(57)【要約】【課題】  筒内圧検出部に急激な温度上昇が生じ得る状況下であっても、筒内圧検出部の検出精度の低下を抑制する。【解決手段】  エンジン本体１０の気筒の筒内圧を検出する筒内圧センサ１２の温度制御装置は、気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が発生するか否かを判定する判定部２１と、判定部２１が気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が発生すると判定した場合、筒内圧センサ１２の温度上昇を抑制する温度抑制部２４と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒に設けられ前記気筒の筒内圧を検出する筒内圧検出部の温度制御装置であって、
前記気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が発生するか否かを判定する判定部と、
前記判定部が前記気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が発生すると判定した場合、前記筒内圧検出部の温度上昇を抑制する温度抑制部と、
を備える筒内圧検出部の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内圧検出部の温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、車両の内燃機関の気筒に筒内圧を検出する筒内圧検出部（筒内圧センサ）を取り付け、筒内圧検出部の検出結果を用いて内燃機関の制御（例えば、点火時期など）を行うことが知られている。
【０００３】
筒内圧を検出する筒内圧検出部においては、筒内圧検出部の検出部分の温度が急激に低下すると筒内圧検出部を構成する部材同士の間で冷却による収縮差が生じることがある。このため、例えば、特許文献１には、筒内圧検出部にヒータを設け、筒内圧検出部の温度が低下する場合に、ヒータによって検出部分を加熱して筒内圧検出部の温度を一定に保持することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２４８４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、筒内圧検出部においては、気筒の内部の温度が急激に上昇し、筒内圧検出部を構成する部材同士の間で温度上昇による膨張差が生じることがある。この場合、温度上昇による膨張差に起因して筒内圧検出部の検出結果に誤差が生じることが考えられる。このため、本技術分野においては、筒内圧検出部に急激な温度上昇が生じ得る状況下であっても、筒内圧検出部の検出精度の低下を抑制することが求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、筒内圧検出部に急激な温度上昇が生じ得る状況下であっても、筒内圧検出部の検出精度の低下を抑制することができる筒内圧検出部の温度制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面は、内燃機関の気筒に設けられ気筒の筒内圧を検出する筒内圧検出部の温度制御装置であって、気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が発生するか否かを判定する判定部と、判定部が気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が発生すると判定した場合、筒内圧検出部の温度上昇を抑制する温度抑制部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一側面によれば、筒内圧検出部に急激な温度上昇が生じ得る状況下であっても、筒内圧検出部の検出精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一の実施形態に係るエンジンの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の筒内圧センサの概略構成を示す断面図である。
【図３】筒内圧センサの出力電圧の変化を示す図である。
【図４】筒内圧センサが急激に加熱された場合における出力電圧の変化を示す図である。
【図５】エンジン制御ＥＣＵが行う処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】第二の実施形態に係るエンジンの概略構成を示すブロック図である。
【図７】図６の筒内圧センサの概略構成を示す断面図である。
【図８】エンジン制御ＥＣＵが行う処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一側面に係る筒内圧検出部の温度制御装置を適用したエンジン（内燃機関）の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
（第一の実施形態）
まず、第一の実施形態について説明する。図１に示すように、エンジン１は、エンジン本体１０、及び、エンジン制御ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）２０を含んで構成されている。エンジン本体１０は、複数の気筒（例えば４気筒等）を有している。エンジン本体１０は、車両を走行させる動力源となる。エンジン本体１０は、インジェクタ１１、筒内圧センサ（筒内圧検出部）１２、及び、温度センサ１３を含んで構成されている。インジェクタ１１、筒内圧センサ１２、及び、温度センサ１３は、エンジン本体１０の各気筒にそれぞれ取り付けられていてもよい。以下では、ある所定の気筒に取り付けられたインジェクタ１１、筒内圧センサ１２、及び、温度センサ１３を代表させて説明する。
