JP2017096757A - 筒内圧センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】センサ素子の両端電圧に対する温度の影響を、燃焼熱の変化度合いに拘わらずより適切に取り除くことができる筒内圧センサを提供する。
【解決手段】筒内圧センサ30は、筒状のハウジング31と、ハウジング31の一端部に設けられ、燃焼室内の圧力に応じて撓むダイアフラム40と、ハウジング31の内部に収容されるとともにダイアフラム40に連結され、温度及び圧力に応じて出力信号が変化するセンサ素子60と、センサ素子60を加熱する加熱素子としてのセラミックヒータ70と、燃焼熱を受熱するとしたときのセンサ素子60の温度よりも該センサ素子60の温度が高くなるようにセラミックヒータ70の発熱量を制御する制御部92とを有する。
【選択図】図2
【解決手段】筒内圧センサ30は、筒状のハウジング31と、ハウジング31の一端部に設けられ、燃焼室内の圧力に応じて撓むダイアフラム40と、ハウジング31の内部に収容されるとともにダイアフラム40に連結され、温度及び圧力に応じて出力信号が変化するセンサ素子60と、センサ素子60を加熱する加熱素子としてのセラミックヒータ70と、燃焼熱を受熱するとしたときのセンサ素子60の温度よりも該センサ素子60の温度が高くなるようにセラミックヒータ70の発熱量を制御する制御部92とを有する。
【選択図】図2
Description
本発明は、内燃機関の燃焼室内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサに関する。
特許文献1に記載の筒内圧センサは、圧力及び温度に応じて抵抗値が変化するセンサ素子を有している。センサ素子には、一定の電流が供給されており、センサ素子の抵抗値が変化すると、センサ素子の両端に発生している電圧(両端電圧)が変化する。両端電圧に対応した信号は、筒内圧センサの回路部に入力される。回路部では、圧力及び温度の影響を反映するセンサ素子の両端電圧と、温度の影響のみを反映するボトム電圧との差を導き出すことにより、燃焼室内の温度の影響を排除して筒内圧の状態が反映された信号を検出している。特許文献1に記載の筒内圧センサではこうした回路構成によって筒内圧が検出される。
上記特許文献1に記載の筒内圧センサでは、次のようにしてボトム電圧を設定している。すなわち、図7に実線で示すように、センサ素子の両端電圧V1は、筒内圧に応じて周期的に変化する。センサ素子の両端電圧V1において、その両端電圧V1が減少から増大に切り替わる時刻Ti(i=1,2,3…)の極小電圧、すなわち燃焼室において燃焼が生じていないときに検出される電圧には温度の影響のみが反映されている。図7に一点鎖線で示すように、回路部で用いられるボトム電圧V2は、時間の変化に伴い徐々に大きくなるように所定の傾きを持って設定されている。このボトム電圧V2は、センサ素子の両端電圧V1と同じ大きさになった後は、該両端電圧V1と同じ大きさで推移するとともに、時刻Ti以降は、再度両端電圧V1と同じ大きさになるまで、徐々に大きくなるように推移するように設定されている。こうした構成では、時刻Tiにおいてボトム電圧V2が両端電圧V1の極小電圧と同じ値になる。そのため、図7に2点鎖線で示すように、センサ素子の両端電圧V1とボトム電圧V2との差を導き出すことにより、燃焼室内の温度の影響を排除して筒内圧の状態が反映された信号を検出することができる。
例えば、燃焼熱が大きく変動した場合には、該燃焼熱の受熱によるセンサ素子の温度変化が大きくなることがある。このとき、センサ素子の両端電圧V1では、図8に示すように、極小電圧の変化度合いが大きくなることがある。こうした場合には、一定の傾きで設定されているボトム電圧V2は極小電圧の変化に追随できず、ボトム電圧V2を極小電圧に設定することができない。そのため、センサ素子の両端電圧V1とボトム電圧V2との差を導き出したとしても、温度の影響を十分に取り除くことができない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、筒内圧センサにおいて、センサ素子の両端電圧に対する温度の影響を、燃焼熱の変化度合いに拘わらずより適切に取り除くことにある。
