JP2009074905A

JP2009074905A - エンジン用温度センサ装置

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Publication number: JP2009074905A
Application number: JP2007243720A
Authority: JP
Inventors: Hisayuki Takeuchi; 久幸竹内
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-09-20
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2009-04-09
Also published as: US20090080492A1

Abstract

【課題】エンジンの失火検出を行うに適し、比較的簡単な構成で済ませる。
【解決手段】金属製のハウジング１１の先端側に細長く延びる円管状のプローブ部１２を一体に設け、基端側にＥＣＵ９との接続用のコネクタ部１３を設ける。プローブ部１２の先端部に、ＳＵＳ製のダイヤフラム１５を設け、その裏面側に薄膜サーミスタからなる温度検出素子１６を設ける。ハウジング１１内に、温度検出素子１６からの信号を処理するための信号処理回路１７を設け、プローブ部１２内を通される配線部材１９により電気的に接続する。プローブ部１２は、その先端部がエンジンのシリンダ室１内に臨むように配置され、ＥＣＵ９は、温度センサ装置１０からの信号に基づいて、失火の検出を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車，船舶等のエンジンのシリンダ室内の温度を検出するためのエンジン用温度センサ装置に関する。

例えば自動車のエンジン（ガソリンエンジン）の電子制御を行うシステムにあっては、エンジンの状態検出のための複数のセンサの検出信号に基づいて、ＥＣＵにより、燃料噴射制御や点火時期制御などの制御を行い、エンジンを最適な状態で駆動させるようになっている。エンジンの状態検出のうちの一つとして、エンジンのシリンダ室内の失火（混合気の燃焼（着火）不良）の検出があり、特許文献１では、圧力センサ装置により、シリンダ室内の圧力を検出することに基づいて、失火検出を行うことが開示されている。

この圧力センサ装置は、ハウジングにパイプ部を一体に設け、そのパイプ部の先端部に、シリンダ室内の圧力を直接受けるダイヤフラムと、その裏面側に配置された感圧素子とを備えて構成され、エンジンブロックの取付穴に挿入されて取付けられるようになっている。このとき、図７には、シリンダ室内の圧力Ｐと、ピストンの位置（クランクシャフト角α：言換えれば時間ｔ）との関係を示している。角度０°（ピストンの上死点）において正常に着火がなされた場合には、実線に示す圧力変化を呈し、失火があった場合には、破線で示すような圧力変化を呈する。従って、点火直後（例えば角度５〜１０°）における圧力を取込み、所定のしきい値と比較することにより、失火の検出が可能となる。
特開２００５−３２６３３６号公報

ところで、上記したエンジンのシリンダ室内は、燃焼（爆発）時に２０００〜３０００℃もの高温となるのに対し、上記した圧力センサ装置に用いられる感圧素子は、耐熱性に比較的劣り、高温状態では圧力検出の精度が悪化する事情がある。このため、感圧素子に対する十分な遮熱構造が必要となり、その分、構造が複雑化してしまうなどの問題点があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、エンジンの失火検出を行うに適するものであって、比較的簡単な構成で済ませることができるエンジン用温度センサ装置を提供するにある。

上記課題を解決するために、本発明者は、シリンダ室内の圧力変化の状態に基づいてエンジンの失火検出を行うためのセンサ装置として、感圧素子を用いて圧力を直接的に検出するのではなく、圧力の直接的な検出に代えて、シリンダ室内の温度を検出することによっても、いわば間接的に圧力を検出することが可能であることを着想し、本発明を成し遂げるに至ったのである。即ち、エンジンのシリンダ室内（混合気）の圧力Ｐと温度Ｔとの関係は、気体の状態方程式、ＰＶ＝ｎＲＴに示される通りである。このとき、シリンダ室内の体積Ｖは、ピストンの位置（クランクシャフトの角度）によって決まる既知の値であるから、シリンダ室内の温度Ｔを検出することにより、その温度Ｔを圧力Ｐに容易に換算することが可能となる。

本発明のエンジン用温度センサ装置は、エンジンのシリンダブロック又はシリンダヘッドに取付けられるハウジングと、このハウジングからシリンダ室内に向けて細長く延びる管状をなし、先端が該シリンダ室内に臨むように配置されるプローブ部と、このプローブ部の先端部に配設された温度検出素子と、前記ハウジングに設けられた外部との電気的接続のためのコネクタ部と、前記プローブ部内を通され前記温度検出素子とコネクタ部との電気的接続を行う配線部材とを備えるところに特徴を有する（請求項１の発明）。

