JPH07317592A - 内燃機関の筒内圧検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】点火栓と共締めされる座金型筒内圧センサにお
いて、点火栓の緩みによるセンサ出力のずれを補正し
て、筒内圧の検出精度を維持する。 【構成】機関の始動前において（Ｓ２）、筒内圧センサ
のセンサ素子の静電容量Ｃ１を検出する（Ｓ３）。一
方、正規の締付け荷重が与えられてかつ劣化のない状態
での静電容量Ｃφを予め求めておき、実際に検出された
静電容量Ｃ１と前記基準の静電容量Ｃφとの比から、セ
ンサ出力を補正するための補正値Ｋを設定する（Ｓ
４）。そして、前記補正値Ｋでセンサ出力を補正し、該
補正されたセンサ出力に基づいて筒内圧を検出する。

Description

【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
込まれるリング状の筒内圧センサによって、筒内圧の変
動をセンサ荷重の変化として検出する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関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、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、リング状の圧力センサ（圧
電素子）を挟み込んで点火栓と前記圧力センサとを共締
めするものであり、一般に座金型筒内圧センサと呼ばれ
ている。

【０００３】前記座金型筒内圧センサは、リング状の圧
電素子と電極とを積層したものであり、点火栓の座金と
して締付けられて与えられる締付け荷重が、燃焼圧が点
火栓に作用すると減少変化し、かかる燃焼圧によるセン
サ荷重の変化を燃焼圧（筒内圧）の変動として検出する
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記座金型
筒内圧センサでは、点火栓の締付トルク（センサの締付
け荷重）が筒内圧とセンサ出力との相関（応力伝達関
数）に大きく影響するために、所定の締付トルクで点火
栓と筒内圧センサとを共締めし、所期の締付け荷重をセ
ンサに与える必要がある。しかしながら、点火栓交換時
の作業ミスや経時的な点火栓の緩みによって、前記セン
サの締付け荷重が初期値とは異なる値になってしまい、
実際の筒内圧とセンサ出力との相関が図５に示すように
変化してしまうことがあった。

【０００５】上記のようにセンサ締付け荷重の変化によ
って、筒内圧とセンサ出力との相関が変化してしまう
と、センサ出力から筒内圧を精度良く求めることができ
なくなって、燃焼状態を誤検出するという問題が生じ
る。同様に、センサの劣化によっても筒内圧とセンサ出
力との相関が変化し、以て、筒内圧の検出精度が悪化す
る。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、点火栓と共締めさ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、センサの締付け荷重
の変化やセンサ劣化が発生しても、筒内圧の検出精度を
確保できるようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１の発明
にかかる内燃機関の筒内圧検出装置は、図１に示すよう
に構成される。図１において、筒内圧センサは、内燃機
関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
検出するリング状のセンサである。

【０００８】また、静電容量検出手段は、予め設定され
た所定の運転条件で前記筒内圧センサのセンサ素子の静
電容量を検出する。補正値設定手段は、静電容量検出手
段で検出された静電容量に基づいて前記筒内圧センサの
出力値を補正するための補正値を設定する。そして、出
力補正手段は、補正値設定手段で設定された補正値に基
づいて前記筒内圧センサの出力値を補正し、該補正され
た出力値に基づいて筒内圧を検出する。

【０００９】請求項２の発明にかかる装置では、前記静
電容量検出手段が、少なくとも機関始動前の状態を前記
予め設定された所定の運転条件とし、機関始動前におい
て前記筒内圧センサの静電容量を検出する構成とした。
請求項３の発明にかかる装置では、前記静電容量検出手
段が、予め設定された２つの異なる運転条件それぞれで
前記筒内圧センサの静電容量を検出し、前記補正値設定
手段が、前記検出された２つの異なる運転条件における
静電容量の比率に基づいて補正値を設定する構成とし
た。

【００１０】請求項４の発明にかかる装置では、前記補
正値設定手段が、前記検出された静電容量と共に、前記
筒内圧センサの温度に応じて補正値を設定する構成とし
た。請求項５の発明にかかる装置では、前記静電容量検
出手段で検出された静電容量と、前記補正値設定手段で
設定された補正値との少なくとも一方に基づいて故障診
断を行う故障診断手段を設ける構成とした。