上記課題を解決するための筒内圧センサは、筒状のハウジングと、前記ハウジングの一端部に設けられ、燃焼室内の圧力に応じて撓むダイアフラムと、前記ハウジングの内部に収容されるとともに前記ダイアフラムに連結され、温度及び圧力に応じて出力信号が変化するセンサ素子と、前記センサ素子を加熱する加熱素子と、燃焼熱を受熱するとしたときの前記センサ素子の温度よりも該センサ素子の温度が高くなるように前記加熱素子の発熱量を制御する制御部とを有する。
上記構成によれば、燃焼熱を受熱するとしたときのセンサ素子の温度よりも該センサ素子の温度が高くなっているため、燃焼熱を受けたとしてもセンサ素子の温度は変化しにくい。そのため、燃焼熱による温度変化の影響がセンサ素子の両端電圧に反映され難くなり、センサ素子の両端電圧に筒内圧の影響のみを反映させ易くすることができる。したがって、上記構成によれば、センサ素子の両端電圧に対する温度の影響を、燃焼熱の変化度合いに拘わらずより適切に取り除くことができる。
また、上記筒内圧センサでは、前記制御部は、前記センサ素子の温度を、該センサ素子が燃焼熱を受熱するとしたときに最も高温になるときの該センサ素子の温度よりも高い所定温度に制御することが望ましい。
上記構成によれば、センサ素子の温度が燃焼熱を受熱するとしたときに最も高温になるときのセンサ素子の温度よりも高い所定温度に維持される。このため、加熱素子に対する制御が複雑化することなく、それだけ、該加熱素子の動作が安定する。
また、上記筒内圧センサでは、前記ハウジングの内部には、断熱部材が収容されており、前記加熱素子は、その一端面が前記センサ素子に固定されているとともにその他端面が前記断熱部材に固定されていることが望ましい。
上記構成によれば、加熱素子の熱が他端面から逃げることを断熱部材によって抑制できるため、加熱素子からセンサ素子に集中的に熱を伝達することができる。そのため、加熱素子によるセンサ素子の加熱効率を向上させることができる。
また、上記筒内圧センサでは、前記加熱素子と前記センサ素子との間には、カーボンを含む接着剤によって構成された接着層が設けられ、前記加熱素子と前記センサ素子とは接着層を介して互いに固定されていることが望ましい。
上記構成によれば、接着層の熱伝導率を高めることができ、接着層を介して加熱素子からセンサ素子に伝達される熱量を多くすることができる。
筒内圧センサの一実施形態について、図1〜図6を参照して説明する。
図1に示すように、筒内圧センサを備える内燃機関10は、シリンダブロック11を有している。シリンダブロック11には、シリンダ12が形成されている。シリンダ12には、ピストン13が往復動可能に設けられている。シリンダブロック11の上部には、シリンダヘッド14が固定されている。シリンダヘッド14の下面、シリンダ12の内面、及びピストン13の上面によって燃焼室15が構成されている。シリンダヘッド14には、燃焼室15にそれぞれ接続された吸気ポート16及び排気ポート17が設けられている。吸気ポート16には、吸気ポート16と燃焼室15とを連通、遮断する吸気バルブ18が設けられ、排気ポート17には、排気ポート17と燃焼室15とを連通、遮断する排気バルブ19が設けられている。吸気ポート16には、吸気ポート16内に燃料を噴射する燃料噴射弁20が設けられている。吸気ポート16内に噴射された燃料は、吸気と混ぜ合わされて燃焼室15に導入される。シリンダヘッド14には、燃焼室15内に導入された燃料と吸気の混合気を燃焼させるための点火プラグ21が設けられている。燃焼室15内で燃焼した混合気は、排気として排気ポート17から排出される。
