JPH0850072A - 筒内圧センサ - Google Patents
筒内圧センサInfo
- Publication number
- JPH0850072A JPH0850072A JP18577994A JP18577994A JPH0850072A JP H0850072 A JPH0850072 A JP H0850072A JP 18577994 A JP18577994 A JP 18577994A JP 18577994 A JP18577994 A JP 18577994A JP H0850072 A JPH0850072 A JP H0850072A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric element
- pressure sensor
- temperature
- cylinder pressure
- sensor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】筒内圧センサの温度による感度変化を簡便な構
成で防止できるようにする。 【構成】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、圧電素子13上に誘電体からなる温度補償素子
14を積層し、圧電素子13と温度補償素子14とが直列接続
されるようにする。ここで、前記温度補償素子14の静電
容量を圧電素子13と略同じにすると共に、温度係数を圧
電素子と逆特性に設定する。かかる構成によると、温度
変化による圧電素子の容量変化が相殺されて、温度によ
る感度変化を抑制できる。
成で防止できるようにする。 【構成】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、圧電素子13上に誘電体からなる温度補償素子
14を積層し、圧電素子13と温度補償素子14とが直列接続
されるようにする。ここで、前記温度補償素子14の静電
容量を圧電素子13と略同じにすると共に、温度係数を圧
電素子と逆特性に設定する。かかる構成によると、温度
変化による圧電素子の容量変化が相殺されて、温度によ
る感度変化を抑制できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は筒内圧センサに関し、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、温度変化による
出力特性の変化を回避するための技術に関する。
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、温度変化による
出力特性の変化を回避するための技術に関する。
【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。
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。
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、前記筒内圧
センサにおいては、温度変化によって圧電素子の容量変
化が生じ、以て、温度によって感度（出力特性）が変化
してしまうという問題があった（図４参照）。かかる問
題を解決する手段としては、センサ内部に温度検出素子
を設け、前記温度検出素子による温度の検出結果から出
力を補正する方法などが考えられるが、この場合、温度
検出素子の内設により筒内圧センサの構造が複雑，大型
化し、コストアップとなるという問題がある。
センサにおいては、温度変化によって圧電素子の容量変
化が生じ、以て、温度によって感度（出力特性）が変化
してしまうという問題があった（図４参照）。かかる問
題を解決する手段としては、センサ内部に温度検出素子
を設け、前記温度検出素子による温度の検出結果から出
力を補正する方法などが考えられるが、この場合、温度
検出素子の内設により筒内圧センサの構造が複雑，大型
化し、コストアップとなるという問題がある。
【０００５】また、内燃機関には一般的に冷却水温度を
検出するセンサが設けられているので、かかるセンサで
検出される冷却水温度に基づいて筒内圧センサの使用環
境における温度を推定する構成とすれば、筒内圧センサ
に温度検出素子を設ける必要はなくなるが、気筒間にお
いて温度環境に差があるため、冷却水温度から各気筒の
温度環境をそれぞれに精度良く推定することは困難であ
り、正確な補正制御を実行させることは実質的に無理で
ある。
検出するセンサが設けられているので、かかるセンサで
検出される冷却水温度に基づいて筒内圧センサの使用環
境における温度を推定する構成とすれば、筒内圧センサ
に温度検出素子を設ける必要はなくなるが、気筒間にお
いて温度環境に差があるため、冷却水温度から各気筒の
温度環境をそれぞれに精度良く推定することは困難であ
り、正確な補正制御を実行させることは実質的に無理で
ある。
【０００６】更に、センサ素子の温度検出結果から、筒
内圧センサの検出信号を補正する構成とすると、信号処
理が複雑になり、また、筒内圧センサの汎用性を損なう
ことにもなってしまう。本発明は上記問題点に鑑みなさ
たものであり、筒内圧センサの構造を複雑化させること
なく、温度による感度変化の発生を簡便に回避でき、温
