JPH08122190A - 筒内圧センサ及びエンジン制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エンジン実装を容易にした多気筒内圧計測用の
筒内圧センサ及び該センサを用いたエンジン制御システ
ムを提供する。 【構成】エンジンヘッドガスケット、あるいはヘッドガ
スケットと重ねてシリンダブロックとシリンダヘッドの
間に実装可能な板状の構造体で、連続配置された分布計
測型の内圧センシング部３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、ケ
ーブル５０に接続され信号処理手段７０に導かれる。検
出された内圧重畳信号は、気筒弁別基準信号源２０の基
準信号をもとに波形処理手段６０で分離処理される。例
えば、気筒弁別基準信号源２０に代表気筒のインジェク
ション信号とクランク角度センサ出力を併用すると、ク
ランク回転角度上で、燃焼の順番に各気筒内圧変化を分
離特定できる。信号処理手段７０による処理結果は、エ
ンジンコントロ−ルユニット８０に送られ、エンジン制
御に反映される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジン制御のために
行われる、複数気筒内の圧力（多筒内圧）の計測、その
他の圧力の計測に係わる。

【０００２】

【従来の技術】自動車エンジンの制御のための筒内圧セ
ンサには、ピエゾ起電力またはピエゾ抵抗効果を利用し
たものがある。

【０００３】これらを複数気筒の内圧計測に適応した一
公知技術として特開平4−335127 号に示す圧力検出装置
がある。この装置において、圧力センサの実装面からこ
れをみると、その特徴は、複数圧力センサの使用と、各
センサからの出力信号配線がエンジン外部にそれぞれ独
立に取り出されている点にある。この場合、より多くの
気筒を有するエンジン、例えば六気筒エンジンにこれを
適応すると、必要なセンサの数が増えるためセンサの取
り付け位置の確保が難しい。また同時に、エンジン周辺
の信号配線も複雑となる。

【０００４】また、他の公知技術として特開昭58−6603
1 号公報に記載の気筒内圧力検出装置がある。この場
合、複数センシング部の受ける圧力変化は非圧縮性流体
を封じた圧力伝達管を経て圧力センサに伝えられるた
め、該センサから外部に取り出す電気的信号配線は簡単
になる。一方、前記圧力伝達管は内部流体の体積膨張の
点から温度変化に弱い。このため正確な計測には、セン
シング各部からの信号配線、即ち前記圧力伝達管はエン
ジン外部に配置する必要がある。

【０００５】さらに、他の公知技術として特開平2−157
631 号公報に記載の筒内圧センサがある。この場合、圧
電素子と、各素子から取り出される信号配線の主な部分
はエンジンヘッドガスケット内部に実装されるため、複
数センサからの主な信号配線がエンジン外部に露出する
ことはない。即ち、エンジン周辺の信号配線は大幅に簡
単になる。しかしながら、気筒数に応じた複数センサを
使用するため、四気筒各部の計測に応じた四系統の信号
配線が必要となる。また、エンジン外部に取り出される
信号配線数は、気筒数に応じて増える。気筒数に比例し
た配線数の単調増加は、ワイヤ類の重量増加を招く。ま
た、薄いガスケット面に太いケーブルをつなぐ結果とな
り、接続強度に対する配慮が別途必要となる。

【０００６】一般の筒内圧の計測技術には、上記電気的
検出方式の他に光学的検出方式の提案もある。例えば、
他の公知技術として特開昭60−166739号公報に記載の制
御装置がある。本公知例では内圧検出各部を結ぶ光ファ
イバを使用した信号の多重電送を行うため、複数気筒の
内圧計測に対してもセンサ構成に大きな変更を必要とせ
ず、且つ信号配線が複雑になることはない。信号配線を
少なくしたことによる情報の損失（即ち、得られた信号
がどの気筒によるものかの判別）は、クランク角センサ
等の参照用センサ出力に基づく気筒判別機構により補う
ことができる。しかしながら、センシング各部からの信
号配線、即ち、上記光ファイバは、エンジンの外周に配
置されている。一般に光ファイバは、電気的絶縁材であ
り、細径・軽量・配線の自由度と共に、エンジン周辺の
込み入った環境にも配線は容易である。しかしながら、
エンジン外部に光ファイバを配線する場合、実装作業
中、該光ファイバを破断しないよう、取扱い上の細かい
注意が必要となる。また、本公知例では、気筒判別機構
からの出力は、光ファイバへの入射光を発する発光手段
の制御にフィードバックされるため、発振手段に代表さ
れる構成要素が、前記気筒判別機構に加えて必要とな
る。エンジン周辺の光ファイバ配線，発振手段を含めた
システム構成点数を考えると、装置構成の全体は必ずし
も実装に有利とは言えないものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】実際のエンジン周辺部
はたいへん込み入っているため、複数気筒内圧の同時計
測に基づくエンジン制御システムの実現には、一つ一つ
のセンサ構成を簡潔にすると共に、各センシング部から
エンジン周りに取り出される信号配線をいかに簡単にす
るかが重要な問題となる。