図1に示すように、筒内圧センサを備える内燃機関10は、シリンダブロック11を有している。シリンダブロック11には、シリンダ12が形成されている。シリンダ12には、ピストン13が往復動可能に設けられている。シリンダブロック11の上部には、シリンダヘッド14が固定されている。シリンダヘッド14の下面、シリンダ12の内面、及びピストン13の上面によって燃焼室15が構成されている。シリンダヘッド14には、燃焼室15にそれぞれ接続された吸気ポート16及び排気ポート17が設けられている。吸気ポート16には、吸気ポート16と燃焼室15とを連通、遮断する吸気バルブ18が設けられ、排気ポート17には、排気ポート17と燃焼室15とを連通、遮断する排気バルブ19が設けられている。吸気ポート16には、吸気ポート16内に燃料を噴射する燃料噴射弁20が設けられている。吸気ポート16内に噴射された燃料は、吸気と混ぜ合わされて燃焼室15に導入される。シリンダヘッド14には、燃焼室15内に導入された燃料と吸気の混合気を燃焼させるための点火プラグ21が設けられている。燃焼室15内で燃焼した混合気は、排気として排気ポート17から排出される。
シリンダヘッド14には、筒内圧センサ30が設けられている。シリンダヘッド14の下面には凹み部14Aが形成されており、筒内圧センサ30はこの凹み部14Aによって囲まれる空間にその一端部が露出している。この空間は燃焼室15の一部を構成している。筒内圧センサ30は、その一端部に作用する圧力を検出することによって、燃焼室15内の圧力である筒内圧を検出する。内燃機関10の制御装置22には、筒内圧センサ30等の各種センサから出力された信号が入力される。制御装置22は、これらの信号に基づいて燃料噴射弁20における燃料噴射量の制御や、点火プラグ21における点火時期の制御を行う。
図2に示すように、筒内圧センサ30は、筒状のハウジング31を有している。ハウジング31の一端部には、可撓性を有するダイアフラム40が設けられている。ダイアフラム40は、例えば金属からなり、ハウジング31の一端部を塞いでいる。ダイアフラム40は、本体部41と、該本体部41からハウジング31の内部に向けて筒状に延出された延出部42とを有している。延出部42は、ハウジング31の内面から離間している。本体部41の外周面には、外方に拡径し、その外周面がハウジング31の外周面と略面一となるフランジ43が設けられている。フランジ43はハウジング31の一端に溶接等によって接合されている。これにより、ハウジング31にダイアフラム40が固定されている。本体部41の中心部分は、その肉厚がその周縁部分の肉厚に比して薄くなっており、筒内圧に応じて撓む可撓部41Aを構成している。可撓部41Aは、ハウジング31の軸線方向(図2の上下方向)においてハウジング31の内側(図2の下方)に湾曲した形状をなしている。
対向部材50は、ハウジング31の内域において、ダイアフラム40と対向するように配置されている。対向部材50は、円柱状をなす挿通部51を有している。挿通部51は、延出部42の内部に挿通され、その外面が延出部42の内面に当接している。挿通部51には、外周面から外方に突出した係止部51Aが形成されており、該係止部51Aはダイアフラム40の延出部42の端面に固定されている。対向部材50は、挿通部51のダイアフラム40側の端面とは反対側の端面に立設された筒状の環状部52を有している。環状部52はダイアフラム40から離間する方向に延びている。環状部52の外径は、挿通部51の外径と略同一である。対向部材50は、例えば金属からなり、挿通部51及び環状部52が一体物として構成されている。対向部材50の挿通部51におけるダイアフラム40に対向する端面と、ダイアフラム40の内面とによって収容室32が構成されている。
収容室32には、力伝達ロッド33が収容されている。力伝達ロッド33は、その一端(図2の上端)がダイアフラム40の可撓部41Aの内面に連結されている。力伝達ロッド33の他端(図2の下端)には、ガラスブロック34を介してセンサ素子60が連結されている。図2及び図3に示すように、センサ素子60は、例えばシリコンからなり、略直方体形状の基台部61を有している。基台部61の上端面61Aには、メサ型の突出部であり、圧力及び温度に応じて抵抗値が変化するメサ部62が形成されている。メサ部62は、該上端面61Aに2つの溝63を形成することにより構成されている。センサ素子60の上端面61Aには、メサ部62及び溝63を覆うように、例えば陽極接合によってガラスブロック34が固定される。基台部61には、メサ部62を挟むようにして一対の電極64が設けられている。一方の電極64にはメサ部62の一端が電気的に接続され、他方の電極64にはメサ部62の他端が電気的に接続されている。