【００１２】
インジェクタ１１は、エンジン制御ＥＣＵ２０からの指示に基づいて、気筒内の燃焼室に燃料を直接噴射する。インジェクタ１１から供給された燃料を燃焼させてピストンを付勢し、クランクを回転させることにより、エンジン本体１０から動力（回転力）が出力される。筒内圧センサ１２は、エンジン本体１０の気筒内の圧力（筒内圧）を検出する。筒内圧センサ１２の検出部分（図２の受圧側フランジ１０１側）は、気筒内の燃焼室に臨んでいる。筒内圧センサ１２は、インジェクタ１１から噴射された燃料が筒内圧センサ１２の検出部分に掛かる位置に設けられている。また、筒内圧センサ１２の検出部分は、例えば、インジェクタ１１の燃料噴射口に対向していてもよい。本実施形態においては、筒内圧センサ１２として圧電素子式のセンサを用いている。筒内圧センサ１２による検出結果は、エンジン制御ＥＣＵ２０に入力される。
【００１３】
より詳細には、筒内圧センサ１２は、図２に示すように、圧電素子１００、受圧側フランジ１０１、背面側フランジ１０２及びケース１０３を含んで構成されている。圧電素子１００は、圧力が加えられると電荷を発生させる素子である。圧電素子１００は、加えられる圧力が大きくなると発生する電荷も大きくなる。圧電素子１００において発生した電荷を電圧に変換し、増幅することによって筒内圧センサ１２の出力電圧値を得ることができる。
【００１４】
受圧側フランジ１０１及び背面側フランジ１０２は、圧電素子１００を挟み込むように配置されている。受圧側フランジ１０１は、エンジン本体１０の燃焼室内の圧力を受ける。受圧側フランジ１０１及び背面側フランジ１０２は、圧電素子１００を挟み込んだ状態で円筒形状を有するケース１０３内に収容されている。受圧側フランジ１０１、背面側フランジ１０２及びケース１０３は、金属材料によって構成されている。
【００１５】
ここで、圧電素子１００は、受圧側フランジ１０１及び背面側フランジ１０２によって所定の圧力（以下「初期圧」という）が加えられた状態でケース１０３内に収容されている。また、圧電素子１００に初期圧が加えられている状態における筒内圧センサ１２の出力電圧を「基底電圧」という。
【００１６】
筒内圧センサ１２は、受圧側フランジ１０１が気筒内部の燃焼室に臨むようにエンジン本体１０に取り付けられている。燃焼室内の圧力が筒内圧センサ１２に加わると、一例として図３に示すように、筒内圧センサ１２の出力電圧値が基底電圧値よりも高くなる。筒内圧センサ１２に加わる圧力が低くなると、筒内圧センサ１２の出力電圧値が基底電圧値に戻る。
【００１７】
このような筒内圧センサ１２においては、受圧側フランジ１０１、背面側フランジ１０２及びケース１０３と、圧電素子１００との熱膨張係数が互いに異なっている。このため、エンジン本体１０の燃焼室内の温度が急激に上昇すると、受圧側フランジ１０１等と圧電素子１００との熱膨張係数の差により、圧電素子１００が受圧側フランジ１０１及び背面側フランジ１０２から受ける圧力に変動が生じることがある。
【００１８】
例えば、筒内圧センサ１２が急激に加熱されると、受圧側フランジ１０１等が急激に延びて圧電素子１００に加わる圧力が初期圧よりも小さくなる。これにより、一例として、図４に示すように、圧電素子１００に加わる圧力が小さくなることによって、出力電圧に沈み込み（オフセットドリフト）が生じる。
【００１９】
このように、筒内圧センサ１２の出力電圧は、燃焼室内の圧力変化に加え、筒内圧センサ１２の温度上昇に起因しても変動することがある。
【００２０】
図１に戻り、温度センサ１３は、エンジン本体１０の気筒の内部の温度を検出する。温度センサ１３による検出結果はエンジン制御ＥＣＵ２０に入力される。
【００２１】
エンジン制御ＥＣＵ２０は、エンジン本体１０の各部の制御を行う。エンジン制御ＥＣＵ２０は、機能的には、判定部２１、及び、制御部２２を含んで構成されている。
【００２２】
判定部２１は、気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇(急激な加熱）が発生するか否かを判定する。ここでの所定時間は、例えば単位時間とすることができる。また、所定温度以上の温度上昇とは、例えば、所定時間内に温度が上昇した場合に筒内圧センサ１２の出力電圧にドリフト現象が生じる恐れがある温度上昇を意味し、実験等によって予め設定されていてもよい。
【００２３】
具体的には、判定部２１は、筒内圧センサ１２によって検出された圧力が急激に高くなった場合、燃焼室内が急激に加熱され、気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が発生すると判定する。ここで、燃焼室内の圧力が急激に高くなると、燃焼室内で発生する熱量が急激に増加する可能性が高い。このため、燃焼室内の圧力が急激に高くなると、筒内圧センサ１２も急激に加熱される可能性が高い。従って、判定部２１は、筒内圧センサ１２によって検出された圧力が急激に高くなった場合、気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が発生すると判定することができる。より詳細には、判定部２１は、筒内圧センサ１２によって検出される圧力（Ｐ）が高くなり、且つ、圧力変化率（ｄＰ／ｄｔ）が所定の圧力変化率より大きい場合に、気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が発生すると判定する。なお、圧力変化率とは、単位時間当たりの圧力変化を示す。
【００２４】
