JPH04120341U - 燃焼温度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、温度検出部の放熱性を高めること
ができ、燃焼室内の燃焼温度を正確に高い応答性をもっ
て検出できる。 【構成】 筒内温度に応じて放射された赤外線は、レン
ズ１０により集光されて外部温度検出部９に入射し、該
外部温度検出部９はこの赤外線を吸収して抵抗値が変化
し、筒内温度信号として出力する。また、内部温度検出
部８はケーシング１内の温度を支持管５を介して検出
し、この検出温度を温度補償用信号として出力する。こ
れにより、コントロールユニットは、外部温度検出部９
からの筒内温度信号を内部温度検出部８からの温度補償
用信号によって温度補償し、筒内温度を検出する。一
方、各温度検出部８，９の熱は、各内部温度検出用電極
６，各外部温度検出用電極７を介してケーシング１の基
端側に伝導され、各電極６，７から絶縁管３、ガイド管
４、ケーシング１等を介して放熱される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば自動車用エンジンの筒内温度等を検出するのに用いて好適な 燃焼温度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、自動車メーカー等では、エンジンの出力特性、点火状態等の性能を測 定するために、点火サイクル毎に燃焼室としての筒内の燃焼温度を燃焼温度セン サによって検出している。そして、この種の燃焼温度センサとしては、燃焼温度 に応じて変化する起電力、抵抗値を利用する熱電対、測温抵抗体等の接触式燃焼 温度センサや、燃焼温度に応じて放射される赤外線を利用した放射温度計等の非 接触式燃焼温度センサが知られている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上述した従来技術による熱電対等の接触式燃焼温度センサでは、燃 焼温度センサ自体の熱容量による誤差が生じ易く、検出精度が大幅に低下すると いう問題がある。また、熱電対等は応答性が低いから、エンジンの筒内のように 燃焼室の温度が高速変化する場合には、この温度変化に追従できない上に、高温 等の使用環境によって劣化し易いという問題がある。

【０００４】 また、放射温度計等の非接触式燃焼温度センサは、燃焼室の温度を赤外線によ って検出しているから、熱電対等に比べて温度応答性が高く、センサ自体の熱容 量による誤差の影響を受けにくい。しかし、燃焼温度によって光電変換素子等の 温度検出部に加えられる熱量が、該温度検出部からの放熱量を上回った場合には 、温度検出部の放熱が速やかに行なわれず、時定数が大きくなってしまい、温度 検出の応答性が大幅に低下するという問題がある。特に、これらの非接触式燃焼 温度センサを筒内温度の検出に用いた場合には、温度検出部の温度上昇が著しい ばかりか、点火サイクルに応じて筒内温度が高速に変化するから、この点火サイ クルに追従できずに、エンジン高回転時の筒内温度を正確に検出することができ ないという問題がある。

【０００５】 本考案は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、温度検出部の放熱性 を高めることができ、燃焼室内の燃焼温度を正確に高い応答性をもって検出でき るようにした燃焼温度センサを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上述した課題を解決するために本考案が採用する構成は、先端側が燃焼室内に 臨んで設けられた筒状のケーシングと、該ケーシング内に設けられ、放熱性かつ 導電性を有する材料から形成された一対の内部温度検出用電極と、該各内部温度 検出用電極よりも先端側に位置して前記ケーシング内に設けられ、放熱性かつ導 電性を有する材料から形成された一対の外部温度検出用電極と、前記各内部温度 検出用電極間に亘って設けられ、前記ケーシング内の温度を検出する感温抵抗線 からなる内部温度検出部と、前記各外部温度検出用電極間に亘って設けられ、前 記燃焼室内の温度を検出する感温抵抗線からなる外部温度検出部とからなる。

【０００７】

【作用】

上記構成により、外部温度検出部は、燃焼室から温度に応じて放射された赤外 線を検出し、内部温度検出部はケーシング内の温度を検出できるから、外部温度 検出部からの検出信号と内部温度検出部の検出信号とを比較することにより、周 囲温度の変化に影響されずに燃焼室内の燃焼温度を検出できる。また、各温度検 出部の熱を各電極を介して放熱させることができる。

