(57)【要約】【課題】筒内圧センサの周りへのデポジットの生成を抑制する。【解決手段】筒内圧センサ１の先端部８にヒータ１１を備え、先端部８とこれを囲むシリンダヘッド２１との境界部であるクリアランス２４に付着したデポジットを熱分解する。クリアランス２４におけるデポジットの生成状態を検出する温度センサ１２を更に備え、その出力に基づいてヒータ１１を制御するので、デポジットの生成状態に応じてヒータ１１を制御できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に取り付けられる筒内圧センサのデポジット除去装置であって、
前記筒内圧センサの内部に配置されたヒータと、前記ヒータを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記筒内圧センサにデポジットが生成されたときに、前記ヒータを加熱制御することを特徴とする筒内圧センサのデポジット除去装置。
【請求項２】
請求項１に記載の筒内圧センサのデポジット除去装置であって、
前記筒内圧センサの温度を検出する温度センサを更に備え、
前記制御手段は、前記温度センサによって検出された温度に応じて前記ヒータを制御することを特徴とする筒内圧センサのデポジット除去装置。
【請求項３】
請求項１に記載の筒内圧センサのデポジット除去装置であって、
前記筒内圧センサにおけるデポジットの生成状態を検出するデポジット検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記デポジットの生成状態に応じて前記ヒータを制御することを特徴とする筒内圧センサのデポジット除去装置。
【請求項４】
請求項２に記載の筒内圧センサのデポジット除去装置であって、
前記制御手段は、前記温度センサが検出した温度が所定の第１基準値に達したことを条件にヒータをオンさせることを特徴とする筒内圧センサのデポジット除去装置。
【請求項５】
請求項４に記載の筒内圧センサのデポジット除去装置であって、
前記制御手段は、前記温度センサが検出した温度が前記第１基準値よりも高い所定の第２基準値に達したことを条件にヒータをオフさせることを特徴とする筒内圧センサのデポジット除去装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の筒内圧センサのデポジット除去装置であって、
前記制御手段は、燃料カット制御が実行中であることを条件に、前記ヒータを加熱制御することを特徴とする筒内圧センサのデポジット除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する筒内圧センサから、その周りに生成されるデポジットを除去するためのデポジット除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼状態を検出するために、燃焼室内の圧力を検出する筒内圧センサが用いられている（例えば特許文献１、特許文献２）。筒内圧センサはシリンダヘッドに装着され、筒内圧センサの先端部は、燃焼室内に設けられた通孔から燃焼室内に露出させられる。筒内圧センサとシリンダヘッドの通孔との間には、装着を容易にする目的からクリアランスが設けられる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５‐４３３６４号公報
【特許文献２】特開平５‐５２６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このクリアランスにデポジットが生成され、このデポジットが硬質化すると、筒内圧センサを取り外す際に筒内圧センサの先端部に大きな応力が発生し、筒内圧センサが破損することがある。燃料噴射装置（インジェクタ）では、このようなクリアランスにデポジットが生成されることを防ぐためにポリテトラフルオロエチレンなどのシール材を配置する場合があるが、筒内圧センサはインジェクタよりも高温の環境で用いられ、且つインジェクタのような燃料噴射時の自己冷却作用もないため、このようなシール材を用いることはできない。
【０００５】
そこで本発明の目的は、筒内圧センサの周りへのデポジットの生成を抑制するための新規な手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による筒内圧センサのデポジット除去装置は、内燃機関の燃焼室に取り付けられる筒内圧センサのデポジット除去装置であって、前記筒内圧センサの内部に配置されたヒータと、前記ヒータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記筒内圧センサにデポジットが生成されたときに、前記ヒータを加熱制御することを特徴とする。