センサ素子60には、加熱素子としてのセラミックヒータ70が固定されている。セラミックヒータ70は、直方体状の保持体71を有している。保持体71は、絶縁性を有するセラミックスから構成されており、その上端面はセンサ素子60の基台部61の下端面と略同形状である。保持体71の内部には、例えば金属板や金属線によって構成された発熱体72が設けられている。発熱体72には、保持体71の側面に配設された一対の電極73が接続されている。この一対の電極73を通じて発熱体72が通電されると、発熱体72が発熱し、センサ素子60が温められる。センサ素子60とセラミックヒータ70との間には、接着層75が設けられている。接着層75は、カーボンを含む接着剤によって構成されている。本実施形態では、セラミックヒータ70の保持体71の上端面の全体に亘って該接着剤を塗布した状態で、センサ素子60の基台部61の下端面を接着することにより、セラミックヒータ70とセンサ素子60とを接着層75を介して互いに固定している。
保持体71の下端面には、断熱部材80が固定されている。これにより、セラミックヒータ70は、一端面がセンサ素子60に固定されているとともにその他端面が断熱部材80に固定されている。断熱部材80は、ジルコニアからなり、その熱伝導率はセラミックヒータ70の熱伝導率及び接着層75の熱伝導率よりも低い。図2に示すように、断熱部材80は、対向部材50の挿通部51に固定されており、収容室32に収容されている。
図2に示すように、筒内圧センサ30には、回路部90が設けられている。回路部90には、定電流部91、制御部92、及び検出部93が設けられている。回路部90には、対向部材50の挿通部51を貫通してハウジング31の軸線方向に延びる細長状の2対の端子35が連結されている。2対の端子35のうち、一方は定電流部91に接続され、他方は制御部92に接続されている。定電流部91に接続されている一対の端子351は、リード線361を介してセンサ素子60の一対の電極64に連結されている。定電流部91は、定電流源を有しており、一定の電流が流れるように制御されている。そのため、各端子351を介して、センサ素子60には、一定の電流が供給されている。筒内圧センサ30が内燃機関10に組付けられた状態では、筒内圧がダイアフラム40に作用する。筒内圧に応じてダイアフラム40の可撓部41Aがハウジング31側(図2の下方)に撓むと、力伝達ロッド33を介してガラスブロック34がセンサ素子60側に押される。センサ素子60に荷重が作用すると、メサ部62の抵抗値が変化して、一対の電極64間に発生している電圧が変化する。この電圧に対応した信号は回路部90の検出部93に出力される。
また、制御部92に接続されている一対の端子352は、リード線362を介してセラミックヒータ70の一対の電極73に連結されている。制御部92は、セラミックヒータ70に供給される電流を制御することによって、セラミックヒータ70の発熱量を制御する。筒内圧センサ30には、センサ素子60の温度を検出する温度センサ37が設けられており、この温度センサ37の出力信号は、制御部92に入力される。制御部92は、温度センサ37からの信号に基づいて、セラミックヒータ70に供給される電流をフィードバック制御する。
制御部92が実行する上記フィードバック制御について説明する。
制御部92には、内燃機関の定常運転時、すなわちノッキングやプレイグニッション等の異常燃焼が生じていないときの機関運転時において、センサ素子60が燃焼熱を受熱するとしたときに最も高温になるときのセンサ素子60の温度が記憶されている。この温度は、セラミックヒータ70からセンサ素子60への入熱を行わず、燃焼熱のみを受熱したときのセンサ素子60の温度のうちで最も高い温度であって、予めシミュレーションや実験などによって求めることができる。制御部92は、予め記憶されているセンサ素子60の前記温度よりも10℃高い温度を所定温度として設定し、温度センサ37によって検出されたセンサ素子60の温度に基づいて、セラミックヒータ70への通電量を制御する。例えば、内燃機関10の始動時など、センサ素子60の温度が低いときには、上記所定温度と実際のセンサ素子60の温度との乖離が大きくなるため、制御部92は、セラミックヒータ70への通電量を大きくして、早期にセンサ素子60の温度を上昇させる。そして、センサ素子60の温度が上記所定温度まで上昇した後は、セラミックヒータ70への通電を間欠的に行うことにより、センサ素子60の温度を上記所定温度に制御する。こうした制御により、センサ素子60の温度は、内燃機関の定常運転時において、センサ素子60が燃焼熱を受熱するとしたときに最も高温になるときのセンサ素子60の温度よりも高くなるように制御される。
