JPH0646348U - 燃焼圧センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジン回転数が変化した場合でも、回転数
依存性のない圧電体の検出信号のピーク値を利用して、
燃焼圧を正確に高い応答性をもって検出する。 【構成】 燃焼圧に応じた電流信号ｉを出力する圧電体
１９と、圧電体１９からの電流信号ｉを電圧信号Ｖに単
純変換しつつピーク値たる最大電圧値ＶＨを検出してホ
ールドするピークホールド回路２２と、この最大電圧値
ＶＨを補正係数αによって補正することにより、最大燃
焼圧ＰＨを求める演算回路２４とを備える構成とした。
これにより、演算回路２４はエンジン回転数変化の影響
を受けない圧電体１９からの検出信号のピーク値のみに
基づいて、燃焼圧を検出する。

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燃焼圧を検出するのに用いて好適な燃焼 圧センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来技術による燃焼圧センサを図３ないし図６に示す。

【０００３】 図において、１はチタン酸鉛等の圧電材料から形成され、例えば点火プラグの 近傍に位置してエンジン本体のシリンダヘッド（いずれも図示せず）に取付けら れた圧電体を示し、該圧電体１には後述のオペアンプ２に接続された一側電極１ Ａと、エンジン本体を介してアースされた他側電極１Ｂとが設けられている。そ して、該圧電体１はエンジン本体の燃焼圧を受圧すると、その内部に燃焼圧によ る応力変化に応じた電荷を発生させることにより、図４中にセンサ波形として示 す如く、燃焼圧に対応した電流信号ｉをオペアンプ２に出力するようになってい る。

【０００４】 ２は圧電体１の出力側に設けられ、積分回路を構成するオペアンプを示し、該 オペアンプ２の出力側と反転入力（マイナス入力）側との間には、時定数調整用 の抵抗３と、該オペアンプ２から出力された電圧信号Ｖによって充電されるコン デンサ４とが接続され、その非反転入力（プラス入力）側はエンジン本体を介し てアースされている。そして、該オペアンプ２は、抵抗３の抵抗値Ｒとコンデン サ４の静電容量Ｃとから定まる所定の時定数τ（τ＝ＣＲ）によって圧電体１か ら出力された電流信号ｉを積分し、図４中に出力波形として示す如く、燃焼圧検 出信号たる電圧信号Ｖに変換して燃料噴射制御装置（図示せず）等に出力するも のである。

【０００５】 従来技術による燃焼圧センサは、上述の如き構成を有するもので、エンジンが 始動して燃焼室内に燃焼圧が生じると、圧電体１はシリンダヘッドを介してこの 燃焼圧を受圧し、燃焼圧に応じた電流信号ｉを出力する。そして、この電流信号 ｉはオペアンプ２によって電圧信号Ｖに変換され、燃料噴射制御装置等に出力さ れる。

【０００６】

【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燃焼圧センサでは、圧電体１からの電流信 号ｉをオペアンプ２に入力して積分することにより、エンジン本体の燃焼圧波形 を電圧信号Ｖの波形に変換して再現している。しかし、オペアンプ２等からなる 積分回路の時定数τは抵抗３の抵抗値Ｒとコンデンサ４の静電容量Ｃとによって 固定的に定められるため、エンジン回転数が変化した場合は、電圧信号Ｖの出力 レベルや出力波形の形状等も変化してしまい、燃焼圧波形を正確に再現すること ができず、燃焼圧の検出精度や信頼性等が大幅に低下するという問題がある。

【０００７】 即ち、図４に示す如く、所定のエンジン回転数（周期Ｔ）での燃焼圧を検出す べくオペアンプ２の時定数τを設定した場合に、図５に示す如く、エンジン回転 数が短い周期ＴＨの高回転（ＴＨ＜Ｔ）に移行すると、この周期ＴＨに比較して 時定数τが長すぎるため（τ》ＴＨ）、出力レベルが大幅に低下しつつ波形が潰 れてしまうという問題がある。一方、図６に示す如く、エンジン回転数が長い周 期ＴＬ（ＴＬ＞Ｔ）の低回転に移行すると、この周期ＴＬに対して時定数τが短 すぎるため（τ《ＴＬ）、実質的な積分が行なわれず、単に圧電体１のセンサ波 形に追従するという問題がある。

【０００８】 このため、上述した従来技術によるものでは、積分回路の時定数τの設定が困 難であり、エンジン回転数の変動に応じて検出精度が大幅に低下し、信頼性が低 いという問題がある。