【０００７】
本発明では、筒内圧センサの内部に配置されたヒータを、筒内圧センサにデポジットが生成されたときに加熱制御するので、生成したデポジットを熱分解することが可能となる。
【０００８】
本発明では、筒内圧センサの温度を検出する温度センサを更に備え、制御手段は、温度センサによって検出された温度に応じてヒータを制御するのが好適である。デポジットは断熱性が高いため、デポジットの生成を温度に基づいて検出することができる。
【０００９】
本発明では、筒内圧センサにおけるデポジットの生成状態を検出するデポジット検出手段を更に備え、制御手段は、デポジット検出手段の出力に基づき、デポジットの生成状態に応じて前記ヒータを制御してもよい。ここにいうデポジットの生成状態とはデポジットの有無および量のほか、成分や性状を含む。デポジット検出手段はデポジットの生成に起因して生じる物理量を検出するもののほか、デポジットの生成に影響しうる他の物理量に基づいてデポジットの生成状態を予測または推定するものを含む。
【００１０】
制御手段は、温度センサが検出した温度が所定の第１基準値に達したことを条件にヒータをオンさせるのが好適である。この態様では、所定量のデポジットの生成が予測または推定される所定の第１基準値に、現実の温度が達したことを条件にヒータをオンさせることにより、デポジットを好適に処理することができる。
【００１１】
制御手段は、温度センサが検出した温度が前記第１基準値よりも高い所定の第２基準値に達したことを条件にヒータをオフさせるのが好適である。ヒータによる過度の加熱は、除去困難な無機質のデポジットを生成させうる。したがって、現実の温度が相当程度の高温に達したことを条件にヒータをオフさせることにより、デポジットを好適に処理することができる。
【００１２】
制御手段によるヒータの加熱制御は、燃料カット制御が実行中であることを条件に実行するのが好適である。この場合には、ヒータの加熱制御に起因する自着火のおそれを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態について、以下に図面に従って説明する。図１において、本発明の実施形態の筒内圧センサ１は、ケーシングをなす中空のセンサ本体２と、このセンサ本体２内の中空部３に収容された受圧ロッド４および圧電素子５を含んでいる。
【００１４】
センサ本体２は概ね円筒状であり、基部６、中間部７および先端部８を有する。先端部８は、中間部７よりも小径の部分であり、シリンダヘッド２１に取り付けられた状態においては、後述するようにその周囲にクリアランス２４が形成される。中空部３には、先端部８の端面８ａとほぼ同一平面をなすように、ダイヤフラム９が固定されている。中間部７にはねじ部７ａおよび六角ボルト部７ｂが形成されている。
【００１５】
受圧ロッド４の先端部は、ダイヤフラム９に内側から接している。受圧ロッド４および圧電素子５は、止めねじ１０によって所定の荷重でセンサ本体２に固定される。
【００１６】
センサ本体の先端部８には、ヒータ１１および温度センサ１２が配置されている。ヒータ１１は円筒状に形成されたセラミックヒータであり、ＰＴＣヒータなどの急速過熱が可能なものが好適である。ヒータ１１は、先端部８のほぼ全長に亘って配置されている。
【００１７】
温度センサ１２はヒータ１１に接して配置されている。温度センサ１２は、ヒータ１１を含む先端部８の温度を検出可能である。温度センサ１２には熱電対を用いるのが好適である。ヒータ１１および温度センサ１２からのリード線１１ａ，１２ａは、コネクタ１３によって他のリード線（図示せず）と共に、ワイヤハーネス１４に着脱自在に接続される。
【００１８】
以上のとおり構成された筒内圧センサ１は、エンジンのシリンダヘッド２１にねじ部７ａによって設置される。設置状態において、筒内圧センサ１の先端部は、燃焼室２２内に設けられた通孔２３から燃焼室２２内に露出させられる。先端部８の端面８ａおよびダイヤフラム９の端面は、燃焼室２２の上壁部分とほぼ同一平面をなす。また、センサ本体２の先端部８の外周面と、通孔２３との境界部には、装着を容易にする目的からクリアランス２４が設けられる。したがってヒータ１１は、クリアランス２４の近傍かつクリアランス２４に沿って配置されることになり、先端部８とこれを囲むシリンダヘッド２１との境界部であるクリアランス２４の全領域におけるデポジットを除去可能である。
【００１９】
