(57)【要約】【課題】内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する筒内圧センサの検出部にデポジットなどの異物が付着堆積した場合、検出部の検出特性が変化して信頼性の低下をもたらす。【解決手段】エンジン１０の燃焼室１２に臨み、かつ水晶振動子２３を含む検出部２２およびこの検出部２２が受ける圧力を検出する筒内圧検出回路２６を有する本発明の圧力検出装置は、水晶振動子２３に電圧を印加することによって検出部２２を振動させ、これにより検出部２２に付着した異物を除去するための励振回路２７と、エンジン１０のクランク軸の回転位相に基づき、この励振回路２７と筒内圧検出回路２６とを検出部２２に対して切り換え、筒内圧を検出する必要のない吸気行程および排気行程の際に励振回路２７を作動させるためのスイッチング回路２８とを具える。【選択図】図１
2008089508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象領域に臨む検出部およびこの検出部が受ける圧力を検出する圧力検出回路を有する圧力検出装置であって、
前記検出部を振動させる励振回路と、
この励振回路と前記圧力検出回路とを前記検出部に対して切り換えるスイッチング回路と
を具えたことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】
前記検出部が圧電素子を含み、前記励振回路は、前記圧電素子に電圧を印加することによって前記検出部を振動させるものであることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置。
【請求項３】
内燃機関の燃焼室に臨む検出部と、この検出部が受ける圧力を検出する圧力検出回路と、前記検出部を振動させる励振回路と、この励振回路と前記圧力検出回路とを前記検出部に対して切り換えるスイッチング回路とを有する圧力検出装置と、
内燃機関のクランク軸の回転位相を検出するクランク角センサと、
このクランク角センサからの検出信号に基づき、前記スイッチング回路による切り換え動作を前記クランク軸の回転位相に従って制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする異物除去装置。
【請求項４】
前記スイッチング回路は、内燃機関の圧縮行程および膨張行程にて前記検出部を前記圧力検出回路に接続すると共に排気行程および吸気行程にて前記検出部を前記励振回路に接続することを特徴とする請求項３に記載の異物除去装置。
【請求項５】
前記検出部は圧電素子を含み、前記励振回路はこの圧電素子に電圧を印加することによって前記検出部を振動させるものであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の異物除去装置。
【請求項６】
内燃機関の燃焼室に臨む検出部を有する圧力検出装置の前記検出部に付着した異物を除去するための方法であって、
内燃機関の排気行程および吸気行程にて前記検出部を加振するステップを具えたことを特徴とする異物除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出装置およびこれに付着した異物を除去するための装置ならびに方法に関し、特に内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する筒内圧センサに利用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼室内の圧力を検出することは、この燃焼室に供給される燃料の量やそのタイミングあるいは点火時期のタイミングを設定する上で極めて有効である。このような圧力検出装置として特許文献１に開示されているような筒内圧センサが知られている。この筒内圧センサは、圧力の変化を電圧の変化として出力する圧電素子を利用したものであり、燃焼室に臨むダイヤフラムを受圧面として用いている。
【０００３】
【特許文献１】特開平０３−１８５３２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されたような圧電素子を利用した筒内圧センサにおいては、検出部の熱的安定性が非常に重要であり、放熱特性が一定であることが望まれる。しかしながらこのような筒内圧センサを用いて内燃機関の燃焼室内の圧力を検出した場合、混合気の不良燃焼に伴って発生するデポジットなどの異物が受圧面に付着堆積し、受圧面の放熱効率が変化する結果、筒内圧センサの圧力検出特性が変化してしまう不具合があった。