【０００８】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図１ないし図３に基づき、エンジンの筒内温度検出に 用いた場合を例に挙げて説明する。

【０００９】 図において、１はエンジンのシリンダヘッド（図示せず）に設けられ、ステン レス鋼板等の耐熱性材料から段付筒状に形成されたケーシングを示し、該ケーシ ング１は基端側に位置して大径な筒状に形成された大径筒部１Ａと、先端側に位 置して小径な筒状に形成された小径筒部１Ｂとから構成されている。また、該大 径筒部１Ａの基端側は上カバー２によって施蓋され、小径筒部１Ｂの先端側には 後述のレンズ１０が嵌着されている。そして、該ケーシング１は小径筒部１Ｂが エンジンの燃焼室（図示せず）内に臨み、大径筒部１Ａがシリンダヘッドの外部 に突出するようにして取付けられている。

【００１０】 ３はケーシング１の大径筒部１Ａ内に設けられ、セラミック等の絶縁性材料か ら大径な筒状に形成された絶縁管を示し、該絶縁管３には後述する内部温度検出 用電極６，６と外部温度検出用電極７，７等とが挿通される４個の挿通穴３Ａ， ３Ａ，…（２個のみ図示）が穿設されている。そして、該絶縁管３は各電極６， ７を絶縁すると共に、該各電極６，７から伝導された熱をケーシング１を介して 外部に放熱させるものである。

【００１１】 ４は該絶縁管３の先端側に当接して設けられ、セラミック等の絶縁性材料から テーパ面を有する略円錐状に形成されたガイド管を示し、該ガイド管４は各内部 温度検出用電極６、各外部温度検出用電極７の軸方向中間部をガイドするもので ある。

【００１２】 ５はガイド管４の先端側に位置してケーシング１の小径筒部１Ｂ内に設けられ 、前記絶縁管３等とほぼ同様にセラミック等の絶縁性材料から段付筒状に形成さ れた支持管を示し、該支持管５の中央部側には円形状の凹部５Ａが形成されてい る。また、該支持管５の凹部５Ａ底面には各内部温度検出用電極６が一部突出し て取付けられ、先端面には各外部温度検出用電極７が取付けられている。

【００１３】 ６，６はケーシング１内に軸方向に亘って設けられ、ニッケル合金等の放熱性 かつ導電性を有する材料から形成された一対の内部温度検出用電極を示し、該各 内部温度検出用電極６は、図２にも示す如く互いに対向して設けられている。ま た、該各内部温度検出用電極６の基端側はガイド管４を介して絶縁管３の各挿通 穴３Ａ内に伸長し、先端側は支持管５の凹部５Ａ底面側に突出している。また、 該各内部温度検出用電極６の基端側はケーシング１の外周側に向けて湾曲してい る。そして、該各内部温度検出用電極６は、後述の内部温度検出部８から出力さ れた検出信号を外部のコントロールユニット（図示せず）に導出すると共に、該 内部温度検出部８の熱を基端側に伝導させつつ絶縁管３中に放熱させるものであ る。

【００１４】 ７，７はケーシング１内に軸方向に亘って設けられ、前記各内部温度検出用電 極６とほぼ同様にニッケル合金等の放熱性かつ導電性を有する材料から形成され た一対の外部温度検出用電極を示し、該各外部温度検出用電極７は、図２、図３ に示す如く各内部温度検出用電極６と直交した状態で互いに対向して設けられて いる。また、該各外部温度検出用電極７の基端側はガイド管４を介して絶縁管３ の各挿通穴３Ａ内に伸長し、先端側は支持管５の先端面側に突出している。また 、該各外部温度検出用電極７の基端側はケーシング１の外周側に向けて湾曲して いる。そして、該各外部温度検出用電極７は、前記各内部温度検出用電極６とほ ぼ同様に、後述の外部温度検出部９から出力された検出信号をコントロールユニ ットに導出すると共に、該外部温度検出部９の熱を基端側に伝導させつつ絶縁管 ３中に放熱させるものである。