装置全体を制御するＥＣＵ３０は、データバスによって相互接続されたＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器およびＩ／Ｏポートを備える周知のマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ３０の入力側には、筒内圧センサ１の圧電素子５および温度センサ１２からの信号が入力される。またＥＣＵ３０の入力側には、駆動輪の近傍に設けられた車速センサ３１、スロットルバルブの近傍に設けられスロットル開度を検出するスロットルセンサ３２、エンジンのクランク軸の近傍に設けられたクランク角センサ３３、エンジンのシリンダブロックに設置された水温センサ３４を含む各種センサ類が接続され、車両の状態を示す各種の物理量を示す信号が入力される。ＥＣＵ３０の出力側には、筒内圧センサ１のヒータ１１が、不図示の駆動回路を介して接続されている。ＥＣＵ３０では消費燃料節減の目的から、本発明に係る処理とは別途に、燃料カット制御が実行される。この燃料カット制御は、所定の気筒への燃料供給をカットする制御であり、具体的には、例えばセンサ３１，３２，３３，３４から入力される車速、スロットル開度、エンジン回転数およびエンジン水温によって、予め定められた燃料カット領域マップを参照し、走行状態が燃料カット領域にある場合（例えば減速時や高回転時）に、所定の気筒への燃料供給をカットする。
【００２０】
以上のとおり構成された本実施形態の動作について、以下に説明する。図３は、ＥＣＵ３０により実施されるデポジット除去処理の概要を示し、この処理ルーチンは不図示のイグニッションスイッチがオンされている間じゅう繰返し実行される。なお、この処理ルーチンの実行中における温度Ｔの変化は図４に示されている。
【００２１】
まず、ＥＣＵ３０は後述する処理直後フラグに１がセット（オン）されているかを判定する（Ｓ１０）。ここでは初回の処理であって同フラグはリセット（オフ）されており、したがってステップＳ１０では肯定される。次にＥＣＵ３０は、温度センサ１２によって検出される温度Ｔを読み込み（Ｓ２０）、読み込まれた温度Ｔを、予め定められている第１基準値である閾値Ｔａと比較する（Ｓ３０）。この閾値Ｔａは、デポジットが生成されたと考えられる温度である。温度Ｔが閾値Ｔａ以下の場合には処理がリターンされる。
【００２２】
温度Ｔが閾値Ｔａを上回った場合には、次に燃料カット制御の実行中かが判定される（Ｓ４０、時刻ｔ１）。燃料カット制御が実行されていない場合には処理がリターンされる。なお、本実施形態の装置はヒータ１１による加熱を、燃料カット制御が実行中であることを条件に実行するため、ヒータ１１の加熱制御に起因する自着火のおそれを抑制することができる。
【００２３】
燃料カットが実行中である場合には、ヒータ１１が通電され（Ｓ５０）、温度Ｔが再び読み込まれる（Ｓ６０）。これらヒータ１１の通電および温度Ｔの読み込みは、温度Ｔが予め定められている第２基準値である閾値Ｔｂを上回るまでの間じゅう（Ｓ７０）、繰返し実行される。この閾値Ｔｂは、上述した第１基準値である閾値Ｔａよりも高い値に定められている。また閾値Ｔｂは、デポジットが除去される温度よりも高く、且つ無機質のデポジットが生成する温度よりも低い値に定められている。
【００２４】
そして温度Ｔが閾値Ｔｂを上回ると（時刻ｔ２）、上述した処理直後フラグに１がセットすなわちオンされて（Ｓ８０）、処理がリターンされる。この処理直後フラグは、ヒータ１１の通電によるデポジット除去の終了から温度Ｔが通常運転範囲内に低下するのに十分な長さの時間として予め定められている所定時間が経過したことを条件にリセット（＝０）される。
【００２５】
以上の処理の結果、本実施形態における温度Ｔは、図４に示されるとおり、デポジットの生成に伴って、デポジットの断熱性に起因して徐々に上昇し（ｔ０〜ｔ１）、温度Ｔが閾値Ｔａを超えるとヒータ１１の通電によって急速に上昇すると共に、ヒータ１１が有する飽和曲線特性、ヒータの駆動回路の動作設定、および／または筒内圧センサ１の先端部およびその近傍のシリンダヘッド２１の熱容量に起因した昇温の遅延によって、飽和温度への接近に伴いカーブし、温度Ｔが閾値Ｔｂを越えると（ｔ２）、ヒータ１１のオフによって低下することになる。
【００２６】
以上のとおり、本実施形態では、クリアランス２４の近傍に設けられたヒータ１１によってデポジットを熱分解可能としたので、筒内圧センサ１の周りへのデポジットの生成を好適に抑制することができる。また本実施形態では、ヒータ１１を燃焼室２２の通孔２３と筒内圧センサ１の先端部８との境界部の近傍の先端部８内に配置したので、筒内圧センサ１の交換によってヒータ１１を容易に交換することができる。
【００２７】
また本実施形態では、ヒータ１１による加熱をＥＣＵ３０によって制御することとしたので、デポジットの処理をフレキシブルに行うことが可能になる。また、本実施形態では通孔２３と先端部８との境界部であるクリアランス２４におけるデポジットの生成状態を検出するデポジット検出手段を更に備え、ＥＣＵ３０が、デポジット検出手段の出力に基づいてヒータ１１を制御するので、デポジットの生成状態に応じてヒータ１１を制御できる。
