JP2019044638A - Data transmission device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関のデータ送信装置に関する。 The present invention relates to a data transmission device for an internal combustion engine.
内燃機関の安定した動作のために、ピストンの温度および挙動などを測定することが重要である。ピストンにセンサを設け、センサで検知した物理量のデータを送信する技術が知られている(例えば特許文献1)。 For stable operation of the internal combustion engine, it is important to measure the temperature and behavior of the piston. There is known a technology in which a sensor is provided on a piston and data of a physical quantity detected by the sensor is transmitted (for example, Patent Document 1).
こうした送信装置は、センサが検知したデータを送信する送信機器、送信機器に電力を供給する電源を含む。特許文献1の技術では電源としてバッテリを用いる。しかしバッテリの容量が尽きると発電は困難であり、またバッテリの交換の手間も大きい。そこで、発電性能の高い内燃機関のデータ送信装置を提供することを目的とする。 Such a transmitter includes a transmitter that transmits data detected by the sensor, and a power supply that supplies power to the transmitter. In the technique of Patent Document 1, a battery is used as a power source. However, when the battery capacity is exhausted, power generation is difficult, and it takes a lot of time to replace the battery. Therefore, it is an object of the present invention to provide a data transmission device for an internal combustion engine with high power generation performance.
上記目的は、ピストンに設けられたセンサと、前記ピストンに連結されたコンロッドに設けられ、前記センサにより測定されたデータを送信する送信部と、前記コンロッドに設けられ、前記送信部に電力を供給する発電部と、前記発電部を覆うカバーと、を具備し、前記発電部は、前記コンロッドと、前記コンロッドが収納されたクランク室との温度差を用いた熱電効果により前記電力を発生させ、前記カバーは前記発電部の前記クランク室側の面を覆い、前記コンロッドの延伸方向に沿って前記カバーを貫通する空洞を有する内燃機関のデータ送信装置によって達成できる。 The above object is to provide a sensor provided on a piston, a transmitting unit provided on a connecting rod connected to the piston and transmitting data measured by the sensor, and provided on the connecting rod to supply power to the transmitting unit A power generation unit, and a cover covering the power generation unit, wherein the power generation unit generates the electric power by a thermoelectric effect using a temperature difference between the connecting rod and a crank chamber in which the connecting rod is accommodated; The cover can cover the surface on the crank chamber side of the power generation unit, and can be achieved by a data transmission device of an internal combustion engine having a cavity penetrating the cover along the extension direction of the connecting rod.
発電性能の高い内燃機関のデータ送信装置を提供できる。 It is possible to provide a data transmission device for an internal combustion engine with high power generation performance.
(実施形態)
以下、図面を参照して本実施形態の内燃機関のデータ送信装置100について説明する。データ送信装置100はエンジン10(内燃機関)に適用される。エンジン10は例えば自動車に搭載されるガソリンエンジンなどである。図1はデータ送信装置100を例示する模式図である。Z方向は上下方向であり、X方向およびY方向はZ方向に直交する。
(Embodiment)
Hereinafter, the
