JP3466764B2 - 内燃機関のピストン測温方法 - Google Patents

内燃機関のピストン測温方法

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【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は内燃機関のピストン測温
方法に関し、とくに電磁誘導法を利用して実働時のピス
トン温度を測定する方法に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、ピストンの測温は、硬度法または
熱電対法によっており、電磁誘導法によるものではな
い。硬度法には、測定誤差大、最高履歴温度のみの推定
しかできないという問題があり、熱電対法には測定装置
作製に多大な工数が必要、測定可能な気筒が制限され
る、長時間の測定が困難、計測中での熱電対の断線が頻
繁に発生する、等の問題があるので、本発明では電磁誘
導法のピストン測温への利用を実用化させることを試み
る。電磁誘導法による測温技術自体は、たとえば電気学
会論文集(電学論)C112巻2号等により公知であ
る。その計測原理は、図5に示すように、送信コイル1
と受信コイル2をコイル軸方向に間隔をおいて配置し、
送信コイル1と受信コイル2の丁度中間位置に共振コイ
ル3を配置するとともに共振コイル3に測温素子(サー
ミスタ)4を直列閉回路を形成するように接続する。送
信コイル1に高周波発振器6から高周波電流を流すと受
信コイル2および共振コイル3に誘導電流が生じるが、
温度によって測温素子4の電気抵抗が変わり、それによ
って共振コイル3の誘導電流が変化し、その結果受信コ
イル2の誘導電流も変化するので、受信コイル2の出力
電圧の波高値をオシロスコープ7等により測定すること
によって、測温素子4部位の温度を演算することができ
る。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかし、共振コイルが
送信コイルと受信コイルとの丁度中間位置から少しでも
ずれると受信コイルの出力電圧が大きく変化する。図6
は共振コイル中心位置の、送信コイルと受信コイルの丁
度中間位置からのずれ量を横軸にとり、その時の受信コ
イル出力電圧の変化を縦軸にとって示したものであり、
図7は図6のうち出力電圧最小値とその近傍の部分を拡
大して示したものである。ピストン温度測定には150
〜300℃の領域が用いられるので、高周波の周波数を
100kHzにして共振コイル位置のずれ(移動距離)
と温度誤差との関係を測定で求めたところ、表1の通り
であった。 【0004】 【表1】 【0005】図6、図7および表1から分かるように、
電磁誘導法では、共振コイルが、送信コイルおよび受信
コイルの丁度中間位置に位置するときに測温が実行され
なければならず、そこから少しでもずれると正確な測定
が困難になる。たとえば、表1は±0.1mmのずれで
5℃もの測温誤差が生じることを示している。ピストン
側にサーミスタと共振コイルを設け、シリンダブロック
側に送信コイル、受信コイルを設けてピストン測温を行
う場合、誤差を±2.5℃以下にしようとすれば、共振
コイルを送信コイルと受信コイルの丁度中間位置から約
±0.1mm以内に設置しなければならず、コイルの取
り付けにおいてこのような高精度を出すことは不可能で
ある。したがって、電磁誘導法をピストン測温に利用し
ようとすれば、従来は測温誤差が大となることを承知で
使用せざるを得ないという問題がある。本発明の目的
は、電磁誘導法を利用した測温において、コイル位置精
度の良否を問わず、高精度にピストン温度を測定できる
内燃機関のピストン測温方法を提供することにある。 【0006】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の方法は次の通りである。シリンダブロックに送信コ
イルと受信コイルを設け、ピストンに共振コイルを前記
送信コイルと前記受信コイルとの中間位置をピストンス
トローク中に通り過ぎるように支持するとともに前記ピ
ストンに温度によって電気抵抗が変化する測温素子を前
記共振コイルと直列閉回路を形成するように設ける工程
と、前記送信コイルに高周波電流を流したときに電磁誘
導によって前記受信コイルに生じる出力電圧が前記共振
コイルの位置によって最小となるクランク角位置を検出
する工程と、測温時に前記クランク角位置での前記受信
コイルの出力電圧に基づき前記測温素子部位のピストン
温度を求める工程と、からなる内燃機関のピストン測温
方法。 【0007】 【作用】本発明の内燃機関のピストン測温方法では、共
振コイルが送信コイルと受信コイルの丁度中間位置をピ
ストンストローク中に通り過ぎるように共振コイルをピ
ストンに支持さえすればよい。したがって、ピストン下
死点で共振コイルが送信コイルと受信コイルの丁度中間
位置にくるように共振コイルをピストンに取り付ける必