【０００８】本発明は、複数センシング部を有する筒内
圧センサの構成と該センシング部各部からの信号配線と
を同時に簡潔化することにより、エンジン実装を容易に
した多気筒内圧計測用の筒内圧センサ及びエンジン制御
システムを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題に鑑
みてなされたものであり、その手段は、エンジンガスケ
ット位置に実装され、複数気筒各々の内圧を計測できる
複数箇所にセンシング部を有し、該センシング部の少な
くとも二箇所からの検出信号は重畳信号として重ね合わ
されて出力される筒内圧センサと、上記重畳信号を分離
するための参照信号を与える基準信号発生手段と、上記
筒内圧センサの出力と基準信号発生手段の出力とに基づ
き、各気筒の内圧変化の一部ないしは全体を上記重畳信
号から分離処理するための信号分離過程を含む信号処理
手段とを有するエンジン制御システムであり、また複数
の気筒各々の内圧を計測できるＮ箇所にセンシング部を
有し、Ｎ−１系統以下の信号配線でエンジン外部に重畳
されたセンサ出力を取り出す筒内圧センサおよび該セン
サを用いたエンジン制御システムにおいて、上記センシ
ング部の間を結ぶ信号配線の少なくとも一部は、エンジ
ン内部、特にエンジンガスケット内部に実装されること
を特徴とする筒内圧センサ及び該センサを用いたエンジ
ン制御システムであり、更に上記筒内圧センサのセンシ
ング部と信号配線路の少なくとも一方、あるいはそれら
と機能を兼ねるようにしたエンジンガスケット構成部材
の少なくとも一部を、光ファイバ，感圧導電ゴム，炭素
パイル系シール材、あるいは形状変化に伴い抵抗値の変
化する金属等部材などの分布計測型圧力センシング部材
で構成したことを特徴とする筒内圧センサ及び該センサ
を用いたエンジン制御システムである。

【００１０】

【作用】本発明に係る筒内圧センサ及び該センサを用い
たエンジン制御システムでは、筒内圧センサを、抵抗
線，感圧導電ゴム，炭素パイル，光ファイバ等の分布計
測型圧力センシング部材で構成し、センシング各部から
の信号の少なくとも一部を重畳信号としてまとめて取り
出すことにより、センシング部周辺に必要となる信号配
線数を低減するようにしている。

【００１１】また、エンジン実装において、センシング
部材を周辺信号配線と共に、エンジンシリンダヘッドと
シリンダブロックの間、特にヘッドガスケットと一体化
実装することで、センサ実装スペース確保の困難なエン
ジン周りの状況によらず、複数気筒の内圧計測を目的と
した筒内圧センサの実装を容易にしている。

【００１２】更に、上記重畳信号の分離を、気筒弁別の
ための基準信号源と、信号波形処理過程を含む信号処理
手段とを組み合わせて、ソフト的に行うことにより、実
装面に直接影響する装置構成を変更することなく、注目
する検出情報の選択・変更に柔軟に対応できるようにし
ている。

【００１３】以上の各効果とその組み合わせにより、本
発明の筒内圧センサ及び該センサを用いたエンジン制御
システムにおいては、複数センシング部からの信号を少
ない数の信号配線でまとめて取り出し、後からそれらを
信号処理上で分離することで、多気筒内圧計測に基づく
エンジン制御を容易にできるようにしている。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を用い
て詳細に説明する。

【００１５】図１に上記本発明第１の実施例を示す。図
中１０はエンジンヘッドガスケット、あるいはヘッドガ
スケットと重ねてシリンダブロックとシリンダヘッドの
間に実装可能な板状の構造体（センシング層）を示す。
前記センシング層は、例えばガスケットの主な構成部材
である炭素系シール材や金属板を用いて構成できる。四
気筒の各内圧を計測するために設けたセンシング部３０
ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、圧力変化に応じて抵抗
値の変わる金属歪みゲージ（抵抗線）で構成される。図
では省略しているが、前記各センシング部にはそれぞれ
対応する気筒内圧が導かれ、適当な圧力伝達機構を介し
て内圧変化を検出できるようにしている。各センシング
部は電気的信号線４０を信号伝送路として直列接続さ
れ、外部の信号配線はケーブル５０を通り信号処理手段
７０に導かれる。前記各センシング部は直列配線されて
いるため、各内圧信号は重畳信号として信号処理部に送
られる。一方、四気筒エンジンの場合、燃焼のタイミン
グは各気筒毎に異なり、且つ燃焼気筒の順番は予め決め
られている。このため、代表気筒のインジェクション信
号，イグニッションのタイミング信号，クランク角度セ
ンサ出力、あるいはクランク回転に基づき燃焼の一サイ
クルで３６０度回転するようにしたギアの回転角度信号
等の基準信号を基に、上記重畳信号から各燃焼ピークを
中心とした内圧変化を分離計測可能である。更に、内圧
波形の理論予測，フィッテイング等の信号処理により、
特定気筒の内圧変化全体を分離検出することも可能であ
る。前記基準信号は、図中気筒弁別基準信号源２０によ
り与えられ、前記各気筒内圧変化の分離処理は波形処理
手段６０で行われる。気筒弁別基準信号源２０は一つに
まとめて示しているが、例えば、代表気筒のインジェク
ション信号とクランク角度センサ出力を併用し、クラン
ク回転角度上で、代表気筒から燃焼の順番に各気筒内圧
変化を分離特定することもできる。信号処理手段７０に
よる処理結果は、エンジンコントロールユニット８０に
送られ、エンジン制御に反映される。

