JPH0850071A - 筒内圧センサの診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】点火栓の座金として取付けられる筒内圧センサ
において、締付け荷重の低下による検出精度の悪化を診
断する。 【構成】機関始動前の機関停止状態を診断条件とし、該
診断条件成立時に筒内圧センサの出力信号ラインに交流
を印加する（Ｓ２→Ｓ３）。そして、前記交流の印加
後、センサから所定周波数の反射波が戻ってくるまでの
時間を計測する（Ｓ４）。ここで、前記時間は締付け荷
重が低下するほど長くなる傾向を示すので、前記時間が
長いときほど締付け荷重Ｆが小さいものと推定する（Ｓ
５）。次いで、前記推定された締付け荷重Ｆと許容レベ
ルＦｏとを比較し（Ｓ６）、許容レベルＦｏを下回る締
付け荷重Ｆとなっているときには、締付力不良の発生を
判定する（Ｓ７）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は筒内圧センサの診断装置
に関し、詳しくは、点火栓と取付け座面との間に圧電素
子を挟み込んで構成される筒内圧センサにおいて、セン
サの締付け不良を診断する装置に関する。

【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、リング状のセンサ素子を挟
み込んで点火栓と前記センサ素子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】前記センサ素子は、リング状の圧電素子や
電極等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、シリンダ内の圧力
（筒内圧）が点火栓に作用すると増減変化し、これによ
り圧電素子の出力が燃焼圧力（筒内圧）に応じて変化す
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、点火栓の締付け荷重が筒内圧とセン
サ出力との相関に大きく影響するために、所定の締付け
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、
経時的な点火栓の緩みや、部品の片当たりなどによっ
て、前記センサの締付け荷重が変化することがあり、こ
れによって筒内圧に対するセンサ荷重の変化量（変化
率）が変化し、以て、筒内圧の検出精度が悪化すること
があった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなさたものであ
り、点火栓と共締めされる座金型筒内圧センサにおい
て、センサの締付け荷重の不良を診断できる診断装置を
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】そのため請求項１の発明
にかかる筒内圧センサの診断装置は、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リング
状の圧電素子を挟み込んで構成され、前記圧電素子の荷
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
いて、図１に示すように構成される。

【０００７】図１において、交流印加手段は、前記筒内
圧センサの出力信号ラインに交流を印加し、反射波特性
検出手段は、交流印加手段による交流の印加に伴ってセ
ンサ素子から戻される反射波の出力特性に検出する。そ
して、締付け不良診断手段は、反射波特性検出手段で検
出された出力特性に基づいて前記筒内圧センサの締付け
不良を判別する。

【０００８】請求項２の発明にかかる診断装置では、前
記反射波特性検出手段が、前記交流印加手段により交流
を印加してからセンサ素子からの反射波が戻るまでの時
間を、反射波の出力特性として計測し、前記締付け不良
診断手段が前記計測された反射時間が基準時間よりも長
いときに、締付け不良を判定する構成とした。請求項３
の発明にかかる診断装置では、前記反射波特性検出手段
が、前記交流印加手段による交流の印加に伴ってセンサ
素子から戻される反射波の出力レベルを、反射波の出力
特性として計測し、前記締付け不良診断手段が前記検出
された反射波の出力レベルが基準レベルよりも大きいと
きに、締付け不良を判定する構成とした。

【０００９】

【作用】請求項１の発明にかかる筒内圧センサの診断装
置によると、締付け荷重の診断のために、筒内圧センサ
の出力信号ラインに交流を印加する。ここで、前記交流
の印加に伴ってセンサ素子から戻ってくる反射波は、セ
ンサ素子の締付け荷重によってその出力特性が変化する
ので、前記出力特性を検出し、以て、前記締付け荷重を
推定する構成とした。

【００１０】請求項２の発明にかかる診断装置では、前
記反射波の出力特性として、交流を印加してからセンサ
素子からの反射波が戻るまでの時間を計測する。ここ
で、締付け荷重が低下すると応答遅れが生じ前記時間が
長くなる傾向を示すので、予め設定した基準時間よりも
前記時間が長くなった場合には、締付け荷重が許容レベ
ルを越えて低下しているものと判断し、締付け不良の発
生を判定する。

【００１１】請求項３の発明にかかる診断装置では、前
記反射波の出力特性として、交流の印加に伴ってセンサ
素子から戻される反射波の出力レベルを計測する。ここ
で、締付け荷重が高いときには減衰が大きいのに対し、
締付け荷重が低下すると減衰が少なくなる傾向を示すの
で、予め設定した基準レベルよりも反射波の出力レベル
が大きくなっているときには、締付け荷重の低下によっ
て減衰が少なくなったものと見做し、締付け不良の発生
を判定する。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図３は本
実施例における筒内圧センサの取付け状態を示す図であ
る。この図３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。

【００１３】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、リング状のピエゾ圧電素子と、該ピエゾ圧電素子の
検出出力を取り出す電極等を積層してこれらを一体に固
定して形成され、前記電極に接続されたリード線７を介
してその検出出力が外部に取り出されるようになってい
る。