図1に示すように、エンジン10のシリンダブロック11に燃焼室12およびクランク室14が形成される。燃焼室12にピストン16が配置され、エンジン10のクランク室14にコンロッド(コネクティングロッド)18が配置されている。不図示のクランクシャフトの回転によりピストン16およびコンロッド18は上下方向(Z方向)に往復運動する。
As shown in FIG. 1, a
データ送信装置100は、センサ20、送信部22、発電部24およびカバー30を備える。2つのセンサ20は例えば熱電対であり、ピストン16に設けられ、ピストン16の温度を測定する。2つのセンサ20それぞれは温度情報などを出力する。また、例えばセンサ20のうち一方が熱電対であり、他方がギャップセンサでもよい。この場合、温度情報および変位情報が出力される。
The
送信部22および発電部24はコンロッド18に設けられている。送信部22はセンサ20と電気的に接続され、かつアンテナ25と無線通信を行う。送信部22は、センサ20が検知したデータをアナログデータに変換、またはアナログデジタル変換し、アンテナ25に送信する。
The
アンテナ25はデータを受信する。シリンダブロック11の外部の受信部26は、シリンダブロック11の外に引き出された配線によりアンテナ25と電気的に接続され、アンテナ25からデータを取得する。受信部26は、例えばデータからノイズを除去するフィルタ、データの信号を増幅する増幅器、アナログ信号とデジタル信号とを相互に変換するアナログ/デジタル変換回路などを含む。受信部26はデータをデジタルデータに変換する。
The
解析部28は例えばパーソナルコンピュータなどのコンピュータであり、受信部26と電気的に接続されている。解析部28はデータを物理特性値(温度など)に変換し、ハードディスクドライブ(HDD:Hard Disc Drive)などの記憶装置に記憶する。また、ユーザはディスプレイなどで、ピストン16の温度のデータを視認することができる。
The
発電部24はコンロッド18に設けられ、配線23を通じて送信部22に電力を供給する。カバー30は発電部24を覆い、例えばボルトなどでコンロッド18に固定される。
The
図2(a)はカバー30を例示する斜視図である。カバー30の内部には、Z方向にカバー30を貫通する空洞32が設けられている。カバー30の−Y側には空洞33が形成されている。
FIG. 2A is a perspective view illustrating the
カバー30の+Y側の面のうち+Z側端部および−Z側端部には傾斜部34が形成されている。傾斜部34は、カバー30の外側から中央側にかけて、−Y側に傾斜している。カバー30の+Z側および−Z側に溶接などで、板35が取り付けられている。板35は、カバー30の外側から中央側にかけて、+Y方向を向くように傾斜している。傾斜部34および板35により、Z軸に沿ってカバー30の中央側に近づくほど幅が小さくなるような端部31が形成される。
An
図2(b)は発電部24を例示する斜視図である。図2(c)は発電部24を例示する側面図である。図2(b)および図2(c)に示す発電部24は熱電素子である。基板24aの基板24bと対向する面に複数の電極24cが設けられ、基板24bの基板24aと対向する面に複数の電極24dが設けられている。2つの基板24aおよび24bの間に複数の半導体24pおよび24nが挟まれている。電極24cおよび24dに、p型の半導体24pおよびn型の半導体24nが接触する。半導体24pおよび24nは交互に配置され、直列に接続されている。基板24aおよび24b間に温度差が生じるとゼーペック効果により起電力が生じ、電流が複数の電極24cおよび24dを流れる。1つの電極24cおよび1つの電極24dそれぞれに配線23が接続され、配線23を通じて電力が送信部22に供給される。
FIG. 2 (b) is a perspective view illustrating the
図2(d)は発電部24およびカバー30をコンロッド18に取り付けた状態の斜視図である。図3(a)および図3(b)はコンロッド18、発電部24およびカバー30を例示する断面図であり、図3(a)はコンロッド18が上昇中、図3(b)はコンロッド18が下降中の図である。図3(a)および図3(b)では電極24cおよび24d、配線23を省略している。
FIG. 2D is a perspective view of the
図2(d)から図3(b)に示すように、発電部24の基板24aはコンロッド18に固定される。基板24bはコンロッド18とは反対側を向き、カバー30の空洞33にはめ込まれ、かつ空洞32に露出する。カバー30は、空洞32がZ方向に沿うように配置される。
As shown in FIG. 2D to FIG. 3B, the
図1に示すようにコンロッド18はピストン16に連結されており、燃焼室12からピストン16を通じて熱がコンロッド18に伝わる。図2(d)から図3(b)に示すように、基板24aはコンロッド18に近いため、コンロッド18から伝わる熱により高温になる。一方、基板24bはコンロッド18から遠い側の面であり、カバー30の空洞32に露出する。したがって基板24bは基板24aに比べて低温になる。基板24aと24bとの間に温度差が生じることで、発電部24は発電する。発生した電力は配線23を通じて、発電部24から送信部22へと供給される。
As shown in FIG. 1, the connecting
図3(a)に矢印A1で示すようにコンロッド18が上昇する際、カバー30の空洞32には矢印A2で示すように下方向に空気が流れる。図3(b)に矢印A3で示すようにコンロッド18が下降する際、空洞32には矢印A4で示すように上方向に空気が流れる。これにより基板24bと、クランク室14内の雰囲気との熱交換が促進され、基板24bは基板24aよりも低温になる。温度差が大きくなることで、発電部24の発電性能が向上する。
When the connecting
図4はカバー30を拡大した図である。図4に示すように、カバー30の入口(端部31の最も外側の部分)のXY平面における断面積S1は、空洞32の断面積S2より大きい。空気の密度はカバー30内で一定の値ρとする。端部31における空気の流量Q1は数1で表され、空洞32内の流量Q2は数2で表される。
