JP3346438B2 - エンジンの筒内圧検出装置 - Google Patents

エンジンの筒内圧検出装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はエンジンの筒内圧検出装
置に関し、詳しくは、点火栓と取付け座面との間に挟み
込まれる座金型筒内圧センサを用いて筒内圧を検出する
装置において、センサ出力のＳ／Ｎ比を向上させるため
の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンの燃焼状態を把握する方法とし
て、シリンダ内での燃焼ガスの圧力を検出する方法があ
り、そのためのセンサとして、実開昭６３−７００４９
号公報に開示されるような筒圧力センサが知られてい
る。前記実開昭６３−７００４９号公報に示される筒圧
力センサは、リング状の圧電素子と電極とを積層したも
のであり、シリンダヘッドに螺合される点火栓と該点火
栓の取付け座面との間に挟み込んで共締めされる。そし
て、点火栓の座金として締付けられて与えられるセンサ
の締付け荷重（座圧）が、シリンダ内の圧力（筒内圧）
が点火栓に作用することで増減変化し、これにより圧電
素子の出力が燃焼圧力（筒内圧）に応じて変化するもの
である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な座金型筒内圧センサは、点火栓に近接して設けられる
ことから、点火栓から周囲に発散する点火ノイズの影響
を受け、然も、燃焼圧の発生による点火栓の僅かな変位
に基づいて出力を発生させる構成であるからセンサ出力
が微小であり、センサ出力のＳ／Ｎ比を高く確保するこ
とが困難であるという問題があった。
【０００４】また、前記点火ノイズの影響を抑制するた
めに、センサ出力の取り出しにシールド線を用いている
が、かかるシールド線の使用がセンサ出力特性に影響を
与えないように、静電容量の少ない高価なシールド線を
用いる必要があり、これがコストアップの原因になると
いう問題もあった。本発明は上記問題点に鑑みなされた
ものであり、座金型筒内圧センサを用いてエンジンの筒
内圧を検出する装置において、高価なシールド線を使用
する必要なく、センサ出力におけるＳ／Ｎ比を向上させ
ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そのため請求項１の発明
にかかるエンジンの筒内圧検出装置は、エンジンのシリ
ンダヘッドに螺合する点火栓と取付け座面との間に挟み
込まれ、センサ荷重の変化を筒内圧変動として検出する
筒内圧センサを備える一方、パワートランジスタの通電
制御信号である点火信号を遅延させる遅延手段と、該遅
延手段で遅延された点火信号をマスク信号として前記筒
内圧センサの出力を所定期間だけキャンセルするセンサ
出力キャンセル手段を設けて構成される。
【０００６】請求項２の発明にかかる装置では、前記セ
ンサ出力キャンセル手段が、前記筒内圧センサの出力を
前記マスク信号に基づいて前記所定期間だけ停止させる
構成とした。請求項３の発明にかかる装置では、前記セ
ンサ出力キャンセル手段が、前記筒内圧センサの出力を
増幅するセンサ出力増幅手段における増幅動作を前記マ
スク信号に基づいて前記所定期間だけ停止させる構成と
した。
【０００７】請求項４の発明にかかる装置では、前記セ
ンサ出力増幅手段を点火栓に近接して配設する構成とし
た。請求項５の発明にかかる装置では、点火コイル，点
火信号に基づいて前記点火コイルを駆動する点火コイル
駆動回路，遅延手段及び前記センサ出力キャンセル手段
を一体に備えたユニットを各点火栓の頭部に取り付ける
構成とした。
【０００８】
【作用】請求項１の発明にかかるエンジンの筒内圧検出
装置によると、パワートランジスタの通電制御信号であ
る点火信号を遅延させたマスク信号に基づいて、点火ノ
イズが筒内圧センサの出力に影響する期間においてセン
サ出力をキャンセルすることが可能となるから、点火ノ
イズによってセンサ出力のＳ／Ｎ比が低下することを回
避できる。
【０００９】請求項２の発明にかかる装置では、点火ノ
イズの発生期間においてセンサ出力を停止させること
で、点火ノイズが乗ったセンサ信号の出力を停止させる
ことが可能となり、点火ノイズに影響されないセンサ出
力のみを出力させることができる。請求項３の発明にか