【００１６】もちろん、計測気筒数が四気筒より増える
場合、信号の一意な分離のためには、上記信号配線を一
系統として、二系統以上の信号配線が必要となる。しか
し、その変更は気筒数に比例したものでないため、一般
の多気筒内圧計測の場合でもハード的変更の少ない柔軟
な対応が可能である。

【００１７】上記実施例では、複数センシング部３０
を、主な電気的信号線４０と共に、図１１に示すガスケ
ット、あるいはそれに類する板状構造体（センシング
層）の内部にまとめて実装しているため、込み入ったエ
ンジン周囲の状況に依らず、多気筒エンジンの気筒別燃
焼制御に必要なセンサ実装と、センシング部間の信号配
線とをできるようにしている。これにより、エンジン外
部の信号配線が僅かで済むため、エンジン組み立てが容
易なばかりでなく、作業中の断線等の危険を予防するこ
ともできる。

【００１８】上記実施例ではまた、センシング各部から
の検出信号を、重畳信号としてひとまとめに取り出した
後、ソフト的にそれらを分離するようにしている。即
ち、個別センサを複数使用する代わりに、連続配置され
た分布計測型の複数センシング部３０を用いて、エンジ
ン周りの信号配線を簡単にする一方、信号処理上でそれ
を補うようにしている。エンジン側に必要な信号配線が
簡潔になるため、上記ガスケット内部等の狭い部分への
センシング部実装も容易になる。また、外部信号ケーブ
ル５０の外径寸法も信号配線数の低減に応じて小さくな
る。これにより、外部ケーブルと、厚さ１mm程度のガス
ケットとの物理的接続を容易、且つ強度的にも確実に行
うことができる。

【００１９】比較のため、図１１に一般的なガスケット
内センサ実装例を示す。この場合、ガスケット内部の信
号配線は複雑となり、複数センシング部を確保する上で
の自由度が損なわれる。また、外部ケーブルの外径も信
号配線数の増加に伴い大きくなるため、ガスケットのよ
うな薄い板状構造との強度的に安定な接続は一般に困難
となる。もちろん外部信号配線をケ−ブル状にまとめ
ず、各配線の接続を無理なく行うこともできるが、その
場合、外部の信号配線が繁雑になることは避けがたい。

【００２０】図１１では、一方、各センシング部からの
信号はもともと分離されているため、気筒弁別基準信号
源２０に相当する機構は必要でない。上記本発明では、
これに対し、重畳信号の分離に気筒弁別基準信号源２０
が新たに必要となるため、信号配線が簡単になってもエ
ンジン周りのハ−ド的複雑さ全体は変わらないようにも
思われる。しかしながら、上記気筒弁別基準信号源２０
には、既述のようにインジェクション信号等、既存のエ
ンジンシステムの一部を直接活用することができる。即
ち、まとめて取り出した検出信号の分離処理に必要な気
筒弁別基準信号源２０を確保するために、エンジン実装
を困難にし得る新たなハード的追加変更は必ずしも必要
でない。

【００２１】図２に上記本発明第２の実施例を示す。本
実施例では、ガスケット１０内部の信号伝送路である金
属線９０を、複数のセンシング部３０と同じ部材で構成
している。即ち、圧力変化に応じて抵抗値の変わる抵抗
線等の金属部材をそのまま信号伝送路としても使用して
いる。連続配置された分布計測型の複数センシング部を
用いる点は上記本発明第１の実施例と同じであるが、こ
の場合、センシング部材そのものの分布計測特性を生か
すことで、信号伝送路と複数センシング部個々の間の電
気的接続をなくすようにしている。比較的高温になり得
るエンジン内部から、構造的に弱い信号配線の接続箇所
をなくすことにより、長期的に安定なシステム動作を期
待できる。

【００２２】ガスケット１０は、信号伝送路９０に対
し、保護材として働くため、センシング部３０以外の信
号伝送路９０が余分な外力を受けることはない。一方、
ガスケット１０外部の信号伝送路には、曲げや振動等の
外乱影響が予想される。このため、図２では、エンジン
外部の信号配線を、通常の電気的信号線４０につなぎ替
えている。信号伝送路４０と９０の違いは、それらの感
圧特性差にある。もちろん、ケ−ブル５０の保護効果等
により、ガスケット外部でも信号線に対する外乱影響が
低減できる場合には、信号処理手段７０へつながる信号
配線全てを、センシング部３０と同じ部材で構成し、信
号配線上の接続箇所をなくすこともできる。

【００２３】図３に上記本発明第３の実施例を示す。本
実施例では、ガスケット１０内部のセンシング部と信号
伝送路を感圧特性を有する光ファイバ９１で構成してい
る。光源５１から光ファイバ９１に入射した光は、該光
ファイバ中を伝播する。受光手段５２は、光ファイバ通
過光の光強度を検出する。図では省略しているが、前記
光ファイバは、センシング部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，
３０ｄで、各気筒内圧に応じた「曲げ」を受けるように
している。一様な曲げを受けた光ファイバからは、その
曲げの程度（曲げ半径）に応じた光の漏れが生じるた
め、上記受光手段５２の受ける光強度は、上記各センシ
ング部の受ける内圧に応じて変化する。従って、光ファ
イバ９１の総通過光量から、各気筒内圧を重畳された信
号として検出できる。センシング部毎の通過光量変化を
デシベル表示するなら、前記重畳信号は、それらの線形
和に対応する。気筒毎の燃焼サイクルの違いに注目する
と、気筒弁別基準信号源２０と波形処理手段６０によ
り、各気筒内圧変化の主要部を重畳信号から分離でき
る。