【００１４】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、前記締付
け荷重を基準とするセンサ荷重の減少変化によって燃焼
圧（筒内圧）を相対圧として検出し得るセンサである。

【００１５】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。前述のよ
うに、前記筒内圧センサ５は、所定の締付け荷重を与え
られることによって所期の出力信号を発生するものであ
るため、締付け荷重が点火栓の経時的な緩みや、部品の
片当たりなどによって変化すると、正確な筒内圧検出が
行えなくなってしまう。

【００１６】そこで、本実施例では、図２に示すような
回路構成によって、前記締付け荷重の不良診断を行い、
以て、誤った筒内圧検出値に基づいて機関の燃焼状態が
誤判定されることを回避できるようにしている。図２に
示す回路において、筒内圧センサ５の出力信号は、増幅
回路11を介して機関制御用のコントロールユニット12に
入力されるようになっている。また、筒内圧センサ５と
増幅回路11との間の信号ラインに交流を印加するための
発信部13（交流印加手段）が設けられている。

【００１７】そして、マイクロコンピュータを内蔵する
コントロールユニット12は、図４のフローチャートに示
すようにして、筒内圧センサ５の締付け荷重の不良を判
定する。尚、本実施例において、反射波特性検出手段，
締付け不良診断手段としての機能は、前記図４のフロー
チャート及び後述する図５のフローチャートに示すよう
に、コントロールユニット12が備えている。

【００１８】図４のフローチャートにおいて、Ｓ１で
は、内燃機関の回転速度，車速，スタートスイッチのＯ
Ｎ・ＯＦＦなどの機関運転条件を示す各種パラメータを
読み込む。そして、Ｓ２では、前記Ｓ１で読み込んだ各
種パラメータに基づいて予め決められた診断条件が成立
しているか否かを判別する。

【００１９】前記診断条件としては、例えば機関回転速
度及び車速が零で、かつ、スタートスイッチのＯＦＦ状
態、即ち、機関の始動前の状態とすることが好ましい。
診断条件の成立が判別されると、Ｓ３へ進み、前記発信
部13によって筒内圧センサ５の信号ラインに交流を印加
させる。次のＳ４では、前記交流が印加された後、筒内
圧センサ５から所定周波数の反射波が戻るまでの時間
（反射時間）を計測する（図６参照）。

【００２０】Ｓ５では、前記反射時間を筒内圧センサ５
の締付け荷重（締付力）Ｆに変換するテーブルを参照
し、前記Ｓ４で計測された反射時間に基づいて現状の締
付け荷重Ｆを推定する。ここで、筒内圧センサ５の締付
け荷重が低下すると、前記反射時間は長くなる傾向を示
すので、前記変換テーブルにおいては、反射時間の増大
に応じて締付け荷重Ｆはより減少設定されるようになっ
ている。

【００２１】Ｓ６では、予め設定された許容限界の基準
締付け荷重Ｆｏと前記Ｓ５で求めた締付け荷重Ｆとを比
較する。ここで、Ｓ５で求めた締付け荷重Ｆが基準値Ｆ
ｏよりも小さい場合には、締付け荷重Ｆが許容レベルを
越えて低下しているものと判断し、Ｓ７へ進んで、締付
け不良の判定を行う。

【００２２】締付け不良の判定がなされた場合には、当
該筒内圧センサ５の出力を用いた燃焼状態の検出を禁止
すると共に、締付け不良の発生を運転者に警告するよう
にすると良い。尚、上記実施例では、反射時間を締付け
荷重Ｆに変換してから締付け荷重の診断を行わせたが、
反射時間と基準時間との比較に基づいて締付け荷重の診
断を行わせても同様な結果が得られる。

【００２３】また、前記反射時間は、締付け荷重Ｆによ
って変化すると共に、筒内圧センサ５の温度によっても
変化するので、前記反射時間を締付け荷重に変換するテ
ーブルを、温度条件毎に複数備えるか、また、テーブル
参照により得られた締付け荷重を温度に応じた補正値で
補正する構成とすることが好ましい。前記筒内圧センサ
５の温度は、機関の冷却水温度や吸気温度から推定する
ことが可能である。

【００２４】更に、上記図４のフローチャートに示した
実施例では、交流の印加に伴って筒内圧センサ５から戻
される反射波の反射時間を、反射波の出力特性として計
測ささせたが、反射波の出力レベル（振幅）も、筒内圧
センサ５の締付け荷重に影響されて変化するので、反射
時間を計測させる代わりに、前記出力レベル（振幅）を
反射波の出力特性として計測させ、該出力レベルに基づ
いて締付け荷重の診断を行わせることも可能である。