度条件に影響されずに安定的に筒内圧を検出することが
できる筒内圧センサを提供することを目的とする。
内圧センサの検出信号を補正する構成とすると、信号処
理が複雑になり、また、筒内圧センサの汎用性を損なう
ことにもなってしまう。本発明は上記問題点に鑑みなさ
たものであり、筒内圧センサの構造を複雑化させること
なく、温度による感度変化の発生を簡便に回避でき、温
度条件に影響されずに安定的に筒内圧を検出することが
できる筒内圧センサを提供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であって、前記
圧電素子の温度係数に対して逆特性の温度係数を有し、
かつ、前記圧電素子と略等静電容量である誘電体を、前
記圧電素子に直列に接続して構成される。
にかかる筒内圧センサは、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であって、前記
圧電素子の温度係数に対して逆特性の温度係数を有し、
かつ、前記圧電素子と略等静電容量である誘電体を、前
記圧電素子に直列に接続して構成される。
【０００８】請求項２の発明にかかる筒内圧センサで
は、前記誘導体をリング状に形成し、該リング状の誘電
体を前記圧電素子に積層して構成した。
は、前記誘導体をリング状に形成し、該リング状の誘電
体を前記圧電素子に積層して構成した。
【０００９】
【作用】請求項１の発明にかかる筒内圧センサによる
と、圧電素子に直列に接続される誘電体が、前記圧電素
子の温度係数に対して逆特性の温度係数を有し、かつ、
前記圧電素子と略等静電容量であるから、圧電素子の温
度変化による静電容量の変化が前記誘電体によって相殺
されて、センサ素子全体の温度による容量変化を抑制
し、以て、感度を一定に保つことが可能となる。
と、圧電素子に直列に接続される誘電体が、前記圧電素
子の温度係数に対して逆特性の温度係数を有し、かつ、
前記圧電素子と略等静電容量であるから、圧電素子の温
度変化による静電容量の変化が前記誘電体によって相殺
されて、センサ素子全体の温度による容量変化を抑制
し、以て、感度を一定に保つことが可能となる。
【００１０】請求項２の発明にかかる筒内圧センサで
は、リング状の圧電素子に対して、前記誘導体もリング
状に形成し、圧電素子と誘導体とを積層させて電気的に
直列接続させる構成とすることで、簡便な構成で誘導体
を一体に設けることができる。
は、リング状の圧電素子に対して、前記誘導体もリング
状に形成し、圧電素子と誘導体とを積層させて電気的に
直列接続させる構成とすることで、簡便な構成で誘導体
を一体に設けることができる。
【００１１】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図２は本
実施例にかかる筒内圧センサの取付け状態を示す図であ
る。この図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。
実施例にかかる筒内圧センサの取付け状態を示す図であ
る。この図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。
【００１２】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、後述するように、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。
間に介装されたワッシャである。前記筒内圧センサ５
は、後述するように、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。
【００１３】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。
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。
【００１４】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。図１は前
記筒内圧センサ５の内部構造を詳細に示すものであり、
それぞれリング状に形成された絶縁プレート11，電極1
2，ピエゾ圧電素子13，温度補償素子14をこの順に積層
し、該積層物の周囲をケース15で覆って一体的に固定し
てある。
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。図１は前
記筒内圧センサ５の内部構造を詳細に示すものであり、
それぞれリング状に形成された絶縁プレート11，電極1
2，ピエゾ圧電素子13，温度補償素子14をこの順に積層
し、該積層物の周囲をケース15で覆って一体的に固定し
てある。
【００１５】前記電極12からはリードプレート16が延設
され、該リードプレート16にリード線７が接続されてい
る。ここで、前記温度補償素子14は、ＳｒＴｉＯ3 等の
誘電体で構成されると共に、その静電容量を前記圧電素
子13と略同じ値とし、かつ、圧電素子13の温度係数と逆
特性の温度係数を有するようにしてある。
され、該リードプレート16にリード線７が接続されてい
る。ここで、前記温度補償素子14は、ＳｒＴｉＯ3 等の
誘電体で構成されると共に、その静電容量を前記圧電素
子13と略同じ値とし、かつ、圧電素子13の温度係数と逆