【００２４】本実施例では、電気的絶縁材料である光フ
ァイバを、センシング部と信号伝送路に使用するため、
実装形態によらず、シリンダヘッド・ブロックとの電気
的絶縁を確実にしたヘッドガスケット内センサ実装がで
きる。また、点火プラグ放電による電気的雑音影響がな
いため、エンジン内部実装時にも、精度のよい信号検出
をすることができる。

【００２５】図４Ａに上記本発明第３の実施例における
重畳信号の分離過程を、図４Ｂに示される重畳信号の分
離過程を模式的にまとめる（簡単のため、光ファイバ９
１の実装法の違い、即ち、ガスケット相当部材内部へ実
装効果については、陽に示していない）。上記本発明の
実施例では、波形処理手段６０において、得られた信号
波形全体から必要な情報を取り出すようにしている。各
気筒の内圧信号の重なりはエンジンの回転数や燃焼状態
に依存する。例えば、モータリング時内圧は、爆発によ
る大きな内圧増減を伴う燃焼時内圧と比べて、ピストン
運動に従う速やかな内圧の増減を示す。この場合、上記
重畳信号にみられる波形の重なり影響は小さくなるた
め、吸気・排気両バルブ開放のタイミングによる基準圧
（大気圧）の特定等を比較的容易に行うことができる。
一例として、モータリング時の波形をキー・イン直後に
捉え、必要な基準レベルをメモリに残すことができる。
重畳信号波形全体に基づく信号処理では、このように、
エンジン動作に応じた検出情報の選択が可能となる。

【００２６】もちろん、四気筒エンジンに対し二系統の
光ファイバで、二気筒ずつの重畳信号を捉える等、複数
の光ファイバ配線を用いる場合には、波形の重なり影響
は大幅に低減する。この場合、吸入圧（負圧）の特定を
含めた基準圧の正確な決定ができる。

【００２７】一方、図４Ｂでは、光源を各燃焼ピークに
対応する特定の時間間隔だけ光らせて、気筒毎の燃焼圧
を分離検出している。内圧変化のうち燃焼ピーク近傍の
みに注目するだけでも、各気筒の点火時期制御や、失火
検出等を効果的に行うことができる。図４Ｂでは、はじ
めから燃焼ピーク付近の内圧変化のみを検出信号として
信号処理手段７０に取り込むため、内部の信号処理は簡
単になる。これに対し、上記本発明の信号処理では、波
形処理手段６０で、連続した内圧重畳信号からゲート処
理により、各気筒の燃焼ピーク近傍の波形を取り出すよ
うにする。即ち、図４Ｂの制御手段６１を用いる代わり
に信号処理でこれを補うことで、同等の波形処理を実装
により有利な形態で実現することができる。

【００２８】図５に上記本発明第４の実施例を示す。図
は、ガスケット自体を感圧性の導電ゴムや炭素パイル等
のガスケットを構成する分布計測型圧力センサであるセ
ンシング部材９２を主体に構成する場合を示す。シリコ
ン系／フッ素系のゴムやカーボンは耐熱性を有するた
め、例えば該耐熱性ゴム（高分子化合物）中に導電性粒
子（金属）を分布させた部材や炭素原子間隔を適当に選
んだ層状構造体を、打ち抜き成型等によりガスケット状
にすることで、形状変形の自由度を生かしたシール効果
とセンシング部材としての特性を併せ持つ、ガスケット
兼用センサを形成できる。こうした分布計測型センサで
は実装に適する任意の位置にセンシング部３２を構成で
きるため、複数気筒の内圧計測に適したセンサ実装が容
易である。各センシング部での検出信号は検出ポート５
３から電気的重畳信号として取り出すようにしている。
該重畳信号からの各気筒内圧の分離は、上記実施例と同
様に波形処理手段６０で行う。逆に、こうした信号処理
を用いることにより、多気筒内圧計測に有利な、種々の
分布計測型圧力センサをセンシング部材として活用でき
る。

【００２９】図６に上記センシング部３２と信号検出ポ
ート５３の構成例を示す。図はガスケットの部分断面図
である。図中９２は分布計測型センシング部材を、５４
は薄い膜状電極を、５３は該電極からの検出ポートを、
１１はガスケットをシリンダヘッド・ブロックから電気
的に絶縁するための絶縁層を示す。

【００３０】絶縁層１１は、ガスケット形状に合わせ
て、その輪郭を決め、シリンダ孔・冷却水孔・ボルト孔
を対応する位置に設けるようにする。絶縁層には、変形
容易な部材を使用したり、あるいは層を薄く膜状にする
ことで、内圧シールをより確実にすることができる。膜
状の絶縁手段を用いる場合には、予めセンシング用ガス
ケット面にそれらを形成することも容易である。

【００３１】図では省略しているが、検出ポート５３か
ら外に取り出す信号線４０は保護用部材で周囲を覆うよ
うにする。もちろん、膜状電極１１の配置を調整するこ
とにより、検出ポート５３ａ，５３ｂをガスケットの片
面に揃えることもできる。また、信号線４０ａ，４０ｂ
はシールド線状にまとめて取り出すことで、外乱に強い
信号伝送を行うこともできる。