【００１１】

【作用】請求項１の発明にかかる内燃機関の筒内圧検出
装置によると、センサ荷重に対応し、センサ素子の劣化
によって変動するセンサ素子の静電容量が、予め設定さ
れた運転条件において検出される。ここで、前記運転条
件での静電容量の期待値と実際に検出された静電容量と
の違いから、センサ出力特性の変化を知ることができる
から、初期の出力特性に一致させるような補正値を前記
検出された静電容量から設定することが可能となる。そ
して、前記補正値でセンサ出力を補正することで、筒内
圧を精度良く検出することが可能となる。

【００１２】請求項２の発明にかかる装置では、機関の
始動前、即ち、筒内圧の変動がない状態での静電容量を
求めることで、燃焼ばらつき等に影響されずに静電容量
の変化を検知できる。請求項３の発明にかかる装置で
は、２つの異なる運転条件それぞれで静電容量を検出
し、これらの静電容量の変化率を求めることで、一定の
圧力変化に対する静電容量の変化、換言すれば、一定の
圧力変化に対する出力変化量のずれを検知することがで
きる。

【００１３】請求項４の発明にかかる装置では、温度に
よる静電容量の変化に対応して高精度な補正を施すべ
く、検出された静電容量とそのときのセンサ温度とによ
って補正値を設定させる構成とした。請求項５の発明に
かかる装置では、検出された静電容量又は該静電容量に
基づいて設定される補正値に基づいて、センサの締付け
荷重の異常（点火栓の緩み）或いはセンサ劣化による静
電容量の大幅な変化を検知し、以て、初期の検出性能を
維持し得ない筒内圧センサの故障を診断する。

【００１４】

【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２において、内燃機関のシリンダヘッド１に設
けた螺子孔２には、点火栓３が螺合されるが、その際、
各気筒の点火栓３とシリンダヘッド１の点火栓取付け座
面４との間にリング状の筒内圧センサ５を挟み込んで共
締めする。

【００１５】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が樹脂材料を通じて取り出され
る。

【００１６】前記筒内圧センサ５は、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、かかるセ
ンサ荷重の変化を筒内圧変動として検出するセンサであ
って、図５に示すように、筒内圧の上昇に伴ってその出
力が増大変化する。

【００１７】前記点火栓３のターミナルにはハイテンシ
ョンコード（図示省略）が接続され、該ハイテンション
コードを介して供給される高電圧によって火花放電し
て、シリンダ８内の混合気を着火燃焼させる。前記リー
ド線７を介して取り出されるセンサ出力Ｖは、マイクロ
コンピュータを内蔵した機関制御ユニット９に入力され
るようになっている。前記機関制御ユニット９には、前
記筒内圧センサ５の出力の他、クランク角センサ10から
のクランク角度信号，水温センサ11からの機関の冷却水
温度信号Ｔｗ，エアフローメータ12からの機関の吸入空
気量信号Ｑ等が入力されるようになっている。

【００１８】そして、前記機関制御ユニット９は、機関
への燃料供給量や点火時期を制御する一方、座金型筒内
圧センサ５の出力に基づいて検出される燃焼圧（筒内
圧）及びクランク角センサ10で検出されるクランク角位
置の情報に基づいて機関の燃焼状態（例えば失火発生の
有無）を検出する。ここで、機関制御ユニット９は、前
記座金型筒内圧センサ５の出力に基づいて筒内圧を検出
するに当たって、図３のフローチャートに示すようにし
て、センサ出力を補正するための補正値を設定し、該補
正値でセンサ出力を補正して筒内圧を求めるようにして
ある。

【００１９】即ち、センサ出力と実際の筒内圧との相関
は、図５に示すように、センサの締付け荷重の変化（点
火栓３の緩み）やセンサ素子の劣化によって変動するの
で、かかる相関関係の変動を検知して、センサ出力から
正しく筒内圧を求められるようにするものである。尚、
本実施例において、静電容量検出手段，補正値設定手
段，出力補正手段としての機能は、前記図３のフローチ
ャートに示すように機関制御ユニット９が備えている。

【００２０】図３のフローチャートにおいて、ステップ
１（図中ではＳ１としてある。以下同様）では、前記各
種センサで検出される機関回転数Ｎｅ，吸入空気量Ｑ，
冷却水温度Ｔｗなどの機関運転条件を示す各種パラメー
タを読み込む。次のステップ２では、前記読み込まれた
運転条件から機関の始動前（機関が停止している状態）
であるか否かを判別する。