かる装置では、センサ出力の増幅動作を、点火ノイズの
発生期間で停止させることで、点火ノイズの乗ったセン
サ出力のレベルを通常時に比して低く抑え、以て、Ｓ／
Ｎ比の確保を図る。
【００１０】請求項４の発明にかかる装置では、前記セ
ンサ出力の増幅動作を行うセンサ出力増幅手段を点火栓
に近接して配設することで、センサ出力が増幅される前
にノイズを授受する部分を極力短くして、点火ノイズの
センサ出力に対する影響を抑制する。請求項５の発明に
かかる装置では、点火コイル，点火信号に基づいて前記
点火コイルを駆動する点火コイル駆動回路，遅延手段及
び前記センサ出力キャンセル手段を一体に備えたユニッ
トを各点火栓の頭部に取り付ける構成とすることで、点
火ノイズの輻射，授受面積を最小にし、以て、点火ノイ
ズのセンサ出力に対する影響を抑制する。
【００１１】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。一実施例
を示す図１において、エンジンのシリンダヘッド１に貫
通形成された螺子孔２には、点火栓３が螺合される。前
記点火栓３とシリンダヘッド１の点火栓取付け座面４と
の間には、リング状の筒内圧センサ５を挟み込んで共締
めしてある。
【００１２】尚、６は、筒内圧センサ５と点火栓３との
間に介装されたワッシャである。前記筒内圧センサ５
は、例えば、リング状の中心電極を中心にしてその上下
に２枚のピエゾ圧電素子と、更に、その外側に上面電極
と下面電極を順次積層したもので、これらの内外周を絶
縁性の樹脂材料で覆って一体に固定してある。前記中心
電極からはリード線７が前記樹脂材料を通じて取り出さ
れる。
【００１３】前記筒内圧センサ５は、前述のように点火
栓３の座金として締付けられて所定の締付け荷重が与え
られる一方、シリンダ８内の燃焼圧力が点火栓３に作用
して点火栓３が押し上げられるとセンサ荷重が減少変化
し、前記締付け荷重を基準とするセンサ荷重の減少変化
によって燃焼圧（筒内圧）を相対圧として検出し得るセ
ンサである。
【００１４】金属パイプ９は、下端の開口部内に前記筒
内圧センサ５の外周部が嵌挿される一方、点火栓３の基
端側に延設され、点火栓挿入孔10の開口端部にゴムブッ
シュ11を介して嵌挿される。そして、前記リード線７
は、前記金属パイプ９の外周壁に沿って延設され、前記
ゴムブッシュ11に設けた貫通孔を介して外部に取り出さ
れるようになっている。
【００１５】一方、点火コイル21と、点火信号に基づい
て前記点火コイル21を駆動する点火コイル駆動回路（パ
ワートランジスタを含む）22とを一体に備えた点火ユニ
ット23が、点火コイル21の２次側で発生した高電圧を点
火栓３に与えるための端子23ａを介して点火栓３のター
ミナル３ａに取付けられている。即ち、本実施例の点火
システムは、各気筒別に前記点火ユニット23を備え、後
述するコントロールユニット15からの点火信号（パワー
トランジスタの通電制御信号）に基づいて点火コイル21
で発生させた点火エネルギーをハイテンション・ケーブ
ルを介さずに直接点火栓３に供給する構成となってい
る。
【００１６】また、前記筒内圧センサ５の出力を取り出
すリード線７は、点火栓３に近接して設けられたノイズ
マスク回路24（センサ出力キャンセル手段）に接続さ
れ、該ノイズマスク回路24を介したセンサ出力が前記コ
ントロールユニット15に入力されるようになっている。
前記ノイズマスク回路24には、前記点火ユニット23に供
給される点火信号が分配供給されるようになっており、
該点火信号に基づいて設定される所定期間において筒内
圧センサ５の出力をキャンセルする。
【００１７】前記ノイズマスク回路24は、具体的には図
２に示すような回路で構成されている。図２において、
31はチャージアンプ（帰還増幅器）であり、該チャージ
アンプ31（センサ出力増幅手段）における増幅率を抵抗
Ｒ１とによって決定する帰還抵抗Ｒ２と並列にスイッチ
ング素子32を設けてある。前記スイッチング素子32は、
遅延回路33（遅延手段）で遅延された点火信号（マスク
信号）に基づいてＯＮ・ＯＦＦ制御されるようになって
いる。
【００１８】前記点火信号は、ハイレベルであるときに
パワートランジスタ22ａをＯＮさせる信号であり、点火
信号の立ち上がりに同期して点火コイル21の一次側への