本発明のエンジン用温度センサ装置によれば、温度検出素子により、シリンダ室内の温度を直接的に検出することができ、上記したようにその温度を圧力に容易に換算することができるので、温度検出素子の温度検出信号から失火検出を容易に行うことができる。このとき、温度検出素子は、熱の影響を受けにくく、感圧素子等に比べて耐熱性が十分に高いものであるため、高温にさらされるプローブ部には、温度検出素子及び配線部材を配設し、耐熱性に比較的劣る部材等を、ハウジング部分に配設すれば良く、遮熱のために構造が複雑化してしまうこと防止でき、構成を簡単に済ませることができる。

本発明においては、前記プローブ部の先端部にダイヤフラムを設け、温度検出素子を、そのダイヤフラムの表面又は裏面に添設するように構成することができる（請求項２の発明）。ダイヤフラムの表面側に温度検出素子を配置すれば、シリンダ室内の温度を高精度で検出することが可能となる。ダイヤフラムの裏面側に温度検出素子を配置すれば、温度検出素子がシリンダ室内の環境に直接的にさらされることを防止することができる。ダイヤフラムによって、シリンダ室内の高圧な混合気がセンサ装置の内部に侵入することが防止されることは勿論である。

或いは、温度検出素子を、ダイヤフラムに内蔵させる構成としても良い（請求項３の発明）。これにより、シリンダ室内の温度を高精度で検出することが可能となると共に、温度検出素子がシリンダ室内の環境に直接的にさらされることを防止することができる。

本発明のエンジン用温度センサ装置にあっては、プローブ部を、点火プラグの絶縁体に一体的に設けることにより、点火プラグ一体型に構成することもできる（請求項４の発明）。これにより、元々エンジンに取付けられる点火プラグに、エンジン用温度センサ装置が一体に設けられることになるので、配設スペースや、組付け作業面で有利となる。

本発明のエンジン用温度センサ装置は、エンジンの全気筒に搭載される構成とすれば（請求項５の発明）、それら各エンジン用温度センサ装置の検出信号を比較することにより、温度検出ひいては失火の判定をより高精度に行うことができる。尚、複数気筒のエンジンの場合、本発明のエンジン用温度センサ装置を、１つあるいはそれ以上の気筒に選択的に設けるようにしても良い。

本発明においては、上記温度検出素子を、耐熱被覆が施された熱電対から構成したり（請求項６の発明）、或いは、温度検出素子を、薄膜サーミスタから構成したり（請求項７の発明）することができる。これらによれば、耐熱性に優れ、簡単な構成で、高精度、高応答の温度検出が可能となる。また、温度検出素子の配設スペースも小さく済ませることができる。

以下、本発明を具体化したいくつかの実施例について、図面を参照しながら説明する。
（１）第１の実施例
まず、図１ないし図３を参照しながら、本発明の第１の実施例について述べる。図３は、例えば自動車のエンジンの１個のシリンダ室１の要部（上部）部分の構成を概略的に示している。

シリンダ室１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とから構成され、その内部には、ピストン４が上下動するように設けられている。シリンダ室１の上部には、吸気口及び排気口を夫々開閉するバルブ５及び６が設けられていると共に、点火プラグ７が設けられている。そして、シリンダ室１（シリンダブロック２）の上部側面部には、取付穴８が設けられ、この取付穴８内に挿入されるようにして本実施例に係る温度センサ装置１０が設けられる。尚、この温度センサ装置１０の検出信号は、エンジン制御用のＥＣＵ（電子制御装置）９に入力され、失火検出に用いられるようになっている。

図１は、本実施例に係る温度センサ装置１０の全体構成を示している。この温度センサ装置１０は、ハウジング１１と、その先端側（図１で上部）に設けられ温度を検出するプローブ部１２と、ハウジング１１の基端側（図１で下側）に設けられる外部との電気的接続のためのコネクタ部１３とを備えて構成されている。前記ハウジング１０は、例えばＳＵＳなどの金属から、基端面（図１で下面）が開口したほぼ円筒状に構成されている。前記プローブ部１２は、前記ハウジング１０の上面中央部から図で上方に細長く延びる円管状（円筒パイプ状）をなし、例えばハウジング１０に一体に設けられている。