特性の温度係数を有するようにしてある。
【００１６】例えば、前記圧電素子13が温度上昇に対し
て静電容量が増大変化するものである場合（例えば2000
ppm/K)には、前記温度補償素子14を構成する誘電体につ
いては、温度上昇に対して静電容量が減少変化（例えば
−1000ppm/K)するようにしてある。かかる構成による
と、圧電素子13の静電容量が温度変化によって変動する
ときに、かかる静電容量の変動を相殺する方向に温度補
償素子14の静電容量が変化することになる。
て静電容量が増大変化するものである場合（例えば2000
ppm/K)には、前記温度補償素子14を構成する誘電体につ
いては、温度上昇に対して静電容量が減少変化（例えば
−1000ppm/K)するようにしてある。かかる構成による
と、圧電素子13の静電容量が温度変化によって変動する
ときに、かかる静電容量の変動を相殺する方向に温度補
償素子14の静電容量が変化することになる。
【００１７】ここで、前記圧電素子13と温度補償素子14
とは直列接続されることになり、然も、略同じ温度環境
に置かれることになるから、特に常用される所定の温度
範囲において圧電素子13と温度補償素子14とからなる全
体の容量の変化が抑制されるように温度補償素子14の温
度係数を設定すれば、センサの温度変化に対してセンサ
素子全体の静電容量が変化することがなく、温度による
感度変化を回避できることになる（図４参照）。
とは直列接続されることになり、然も、略同じ温度環境
に置かれることになるから、特に常用される所定の温度
範囲において圧電素子13と温度補償素子14とからなる全
体の容量の変化が抑制されるように温度補償素子14の温
度係数を設定すれば、センサの温度変化に対してセンサ
素子全体の静電容量が変化することがなく、温度による
感度変化を回避できることになる（図４参照）。
【００１８】また、前記温度補償素子14は、リング状に
形成されて圧電素子13上に積層される構成であるから、
センサ素子を複雑化，大型化させることがなく、また、
センサ出力自体が内部の温度補償機能で補正されること
になるから、センサ出力を入力する側での補正処理が必
要なく汎用性に優れたセンサを提供できる。更に、上記
のようにして温度変化に対する感度の変化がない場合に
は、温度条件を狭く限定することなく、センサ出力の変
化を検知してセンサの故障（劣化）診断を行わせること
が可能となる。
形成されて圧電素子13上に積層される構成であるから、
センサ素子を複雑化，大型化させることがなく、また、
センサ出力自体が内部の温度補償機能で補正されること
になるから、センサ出力を入力する側での補正処理が必
要なく汎用性に優れたセンサを提供できる。更に、上記
のようにして温度変化に対する感度の変化がない場合に
は、温度条件を狭く限定することなく、センサ出力の変
化を検知してセンサの故障（劣化）診断を行わせること
が可能となる。
【００１９】図３のフローチャートは、前記筒内圧セン
サ５の出力が入力されるマイクロコンピュータを内蔵し
た機関制御用コントロールユニット（図示省略）におい
て行われる前記故障診断の一例を示すものであり、Ｓ１
では、冷却水温度，機関負荷，機関回転速度などの各種
条件を読み込む。そして、Ｓ２では、例えば以下の
（１）〜（４）の診断条件を全て満足しているか否かを
判別する。
サ５の出力が入力されるマイクロコンピュータを内蔵し
た機関制御用コントロールユニット（図示省略）におい
て行われる前記故障診断の一例を示すものであり、Ｓ１
では、冷却水温度，機関負荷，機関回転速度などの各種
条件を読み込む。そして、Ｓ２では、例えば以下の
（１）〜（４）の診断条件を全て満足しているか否かを
判別する。
【００２０】（１）冷却水温度が所定温度範囲（例えば
10℃〜80℃） （２）非アイドル運転状態になってから所定時間（例え
ば10秒）以上経過 （３）機関回転速度が所定範囲内 （４）機関負荷が所定範囲内 Ｓ２で診断条件の成立が判別されると、Ｓ３へ進み、前
記筒内圧センサ５の出力をＡ／Ｄ変換して読み込み、Ｓ
４では、前記読み込んだ筒内圧検出値Ｐと、前記機関回
転速度及び機関負荷の条件に対応して予め設定された判
定レベルＰｏとを比較する。
10℃〜80℃） （２）非アイドル運転状態になってから所定時間（例え
ば10秒）以上経過 （３）機関回転速度が所定範囲内 （４）機関負荷が所定範囲内 Ｓ２で診断条件の成立が判別されると、Ｓ３へ進み、前
記筒内圧センサ５の出力をＡ／Ｄ変換して読み込み、Ｓ
４では、前記読み込んだ筒内圧検出値Ｐと、前記機関回
転速度及び機関負荷の条件に対応して予め設定された判
定レベルＰｏとを比較する。
【００２１】ここで、前記判定レベルＰｏは正常時には
実際の出力が下回ることがない値として予め設定されて
おり、前記筒内圧検出値Ｐが前記判定レベルＰｏを下回
るときには、Ｓ５へ進んで、センサ劣化による出力レベ
ルの低下が生じたものと見做す。圧電素子の感度特性は
温度によって変化するが、本実施例の場合、誘電体から
なる温度補償素子14を設けてあることにより、温度によ
る感度変化がないから、温度変化による感度変化をセン
サ劣化によるものであると誤判定することがなく、上記
のように比較的広い温度条件でセンサ出力を判定して
も、センサ劣化を精度良く判定できる。
実際の出力が下回ることがない値として予め設定されて