【００３２】計測気筒の内圧は、例えばガスケットのシ
リンダボア部に設ける圧力導入孔から、センシング部３
２の図中下部に導かれる。内圧の増加と共にセンシング
部３２はセンシング部材９２を圧迫する。センシング部
材９２内部には、上記のように金属等の導電性粒子やカ
ーボン層が含まれるため、内圧増加に伴うセンシング部
材の圧迫によりそれらの間隔が変化する。これによるセ
ンシング部材９２の導電率変化を計測することで、内圧
変化を捉えることができる。該導電率の変化は比較的急
激に立ち上がるが、上記金属粒子や炭素原子の間隔変化
はあくまで集団的振る舞いであるため、内圧印加に伴う
連続的な信号変化を期待できる。センシング部３２の大
きさ・形状、また電極５４ｂの厚さは、センシング部材
９２の感度に合わせて、通常ダイアフラムと同様に設計
できる。例えば、内圧変化に伴うセンシング部３２の変
位量が、センシング部材９２の線形応答域に入るように
調整できる。もちろんセンシング部材９２内部の構造
は、エンジン実装時にセンサとして最適感度を得るよう
に決める必要がある。

【００３３】エンジン燃焼時に発生する熱は、ガスケッ
ト状センサの上下面、即ち、エンジンシリンダヘッド・
ブロック側に逃がすことができる。絶縁手段１１の厚さ
を薄く選ぶ、あるいは膜状に形成する場合には、より大
きな放熱効果を期待できる。これにより、センシング部
材の熱的劣化を防止することができる。

【００３４】図７に上記本発明第５の実施例を示す。本
実施例では、上記本発明第４の実施例と同様にガスケッ
ト自体を感圧性の導電ゴムや炭素パイル等センシング部
材９２を主体に構成し、ガスケット状センサの面内方向
の形状変化を捉えるようにしている。その際、ボアグロ
メットの金属部をセンシング部、且つ信号伝送路として
も使用するようにしている。図中３２ａ，３２ｂ，３２
ｃ，３２ｄは気筒毎のセンシング部を、５４は電極を、
５３は電極からの信号検出ポートをそれぞれ示す。ま
た、センシング部に設けた突起構造は圧力の強化手段を
示す。内圧変化に伴い、センシング部３２がシリンダ動
径方向に変位すると、該センシング部と電極５４ａ間の
センシング部材９２が変形し、導電率の変化を示す。こ
れを検出することで、対応する内圧変化を捉えるように
している。例えば、各センシング部の導電率が気筒毎の
内圧に比例するなら、検出ポートからみて並列接続され
たセンシング部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ全体の
導電率は、内圧の合計に比例する。重畳された内圧信号
は、上記本発明第１から第４の実施例の場合と同様に分
離計測できる。

【００３５】電極５４は、ガスケット面上にプリント形
成することができる。あるいは、ガスケット内部に実装
することにより、センシング部材との接触面積を大きく
採ることもできる。もちろんセンシング部９２の部分を
電極５４の一部として用いることもできる。センシング
部９２内部の導電粒子分布を積極的に変更し、分布の密
な部分を構成すると、内圧変化によらず導通を図ること
ができる。これを電極５４の代わりに用いることもでき
る。実装時、センシング用ガスケットの上下面には、上
記絶縁手段を設け、シリンダヘッド・ブロックとの電気
的絶縁を図る。図８に上記本発明第６の実施例を示す。
本実施例では、ガスケット１０の構成要素であるボアグ
ロメット自体を、金属系の感圧センシング部材３０によ
り構成し、受圧部を形成している。図中９０は信号伝送
路を、５３は信号検出ポートをそれぞれ示す。内圧が増
加すると、シリンダボアグロメット部は動径方向に変形
し、金属歪みゲージと同様に、その部分の抵抗値が変化
する。これを検出することにより、内圧変化を捉える。
信号伝送路は、ガスケット面上にプリント形成すること
ができる。あるいは、センシング部３０と同一部材から
一体ものとして構成することもできる。例えば、シリン
ダボア４箇所に相当するリング状金属板を途中に持つＵ
字型信号伝送路９０を、ガスケット面に圧着とすると共
に、シリンダボアに沿って反対面まで押し出し変形させ
ることで、グロメット部を形成できる。エンジン実装時
には、上記本発明第５の実施例同様に、電気的絶縁手段
を併用して、シリンダヘッド・ブロックとの絶縁を図
る。ガスケット１０が絶縁材料で構成されている場合に
は、上記絶縁層の代わりに、シリンダボアグロメット部
を含む信号伝送路上部にのみ、絶縁膜を施すようにして
もよい。