更に、判定部２１は、温度センサ１３によって検出された温度が急激に高くなった場合、気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が発生すると判定する。より詳細には、判定部２１は、温度センサ１３によって検出される温度（Ｔ）が高くなり、且つ、温度変化率（ｄＴ／ｄｔ）が所定の温度変化率より大きい場合に、気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が発生すると判定する。なお、温度変化率は、単位時間当たりの温度変化を示す。
【００２５】
このように判定部２１は、筒内圧センサ１２の検出結果の変動に基づいて、気筒の内部において急激な温度上昇が生じることを事前に予測している。即ち、判定部２１は、筒内圧センサ１２の検出結果の変動に基づいて、筒内圧センサ１２の温度変化に起因して出力電圧が変動することを事前に予測している。また、判定部２１は、温度センサ１３による検出結果に基づいて、筒内圧センサ１２の温度変化に起因して出力電圧が変動することを予測している。
【００２６】
制御部２２は、エンジン本体１０の各部の制御を行う。制御部２２は、エンジン制御部２３、及び、温度抑制部２４を含んで構成されている。エンジン制御部２３は、エンジン本体１０のスロットルの開度を検出するスロットル開度センサ及び筒内圧センサ１２等の検出結果に基づいて、インジェクタ１１等、エンジン本体１０の各部の制御を行う。また、エンジン制御部２３は、筒内圧センサ１２によって検出された値を、一例として、エンジン本体１０の点火時期のフィードバック制御等のために用いている。
【００２７】
温度抑制部２４は、判定部２１が気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が生じると判定した場合、インジェクタ１１から筒内圧センサ１２に向けて燃料を噴射させ、筒内圧センサ１２の受圧側フランジ１０１周りに燃料を付着させる。これにより、燃料の気化熱により、筒内圧センサ１２の圧電素子１００周りの温度の上昇が抑制される。
【００２８】
以上のように、判定部２１、及び、温度抑制部２４が、筒内圧センサ１２の温度制御装置Ａを構成している。
【００２９】
なお、エンジン制御ＥＣＵ２０は、例えばＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）を含むコンピュータによって構成されている。
【００３０】
次に、エンジン制御ＥＣＵ２０が、筒内圧センサ１２の温度上昇を抑制する際の処理の流れについて説明する。図５に示すように、判定部２１は、筒内圧センサ１２によって検出された圧力が高くなり、且つ、圧力変化率が所定の圧力変化率より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０１）。筒内圧センサ１２によって検出された圧力が高くなっていない、又は、圧力変化率が所定の圧力変化率より大きくない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、判定部２１は、気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が生じないと判定する。
【００３１】
そして、判定部２１は、温度センサ１３によって検出された温度が高くなり、且つ、温度変化率が所定の温度変化率よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１０２）。温度センサ１３によって検出された温度が高くなっていない、又は、温度変化率が所定の温度変化率よりも大きくない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、判定部２１は、気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が生じないと判定し、上述のステップＳ１０１の処理へ戻る。
【００３２】
一方、筒内圧センサ１２によって検出された圧力が大きくなり且つ圧力変化率が所定の圧力変化率より大きい場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、又は、温度センサ１３によって検出された温度が高くなり且つ温度変化率が所定の温度変化率より大きい場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）には、気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が生じる可能性が高い。このため、温度抑制部２４は、筒内圧センサ１２に燃料が掛かるようにインジェクタ１１から燃料を噴射させる（ステップＳ１０３）。全ての処理の終了後、判定部２１は、上述のステップＳ１０１の処理を行う。
【００３３】
なお、ステップＳ１０１及びステップＳ１０２の処理の順序は、図５に示す順序に限定されない。
【００３４】
本実施形態は以上のように構成され、判定部２１が気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が発生すると判定した場合、温度抑制部２４は、筒内圧センサ１２の受圧側フランジ１０１周りに燃料が噴射されるようにインジェクタ１１を制御する。これにより、筒内圧センサ１２の受圧側フランジ１０１周りに付着した燃料の気化熱により、筒内圧センサ１２における圧電素子１００周りの温度の上昇が抑制できる。従って、筒内圧センサ１２に急激な温度上昇が生じ得る状況下であっても、筒内圧センサ１２の検出精度の低下を抑制することができる。
【００３５】
