽部材により遮蔽された温度補 償用素子部からの信号に基づき温度補正することにより、一方および他方の検出 用素子部から混合気の燃焼時における筒内温度に対応したことなる検出信号を取 り出すことができる。そして、これらの検出信号の差から筒内温度を高い応答性 をもって検出でき、気筒内の失火等を速やかに判定でき、燃料噴射量の制御を正 確に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例による筒内温度センサの縦断面
図である。

【図２】図１に示す筒内温度センサの底面図である。

【図３】図１中の矢示III −III 方向断面図である。

【図４】筒内温度センサの検出回路を示す電気回路図で
ある。

【図５】筒内温度センサの出力電圧特性を示す特性線図
である。

【図６】出力電圧の変化量と筒内温度との関係を示す特
性線図である。

【符号の説明】

１ センサ本体 ２ カバー ３ セラミック部材 ５ 狭帯域フィルタ（遮蔽部材） ６ 筒内温度検出素子 ７ 一方の検出用素子部 ８ 温度補償用素子部 ９ 他方の検出用素子部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端側がエンジンの気筒内に臨むように
   該エンジンに設けられるセンサ本体と、該センサ本体の
   先端側に設けられ、複数本の炭化珪素繊維が配設された
   筒内温度検出素子と、該筒内温度検出素子を部分的に覆
   うように前記センサ本体の先端側に設けられた遮蔽部材
   とを備え、前記筒内温度検出素子は複数本の炭化珪素繊
   維のうち、前記エンジンの気筒内に露出した炭化珪素繊
   維からなる一方の検出用素子部と、前記遮蔽部材により
   遮蔽された炭化珪素繊維からなる温度補償用素子部と、
   該温度補償用素子部と一方の検出用素子部との間に位置
   し、その一部が前記エンジンの気筒内に露出し、残余の
   部分が前記遮蔽部材により遮蔽された炭化珪素繊維から
   なる他方の検出用素子部とから構成してなる筒内温度セ
   ンサ。