【０００９】 一方、従来技術による燃焼圧センサは、圧電体１からの電流信号ｉを積分回路 を用いて積分することにより燃焼圧波形を正確に再現し、燃焼圧の微妙な変化を 測定して燃料噴射量の制御等を行なうようになっている。しかし、実際のエンジ ン制御では、燃焼圧の最大値、即ちピーク値たる最大燃焼圧ＰＨのみ検出できれ ば足りる場合が多く、波形の全体形状までは必ずしも必要としないから、従来技 術によるものでは、波形解析に要する時間が長くなって燃焼圧センサ全体の応答 性が大幅に低下するばかりか、燃焼圧センサからの出力信号を利用する燃料噴射 制御装置側でも波形全体を記憶するために大量のメモリを必要とし、システム全 体の構造が複雑化して、いわゆるコストパフォーマンスが悪化するという問題が ある。

【００１０】 本考案は上述した従来技術による問題に鑑みなされたもので、エンジン回転数 の変化に影響されることなく燃焼圧を正確に高い応答性をもって検出できるよう にした燃焼圧センサを提供することを目的とする。

【００１１】

【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、本考案による燃焼圧センサが採用する構成は 、エンジン本体に設けられ、燃焼圧に応じた検出信号を出力する圧電体と、該圧 電体からの検出信号のピーク値を検出するピークホールド手段と、該ピークホー ルド手段が検出したピーク値に基づき燃焼圧の最大値を演算する演算手段とから なる。

【００１２】

【作用】

エンジン本体が始動すると、圧電体は燃焼圧に応じた検出信号を出力し、ピー クホールド手段はこの検出信号のピーク値を検出してホールドする。そして、演 算手段は該ピークホールド手段が検出したピーク値に基づいて燃焼圧の最大値を 求めることにより、圧電体の検出信号のピーク値のみに基づいて燃焼圧を検出す る。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図１および図２に基づいて説明する。

【００１４】 図中、１１は後述のピークホールド回路２２および演算回路２４等と共に燃焼 圧センサを構成するセンサ本体を示し、該センサ本体１１は、大径筒部１２Ａお よび小径筒部１２Ｂから段付筒状に形成されたケーシング本体１２と、該ケーシ ング本体１２の上端側を施蓋する上カバー１３等とから大略構成され、該ケーシ ング本体１２の小径筒部１２Ｂ下端側には、燃焼圧に応じて変位する薄肉円板状 のダイヤフラム１４が一体的に設けられている。そして、該センサ本体１１は、 ダイヤフラム１４がエンジン本体の燃焼室内（図示せず）に臨むようにしてシリ ンダヘッド１５に取付けられている。

【００１５】 １６はケーシング本体１２の小径筒部１２Ｂ内に位置して軸方向に変位可能に 設けられた受圧ロッドを示し、該受圧ロッド１６は、その下端側がダイヤフラム １４の上面側に当接し、その上端側は絶縁性材料からなる下側プレート１７等を 介して後述の圧電体１９に当接している。そして、該受圧ロッド１６は、燃焼圧 によってダイヤフラム１４が軸方向に撓むと、ケーシング本体１２内を軸方向に 変位し、このダイヤフラム１４の変位を圧電体１９に伝達すると共に、燃焼室内 の高温が圧電体１９に直接伝わるのを防止するものである。

【００１６】 １８は受圧ロッド１６と対向してケーシング本体１２の大径筒部１２Ａ内に設 けられたコンタクトプレート、１９は該コンタクトプレート１８の外周側に位置 して受圧ロッド１６の上側に設けられ、チタン酸鉛等の圧電材料から円筒状に形 成された圧電体をそれぞれ示し、該圧電体１９の上，下面には上側電極１９Ａ， 下側電極１９Ｂが形成されている。また、該圧電体１９の上側電極１９Ａは導電 性材料からなる上側プレート２０，ケーシング本体１２等を介してアースされ、 下側電極１９Ｂはコンタクトプレート１８等を介してピークホールド回路２２に 接続されている。

【００１７】 そして、前記圧電体１９は、ダイヤフラム１４が撓んで受圧ロッド１６が変位 し、該受圧ロッド１６によって押圧されると、この押圧力（応力）に応じた電荷 を発生し、図２中にセンサ波形として示す如く、この電荷に応じた電流信号ｉを 検出信号としてピークホールド回路２２に出力するものである。なお、図２中の 波形は圧電体１９のプラス側をコンタクトプレート１８側、即ち下側に配設した 場合の波形であり、圧電体１９のマイナス側を下側に配設して極性を逆向きにす れば、図２中の波形は逆転する。