このとき、プローブ部１２の外周部の基端側には、ねじ部１２ａが形成されており、このねじ部１２ａが、前記シリンダブロック２の取付穴８に形成された雌ねじ部（図示せず）にねじ込まれるようになっている。前記コネクタ部１３は、例えば合成樹脂製のコネクタハウジング１３ａ内にターミナル１４をインサート成形により一体に有して構成され、ハウジング１０の図で下端部に例えばかしめ等により固着されている。

そして、図２にも示すように、前記プローブ部１２の先端部（図で上端部）には、ダイヤフラム１５及び温度検出素子１６が設けられる。そのうちダイヤフラム１５は、金属例えばＳＵＳからなり、上端にフランジを有する上面が開口した円筒容器状に構成され、プローブ部１２の先端開口部に差し込まれるようにして、例えば溶着等により固着されている。前記温度検出素子１６は、この場合薄膜サーミスタからなり、前記ダイヤフラム１５の裏面（図で外底面）に接着などにより取付けられている。

一方、図１に示すように、前記ハウジング１１内には、前記温度検出素子１６からの信号を処理するための信号処理回路１７が設けられている。この信号処理回路１７は、例えばセラミック基板１７ａ上に、ＩＣチップ１８を実装して構成されている。このとき、前記温度検出素子１６と、信号処理回路１７（セラミック基板１７ａ）とは、前記プローブ部１２内を通される配線部材１９により電気的に接続される。この配線部材１９は、例えば、配線パターンが形成されたフレキシブル基板から構成されている。尚、前記コネクタ部１３のターミナル１４は、前記セラミック基板１７ａに設けられた接続端子にはんだ付けなどにより接続されている。

以上のように構成された温度センサ装置１０は、その先端側（プローブ部１２）を、前記シリンダブロック２の取付穴８に差込み、そのねじ部１２ａを雌ねじ部にねじ込むことにより取付けられる。このとき、プローブ部１２の先端部がシリンダ室１内に臨むように配置される。そして、前記コネクタ部１３を介してＥＣＵ９に接続され、その温度検出信号がＥＣＵ９に入力されるようになっている。尚、図示はしないが、本実施例では、上記温度センサ装置１０は、エンジンの全気筒に搭載されるようになっている。

次に、上記構成の作用について述べる。上記構成の温度センサ装置１０においては、プローブ部１２の先端部に設けられた金属製のダイヤフラム１５を介して、温度検出素子１６により、シリンダ室１内の温度を高応答で検出することができる。このとき、シリンダ室１内は、燃焼（爆発）時に２０００〜３０００℃もの高温となる事情があるが、温度検出素子１６は、熱の影響を受けにくく、例えば感圧素子等に比べて耐熱性が十分に高いものであるため、高精度の温度検出が可能となる。

ダイヤフラム１５により、温度検出素子１６がシリンダ室１内の環境（高圧な混合気）に直接的にさらされることを防止することができ、また、シリンダ室１内の高圧な混合気がプローブ１２の内部に侵入することが防止されることは勿論である。この場合、高温にさらされるプローブ部１２には、温度検出素子１６及び配線部材１９が配設され、信号処理回路１７を構成するＩＣチップ１８等の耐熱性に比較的劣る部材は、比較的低温なハウジング１１部分に配設されるので、遮熱のために構造が複雑化してしまうこと防止でき、構成を簡単に済ませることができるのである。

ところで、前記ＥＣＵ９は、エンジンの状態検出のための上記温度センサ装置１０を含む複数のセンサの検出信号に基づいて、燃料噴射制御や点火時期制御などの制御を行い、エンジンを最適な状態で駆動させるようになっている。このとき、ＥＣＵ９は、温度センサ装置１０の温度検出信号に基づいて、エンジンのシリンダ室１内の失火（混合気の燃焼（着火）不良）の検出を行うようになっている。

図７には、エンジンの１サイクルにおけるシリンダ室１内の圧力Ｐと、ピストン４の位置（クランクシャフト角α：言換えれば時間ｔ）との関係を示している。角度０°（ピストン４の上死点）において正常に着火がなされた場合には、実線に示す圧力変化を呈し、失火があった場合には、破線で示すような圧力変化を呈する。従って、点火直後（例えば角度５〜１０°）における圧力を検出し、所定のしきい値と比較することにより、失火の検出が可能となるのである。