図5はデータ送信装置100の組み立ての工程を例示するフローチャートである。組み立ては、例えばエンジンの組み上げ前に、車両の整備士およびユーザなどが行う。図5に示すように、例えばユーザは、まずセンサ20をピストン16に取り付ける(ステップS10)。送信部22をコンロッド18に取り付ける(ステップS12)。カバー30を発電部24に取り付け(ステップS14)、発電部24をコンロッド18に取り付ける(ステップS16)。センサ20、送信部22、発電部24を互いに結線する(ステップS18)。ピストン16とコンロッド18とを組み付け、これらをエンジン10に組み付ける(ステップS19)。
FIG. 5 is a flow chart illustrating the process of assembling the
図6はデータ送信装置100の動作を例示するフローチャートである。エンジン10は運転を開始しているものとする。エンジン10の運転に伴いコンロッド18は高温になり、発電部24の基板24aと基板24bとの間に温度差が生じる。これにより発電部24は発電する(ステップS20)。電力は送信部22に供給される。センサ20はピストン16の温度に関するデータを検知する(ステップS22)。送信部22はセンサ20から温度に関するデータを取得して、アンテナ25に送信する(ステップS24)。受信部26はアンテナ25を介してデータを受信し(ステップS26)、例えばアナログ/デジタル変換などを行う。解析部28は、受信部26からデータを受信し、データを物理特性値などに変換し(ステップS28)、その結果の表示および記憶を行う(ステップS30)。物理特性値とは例えばセンサ20間の温度差、センサ20それぞれにおける温度、ピストン16の変位などである。
FIG. 6 is a flowchart illustrating the operation of the
以上、本実施形態によれば、コンロッド18に送信部22および発電部24が設けられ、カバー30が発電部24を覆う。発電部24の基板24aはコンロッド18側に位置し、基板24bはカバー30の空洞32に露出する。エンジン10が作動することでコンロッド18の温度が上昇し、基板24aと基板24bとの間に温度差が生じ、発電部24は熱電効果により発電することができる。エンジン10が作動し温度差が発生する間、発電部24は発電するため、例えばバッテリなどのように発電部24を交換しなくてよい。したがって発電性能が向上する。
As described above, according to the present embodiment, the
図3(a)および図3(b)に示すように、カバー30の空洞32に空気が流れることで基板24bは基板24aに比べてより低温となる。特に、カバー30の端部31がテーパ形状であるため、空洞32では空気の流速V2が大きくなり、基板24bと空気との熱交換が促進される。したがって発電性能が向上する。また、カバー30により発電部24をオイルなどから保護することができる。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the flow of air through the
カバー30の形状は変更してもよい。例えば、カバー30を一定の断面積を有する筒状としても、空気がカバー30の内部を流れ、基板24bが空気により冷却される。ただし、カバー30の端部の断面積が小さいと、空気の圧力損失が大きくなり、流速が低下する。カバー30内における空気の流速を高めるためには、カバー30の端部31の断面積S1が、カバー30の中央部の断面積S2よりも大きいことが好ましい。S1は例えばS2の1.5倍以上、2倍以上などとしてもよい。端部31の傾斜の角度は変更してもよく、また端部31が曲線状でもよい。
The shape of the
コンロッドに回転発電機を取り付けることで発電が可能である。しかし、回転発電機の偏心回転子にエンジンオイルなどが付着することで、発電が阻害されることがある。また、偏心回転子の遠心力によるコンロッドおよびピストンの運動への影響を抑制するため、回転発電機の取り付け位置はコンロッドの下端に近い側に制限されてしまう。本実施形態の発電部24は熱電素子であり、コンロッドの運動に大きな影響を与えない。また、基板24aおよび24bの形状、半導体24pおよび24nの配列などにより、発電部24のサイズおよび形状を変えることができる。したがって発電部24の取り付け位置の自由度が高い。例えば発電部24を、コンロッド18の送信部22が取り付けられた面(+Y側の面)に設けてもよいし、それ以外の面に設けてもよい。発電部24を送信部22よりも上側に設けてもよいし、下側に設けてもよい。
Power can be generated by attaching a rotary generator to the connecting rod. However, when engine oil etc. adhere to the eccentric rotor of a rotary generator, power generation may be inhibited. Further, in order to suppress the influence of the centrifugal force of the eccentric rotor on the motion of the connecting rod and the piston, the mounting position of the rotary generator is limited to the side closer to the lower end of the connecting rod. The
ばねおよび圧電素子などを利用し発電することもできる。しかしエンジンの回転数により発電性能が低下する恐れがある。発電部24は、エンジンの回転数に関わらず、基板24aおよび24b間で温度差があれば発電が可能である。