【００２１】機関の始動前であるときにはステップ３へ
進み、前記筒内圧センサ５のセンサ素子の静電容量Ｃ１
を検出する。かかる静電容量の検出は、センサの出力端
子間に付加した交流信号の変化から求めることができ
る。前記ステップ３で検出される静電容量Ｃ１は、機関
停止時の値であるから筒内圧の変動に影響されず、点火
栓３の締付けトルクによって与えられるセンサ締付け荷
重と、センサ素子の劣化状態とに影響されて変動するこ
とになる。

【００２２】そして、点火栓３の緩みが発生していた
り、センサ素子の劣化が生じている場合には、検出され
る静電容量Ｃ１が初期値よりも低下することになり、静
電容量Ｃ１の低下は、実際の筒内圧に対するセンサ出力
の低下を招くことになる。そこで、ステップ４では、前
記検出された静電容量Ｃ１と、機関始動前の条件下でか
つ所期の締付け荷重が与えられた場合のセンサ素子の静
電容量として予め記憶されている基準値Ｃφとの比に基
づいて、センサ出力を補正するための補正値Ｋを設定す
る。

【００２３】前記補正値Ｋは、静電容量Ｃ１が低下する
ほどセンサ出力をより増大補正するように設定され、点
火栓３の緩みやセンサ劣化による出力低下を前記補正値
Ｋで補って、補正されたセンサ出力が筒内圧に対して所
期の相対関係となるようにセンサ出力を補正する。従っ
て、点火栓３の緩みやセンサ劣化が発生しても、筒内圧
の検出精度が大きく悪化することを回避でき、以て、燃
焼状態の高精度かつ安定的な検出を可能にできる。

【００２４】尚、前記ステップ３で検出される静電容量
Ｃ１は、そのときのセンサ温度に影響されて変化するの
で、センサ温度を水温センサ11で検出される機関の冷却
水温度Ｔｗで代表させ、そのときの冷却水温度Ｔｗと基
準温度（基準静電容量Ｃφを求めたときのセンサ温度）
との比から静電容量Ｃ１を補正する補正値を設定し、該
補正値で静電容量Ｃ１を補正することで前記基準温度の
ときに検出されるであろう静電容量を推定演算させるよ
うにすると良い。

【００２５】また、上記実施例では、燃焼ばらつき等の
影響を回避すべく、機関の始動前（機関の停止状態）に
おいて静電容量Ｃ１を検出させるようにしたが、予め設
定された所定の機関負荷及び所定の機関回転数のとき
に、静電容量Ｃ１を検出させるようにしても良く、機関
運転中の静電容量Ｃ１の検出においては、複数回に渡っ
て静電容量を検出し、その結果を平均化することが好ま
しい。

【００２６】また、上記では静電容量Ｃ１，Ｃφの比か
ら補正値Ｋが設定される構成としたが、静電容量Ｃφが
予め設定される固定値であることから、静電容量Ｃ１か
ら直接的に補正値Ｋが設定される構成としても良い。更
に、図４のフローチャートに示すように、予め設定され
た２つの異なる運転条件でそれぞれに静電容量Ｃ１，Ｃ
２を検出させ、該静電容量Ｃ１，Ｃ２の比に基づいて一
定の筒内圧変化に対する静電容量の変化率の変動を検知
し、該検知結果に基づいてセンサ出力を補正するための
補正値Ｋを設定させる構成としても良い。

【００２７】図４のフローチャートにおいて、ステップ
11では、各種運転条件パラメータを読み込み、次のステ
ップ12では、前記読み込んだ運転条件から予め静電容量
の検出条件として設定された第１運転条件に該当してい
るか否かを判別する。ここで、前記第１運転条件を、機
関の始動前とすることが好ましい。第１運転条件である
ことが判別されると、ステップ13へ進み、そのときの筒
内圧センサ５のセンサ素子における静電容量Ｃ１を検出
させ、ステップ14では前記検出された静電容量Ｃ１を記
憶させる。

【００２８】続いて、ステップ15では、予め静電容量の
検出条件として設定された第２運転条件に該当している
か否かを判別し、第２運転条件に該当している場合に
は、ステップ16で静電容量Ｃ２を検出し、ステップ17で
前記検出された静電容量Ｃ２を記憶する。上記のように
して２つの異なる運転条件それぞれで静電容量Ｃ１，Ｃ
２を検出すると、次のステップ18では、前記静電容量Ｃ
１，Ｃ２の変化率に基づいてセンサ出力を補正するため
の補正値Ｋを設定する。