【００３６】図９に上記本発明第７の実施例を示す。本
実施例では、全ての気筒内圧を重畳信号として取り出す
代わりに、一部の気筒内圧を別センサで正確に取り出
し、信号処理に反映させるようにしている。圧力センサ
３０ａ（図の例では金属歪みゲージ）は気筒Ａの内圧を
検出する。一方、センシング部３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ
を有する分布計測型圧力検出部材９２は、気筒Ｂ，Ｃ，
Ｄに対応する内圧変化を重畳信号して取り出す。センサ
３０ａからの信号は他のセンサ信号と独立に得られるた
め、例えば、エンジンの回転数や燃焼状態によらず、吸
気・排気両バルブ同時開放時の基準内圧（大気圧）をよ
り精確に捉えることができる。また、代表気筒Ａの内圧
変化に基づき出力トルクの算出・制御をする一方、失火
検出のように気筒全体を見渡したセンシングには、セン
シング部３２ｂ，３２ｃ，３２ｄからの重畳信号を併用
することもできる。重畳信号の分離には、圧力センサ３
０ａからの出力信号自体を、気筒弁別基準信号として用
いることができる。もちろん、気筒弁別基準信号源２０
として、クランク角度センサを併用し、クランク回転角
度上で信号の分離を図ることもできる。

【００３７】図１０に上記本発明の筒内圧センサを用い
たエンジン制御システムの概要を示す。筒内圧センサの
重畳信号から波形処理により分離した各気筒内圧変化を
基に、例えば、発生トルクの大きさ・変動量，失火の有
無，燃焼ピーク位置，ノックの有無を検出することがで
きる。

【００３８】発生トルクは、内圧とシリンダ容積の変化
から算出できる。内圧変化のうち、主に燃焼ピークを中
心とする部分の寄与に注目したり、あるいは発生トルク
と相関のある燃焼ピーク値から間接的に値を求めること
もできる。後者の場合、既述のようにクランク角度上に
各気筒内圧を燃焼ピーク位置を中心に切り出すゲート処
理が有効である。より正確な信号処理のために、ゲート
幅の調節、あるいは信号の外挿等による重なり部分の補
正等を行うこともできる。

【００３９】同様に、燃焼ピーク付近の内圧変化に注目
して、失火の有無を気筒毎に判別できる。例えば、上記
ゲート処理により切り出した内圧変化をクランク角度上
に積分した値や、燃焼ピークの値を、基準となるしきい
値と比較することにより、その大小関係から失火の判定
ができる。

【００４０】また、気筒弁別信号源にイグニッション信
号とクランク角度センサ出力を用いると、点火時期を基
準とした燃焼ピーク位置をクランク角度上に決めること
ができる。

【００４１】更に、得られた信号波形を微分処理した
り、直接フィルタ処理を施すことで特定の周波数成分を
分離すると、例えば５ｋＨｚから２０ｋＨｚ程度の微弱
な高周波成分（ノック）の有無を確認することができ
る。

【００４２】上記のような種々の情報を、必要に応じて
選択・組み合わせることにより、気筒毎の詳細なエンジ
ン制御を行うことができる。例えば、発生トルクの値や
失火情報に基づき、トルク変動の大きな気筒、あるいは
失火頻度が高い気筒に対して、必要な燃焼を維持するよ
う、空気量や燃料量、あるいはそれらの比率をフィード
バック制御できる。また、燃焼ピーク位置やノックの情
報に基づき、適正な燃焼を維持するよう、点火時期や燃
料の噴射時期をリアルタイムに制御することもできる。

【００４３】上記本発明の筒内圧センサ及び該センサを
用いたエンジン制御システムにおいては、複数センシン
グ部からの信号を少ない数の信号配線でまとめて取り出
し、後からそれらを信号処理上で分離することで、複数
センシング部のエンジン実装を容易にすることを第一の
目的としているが、信号処理上、例えば、光源の直接変
調による気筒弁別ゲート処理に代わり、信号波形のソフ
ト的一括処理を採ることで、注目する検出情報の選択・
変更に柔軟に対応可能な、汎用性の高いエンジン制御シ
ステムを組むことができる。

【００４４】

【発明の効果】本発明に係る筒内圧センサ及び該センサ
を用いたエンジン制御システムによれば、筒内圧センサ
を、抵抗線，感圧導電ゴム，炭素パイル，光ファイバ等
の分布計測型圧力センシング部材で構成し、センシング
各部からの信号の少なくとも一部を重畳信号としてまと
めて取り出すことにより、センシング部周辺に必要とな
る信号配線数を低減できる。

【００４５】また、エンジン実装において、センシング
部材を周辺信号配線と共に、エンジンシリンダヘッドと
シリンダブロックの間、特にヘッドガスケットと一体化
実装することで、センサ実装スペース確保の困難なエン
ジン周りの状況によらず、複数気筒の内圧計測を目的と
した筒内圧センサの実装を容易にできる。

【００４６】更に、上記重畳信号の分離を、気筒弁別の
ための基準信号源と、信号波形処理過程を含む信号処理
手段とを組み合わせて、ソフト的に行うことにより、実
装面に直接影響する装置構成を変更することなく、注目
する検出情報の選択・変更に柔軟に対応できる。

【００４７】以上の各効果とその組み合わせにより、本
発明の筒内圧センサ及び該センサを用いたエンジン制御
システムにおいては、複数センシング部からの信号を少
ない数の信号配線でまとめて取り出し、後からそれらを
信号処理上で分離することで、多気筒内圧計測に基づく
エンジン制御を容易にできるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施例を示す筒内圧センサ
の説明図である。