本実施例では、圧力の直接的な検出に代えて、シリンダ室１内の温度を検出することによって、いわば間接的に圧力を検出するようにしている。即ち、シリンダ室１内（混合気）の圧力Ｐと温度Ｔとの関係は、気体の状態方程式、ＰＶ＝ｎＲＴに示される通りである。このとき、シリンダ室１内の体積Ｖは、ピストン４の位置（クランクシャフトの角度）によって決まる既知の値であるから、シリンダ室１内の温度Ｔを検出することにより、その温度Ｔを圧力Ｐに容易に換算することが可能となる。従って、温度センサ装置１０の温度検出信号から失火検出を容易に行うことができるのである。またこの場合、温度センサ装置１０をエンジンの全気筒に搭載させるようにしたので、ＥＣＵ９は、それら各温度センサ装置１０の検出信号を比較することにより、温度検出ひいては失火の判定をより高精度に行うことができる。

このように本実施例の温度センサ装置１０によれば、シリンダ室１内の高精度、高応答の温度検出を行うことができ、ひいては、高精度の失火検出を行うことができ、エンジンの失火検出を行うに適したものとなる。そして、耐熱性の高い温度検出素子１６を用いることによって、感圧素子を用いた圧力センサ装置を用いる場合と比較して、遮熱のための構造を比較的簡単に済ませることができるものである。

（２）第２、第３の実施例
図４は、本発明の第２の実施例を示すものであり、図５は、本発明の第３の実施例を示すものである。いずれも、温度センサ装置のプローブ部１２の先端部の構成が、上記第１の実施例と異なっており、第１の実施例と同一部分については、同一符号を付して新たな図示や説明を省略し、以下、相違する点について順に述べる。

図４に示す本発明の第２の実施例に係る温度センサ装置２１は、プローブ部１２の先端部に、ほぼ円筒容器状をなすダイヤフラム１５と、薄膜サーミスタからなる温度検出素子１６とが設けられるのであるが、ここでは、温度検出素子１６が、ダイヤフラム１５の表面（図で内底面）に添設されている。尚、この場合、配線部材１９は、ダイヤフラム１５を貫通するように設けられる。

かかる構成によれば、シリンダ室１内の高精度、高応答の温度検出を行うことができ、ひいては、高精度の失火検出を行うことができ、エンジンの失火検出を行うに適したものとなり、また、比較的簡単な構成で済ませることができる。そして、ダイヤフラム１５の表面側に温度検出素子１６を配置したので、温度検出素子１６がシリンダ室１内の環境（高圧な混合気）に直接的にさらされることになり、シリンダ室１内の温度をより高精度で検出することが可能となる。

図５に示す本発明の第３の実施例に係る温度センサ装置２３は、プローブ部１２の先端部に、例えばＳＵＳからほぼ円筒容器状に構成されたダイヤフラム２４と、やはり薄膜サーミスタからなる温度検出素子１６とが設けられる。ここでは、温度検出素子１６が、ダイヤフラム２４の底壁部に上下の薄い壁によって挟まれるように埋め込まれた状態、つまりダイヤフラム２４に内蔵された形態で設けられている。

かかる構成によれば、シリンダ室１内の高精度、高応答の温度検出を行うことができ、ひいては、高精度の失火検出を行うことができ、エンジンの失火検出を行うに適したものとなり、また、比較的簡単な構成で済ませることができる。そして、温度検出素子１６をダイヤフラム２４に内蔵させたので、シリンダ室１内の温度を十分に高精度で検出することが可能となると共に、温度検出素子１６がシリンダ室１内の環境に直接的にさらされることによる悪影響を防止することができる。

（３）第４の実施例、その他の実施例
図６は、本発明の第４の実施例を示すものである。この第４の実施例では、シリンダヘッド３に設けられる点火プラグに、エンジン用温度センサ装置を一体的に設ける（内蔵させる）ようにしており、点火プラグ一体型温度センサ装置３１とされている。