要がなく、その取り付け位置は精度を要求されない。そ
して、機関常温状態でクランキングし、受信コイルの出
力最小値がクランク角何度で生じるかをキャリブレーシ
ョンし、記憶する。すなわち、送信コイルに高周波電流
を流し共振コイルをピストンとともに移動させながら受
信コイル出力電圧の変化を見て、受信コイルの出力電圧
が最小となる時のクランク角位置を検出し、記憶する。
出力電圧が最小となる時が、共振コイルが送信コイルと
受信コイルとの丁度中間位置に来た時に対応する。つい
で、内燃機関を作動させピストンを実働時温度に昇温さ
せ、測温を実行する。測温においては、クランク角が上
記検出クランク角位置になったときに、受信コイルの出
力電圧をピックアップし、該出力電圧に基づいてピスト
ン温度を求める。これによって、共振コイルが送信コイ
ルと受信コイルの丁度中間位置にあるときの、ピストン
測温が自動的に実行されることになる。したがって、コ
イルの取り付け精度の如何を問わず、測温は共振コイル
が送信コイルと受信コイルの中間位置にきた状態で実行
され、高精度なピストン測温が可能となる。 【0008】 【実施例】図1〜図4は本発明実施例を示している。本
発明実施例の方法では、まず、図1、図2に示すよう
に、内燃機関のシリンダブロックに送信コイル11と受
信コイル12を設ける。より詳しくは、シリンダブロッ
ク17に取り付け基板18を取り付け、それにフェライ
トコア15を測定したいピストン個数分、気筒間隔を隔
てて取り付け、フェライトコア15に送信コイル11と
受信コイル12をコイル軸方向に間隔をおいて配置す
る。送信コイル11には高周波発振器16が接続され、
高周波電流が流される。これによって、フェライトコア
15を通過する交番磁界が形成され、受信コイル12に
は誘導電流が発生する。一方、内燃機関のピストン18
側には共振コイル13と測温素子14は直列閉回路(L
R回路)を形成する。共振コイル13は、ピストンスト
ローク中に共振コイル13が送信コイル11と受信コイ
ル12の丁度中間位置を通過するように、ピストン18
に支持される。共振コイル13、送信コイル11、受信
コイル12は同一軸芯状をなすように配置される。共振
コイル13は、ピストンストローク中に送信コイル1
1、受信コイル12(図示例では受信コイル)の何れか
一方を通過するように、被通過コイル12の外径より大
きな内径を有する。測温素子14は、温度によって電気
抵抗が変化するものであればよく、たとえばサーミスタ
が用いられる。測温素子14はピストン18の温度を測
定したい部位に取り付け(埋め込みを含む)られる。測
温素子14の抵抗が温度により変化すると、共振コイル
13の誘導電流が変化し、それに伴って受信コイル12
の電圧値(電圧波形の波高値)が乱されて変化するの
で、受信コイル12にセンサ(オシロスコープ)19を
接続してその出力値を監視することにより、測温素子1
4の温度を検出、演算することが可能になる。 【0009】つぎに、図3、図4に示すように、常温で
クランキングして、共振コイル13が送信コイル11と
受信コイル12の丁度中間位置を通過する点をキャリブ
レーションし、記憶する。詳しくは、送信コイル11に
高周波電流(キャリブレーション信号)を印加したとき
に電磁誘導によって受信コイル12に生じる出力電圧
は、送信コイル11と受信コイル12の丁度中間位置に
対する共振コイル位置によって変化するが(共振コイル
13が送信コイル11と受信コイル12の丁度中間位置
にあるときに受信コイル12の出力電圧値の波高値が最
小となる)、受信コイル12の電圧出力値の最小値がク
ランク角何度で生じるかを検出し、記憶する。さらに、
具体的には、クランク角センサは、たとえば1°クラン
クアングル毎にパルスPを出力し、かつ、ピストン下死
点位置でクランク軸と連動して回転するスリット板20
を通しての光源21からの通過光を受けてピストン下死
点位置信号Bを出力する。受信コイル12のセンサ14
は、高周波電圧波形(図3のW)を生じ、その包絡線
(図3のS)は、送信コイル11と受信コイル12の中
間位置Cで最小値を示し、ピストン下死点Bでは最小値
よりも大きな値をとる。そして、この包絡線Sの最小値
がピストン下死点から、クランクセンサのパルス(1パ
ルスがたとえば1°)で何パルス目に生じるかで、受信
コイル12の出力電圧が最小となるクランク角位置Cを
検出でき、それを記憶する。 【0010】ついで、機関を運転してピストンを実働時
温度とし、ピストン測温を実行する。その場合、クラン
ク角が、上記受信コイル出力電圧が最小となるクランク
角位置Cでの受信コイル12のセンサ19の電圧をピッ
クアップし、それに対応する測温素子14の抵抗値とそ
の抵抗値に対応する測温素子14の温度(測温素子14
部位のピストン温度)を、予め試験により作成しておい
た測温素子抵抗(または温度)対受信コイルセンサ電圧
特性(この特性は共振コイルを送信コイルと受信コイル