おり、前記筒内圧検出値Ｐが前記判定レベルＰｏを下回
るときには、Ｓ５へ進んで、センサ劣化による出力レベ
ルの低下が生じたものと見做す。圧電素子の感度特性は
温度によって変化するが、本実施例の場合、誘電体から
なる温度補償素子14を設けてあることにより、温度によ
る感度変化がないから、温度変化による感度変化をセン
サ劣化によるものであると誤判定することがなく、上記
のように比較的広い温度条件でセンサ出力を判定して
も、センサ劣化を精度良く判定できる。
【００２２】尚、前記予め設定された判定レベルＰｏの
代わりに、前回の同じ運転条件のときの出力を基準値と
して記憶させておき、この記憶させておいた出力に対し
て、最新の出力が所定以上に低下している場合に、セン
サ劣化を判定させるようにしても良い。
代わりに、前回の同じ運転条件のときの出力を基準値と
して記憶させておき、この記憶させておいた出力に対し
て、最新の出力が所定以上に低下している場合に、セン
サ劣化を判定させるようにしても良い。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明にか
かる筒内圧センサによると、圧電素子の温度変化による
静電容量の変化が相殺されてセンサ全体における容量変
化を抑制できるから、温度変化による感度の変化を回避
して、高精度な筒内圧検出が可能になると共に、センサ
内部に温度補償機能を有することで、センサ出力信号の
処理を複雑化させることもないという効果がある。
かる筒内圧センサによると、圧電素子の温度変化による
静電容量の変化が相殺されてセンサ全体における容量変
化を抑制できるから、温度変化による感度の変化を回避
して、高精度な筒内圧検出が可能になると共に、センサ
内部に温度補償機能を有することで、センサ出力信号の
処理を複雑化させることもないという効果がある。
【００２４】請求項２の発明にかかる筒内圧センサによ
ると、静電容量の変化を相殺させるために設けられる誘
電体によって、センサ構造を複雑化させたり、大型化さ
せることがなく、簡便な構成で誘導体を一体に設けるこ
とができるという効果がある。
ると、静電容量の変化を相殺させるために設けられる誘
電体によって、センサ構造を複雑化させたり、大型化さ
せることがなく、簡便な構成で誘導体を一体に設けるこ
とができるという効果がある。
【図１】本発明の実施例におけるセンサ構造を示す断面
図。
図。
【図２】実施例の筒内圧センサの取付け状態を示す正面
図。
図。
【図３】故障診断制御の一例を示すフローチャート。
【図４】温度変化に対するセンサの発電効率の変化の様
子を示す線図。
子を示す線図。
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 絶縁プレート 12 電極 13 圧電素子 14 温度補償素子
Claims (2)
- 【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、 前記圧電素子の温度係数に対して逆特性の温度係数を有
し、かつ、前記圧電素子と略等静電容量である誘電体
を、前記圧電素子に直列に接続したことを特徴とする筒
内圧センサ。 - 【請求項２】前記誘導体をリング状に形成し、該リング
状の誘電体を前記圧電素子に積層してなることを特徴と
する請求項１記載の筒内圧センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18577994A JPH0850072A (ja) | 1994-08-08 | 1994-08-08 | 筒内圧センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18577994A JPH0850072A (ja) | 1994-08-08 | 1994-08-08 | 筒内圧センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0850072A true JPH0850072A (ja) | 1996-02-20 |
Family
ID=16176754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18577994A Pending JPH0850072A (ja) | 1994-08-08 | 1994-08-08 | 筒内圧センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0850072A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012105514A1 (ja) | 2011-01-31 | 2012-08-09 | 株式会社ミクニ | 圧力センサ素子 |
-
1994
- 1994-08-08 JP JP18577994A patent/JPH0850072A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012105514A1 (ja) | 2011-01-31 | 2012-08-09 | 株式会社ミクニ | 圧力センサ素子 |
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