制御部92には、内燃機関の定常運転時、すなわちノッキングやプレイグニッション等の異常燃焼が生じていないときの機関運転時において、センサ素子60が燃焼熱を受熱するとしたときに最も高温になるときのセンサ素子60の温度が記憶されている。この温度は、セラミックヒータ70からセンサ素子60への入熱を行わず、燃焼熱のみを受熱したときのセンサ素子60の温度のうちで最も高い温度であって、予めシミュレーションや実験などによって求めることができる。制御部92は、予め記憶されているセンサ素子60の前記温度よりも10℃高い温度を所定温度として設定し、温度センサ37によって検出されたセンサ素子60の温度に基づいて、セラミックヒータ70への通電量を制御する。例えば、内燃機関10の始動時など、センサ素子60の温度が低いときには、上記所定温度と実際のセンサ素子60の温度との乖離が大きくなるため、制御部92は、セラミックヒータ70への通電量を大きくして、早期にセンサ素子60の温度を上昇させる。そして、センサ素子60の温度が上記所定温度まで上昇した後は、セラミックヒータ70への通電を間欠的に行うことにより、センサ素子60の温度を上記所定温度に制御する。こうした制御により、センサ素子60の温度は、内燃機関の定常運転時において、センサ素子60が燃焼熱を受熱するとしたときに最も高温になるときのセンサ素子60の温度よりも高くなるように制御される。
本実施形態の筒内圧センサ30の作用効果について、図4〜図6を参照して説明する。
(1)図4に示すように、従来の筒内圧センサでは、圧力と温度との影響がセンサ素子の両端電圧に反映されるため、該両端電圧のボトム電圧Vbは燃焼サイクル毎の受熱量に応じて変化することになる。本実施形態では、セラミックヒータ70及び制御部92によって、センサ素子60が燃焼熱を受熱するとしたときに最も高温となるときのセンサ素子60の温度よりも該センサ素子60の温度を高くしているため、燃焼熱を受けたとしてもセンサ素子60の温度は変化しにくい。そのため、図5に示すように、燃焼熱によるセンサ素子60の温度変化の影響がセンサ素子60の両端電圧Vcに反映され難くなり、燃焼サイクル毎に両端電圧Vcのボトム電圧Vdが変化しにくくなる。そのため、センサ素子60の両端電圧Vcに筒内圧の影響のみを反映させ易くすることができる。したがって、センサ素子60の両端電圧Vcに対する温度の影響を、燃焼熱の変化度合いに拘わらずより適切に取り除くことができる。
(1)図4に示すように、従来の筒内圧センサでは、圧力と温度との影響がセンサ素子の両端電圧に反映されるため、該両端電圧のボトム電圧Vbは燃焼サイクル毎の受熱量に応じて変化することになる。本実施形態では、セラミックヒータ70及び制御部92によって、センサ素子60が燃焼熱を受熱するとしたときに最も高温となるときのセンサ素子60の温度よりも該センサ素子60の温度を高くしているため、燃焼熱を受けたとしてもセンサ素子60の温度は変化しにくい。そのため、図5に示すように、燃焼熱によるセンサ素子60の温度変化の影響がセンサ素子60の両端電圧Vcに反映され難くなり、燃焼サイクル毎に両端電圧Vcのボトム電圧Vdが変化しにくくなる。そのため、センサ素子60の両端電圧Vcに筒内圧の影響のみを反映させ易くすることができる。したがって、センサ素子60の両端電圧Vcに対する温度の影響を、燃焼熱の変化度合いに拘わらずより適切に取り除くことができる。