【図２】本発明に係る第２の実施例を示す筒内圧センサ
の説明図である。

【図３】本発明に係る第３の実施例を示す筒内圧センサ
の説明図である。

【図４】本発明第３の実施例に係わる信号処理と公知技
術との比較説明図である。

【図５】本発明に係る第４の実施例を示す筒内圧センサ
の説明図である。

【図６】本発明第４の実施例に係わるセンシング部の説
明図である。

【図７】本発明に係る第５の実施例を示す筒内圧センサ
の説明図である。

【図８】本発明に係る第６の実施例を示す筒内圧センサ
の説明図である。

【図９】本発明に係る第７の実施例を示す筒内圧センサ
の説明図である。

【図１０】本発明の筒内圧センサに基づくエンジン制御
例の説明図である。

【図１１】ガスケット内センサ実装例の説明図である。

【符号の説明】

１０…ガスケット及びガスケット相当の板状構造体、１
１ａ，１１ｂ…絶縁手段、２０…気筒弁別基準信号源、
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ…センシング部（金属
線，金属部材等の歪みゲージ）、３１ａ，３１ｂ，３１
ｃ，３１ｄ…センシング部（光ファイバの受圧部）、３
２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ…センシング部
(感圧導電ゴム，炭素パイル等の分布計測型圧力センサ
の受圧部)、４０，４０ａ，４０ｂ…電気的信号線、５
０…エンジン外部の信号ケーブル、５１…光源、５２…
受光手段、５３，５３ａ，５３ｂ…信号検出ポート、５
４ａ，５４ｂ…電極、６０…波形処理手段、６１…光源
制御手段、７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ…信
号処理手段、８０…エンジンコントロールユニット、９
０…センシング部と同一部材により構成した信号線（金
属線）、９１…センシング部と同一部材により構成した
信号線（光ファイバ）、９２…ガスケットを構成する分
布計測型圧力センサ（感圧導電ゴム，炭素パイル等）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｍ 15/00 Ｚ (72)発明者 鈴木 清光 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 栗田 正弘 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 仲沢 照美 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 笹山 隆生 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンシリンダヘッドとシリンダブロッ
   クとの間に実装され、複数気筒各々の内圧を計測できる
   複数箇所にセンシング部を有し、該センシング部の少な
   くとも二箇所からの検出信号は重畳信号として重ね合わ
   されて出力される筒内圧センサと、 上記重畳信号を分離するための参照信号を与える基準信
   号発生手段と、 上記筒内圧センサの出力と基準信号発生手段の出力とに
   基づき、各気筒の内圧変化の一部ないしは全体を上記重
   畳信号から分離処理するための信号分離過程を含む信号
   処理手段とを有するエンジン制御システム。
2. 【請求項２】請求項１に記載のエンジン制御システムに
   おいて、 上記筒内圧センサはエンジンヘッドガスケット内部に実
   装されたことを特徴とするエンジン制御システム。
3. 【請求項３】請求項２に記載のエンジン制御システムに
   おいて、 上記ガスケットのシール部材，金属ボアグロメット部な
   ど構成要素の少なくとも一部を、上記筒内圧センサのセ
   ンシング部として使用したことを特徴とする該センサを
   用いたエンジン制御システム。
4. 【請求項４】請求項２に記載のエンジン制御システムに
   おいて、 上記ガスケットのシール部材，金属ボアグロメット部な
   ど構成要素の少なくとも一部を、上記筒内圧センサの信
   号配線路として使用したことを特徴とするエンジン制御
   システム。
5. 【請求項５】請求項３または請求項４に記載のエンジン
   制御システムにおいて、 上記センシング部と上記信号配線路の少なくとも一方は
   感圧特性を有する導電ゴムにより構成されることを特徴
   とするエンジン制御システム。
6. 【請求項６】請求項３または請求項４に記載のエンジン
   制御システムにおいて、 上記センシング部と上記信号配線路の少なくとも一方は
   感圧特性を有する炭素パイル系シール材により構成され
   ることを特徴とするエンジン制御システム。
7. 【請求項７】請求項３または請求項４に記載のエンジン
   制御システムにおいて、 上記センシング部と上記信号配線路の少なくとも一方は
   形状変化に伴い抵抗値の変化する金属等部材であること
   を特徴とするエンジン制御システム。
8. 【請求項８】請求項３ないし請求項７のいずれか１項に
   記載のエンジン制御システムにおいて、 上記ガスケットと、その実装対象であるエンジンのシリ
   ンダヘッドないしはシリンダブロックとを電気的に絶縁
   するための絶縁手段を設けたことを特徴とするエンジン
   制御システム。
9. 【請求項９】請求項８に記載のエンジン制御システムに
   おいて、 上記絶縁手段は、上記ガスケットの上面あるいは下面の
   少なくとも一方に設けた絶縁層であることを特徴とする
   内圧センサ及び該センサを用いたエンジン制御システ
   ム。
10. 【請求項１０】複数の気筒各々の内圧を計測できるＮ箇
    所にセンシング部を有し、Ｎ−１系統以下の信号配線で