【００２８】
また本実施形態では、デポジットの断熱性が高いことを利用して、デポジット検出手段をセンサ本体の温度を検出する温度センサ１２とし、且つ温度センサ１２が検出した温度が所定の第１基準値（閾値Ｔａ）に達したことを条件に、ＥＣＵ３０がヒータ１１をオンさせることとしたので、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができる。
【００２９】
また本実施形態では、第１基準値よりも高い所定の第２基準値（閾値Ｔｂ）に達したことを条件に、ＥＣＵ３０がヒータ１１をオフさせることとしたので、過度の加熱による除去困難な無機質のデポジットの生成を抑制することができる。
【００３０】
なお、上記実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。例えば、本発明におけるヒータは、先端部８とシリンダヘッド２１との境界部とくにクリアランス２４に付着したデポジットを熱分解可能である限りにおいて、上述したセラミックヒータ以外の他の種類のヒータや他の構造を採用することができ、また先端部８の内部でなく表面に配置してもよい。
【００３１】
また、デポジット検出手段として、温度センサ１２以外の各種の構成を採用することができる。温度センサ１２のようなデポジット検出手段がセンサ本体２に設置されている必要はない。
【００３２】
ここにいうデポジットの生成状態とはデポジットの有無および量のほか、成分や性状を含む。デポジット検出手段は、デポジットの生成に起因して変化する物理量を検出するもののほか、デポジットの生成に影響しうる物理量に基づいてデポジットの生成状態を予測または推定するものを含む。デポジットは未燃燃料を主要素として形成されるため、デポジットの生成状態は燃焼室内の未燃燃料の残留量に影響しうるパラメータに基づいて予測または推定するのが好適である。そのようなパラメータは、エンジン回転数、要求負荷、燃料噴射量、吸入空気量、空燃比、バルブタイミング、点火時期、燃料性状、エンジン水温および外気温を含むが、これらに限られない。このようなパラメータは、それぞれ単独で用いてもよいし、複数種類のものを所定の関数によって組合せて使用してもよい。例えば、このようなパラメータに基づいて、所定の微小時間あたりの未燃燃料の残留量を求め、経時減少を考慮してこれを積算することにより、デポジットの生成量を予測または推定でき、予測または推定されたデポジットの生成量その他の生成状態に応じて（例えば、生成量が所定の閾値を上回ったことを条件に）ヒータ１１に通電することによって、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ヒータのオフ後の待機時間も、車両の状態に応じて設定または補正することができる。
【００３３】
また、上記実施形態では、閾値Ｔｂを上回ったことを条件にヒータ１１をオフすることとしたが、所定の加熱開始条件が成立してから予め定められた時間にわたってヒータをオンする、および／または温度Ｔがデポジットの熱分解に適した一定の温度となるように、ヒータを制御してもよい。また、ヒータの制御のための通電時間および／または通電温度は、デポジットの生成状態に応じて異なるように設定または補正してもよい。例えば、運転履歴からデポジットの成分および性状が硬質化しやすいものであると推定される場合に、ヒータ１１の温度を低くかつ通電時間を長くすることによって、デポジットの硬質化を抑制することができる。
【００３４】
また、本発明において筒内圧を検出するための検出素子は圧電式のほか、光ファイバ圧力式および歪みゲージ式などの他の形式のものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】実施形態の制御系を示すブロック図である。
【図３】実施形態におけるデポジット除去処理を示すフロー図である。
【図４】実施形態における温度変化の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１    筒内圧センサ
２    センサ本体
５    圧電素子
８    先端部
９    ダイヤフラム
１１  ヒータ
１２  温度センサ
２１  シリンダヘッド
２２  燃焼室
２３  通孔
２４  クリアランス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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