(2)また、制御部92では、センサ素子60の温度を、該センサ素子60が燃焼熱を受熱するとしたときに最も高温になるときの該センサ素子60の温度よりも高い所定温度に制御しており、センサ素子60の温度は所定温度に維持される。そのため、実際のセンサ素子60の温度と、燃焼熱のみを受熱するとしたときのセンサ素子60の温度との差が常に一定となるように、セラミックヒータ70の発熱量を変化させる構成とは異なり、セラミックヒータ70に対する制御が複雑化することなく、それだけ、セラミックヒータ70の動作が安定する。
(3)セラミックヒータ70は、その一端面がセンサ素子60に固定されているとともにその他端面が断熱部材80に固定されており、この断熱部材80によってセラミックヒータ70の熱が他端面から逃げることが抑制される。そのため、セラミックヒータ70からセンサ素子60に集中的に熱が伝達される。すなわち、セラミックヒータ70の熱が他の部分に伝達され難く、その一方で、センサ素子60に伝達され易くなるため、セラミックヒータ70によるセンサ素子60の加熱効率を向上させることができる。
(4)セラミックヒータ70とセンサ素子60とはカーボンを含む接着剤によって構成された接着層75を介して互いに固定されている。カーボンは熱伝導率が高いため、これを含む接着剤によって構成された接着層75の熱伝導率も高くなる。このため、接着層75を介してセンサ素子60とセラミックヒータ70とを固定した場合であっても、セラミックヒータ70からセンサ素子60へ伝達される熱量を多くすることができる。また、接着層75は、セラミックヒータ70の上端面及びセンサ素子60の下端面同士をそれら全体に亘って固定しているため、センサ素子60の加熱むらを抑えて、該センサ素子60における温度の均一化を図ることができる。
(5)本実施形態では、温度の影響が排除され、センサ素子60の両端電圧Vcにおけるボトム電圧Vdの変化が抑えられている。そのため、回路部90の検出部93では、図6に示すように、ボトム電圧Vdの基準位置を低下させつつ、筒内圧の変化におけるピーク電圧が高くなるように両端電圧Vcを増幅することができる。これにより、ダイナミックレンジが大きくなり、検出部93におけるアナログデジタル変換での量子化ノイズが低減されるため、筒内圧を精度良く検出することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。
・接着層75を構成する接着剤としては、カーボンを含むものに限られない。例えば、カーボンの代わりに、金属フィラーや高い熱伝導性を有するセラミックス粒子(例えば窒化アルミニウムやアルミナなど)を含む接着剤によって接着層75を構成してもよい。また、これらカーボン、金属フィラー、及び上記セラミックス粒子などを含ない接着剤を用いて接着層75を構成してもよい。
・接着層75を構成する接着剤としては、カーボンを含むものに限られない。例えば、カーボンの代わりに、金属フィラーや高い熱伝導性を有するセラミックス粒子(例えば窒化アルミニウムやアルミナなど)を含む接着剤によって接着層75を構成してもよい。また、これらカーボン、金属フィラー、及び上記セラミックス粒子などを含ない接着剤を用いて接着層75を構成してもよい。
・セラミックヒータ70とセンサ素子60とは、接着層75を介さず、互いに直接固定してもよい。また、接着層75以外の構成を介して互いに固定されていてもよい。なお、この場合には、上記構成が熱伝導率の高い素材によって構成されていることが望ましい。
・接着層75は、セラミックヒータ70の上端面全体に亘って接着剤を塗布することにより構成したが、前記上端面の一部に接着剤を塗布することによって構成してもよい。また、上端面の複数の領域に接着剤を塗布することによって接着層75を構成してもよい。更には、センサ素子60の下端面に接着剤を塗布することによって接着層75を構成してもよい。
・断熱部材80は、例えばアルミナなど、ジルコニア以外のセラミックスからなるものであってもよい。また、断熱部材80は、セラミックス以外の素材によって構成してもよい。
・断熱部材80は必ずしも必要ではない。例えば、セラミックヒータ70を対向部材50の挿通部51に直接固定する構成では、断熱部材80を省略できる。