との丁度中間位置に置いて作成されたものである)より
求めるか、または演算する。クランク角が受信コイル出
力電圧が最小となるクランク角位置でのセンサ19出力
をピックアップすることにより、自動的に共振コイル1
3が送信コイル11と受信コイル12の丁度中間位置に
ある状態でピストン測温を行うことができる。その結
果、各コイルの取り付け位置の精度の如何を問わず、ピ
ストン温度を高精度に測定できる。このピストン温度測
定方法では、ピストンストローク中に共振コイル13が
送信コイル11と受信コイル12の丁度中間位置を通過
するように共振コイル13がピストン18に取り付けら
れさえすればよく、ピストン下死点位置で共振コイル1
3が送信コイルと受信コイル12の丁度中間位置にくる
ようにピストン18に取り付けられる必要はない。した
がって、共振コイル13の、送信コイル11、受信コイ
ル12との相対位置は低精度なものであってもよく、各
コイル13、11、12のピストン、シリンダブロック
への取り付け位置は精度を要さない。 【0011】 【発明の効果】本発明によれば、共振コイルが送信コイ
ルと受信コイルの丁度中間の位置を通過するように各々
コイルをセットし、受信コイル出力電圧が最小となるク
ランク角位置を検出し、測温時に上記クランク角位置で
の受信コイルの出力電圧に基づきピストン温度を求める
ようにしたので、共振コイルが送信コイルと受信コイル
の丁度中間点を通過するクランク角位置を正確に割り出
すことができ、この位置でピストン温度を測温するた
め、各コイルの位置精度の如何を問わずピストン温度を
高精度に求めることができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例に係る内燃機関のピストン測
温方法を実施する装置の概略正面図である。 【図2】図1のうち各コイル、フェライトコアの拡大側
面図である。 【図3】図1における、ピストン、受信コイルセンサ出
力、クランクセンサ出力の関係図である。 【図4】図1における、共振コイルの測定点(C)、ピ
ストン下死点(BTDC)と受信センサ出力との関係を
示す図である。 【図5】一般の電磁誘導法による測温方法の原理を示す
図である。 【図6】図5においてオシロスコープの出力電圧対共振
コイル中心位置との関係を示すグラフである。 【図7】図6のうち出力最小値近傍の拡大図である。 【符号の説明】 11 送信コイル 12 受信コイル 13 共振コイル 14 測温素子(たとえば、サーミスタ) 15 フェライトコア 16 高周波発振器 17 シリンダブロック 18 ピストン 19 センサ(たとえば、オシロスコープ)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G01K 13/04 G01K 13/04 B G01M 15/00 G01M 15/00 Z (72)発明者 後藤 正博 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 高岡 彰 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭51−72350(JP,A) 特開 昭57−198837(JP,A) 特開 平4−89523(JP,A) 実開 昭57−123937(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01K 1/02 G01K 7/00 381 G01K 7/16 G01K 13/04 - 13/08 F02B 77/08 F02F 3/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 シリンダブロックに送信コイルと受信コ
    イルを設け、ピストンに共振コイルを前記送信コイルと
    前記受信コイルとの中間位置をピストンストローク中に
    通り過ぎるように支持するとともに前記ピストンに温度
    によって電気抵抗が変化する測温素子を前記共振コイル
    と直列閉回路を形成するように設ける工程と、 前記送信コイルに高周波電流を流したときに電磁誘導に
    よって前記受信コイルに生じる出力電圧が前記共振コイ
    ルの位置によって最小となるクランク角位置を検出する
    工程と、 測温時に前記クランク角位置での前記受信コイルの出力
    電圧に基づき前記測温素子部位のピストン温度を求める
    工程と、 からなる内燃機関のピストン測温方法。
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JP4694244B2 (ja) * 2005-04-12 2011-06-08 株式会社日本自動車部品総合研究所 内燃機関のピストン測温装置
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