【０００５】
本発明の目的は、検出部に付着した異物を簡便に除去し得る圧力検出装置を提供することにある。また、内燃機関に組み込まれた圧力検出装置の検出部に付着した異物を除去するための装置ならびに方法を提供することも本発明の他の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の形態は、検出対象領域に臨む検出部およびこの検出部が受ける圧力を検出する圧力検出回路を有する圧力検出装置であって、前記検出部を振動させる励振回路と、この励振回路と前記圧力検出回路とを前記検出部に対して切り換えるスイッチング回路とを具えたことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明において、スイッチング回路が検出部と励振回路とを接続した場合、検出部が励振回路によって振動し、この検出部に付着した異物が除去される。これに対し、スイッチング回路が検出部と圧力検出回路とを接続した場合、検出対象領域に臨む検出部が受ける圧力を圧力検出回路によって検出される。
【０００８】
本発明の第１の形態による圧力検出装置において、検出部が水晶，ロッシェル塩，酸化亜鉛，ニオブ酸リチウム，ポリフッ化ビニリデンなどの圧電素子を含み、励振回路はこの圧電素子に電圧を印加することによって検出部を振動させるものであってよい。
【０００９】
本発明の第２の形態は、内燃機関の燃焼室に臨む検出部およびこの検出部が受ける圧力を検出する圧力検出回路と、前記検出部を振動させる励振回路と、この励振回路と前記圧力検出回路とを前記検出部に対して切り換えるスイッチング回路とを有する圧力検出装置と、
内燃機関のクランク軸の回転位相を検出するクランク角センサと、
このクランク角センサからの検出信号に基づき、前記スイッチング回路による切り換え動作を前記クランク軸の回転位相に従って制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする異物除去装置にある。
【００１０】
本発明においては、クランク角センサからの検出信号に基づき、制御手段がスイッチング回路による切り換え動作を制御する。制御手段がスイッチング回路によって検出部と励振回路とを接続した場合、検出部が励振回路によって振動し、この検出部に付着した異物が除去される。これに対し、制御手段がスイッチング回路によって検出部と圧力検出回路とを接続した場合、内燃機関の燃焼室内の圧力が圧力検出回路によって検出される。
【００１１】
本発明の第２の形態による異物除去装置において、スイッチング回路は、内燃機関の圧縮行程および膨張行程にて検出部を圧力検出回路に接続すると共に排気行程および吸気行程にて検出部を励振回路に接続するものであってよい。
【００１２】
検出部が圧電素子を含み、励振回路はこの圧電素子に電圧を印加することによって検出部を振動させるものであってよい。
【００１３】
本発明の第３の形態は、内燃機関の燃焼室に臨む検出部を有する圧力検出装置の前記検出部に付着した異物を除去するための方法であって、内燃機関の排気行程および吸気行程にて前記検出部を加振するステップを具えたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明においては、内燃機関の燃焼室内の圧力変動がほとんど生じない内燃機関の排気行程および吸気行程にて検出部を加振し、圧力検出装置の検出部に付着した異物を除去する。
【００１５】
本発明の第３の形態による異物除去方法において、内燃機関の圧縮行程および膨張行程にて燃焼室の圧力を検出するステップを具えることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の圧力検出装置によると、検出部を振動させる励振回路と、この励振回路と圧力検出回路とを検出部に対して切り換えるスイッチング回路とを具えているので、スイッチング回路によって励振回路と検出部とを接続した場合、検出部を加振して検出部に付着した異物を剥落させることができる。
【００１７】
検出部が圧電素子を含み、励振回路はこの圧電素子に電圧を印加することによって検出部を振動させるものである場合、検出部を加振するための機械的な加振器が不要となり、圧力検出装置に組み込まれた圧電素子をそのまま振動発生源として利用することができる。
【００１８】