・上記所定温度の設定態様は適宜変更が可能である。例えば、内燃機関の定常運転時において、センサ素子60が燃焼熱を受熱するとしたときに最も高温になるときの該センサ素子60の温度との差が10℃を上回る温度を所定温度として設定してもよい。また、内燃機関の定常運転時において、センサ素子60が燃焼熱を受熱するとしたときに最も高温になるときの該センサ素子60の温度よりも高い温度であって、且つ該温度との差が10℃を下回る温度を所定温度として設定してもよい。
・上記所定温度の設定態様は適宜変更が可能である。例えば、内燃機関の定常運転時において、センサ素子60が燃焼熱を受熱するとしたときに最も高温になるときの該センサ素子60の温度との差が10℃を上回る温度を所定温度として設定してもよい。また、内燃機関の定常運転時において、センサ素子60が燃焼熱を受熱するとしたときに最も高温になるときの該センサ素子60の温度よりも高い温度であって、且つ該温度との差が10℃を下回る温度を所定温度として設定してもよい。
・制御部92では、予め記憶された温度に基づいて所定温度を設定していたが、内燃機関の定常運転時において、センサ素子60が燃焼熱を受熱するとしたときに最も高温になるときの該センサ素子60の温度よりも高い温度を所定温度として予め制御部92に記憶させてもよい。
・制御部92に記憶されている前記温度としては、内燃機関の定常運転時において、センサ素子60が燃焼熱を受熱するとしたときに最も高温になるときの該センサ素子60の温度に限られない。例えば、ノッキングやプレイグニッション等の異常燃焼時なども含む内燃機関10の全運転領域において、センサ素子60が燃焼熱を受熱するとしたときに最も高温になるときの該センサ素子60の温度を記憶するようにしてもよい。
・上記実施形態において、機関始動に先立って、セラミックヒータ70への通電制御を実行するようにしてもよい。すなわち、車両のドアの解錠操作や、ドアの開動操作など、機関始動前に実行される操作をトリガーとして、セラミックヒータ70への通電を開始してもよい。この構成によれば、機関始動時におけるセンサ素子60の昇温を早期に実現することができる。
・セラミックヒータ70への通電を間欠的に行うことにより、センサ素子60の温度を上記所定温度に制御していたが、センサ素子60の温度を上記所定温度に維持する制御方法は適宜変更可能である。例えば、セラミックヒータ70への通電を継続しつつその通電量を少なくすることで、センサ素子60の温度を上記所定温度に維持してもよい。
・上記実施形態では所定温度を一定値としていたが、該所定温度を機関運転状態に応じて可変設定する構成を採用してもよい。
例えば、制御部92に、燃焼室15内の燃焼熱と該燃焼熱を受熱したときのセンサ素子60の温度との関係を示すマップを予め記憶する。そして、機関運転時には、その時々において、次の燃焼サイクルにおいて発生する燃焼熱を、機関回転速度、機関負荷、燃料噴射量、及び吸気温などの各種パラメータから推定する。そして、この推定された燃焼熱と上記マップとに基づいて、次の燃焼サイクルにおいて燃焼熱を受熱したときのセンサ素子60の温度を推定する。制御部92は、この推定されたセンサ素子60の温度よりも、例えば10℃ほど高い温度を所定温度として設定し、セラミックヒータ70への通電量を制御して、センサ素子60の温度を所定温度に制御する。この構成のように、所定温度を燃焼サイクル毎に可変設定することによっても、各燃焼サイクルにおけるセンサ素子60の温度を、各燃焼サイクルにおいて燃焼熱を受熱するとしたときのセンサ素子60の温度よりも高くすることができる。したがって、燃焼熱による温度変化の影響がセンサ素子60の両端電圧に反映され難くなり、センサ素子60の両端電圧に筒内圧の影響のみを反映させ易くすることができる。その結果、センサ素子60の両端電圧に対する温度の影響を、燃焼熱の変化度合いに拘わらず取り除くことができる。また、こうした構成では、セラミックヒータ70への通電量は、その時々の燃焼熱に応じた必要最低限でよいため、燃費の向上に貢献できる。