【００１５】 ８は各内部温度検出用電極６の先端側に設けられた内部温度検出部を示し、該 内部温度検出部８は、図２に示す如く各内部温度検出用電極６間に亘って平行に 設けられた複数本の感温抵抗線８Ａ，８Ａ，…から構成されている。なお、該各 感温抵抗線８Ａは黒色で直径１０μｍ程度の小径な炭化珪素繊維からなり、熱（ 赤外線）によってその抵抗値が変化するサーミスタ特性を有するものである。そ して、該内部温度検出部８はケーシング１内の温度を支持管５を介して検出し、 これを温度補償用信号として各内部温度検出用電極６を介してコントロールユニ ットに出力するものである。

【００１６】 ９は各外部温度検出用電極７の先端側に設けられた外部温度検出部を示し、該 外部温度検出部９は、前記内部温度検出部８とほぼ同様に、各外部温度検出用電 極７間に亘って平行に設けられた複数本の感温抵抗線９Ａ，９Ａ，…から構成さ れている。そして、該外側温度検出部９は燃焼室としての筒内（図示せず）から 発せられた赤外線をレンズ１０を介して検出し、これを筒内温度信号として各外 部温度検出用電極７を介してコントロールユニットに出力するものである。

【００１７】 １０はケーシング１の小径筒部１Ｂ先端側に嵌着されたレンズを示し、該レン ズ１０は例えば魚眼レンズ等から構成され、その焦点は外部温度検出部９の表面 側にあうように設定されている。そして、該レンズ１０は筒内から筒内温度に応 じて発せられた赤外線を集光し、この集光した赤外線を外部温度検出部９に入射 させるようになっている。

【００１８】 １１は上カバー２内に伸長して設けられたリード線を示し、該リード線１１の 基端側は上カバー２を介してコントロールユニットと接続され、先端側は４本に 分岐して各内部温度検出用電極６と各外部温度検出用電極７とにそれぞれ接続さ れている。

【００１９】 本実施例による燃焼温度センサは上述の如き構成を有するもので、筒内温度に 応じた赤外線が放射されると、この赤外線はレンズ１０により集光されて外部温 度検出部９に入射し、該外部温度検出部９はこの赤外線を吸収して温度上昇し、 この温度上昇による抵抗値変化を筒内温度信号としてコントロールユニットに出 力する。また、内部温度検出部８はケーシング１内の温度を支持管５を介して検 出し、この検出温度を温度補償用信号としてコントロールユニットに出力する。 これにより、コントロールユニットは、外部温度検出部９からの筒内温度信号を 内部温度検出部８からの温度補償用信号によって温度補償し、筒内温度を検出す る。

【００２０】 一方、各温度検出部８，９の熱は、各電極６，７を介してケーシング１の基端 側に伝導されつつ該各電極６，７から絶縁管３、ガイド管４等に放熱され、絶縁 管３等からケーシング１の大径筒部１Ａを介してシリンダヘッドの外部に放熱さ れる。ここで、各温度検出部８，９の時定数τは、

【００２１】

【数１】 τ＝Ｈ／（Ｇｅ＋Ｇｓ） 但し、Ｈ：各温度検出部８，９の熱容量 Ｇｅ：各温度検出部８，９から各電極６，７を介して放散され る熱量 Ｇｓ：各温度検出部８，９から支持管５等の周囲に放散される 熱量 として求められるから、電極６，７による放熱量Ｇｅが増大すると、時定数τは 小さくなり、温度検出の応答性が向上する。