通電が開始され、点火信号の立ち下がりに同期して点火
コイル21の一次側への通電が遮断され、このとき２次側
で発生する高電圧が点火栓３に供給されて点火火花が発
生する。
【００１９】前記遅延回路33は上記点火信号を遅延させ
るから、前記スイッチング素子32は、点火信号の立ち上
がりに対して遅れてＯＦＦ→ＯＮ切り換えされ、かつ、
点火信号の立ち下がり（点火）に対して遅れてＯＮ→Ｏ
ＦＦ切り換えされることになり、これによって少なくと
も点火（１次側への通電遮断）から所定期間は、前記ス
イッチング素子32がＯＮされ、前記チャージアンプ31の
増幅動作が停止されるようになっている。
【００２０】ここで、点火コイル21の１次側への通電遮
断、即ち、点火動作に伴って所謂点火ノイズが発生し、
これが筒内圧センサ５の出力に影響を与えることになる
が、前記スイッチング素子32によって点火から所定期間
は前記チャージアンプ31の増幅動作が停止されるから
（図３参照）、点火ノイズの影響を受けたセンサ出力が
増幅されることが回避され、以て、コントロールユニッ
ト15に入力されるセンサ出力のＳ／Ｎ比を向上させるこ
とができる。
【００２１】また、チャージアンプ31が点火栓３に近接
して設けられるから、センサからチャージアンプ31まで
の間のノイズ授受部分の面積を最小限にでき、以て、通
常に増幅動作を行うときにもＳ／Ｎ比の改善が図られ
る。更に、本実施例では、前記金属パイプ９により点火
栓３とリード線７との間が遮蔽されるから、リード線７
が前記チャージアンプ31に至るまでの間に、点火ノイズ
を拾うことを抑止できる。従って、前記リード線７とし
て高価なシールド線を用いる必要がなく、コスト低減を
図ることが可能である。
【００２２】図２に示すノイズマスク回路24では、増幅
動作を停止させることで点火ノイズの影響を受けたセン
サ出力をキャンセルさせる構成としたが、図４に示すよ
うな回路構成によって点火ノイズの影響を受けたセンサ
出力を停止させる構成としても良い。図４に示すノイズ
マスク回路24は、前述と同様に点火信号に基づき遅延回
路33で発生させるノイズマスク信号に基づいて、筒内圧
センサ５の出力を少なくとも点火から所定期間だけキャ
ンセルするものであるが、ここでは、前記ノイズマスク
信号によってＯＮ・ＯＦＦ制御されるトランジスタ35に
よってセンサ出力ラインを選択的にアースさせる構成と
してある。
【００２３】即ち、前記トランジスタ35は、前記遅延回
路33からの出力される点火信号の遅延信号（マスク信
号）に基づいて、少なくとも点火から所定期間だけ筒内
圧センサ５の出力ラインをアースさせ、以て、点火ノイ
ズの影響を受けたセンサ出力の出力を停止させる（図３
参照）。従って、図４に示す構成のノイズマスク回路24
においても、コントロールユニット15に入力されるセン
サ出力のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２４】尚、点火に伴う点火ノイズの発生期間は、
一般に燃焼状態を示す期間ではないから、上記のように
筒内圧センサ５の出力をキャンセル（マスク）しても
（図３参照）、燃焼状態の検出には影響はない。上記図
１に示した実施例では、点火コイル21及び点火コイル駆
動回路22からなる点火ユニット23に対して、図２又は図
４に示すようなノイズマスク回路24を別体に設ける構成
としたが、図５に示すように、点火ユニット23の中にノ
イズマスク回路24を一体的に設ける構成としても良い。
【００２５】かかる構成によれば、ノイズマスク回路24
の設置が容易になると共に、ノイズの輻射，授受面積を
最小にして、より一層のＳ／Ｎ比改善が図られる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明にか
かるエンジンの筒内圧検出装置によると、パワートラン
ジスタの通電制御信号である点火信号を遅延させたマス
ク信号に基づいて点火ノイズに影響されたセンサ出力を
キャンセルすることで、センサ出力のＳ／Ｎ比を向上さ
せることができるという効果がある。請求項２の発明に
かかる検出装置によると、点火ノイズに影響されたセン
サ出力を停止させて、ノイズ影響のないセンサ出力のみ
を出力させることができる。
【００２７】請求項３の発明にかかる検出装置による