【００２９】ここで、前記静電容量Ｃ１，Ｃ２は異なる
運転条件、換言すれば、異なる筒内圧条件下で検出され
るから、ある一定の変化率が期待され、例えば静電容量
Ｃ１に対して静電容量Ｃ２が所定割合以上低く検出され
る状況が正規であるとすれば、Ｃ２／Ｃ１が大きくなる
ほどセンサ出力の変化幅としては所期よりも小さくなる
から、Ｃ２／Ｃ１が大きくなるほどセンサ出力がより増
大補正されるように補正値Ｋを設定する。

【００３０】尚、上記のように、２つの異なる運転条件
それぞれで静電容量Ｃ１，Ｃ２を検出させる場合にも、
静電容量を検出した時点におけるセンサ温度が静電容量
の検出値に影響を与えるので、静電容量を検出したとき
の冷却水温度Ｔｗをセンサ温度に対応するものと見做し
て、静電容量の温度補正を施すことが好ましい。一方、
点火栓３の緩みやセンサ素子の劣化が進行すると、所定
運転条件における静電容量が大きく変化し、また、異な
る２つの運転条件間における静電容量の変化が縮小或い
は逆転するので、検出された静電容量或いは該静電容量
から求めた補正値Ｋによって、所定以上の点火栓３の緩
み或いはセンサ劣化が推定されるときには、筒内圧セン
サ５の故障を判定させるようにすると良い（故障診断手
段）。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明にか
かる内燃機関の筒内圧検出装置によると、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における出力特性の変
化が、センサ素子の静電容量から検知され、該検知結果
に基づいて設定される補正値によってセンサ出力を補正
する構成としたので、点火栓の緩みやセンサ素子の劣化
による出力特性の変化が生じても、筒内圧を精度良く検
出できるという効果がある。

【００３２】請求項２の発明にかかる装置によると、燃
焼ばらつきに影響されずにセンサの出力特性の変化を検
知できるという効果がある。請求項３の発明にかかる装
置によると、２つの異なる運転条件それぞれでセンサの
静電容量を検出させることで、一定の圧力変化に対する
センサ出力特性を検知でき、以て、圧力変化に対するセ
ンサ出力特性の変化を精度良く補正できるという効果が
ある。

【００３３】請求項４の発明にかかる装置によると、温
度変化に影響されて静電容量の検出精度が悪化すること
を回避できるという効果がある。請求項５の発明にかか
る装置によると、点火栓の緩みやセンサ劣化が進行し、
初期の検出性能を維持できなくなっていることを精度良
く診断できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示すシステム概略図。

【図３】センサ出力の補正制御の第１実施例を示すフロ
ーチャート。

【図４】センサ出力の補正制御の第２実施例を示すフロ
ーチャート。

【図５】点火栓の緩み発生時のセンサ出力の様子を示す
線図。

【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 ８ シリンダ ９ 機関制御ユニット 10 クランク角センサ 11 水温センサ 12 エアフローメータ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関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リング状の筒内圧センサ
   と、 予め設定された所定の運転条件で前記筒内圧センサのセ
   ンサ素子の静電容量を検出する静電容量検出手段と、 該静電容量検出手段で検出された静電容量に基づいて前
   記筒内圧センサの出力値を補正するための補正値を設定
   する補正値設定手段と、 該補正値設定手段で設定された補正値に基づいて前記筒
   内圧センサの出力値を補正し、該補正された出力値に基
   づいて筒内圧を検出する出力補正手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の筒内圧
   検出装置。
2. 【請求項２】前記静電容量検出手段が、少なくとも機関
   始動前の状態を前記予め設定された所定の運転条件と
   し、機関始動前において前記筒内圧センサの静電容量を
   検出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の筒
   内圧検出装置。
3. 【請求項３】前記静電容量検出手段が、予め設定された
   ２つの異なる運転条件それぞれで前記筒内圧センサの静
   電容量を検出し、前記補正値設定手段が、前記検出され
   た２つの異なる運転条件における静電容量の比率に基づ
   いて補正値を設定する構成であることを特徴とする請求
   項１又は２のいずれかに記載の内燃機関の筒内圧検出装
   置。
4. 【請求項４】前記補正値設定手段が、前記検出された静
   電容量と共に、前記筒内圧センサの温度に応じて補正値
   を設定することを特徴とする請求項１，２又は３のいず
   れかに記載の内燃機関の筒内圧検出装置。
5. 【請求項５】前記静電容量検出手段で検出された静電容
   量と、前記補正値設定手段で設定された補正値との少な
   くとも一方に基づいて前記筒内圧センサの故障診断を行
   う故障診断手段を設け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内燃機関の筒内圧検出
   装置。