（第二の実施形態）
次に、第二の実施形態について説明する。なお、第二の実施形態に係る各構成要素について第一の実施形態と同じ構成要素については同一符号を付して詳細な説明は省略する。図６に示すように、エンジン１Ａは、エンジン本体１０Ａ、及び、エンジン制御ＥＣＵ２０Ａを含んで構成されている。エンジン本体１０Ａは、流量制御弁１４、筒内圧センサ（筒内圧検出部）１２Ａ、及び、温度センサ１３を含んで構成されている。流量制御弁１４、筒内圧センサ１２Ａ、及び、温度センサ１３は、エンジン本体１０Ａの各気筒にそれぞれ取り付けられていてもよい。以下では、ある所定の気筒に取り付けられた流量制御弁１４、筒内圧センサ１２Ａ、及び、温度センサ１３を代表させて説明する。
【００３６】
筒内圧センサ１２Ａは、エンジン本体１０Ａの気筒内の圧力（筒内圧）を検出する。筒内圧センサ１２Ａの検出部分（図７の受圧側フランジ１０１側）は、気筒内の燃焼室に臨んでいる。本実施形態においては、筒内圧センサ１２Ａとして圧電素子式のセンサを用いている。筒内圧センサ１２Ａによる検出結果は、エンジン制御ＥＣＵ２０Ａに入力される。
【００３７】
筒内圧センサ１２Ａは、第一の実施形態に係る筒内圧センサ１２に対してケース１０３Ａの構成が異なっている。より詳細には、筒内圧センサ１２Ａは、図７に示すように、圧電素子１００、受圧側フランジ１０１、背面側フランジ１０２及びケース１０３Ａを含んで構成されている。ケース１０３Ａには、水路１０４が形成されている。水路１０４は、エンジン本体１０Ａのシリンダブロック等を冷却するための冷却水が流通可能となっている。水路１０４は、圧電素子１００の周りを囲むように設けられている。
【００３８】
流量制御弁１４は、筒内圧センサ１２Ａの水路１０４に冷却水を供給するための流路部に取り付けられている。流量制御弁１４は、エンジン制御ＥＣＵ２０Ａからの指示に基づいて、水路１０４への冷却水の供給及び供給の遮断を切り替える。
【００３９】
エンジン制御ＥＣＵ２０Ａは、機能的には、判定部２１、及び、制御部２２Ａを含んで構成されている。制御部２２Ａは、エンジン本体１０Ａの各部の制御を行う。制御部２２Ａは、エンジン制御部２３、及び、温度抑制部２４Ａを含んで構成されている。
【００４０】
温度抑制部２４Ａは、判定部２１が気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が生じると判定した場合、流量制御弁１４を制御して、筒内圧センサ１２Ａの水路１０４に冷却水を供給する。これにより、水路１０４を流れる冷却水によって、筒内圧センサ１２Ａの圧電素子１００周りの温度の上昇が抑制される。
【００４１】
以上のように、判定部２１、及び、温度抑制部２４Ａが、筒内圧センサ１２Ａの温度制御装置Ｂを構成している。
【００４２】
次に、エンジン制御ＥＣＵ２０Ａが、筒内圧センサ１２Ａの温度上昇を抑制する際の処理の流れについて図８を用いて説明する。なお、図８に示すステップＳ２０１及びステップＳ２０２で行われる処理は、第一の実施形態において図５を用いて説明したステップＳ１０１及びステップＳ１０２の処理とそれぞれ同じであるため、説明を省略する。
【００４３】
筒内圧センサ１２Ａによって検出された圧力が大きくなり且つ圧力変化率が所定の圧力変化率より大きい場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、又は、温度センサ１３によって検出された温度が高くなり且つ温度変化率が所定の温度変化率より大きい場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）には、気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が生じる可能性が高い。このため、温度抑制部２４Ａは、筒内圧センサ１２Ａの水路１０４に冷却水が供給されるように流量制御弁１４を制御する（ステップＳ２０３）。全ての処理の終了後、判定部２１は、上述のステップＳ２０１の処理を行う。
【００４４】
なお、ステップＳ２０１及びステップＳ２０２の処理の順序は、図８に示す順序に限定されない。
【００４５】
本実施形態は以上のように構成され、気筒の内部において所定時間内の所定温度以上の温度上昇が発生すると判定された場合、温度抑制部２４Ａは、筒内圧センサ１２Ａの水路１０４に冷却水が供給されるように流量制御弁１４を制御する。これにより、水路１０４を流れる冷却水により、筒内圧センサ１２Ａにおける圧電素子１００周りの温度の上昇が抑制できる。従って、筒内圧センサ１２Ａに急激な温度上昇が生じ得る状況下であっても、筒内圧センサ１２Ａの検出精度の低下を抑制することができる。
【００４６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、筒内圧センサ１２及び１２Ａは、圧縮されることによって電荷が生じる圧電素子１００を用いるものとしたが、例えば、歪みゲージ式のセンサなど、他の種類の筒内圧センサを用いることができる。また、第一の実施形態における筒内圧センサ１２に対し、更に、第二の実施形態で示したように冷却水を供給し、筒内圧センサ１２の温度上昇をより一層抑制してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１…エンジン（内燃機関）、１２，１２Ａ…筒内圧センサ（筒内圧検出部）、２１…判定部、２４，２４Ａ…温度抑制部、Ａ，Ｂ…温度制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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