と、センサ出力を増幅する手段を備える構成において、
前記増幅手段の動作を点火ノイズの発生期間において停
止させて点火ノイズに影響されたセンサ出力が増幅され
ることを回避できる。請求項４の発明にかかる検出装置
によると、センサ出力を増幅する手段を、点火栓に近接
して配設することで、センサ出力が増幅される前にノイ
ズを授受する部分を極力短くして、点火ノイズのセンサ
出力に対する影響を抑制できるという効果がある。
【００２８】請求項５の発明にかかる検出装置による
と、点火コイル，点火コイル駆動回路，遅延手段及びセ
ンサ出力を点火ノイズ発生期間においてキャンセルする
ための手段を一体に備えたユニットを各点火栓の頭部に
取り付ける構成とすることで、点火ノイズの輻射，授受
面積を最小にし、以て、点火ノイズのセンサ出力に対す
る影響を抑制できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すシステム概略図。
【図２】ノイズマスク回路の実施例を示す回路図。
【図３】センサ出力のマスク処理の様子を示すタイムチ
ャート。
【図４】ノイズマスク回路の他の実施例を示す回路図。
【図５】システム構成の他の実施例を示す概略図。
【符号の説明】
１ シリンダヘッド ２ 螺子孔 ３ 点火栓 ４ 取付け座面 ５ 筒内圧センサ ７ リード線 ８ シリンダ ９ 金属パイプ 10 点火栓挿入孔 11 ゴムブッシュ 15 コントロールユニット 21 点火コイル 22 点火コイル駆動回路 23 点火ユニット 24 ノイズマスク回路 31 チャージアンプ 32 スイッチング素子 33 遅延回路 35 トランジスタ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−23873（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−124067（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−214966（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−60637（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−140481（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−29070（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンのシリンダヘッドに螺合する点火
    栓と取付け座面との間に挟み込まれ、センサ荷重の変化
    を筒内圧変動として検出する筒内圧センサと、パワートランジスタの通電制御信号である 点火信号を遅
    延させる遅延手段と、 該遅延手段で遅延された点火信号をマスク信号として前
    記筒内圧センサの出力を所定期間だけキャンセルするセ
    ンサ出力キャンセル手段と、 を含んで構成されたことを特徴とするエンジンの筒内圧
    検出装置。
  2. 【請求項２】前記センサ出力キャンセル手段が、前記筒
    内圧センサの出力を前記マスク信号に基づいて前記所定
    期間だけ停止させることを特徴とする請求項１記載のエ
    ンジンの筒内圧検出装置。
  3. 【請求項３】前記センサ出力キャンセル手段が、前記筒
    内圧センサの出力を増幅するセンサ出力増幅手段におけ
    る増幅動作を前記マスク信号に基づいて前記所定期間だ
    け停止させることを特徴とする請求項１記載のエンジン
    の筒内圧検出装置。
  4. 【請求項４】前記センサ出力増幅手段が点火栓に近接し
    て配設されることを特徴とする請求項３記載のエンジン
    の筒内圧検出装置。
  5. 【請求項５】点火コイル，点火信号に基づいて前記点火
    コイルを駆動する点火コイル駆動回路，遅延手段及び前
    記センサ出力キャンセル手段を一体に備えたユニットを
    各点火栓の頭部に取り付ける構成としたことを特徴とす
    る請求項１，２，３又は４のいずれかに記載のエンジン
    の筒内圧検出装置。
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