【００２５】図５のフローチャートは、前記反射波の出
力レベルの計測に基づく締付け荷重の診断を示すもので
あり、Ｓ11〜Ｓ13の処理は、前記図４のフローチャート
のＳ１〜Ｓ３と同様にして行われるので、ここでは説明
を省略する。Ｓ14では、交流の印加によって筒内圧セン
サ５から戻された所定周波数の反射波の出力（振幅）を
計測する（図６参照）。

【００２６】次のＳ15では、反射波出力を締付け荷重
（締付力）Ｆに変換するテーブルを参照し、Ｓ14で計測
した出力を筒内圧センサ５の締付け荷重に変換する。こ
こで、前記反射波の出力（振幅）は、締付け荷重が低下
すると大きくなる傾向を示すので、前記変換テーブルに
おいては、出力（振幅）の増大に応じて締付け荷重が減
少設定されるようになっている。

【００２７】Ｓ16では、予め設定された許容限界の基準
締付け荷重Ｆｏと前記Ｓ15で求めた締付け荷重Ｆとを比
較する。ここで、Ｓ15で求めた締付け荷重Ｆが基準値Ｆ
ｏよりも小さい場合には、締付け荷重Ｆが許容レベルを
越えて低下しているものと判断し、Ｓ17へ進んで、締付
け不良の判定を行う。

【００２８】上記図５のフローチャートに示される診断
制御においても、反射波出力を締付け荷重Ｆに変換せず
に、反射波出力と基準出力との比較に基づいて締付け荷
重の診断を行わせることができる。また、前記反射波出
力は、締付け荷重Ｆで変化すると共に、筒内圧センサ５
の温度によっても変化するので、前記反射波出力を締付
け荷重に変換するテーブルを、温度条件毎に複数備える
か、また、テーブル参照により得られた締付け荷重を温
度に応じた補正値で補正する構成とすることが好まし
い。

【００２９】更に、前述のようにして筒内圧センサ５の
締付け荷重が正常であると判別されている状態で、筒内
圧センサ５の出力が、機関の運転条件（機関負荷及び回
転速度）から予測される所定値を示さない場合には、セ
ンサ自体の劣化故障を診断できる。即ち、締付け荷重の
診断を行わない場合には、筒内圧センサ５の出力レベル
の低下は、センサ自体の劣化によるものである可能性が
あると共に、締付け荷重の不良の可能性もあり、故障原
因を特定できないが、上記のようにして締付け荷重の正
常診断がなされていれば、センサ劣化を特定して診断で
きる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明にか
かる筒内圧センサの診断装置によると、筒内圧センサの
検出信号ラインに交流を印加したときに、筒内圧センサ
から戻される反射波の出力特性が、筒内圧センサの締付
け荷重によって変化することを利用して、締付け荷重の
低下を診断することができ、以て、締付け荷重の低下に
よって誤差を生じている検出信号に基づいて筒内圧（燃
焼状態）が誤検出されることを回避できる。

【００３１】請求項２の発明にかかる診断装置では、前
記反射波の出力特性として交流印加後に反射波が戻って
くるまでの時間を計測させることで、締付け荷重の低下
を前記時間の延びに基づいて診断できる。請求項３の発
明にかかる診断装置では、前記反射波の出力特性として
交流印加後にセンサから戻ってくる反射波の出力を計測
させることで、締付け荷重の低下を前記出力の増大に基
づいて診断できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる診断装置の基本構成を示すブロ
ック図。

【図２】実施例の回路構成を示す回路図。

【図３】実施例における筒内圧センサの取付け状態を示
す正面図。

【図４】診断制御の第１実施例を示すフローチャート。

【図５】診断制御の第２実施例を示すフローチャート。

【図６】診断制御に用いる反射波の特性を示すタイムチ
ャート。

【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 11 増幅回路 12 コントロールユニット 13 発信部

Claims (3)

【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リング状の圧電素子を挟み込ん
   で構成され、前記圧電素子の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いて、 前記筒内圧センサの出力信号ラインに交流を印加する交
   流印加手段と、 該交流印加手段による交流の印加に伴ってセンサ素子か
   ら戻される反射波の出力特性に検出する反射波特性検出
   手段と、 該反射波特性検出手段で検出された出力特性に基づいて
   前記筒内圧センサの締付け不良を判別する締付け不良診
   断手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする筒内圧センサの診
   断装置。
2. 【請求項２】前記反射波特性検出手段が、前記交流印加
   手段により交流を印加してからセンサ素子からの反射波
   が戻るまでの時間を、反射波の出力特性として計測し、
   前記締付け不良診断手段が前記計測された反射時間が基
   準時間よりも長いときに、締付け不良を判定することを
   特徴とする請求項１記載の筒内圧センサの診断装置。
3. 【請求項３】前記反射波特性検出手段が、前記交流印加
   手段による交流の印加に伴ってセンサ素子から戻される
   反射波の出力レベルを、反射波の出力特性として計測
   し、前記締付け不良診断手段が前記検出された反射波の
   出力レベルが基準レベルよりも大きいときに、締付け不
   良を判定することを特徴とする請求項１記載の筒内圧セ
   ンサの診断装置。