【００２２】 かくして、本実施例によれば、点火サイクル毎に筒内から発せられる赤外線を レンズ１０により集光し、外部温度検出部９はこの赤外線を吸収して筒内温度を 検出でき、内部温度検出部８はケーシング１内の温度を検出できるから、コント ロールユニットによって該各温度検出部８，９の検出信号を比較することにより 、筒内温度の変動を効果的に除去して正確に筒内温度を検出できる。また、各電 極６，７によって各温度検出部８，９の熱をケーシング１の基端側で放熱させる ことができるから、前記数１に示す如く電極からの放熱量Ｇｅを大きくして時定 数τを小さくでき、筒内温度を高い応答性をもって検出できる。

【００２３】 なお、前記実施例では、放熱性かつ導電性を有する材料としてニッケル合金を 用いるものとして述べたが、本考案はこれに限らず、例えば銅合金、金合金等の 他の放熱性かつ導電性を有する材料を用いてもよい。

【００２４】 また、前記実施例では、絶縁管３、ガイド管４、支持管５はセラミック等の絶 縁性材料から形成するものとして述べたが、これに替えて、例えば石英ガラス等 の他の絶縁性材料から形成してもよい。

【００２５】 また、前記実施例では、ケーシング１は大径筒部１Ａと小径筒部１Ｂとから段 付筒状に形成するものとして述べたが、例えば大径筒部１Ａの外周面側に複数の 放熱フィンを設けてもよく、この場合には、より一層各電極６，７から絶縁管３ 等に伝導された熱を外部に放熱できる。

【００２６】 さらに、前記実施例では、筒内温度検出に用いた場合を例に挙げて説明したが 、本考案はこれに限らず、例えば電気炉、ボイラ等の燃焼温度にも広く適用する ことができる。

【００２７】

【考案の効果】

以上詳述した通り、本考案によれば、先端側が燃焼室内に臨んで設けられた筒 状のケーシングと、該ケーシング内に設けられ、放熱性かつ導電性を有する材料 から形成された一対の内部温度検出用電極と、該各内部温度検出用電極よりも先 端側に位置して前記ケーシング内に設けられ、放熱性かつ導電性を有する材料か ら形成された一対の外部温度検出用電極と、前記各内部温度検出用電極間に亘っ て設けられ、前記ケーシング内の温度を検出する感温抵抗線からなる内部温度検 出部と、前記各外部温度検出用電極間に亘って設けられ、前記燃焼室内の温度を 検出する感温抵抗線からなる外部温度検出部とから構成したから、外部温度検出 部が検出した燃焼室内の燃焼温度を、内部温度検出部からの検出信号によって効 果的に温度補償でき、正確に燃焼温度を検出することができる。また、内部温度 検出部と外部温度検出部の熱を内部温度検出用電極，外部温度検出用電極を介し て伝導させつつ、ケーシングに放熱することができるから、該各温度検出部の放 熱性を効果的に向上でき、時定数を小さくして温度検出の応答性を高めることが でき、信頼性、性能を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例による燃焼温度センサの縦断面
図である。

【図２】図１中の矢示II−II方向断面図である。

【図３】図１中の矢示III −III 方向断面図である。

【符号の説明】

１ ケーシング ６ 内部温度検出用電極 ７ 外部温度検出用電極 ８ 内部温度検出部 ８Ａ，９Ａ 感温抵抗線 ９ 外部温度検出部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端側が燃焼室内に臨んで設けられた筒
   状のケーシングと、該ケーシング内に設けられ、放熱性
   かつ導電性を有する材料から形成された一対の内部温度
   検出用電極と、該各内部温度検出用電極よりも先端側に
   位置して前記ケーシング内に設けられ、放熱性かつ導電
   性を有する材料から形成された一対の外部温度検出用電
   極と、前記各内部温度検出用電極間に亘って設けられ、
   前記ケーシング内の温度を検出する感温抵抗線からなる
   内部温度検出部と、前記各外部温度検出用電極間に亘っ
   て設けられ、前記燃焼室内の温度を検出する感温抵抗線
   からなる外部温度検出部とから構成してなる燃焼温度セ
   ンサ。