【００１８】 ２１はケーシング本体１２の大径筒部１２Ａ内に螺着された止めねじを示し、 該止めねじ２１は上側プレート２０を介して圧電体１９を所定の初期荷重で押圧 すると共に、該圧電体１９等をケーシング本体１２内で固定している。

【００１９】 ２２はセンサ本体１１の外部に設けられ、電圧変換器を含んで構成されたピー クホールド手段としてのピークホールド回路を示し、該ピークホールド回路２２ は、その入力側に圧電体１９と同期信号検出手段たるクランク角センサ２３とが 接続され、その出力側には演算回路２４が接続されている。そして、該ピークホ ールド回路２２は、クランク角センサ２３からのクランク角信号に基づいてエン ジンサイクル毎にセット，リセットを繰返すことにより、圧電体１９から出力さ れた電流信号ｉを電圧信号Ｖに変換しつつ、該電圧信号Ｖのピーク値たる最大電 圧値ＶＨを検出してホールドし、この最大電圧値ＶＨを演算回路２４に出力する ものである。

【００２０】 なお、前記ピークホールド回路２２が前処理として行なう電圧変換は、圧電体 １９からの電流信号ｉを単純に電圧化するだけのものであって、従来技術で述べ たオペアンプ２等の如く、電流信号ｉを積分するものではない。従って、図２中 に変換波形として示すピークホールド回路２２の波形は、圧電体１９のセンサ波 形を忠実に再現し、圧力波形として示す燃焼圧の波形を再現していない。

【００２１】 ２４はピークホールド回路２２の出力側に設けられた演算手段としての演算回 路を示し、該演算回路２４の記憶エリア２４Ａ内には補正係数αと下記数１に示 す演算式とが記憶されている。ここで、前記補正係数αは、圧電体１９の感度に よって定まる定数であり、ピークホールド回路２２によってホールドされた最大 電圧値ＶＨと燃焼圧の最大値たる最大燃焼圧ＰＨとを関係づけるためのものであ る。そして、該演算回路２４は、ピークホールド回路２２から最大電圧値ＶＨが 入力されると、この最大電圧値ＶＨと補正係数αとから最大燃焼圧ＰＨを、

【００２２】

【数１】 ＰＨ＝ＶＨ・α として求め、この最大燃焼圧ＰＨを燃料噴射制御装置（図示せず）に出力するも のである。

【００２３】 本実施例による燃焼圧センサは上述の如き構成を有するもので、次に、その作 動について図２を参照しつつ説明する。

【００２４】 まず、エンジン本体が始動して燃焼圧が生じると、ダイヤフラム１４はこの燃 焼圧を受圧して軸方向に撓み、このダイヤフラム１４の変位は受圧ロッド１６を 介して圧電体１９に伝達される。

【００２５】 そして、該圧電体１９がこの燃焼圧に応じた電流信号ｉをコンタクトプレート １８等を介してピークホールド回路２２に出力すると、該ピークホールド回路２ ２は、クランク角センサ２３からのクランク角信号に基づきエンジンサイクル毎 にセット，リセットを繰返し、この電流信号ｉを電圧信号Ｖに単純変換しつつ、 該電圧信号Ｖのピーク値たる最大電圧値ＶＨを検出してホールドする。

【００２６】 次に、演算回路２４は、前記ピークホールド回路２２がホールドした最大電圧 値ＶＨを読込み、この最大電圧値ＶＨから前記数１に基づいて最大燃焼圧ＰＨを 演算し、この最大燃焼圧ＰＨを外部の燃料噴射制御装置等に出力する。ここで、 該演算回路２４は、ピークホールド回路２２からエンジンサイクル毎に更新され て出力される最大電圧値ＶＨを出力するため、図２中に示す如く、最大燃焼圧Ｐ Ｈに変化がない場合、演算回路２４の出力波形は直流電圧となる。

【００２７】 かくして、本実施例によれば、燃焼圧に応じた電流信号ｉを出力する圧電体１ ９と、該圧電体１９からの電流信号ｉを電圧信号Ｖに変換しつつピーク値たる最 大電圧値ＶＨを検出してホールドするピークホールド回路２２と、該ピークホー ルド回路２２からの最大電圧値ＶＨを補正係数αによって補正することにより最 大燃焼圧ＰＨを求める演算回路２４とを備える構成したから、本質的にエンジン 回転数の変化の影響を受けない圧電体１９の検出信号のピーク値のみに基づいて 燃焼圧を検出することができる。