図６は、この点火プラグ一体型温度センサ装置３１の要部構成（下部を除く部分）を示しており、セラミック（陶器）製の絶縁体３２の中心部に、中心電極３３を有すると共に、先端部（図で上端部）に、スパークギャップを存して接地電極３４を対向配置させて構成されている。尚、詳しく図示はしないが、絶縁体３２の先端側部分を覆うシェルには、取付用のねじ部３５が形成されている。

そして、前記絶縁体３２には、前記中心電極３３の図で左側に位置して、プローブ部３６が図で上下方向に貫通する中空状に設けられている。そのプローブ部３６の先端部には、例えば薄膜サーミスタからなる温度検出素子３７が設けられ、プローブ部３６の内部を通るように配線部材３８が設けられている。プローブ部３６の基端部側は、前記配線部材３８を通した状態で密封部材３９により密閉されている。尚、図示はしないが、絶縁体３２の図で下端部側には、コネクタ部を有するハウジングが設けられ、そのハウジング内に、信号処理回路が設けられている。

かかる構成の点火プラグ一体型温度センサ装置３１によれば、元々エンジンに取付けられる点火プラグに、エンジン用温度センサ装置が一体に設けられることになるので、単独の温度センサ装置用の配設スペース（取付穴８）が不要となって、配設スペースや組付け作業面で有利となる。

尚、上記した各実施例では、温度検出素子１６，３７として、薄膜サーミスタを採用するようにしたが、上記温度検出素子としては、例えば極細イリジウムにセラミック被覆等の耐熱被覆が施された熱電対などを採用することができる。これによっても、薄膜サーミスタを採用した場合と同様に、耐熱性に優れ、簡単な構成で、高精度、高応答の温度検出が可能となる。また、温度検出素子の配設スペースも小さく済ませることができる。

また、上記第１の実施例では、全気筒に温度センサ装置を搭載するように構成したが、複数気筒のエンジンの場合、本発明のエンジン用温度センサ装置を、１つあるいはそれ以上の気筒に選択的に設けるようにしても良い。その他、例えば配線部材としては、フレキシブル基板に限らず、リード線を採用しても良い等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

本発明の第１の実施例を示すもので、温度センサ装置の縦断面図プローブ部の先端部の拡大縦断面図エンジンのシリンダ室内の要部構成を概略的に示す縦断面図本発明の第２の実施例を示す図２相当図本発明の第３の実施例を示す図２相当図本発明の第４の実施例を示すもので、点火プラグ一体型の温度センサ装置の縦断面図エンジンのサイクルにおけるピストンの位置とシリンダ室内の圧力との関係を示す図

符号の説明

図面中、１はシリンダ室、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、８は取付穴、９はＥＣＵ、１０，２１，２３は温度センサ装置、１１はハウジング、１２，３６はプローブ部、１３はコネクタ部、１５，２４はダイヤフラム、１６，３７は温度検出素子、１９，３８は配線部材、３１は点火プラグ一体型温度センサ装置、３２は絶縁体を示す。

Claims

エンジンのシリンダ室内の温度を検出するためのエンジン用温度センサ装置において、
エンジンのシリンダブロック又はシリンダヘッドに取付けられるハウジングと、
このハウジングから前記シリンダ室内に向けて細長く延びる管状をなし、先端が該シリンダ室内に臨むように配置されるプローブ部と、
このプローブ部の先端部に配設された温度検出素子と、
前記ハウジングに設けられた外部との電気的接続のためのコネクタ部と、
前記プローブ部内を通され前記温度検出素子とコネクタ部との電気的接続を行う配線部材とを備えることを特徴とするエンジン用温度センサ装置。
前記プローブ部の先端部にはダイヤフラムが設けられ、前記温度検出素子は前記ダイヤフラムの表面又は裏面に添設されていることを特徴とする請求項１記載のエンジン用温度センサ装置。
前記プローブ部の先端部にはダイヤフラムが設けられ、前記温度検出素子は前記ダイヤフラムに内蔵されていることを特徴とする請求項１記載のエンジン用温度センサ装置。
前記プローブ部が、点火プラグの絶縁体に一体的に設けられていることにより、点火プラグ一体型とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のエンジン用温度センサ装置。
前記エンジンの全気筒に搭載されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のエンジン用温度センサ装置。
前記温度検出素子は、耐熱被覆が施された熱電対からなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のエンジン用温度センサ装置。
前記温度検出素子は、薄膜サーミスタからなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のエンジン用温度センサ装置。