例えば、制御部92に、燃焼室15内の燃焼熱と該燃焼熱を受熱したときのセンサ素子60の温度との関係を示すマップを予め記憶する。そして、機関運転時には、その時々において、次の燃焼サイクルにおいて発生する燃焼熱を、機関回転速度、機関負荷、燃料噴射量、及び吸気温などの各種パラメータから推定する。そして、この推定された燃焼熱と上記マップとに基づいて、次の燃焼サイクルにおいて燃焼熱を受熱したときのセンサ素子60の温度を推定する。制御部92は、この推定されたセンサ素子60の温度よりも、例えば10℃ほど高い温度を所定温度として設定し、セラミックヒータ70への通電量を制御して、センサ素子60の温度を所定温度に制御する。この構成のように、所定温度を燃焼サイクル毎に可変設定することによっても、各燃焼サイクルにおけるセンサ素子60の温度を、各燃焼サイクルにおいて燃焼熱を受熱するとしたときのセンサ素子60の温度よりも高くすることができる。したがって、燃焼熱による温度変化の影響がセンサ素子60の両端電圧に反映され難くなり、センサ素子60の両端電圧に筒内圧の影響のみを反映させ易くすることができる。その結果、センサ素子60の両端電圧に対する温度の影響を、燃焼熱の変化度合いに拘わらず取り除くことができる。また、こうした構成では、セラミックヒータ70への通電量は、その時々の燃焼熱に応じた必要最低限でよいため、燃費の向上に貢献できる。
・加熱素子として、セラミックヒータ70を採用した例を示したが、他の構成を採用してもよい。例えば、加熱素子として、セラミックヒータ70の代わりにペルチェ素子を採用してもよい。
・センサ素子60の温度が検出することができるのであれば、温度センサ37を省略してもよい。例えば、燃焼圧が作用していないときのセンサ素子60の抵抗値に基づいて該センサ素子60の温度を検出する場合には、温度センサ37は必要ない。
・制御部92が加熱素子の発熱量を制御する方法は、フィードバック制御に限られず、フィードフォワード制御を採用してもよい。
・センサ素子60は、上記実施形態のものに限定されず、圧力及び温度に応じて発生する電荷の大きさが変化する圧電素子を用いてもよい。
・センサ素子60は、上記実施形態のものに限定されず、圧力及び温度に応じて発生する電荷の大きさが変化する圧電素子を用いてもよい。
10…内燃機関、11…シリンダブロック、12…シリンダ、13…ピストン、14…シリンダヘッド、14A…凹み部、15…燃焼室、16…吸気ポート、17…排気ポート、18…吸気バルブ、19…排気バルブ、20…燃料噴射弁、21…点火プラグ、22…制御装置、30…筒内圧センサ、31…ハウジング、32…収容室、33…力伝達ロッド、34…ガラスブロック、35,351,352…端子、361,362…リード線、37…温度センサ、40…ダイアフラム、41…本体部、41A…可撓部、42…延出部、43…フランジ、50…対向部材、51…挿通部、51A…係止部、52…環状部、60…センサ素子、61…基台部、61A…上端面、62…メサ部、63…溝、64…電極、70…セラミックヒータ(加熱素子)、71…保持体、72…発熱体、73…電極、75…接着層、80…断熱部材、90…回路部、91…定電流部、92…制御部、93…検出部。
Claims (4)
- 筒状のハウジングと、
前記ハウジングの一端部に設けられ、燃焼室内の圧力に応じて撓むダイアフラムと、
前記ハウジングの内部に収容されるとともに前記ダイアフラムに連結され、温度及び圧力に応じて出力信号が変化するセンサ素子と、
前記センサ素子を加熱する加熱素子と、
燃焼熱を受熱するとしたときの前記センサ素子の温度よりも該センサ素子の温度が高くなるように前記加熱素子の発熱量を制御する制御部と
を有する筒内圧センサ。 - 前記制御部は、前記センサ素子の温度を、該センサ素子が燃焼熱を受熱するとしたときに最も高温になるときの該センサ素子の温度よりも高い所定温度に制御する
請求項1に記載の筒内圧センサ。 - 前記ハウジングの内部には、断熱部材が収容されており、
前記加熱素子は、その一端面が前記センサ素子に固定されているとともにその他端面が前記断熱部材に固定されている
請求項1または2に記載の筒内圧センサ。 - 前記加熱素子と前記センサ素子との間には、カーボンを含む接着剤によって構成された接着層が設けられ、
前記加熱素子と前記センサ素子とは接着層を介して互いに固定されている
請求項1〜3のいずれか一項に記載の筒内圧センサ。
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