【００２８】 この結果、従来技術で述べた如く、エンジン回転数の変動にかかわらず燃焼圧 を正確に検出することができ、検出精度を安定化して信頼性等を大幅に向上する ことができる。即ち、従来技術による燃焼圧センサの問題点として述べた如く、 燃焼圧検出信号がエンジン回転数に依存する原因は、積分回路の時定数τとエン ジン回転数との整合性がとれない点にあり、本実施例では、かかる積分回路を廃 して燃焼圧の最大値のみを検出する簡素な構成とした結果、回転数依存性を確実 に解消して検出精度を向上することができる。

【００２９】 また、燃焼圧波形の全体を再現せずに、最大燃焼圧ＰＨのみ再現して利用する 構成であるから、燃焼圧検出に要する処理時間を大幅に短縮することができ、応 答性の高い圧電体１９の特性を十分引出して燃焼圧センサ全体の応答性を大幅に 向上できる上に、波形記憶に要するメモリ等を省いてシステム全体の構成を簡素 化できる。

【００３０】 なお、前記実施例では、補正係数αと数１に示す関係式とに基づいて最大電圧 値ＶＨと最大燃焼圧ＰＨとを関係づけるものとして述べたが、これに替えて、最 大電圧値ＶＨと最大燃焼圧ＰＨとの相関関係を予めマップ化して演算回路２４の 記憶エリア２４Ａ内に記憶しておき、このマップに基づいて燃焼圧を検出する構 成としてもよい。この場合には、最大電圧値ＶＨと最大燃焼圧ＰＨとの波形形状 上の相関関係をマップ化することにより、いわゆる１点近似法で燃焼圧波形を近 似的に再現することもできる。

【００３１】 また、前記実施例では、ピークホールド回路２２がセット，リセットを行なう ための同期信号検出手段としてクランク角センサ２３を用いる場合を例に挙げて 説明したが、本考案はこれに限らず、例えば燃料噴射信号等の他のエンジンサイ クルの検出ができる同期検出手段を用いてもよい。

【００３２】 さらに、前記実施例では、ダイヤフラム１４の変位を受圧ロッド１６を介して 圧電体１９に伝達する形式の燃焼圧センサを例に挙げて説明したが、本考案はこ れに限らず、例えば圧電体を直接ダイヤフラムに設け、該ダイヤフラムの変位を 直接圧電体に伝達する方式の燃焼圧センサ等、他の燃焼圧センサにも用いること ができる。

【００３３】

【考案の効果】

以上詳述した通り、本考案によれば、エンジン本体に設けられ、燃焼圧に応じ た電流信号を出力する圧電体と、該圧電体からの電流信号のピーク値を検出する ピークホールド手段と、該ピークホールド手段が検出したピーク値に基づき燃焼 圧の最大値を演算する演算手段とにより構成したから、エンジン回転数の変化の 影響を受けない圧電体からの検出信号のみに基づいて燃焼圧を検出することがで きる。

【００３４】 この結果、従来技術の燃焼圧センサの如き回転数依存性を確実に解消して燃焼 圧を正確に検出することができ、燃焼圧の検出精度を安定化して信頼性等を向上 できる。また、燃焼圧波形の全体を再現せずに、圧電体の検出信号のピーク値の み再現して利用する構成であるから、波形記憶に要するメモリ等を省いて全体構 成を簡素化しつつ、燃焼圧検出に要する処理時間を短縮することができ、燃焼圧 センサ全体の応答性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例による燃焼圧センサの全体構成
を示す縦断面図である。

【図２】燃焼圧の波形、圧電体の検出波形、出力波形等
の関係を示す波形図である。

【図３】従来技術による燃焼圧センサの回路構成を示す
回路構成図である。

【図４】燃焼圧の波形と圧電体が検出する波形および燃
焼圧検出信号として出力される出力波形との相関関係を
示す波形図である。

【図５】エンジン回転数が高くなった場合を示す図４と
同様の波形図である。

【図６】エンジン回転数が低くなった場合を示す図４と
同様の波形図である。

【符号の説明】

１９ 圧電体 ２２ ピークホールド回路（ピークホールド手段） ２４ 演算回路（演算手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 上岡 秀樹 群馬県伊勢崎市粕川町1671番地１ 日本電 子機器株式会社内 (72)考案者 堺 祥一 群馬県伊勢崎市粕川町1671番地１ 日本電 子機器株式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン本体に設けられ、燃焼圧に応じ
   た検出信号を出力する圧電体と、該圧電体からの検出信
   号のピーク値を検出するピークホールド手段と、該ピー
   クホールド手段が検出したピーク値に基づき燃焼圧の最
   大値を演算する演算手段とから構成してなる燃焼圧セン
   サ。