Power can also be generated using a spring and a piezoelectric element. However, there is a risk that the power generation performance may be reduced due to the engine speed. The
解析部28に記憶された温度はエンジンを安定的に稼働させるための情報として利用される。センサ20は熱電対以外にサーミスタでもよい。またセンサ20は、例えばピストン16とシリンダブロック11の内壁との距離を測定するギャップセンサなど、温度以外の物理量を測定するセンサとしてもよい。
The temperature stored in the
アンテナ25と受信部26と解析部28とは一体化されてもよい。受信部26と解析部28とは有線通信を行ってもよいし、無線通信を行ってもよい。解析部28はパーソナルコンピュータ以外に車両に搭載されたECU(Engine Control Unit)などでもよい。エンジン10はガソリンエンジン以外にディーゼルエンジンなどでもよい。
The
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above in detail, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications may be made within the scope of the subject matter of the present invention described in the claims. Changes are possible.
10 エンジン
11 シリンダブロック
12 燃焼室
14 クランク室
16 ピストン
18 コンロッド
20 センサ
22 送信部
24 発電部
24a、24b 基板
24c、24d 電極
24p、24n 半導体
25 アンテナ
26 受信部
28 解析部
30 カバー
31 端部
32、33 空洞
34 傾斜部
35 板
100 データ送信装置
Claims (1)
前記ピストンに連結されたコンロッドに設けられ、前記センサにより測定されたデータを送信する送信部と、
前記コンロッドに設けられ、前記送信部に電力を供給する発電部と、
前記発電部を覆うカバーと、を具備し、
前記発電部は、前記コンロッドと、前記コンロッドが収納されたクランク室との温度差を用いた熱電効果により前記電力を発生させ、
前記カバーは前記発電部の前記クランク室側の面を覆い、前記コンロッドの延伸方向に沿って前記カバーを貫通する空洞を有する内燃機関のデータ送信装置。 A sensor provided on the piston,
A transmitting unit provided on a connecting rod connected to the piston and transmitting data measured by the sensor;
A power generation unit provided in the connecting rod and supplying power to the transmission unit;
And a cover covering the power generation unit,
The power generation unit generates the electric power by a thermoelectric effect using a temperature difference between the connecting rod and a crank chamber in which the connecting rod is accommodated.
The data transmission device for an internal combustion engine, wherein the cover covers a surface on the crank chamber side of the power generation unit, and has a cavity penetrating the cover along the extension direction of the connecting rod.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017166050A JP2019044638A (en) | 2017-08-30 | 2017-08-30 | Data transmission device of internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2017166050A JP2019044638A (en) | 2017-08-30 | 2017-08-30 | Data transmission device of internal combustion engine |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110190780A (en) * | 2019-06-12 | 2019-08-30 | 石家庄铁道大学 | Couple thermo-electric generation system |
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2017
- 2017-08-30 JP JP2017166050A patent/JP2019044638A/en active Pending
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CN110190780A (en) * | 2019-06-12 | 2019-08-30 | 石家庄铁道大学 | Couple thermo-electric generation system |
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