    エンジン外部に重畳されたセンサ出力を取り出すエンジ
    ン制御システムにおいて、 上記センシング部の間を結ぶ信号配線の少なくとも一部
    は、エンジン内部に実装されることを特徴とするエンジ
    ン制御システム。
11. 【請求項１１】請求項１０に記載のエンジン制御システ
    ムにおいて、 上記センシング部の間を結ぶ信号配線の少なくとも一部
    は、ガスケット内部に実装されることを特徴とするエン
    ジン制御システム。
12. 【請求項１２】請求項９または請求項１０記載のエンジ
    ン制御システムにおいて、 上記センシング部の間を結ぶ信号配線の少なくとも一部
    を、上記筒内圧センサのセンシング部材と同一の部材に
    より構成したことを特徴とするエンジン制御システム。
13. 【請求項１３】請求項１２に記載のエンジン制御システ
    ムにおいて、 上記センシング部材は、感圧特性を有する光ファイバで
    あることを特徴とするエンジン制御システム。
14. 【請求項１４】請求項１２に記載のエンジン制御システ
    ムにおいて、 上記センシング部材は、感圧特性を有する導電ゴムであ
    ることを特徴とするエンジン制御システム。
15. 【請求項１５】請求項１２に記載のエンジン制御システ
    ムにおいて、 上記センシング部材は、感圧特性を有する炭素パイル系
    シール材であることを特徴とするエンジン制御システ
    ム。
16. 【請求項１６】請求項１２に記載のエンジン制御システ
    ムにおいて、 上記センシング部材は、形状変化に伴い抵抗値の変化す
    る金属等部材であることを特徴とするエンジン制御シス
    テム。
17. 【請求項１７】エンジンシリンダヘッドとシリンダブロ
    ックとの間に実装され、複数気筒各々の内圧を計測でき
    る複数箇所にセンシング部を有し、該センシング部の少
    なくとも二箇所からの検出信号は重畳信号として重ね合
    わされて出力される筒内圧センサであって、 エンジンヘッドガスケット内部に実装されたことを特徴
    とする筒内圧センサ。
18. 【請求項１８】請求項１７記載の筒内圧センサにおい
    て、 上記ガスケットのシール部材，金属ボアグロメット部な
    ど構成要素の少なくとも一部を、上記センシング部とし
    て使用したことを特徴とする筒内圧センサ。
19. 【請求項１９】請求項１７に記載の筒内圧センサにおい
    て、 上記ガスケットのシール部材，金属ボアグロメット部な
    ど構成要素の少なくとも一部を、信号配線路として使用
    したことを特徴とする筒内圧センサ。
20. 【請求項２０】請求項１８または請求項１９に記載の筒
    内圧センサにおいて、 上記センシング部と上記信号配線路の少なくとも一方は
    感圧特性を有する導電ゴムにより構成されることを特徴
    とする筒内圧センサ。
21. 【請求項２１】請求項１８または請求項１９に記載の筒
    内圧センサにおいて、 上記センシング部と上記信号配線路の少なくとも一方は
    感圧特性を有する炭素パイル系シール材により構成され
    ることを特徴とする筒内圧センサ。
22. 【請求項２２】請求項１８または請求項１９に記載の筒
    内圧センサにおいて、 上記センシング部と上記信号配線路の少なくとも一方は
    形状変化に伴い抵抗値の変化する金属等部材であること
    を特徴とする筒内圧センサ。
23. 【請求項２３】請求項１８ないし請求項２２のいずれか
    １項に記載の筒内圧センサにおいて、 上記ガスケットと、その実装対象であるエンジンのシリ
    ンダヘッドないしはシリンダブロックとを電気的に絶縁
    するための絶縁手段を設けたことを特徴とする内圧セン
    サ。
24. 【請求項２４】請求項２３に記載の筒内圧センサにおい
    て、 上記絶縁手段は、上記ガスケットの上面あるいは下面の
    少なくとも一方に設けた絶縁層であることを特徴とする
    内圧センサ。
25. 【請求項２５】複数の気筒各々の内圧を計測できるＮ箇
    所にセンシング部を有し、Ｎ−１系統以下の信号配線で
    エンジン外部に重畳されたセンサ出力を取り出す筒内圧
    センサにおいて、 上記センシング部の間を結ぶ信号配線の少なくとも一部
    は、エンジン内部に実装されることを特徴とする筒内圧
    センサ。
26. 【請求項２６】請求項２５に記載の筒内圧センサにおい
    て、 上記センシング部の間を結ぶ信号配線の少なくとも一部
    は、ガスケット内部に実装されることを特徴とする筒内
    圧センサ。
27. 【請求項２７】請求項２４または請求項２５に記載の筒
    内圧センサにおいて、 上記センシング部の間を結ぶ信号配線の少なくとも一部
    を上記センシング部のセンシング部材と同一の部材によ
    り構成したことを特徴とする筒内圧センサ。
28. 【請求項２８】請求項２７に記載の筒内圧センサにおい
    て、 上記センシング部材は、感圧特性を有する光ファイバで
    あることを特徴とする筒内圧センサ。
29. 【請求項２９】請求項２７に記載の筒内圧センサにおい
    て、 上記センシング部材は、感圧特性を有する導電ゴムであ
    ることを特徴とする筒内圧センサ。
30. 【請求項３０】請求項２７に記載の筒内圧センサにおい
    て、 上記センシング部材は、感圧特性を有する炭素パイル系
    シール材であることを特徴とする筒内圧センサ。
31. 【請求項３１】請求項２７に記載の筒内圧センサにおい
    て、 上記センシング部材は、形状変化に伴い抵抗値の変化す
    る金属等部材であることを特徴とする筒内圧センサ。