本発明の異物除去装置によると、本発明の圧力検出装置と、内燃機関のクランク軸の回転位相を検出するクランク角センサと、このクランク角センサからの検出信号に基づき、スイッチング回路による切り換え動作をクランク軸の回転位相に従って制御する制御手段とを具えているので、筒内圧を検出する必要がない吸気行程および排気行程の際に検出部を加振して検出部に付着した異物を除去することが可能となる。この結果、安定した圧力検出特性を得ることができる。
【００１９】
スイッチング回路が内燃機関の圧縮行程および膨張行程にて検出部を圧力検出回路に接続すると共に排気行程および吸気行程にて検出部を励振回路に接続する場合、圧力検出装置による筒内圧の検出作業と検出部の加振による異物除去作業とを交互に繰り返して行うことができる。この結果、検出部に対する異物の付着をより確実に防止することが可能であり、常に安定した圧力検出特性を得ることができる。
【００２０】
検出部が圧電素子を含み、励振回路はこの圧電素子に電圧を印加することによって検出部を振動させるものである場合、検出部を加振するための機械的な加振器をシリンダヘッドに組み込む必要がなくなり、圧力検出装置に組み込まれた圧電素子をそのまま振動発生源として利用した極めて実用性の高いものとすることができる。
【００２１】
本発明の異物除去方法によると、内燃機関の排気行程および吸気行程にて検出部を加振するステップを具えているので、圧縮行程および膨張行程にて大きく変化する筒内圧の検出作業を損なうことなく、内燃機関の運転中に継続的に異物が検出部に付着するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明による圧力検出装置を内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための筒内圧センサに応用した実施形態について、図１〜図４を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態のみに限らず、本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも応用することができる。
【００２３】
本実施形態の概念を模式的に図１に示し、その制御ブロックを図２に示し、図１に示した筒内圧センサの断面構造を模式的に図３に示す。本実施形態におけるエンジン１０は、燃料であるガソリンを燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に直接噴射し、点火プラグ１３によって着火させる型式のものであるが、アルコールやＬＰＧ(液化天然ガス)などを燃料として使用することも可能である。
【００２４】
燃焼室１２にそれぞれ臨む吸気ポート１４および排気ポート１５が形成されたシリンダヘッド１６には、燃焼室１２内に燃料を噴射する先の燃料噴射弁１１を含む燃料供給装置と、吸気ポート１４を開閉する吸気弁１７および排気ポート１５を開閉する排気弁１８を含む動弁機構と、燃焼室１２内の混合気を着火させる前述の点火プラグ１３を含む点火装置と、燃焼室１２内の圧力を検出するための筒内圧センサ１９とが組み込まれている。
【００２５】
燃料噴射弁１１は、制御装置２０からの指令に基づき、その燃料噴射量および燃料噴射時期が制御され、同様に点火プラグ１３もその点火時期が制御装置２０からの指令に基づいて制御される。
【００２６】
本実施形態における筒内圧センサ１９は、シリンダヘッド１６に形成されたセンサ装着孔２１内に装着され、その先端の検出部２２が燃焼室１２に臨んだ状態となっている。本実施形態では検出部２２をセンサ装着孔２１の開口端面からシリンダヘッド１６の内側に後退させ、混合気の燃焼に伴って発生する輻射熱による検出部２２への悪影響を回避している。検出部２２と本発明における圧電素子としての水晶振動子２３とは接続ロッド２４を介して連結され、水晶振動子２３は筒内圧センサ１９の基端に組み込まれたコントローラ２５を介して制御装置２０に接続している。コントローラ２５は、検出部２２が受ける圧力を水晶振動子２３の圧電作用によって電気的に変換することにより燃焼室１２内の圧力、つまり筒内圧を検出する筒内圧検出回路２６と、水晶振動子２３に電圧を印加することにより、水晶振動子２３を介して検出部２２を加振する励振回路２７と、これら筒内圧検出回路２６および励振回路２７と水晶振動子２３との接続を切り換えるスイッチング回路２８とを具えている。
【００２７】
本実施形態における燃焼室１２内の圧力の変化を図４に示す。図４から明らかなように、圧縮上死点（０°ＴＤＣ）を基準にして−１８０°ＢＤＣから１８０°ＢＤＣまでの範囲、つまり圧縮行程から膨張行程までの範囲において筒内圧が急激に変化するのに対し、排気上死点（３６０°または−３６０°ＴＤＣ）を基準にして１８０°ＢＤＣから−１８０°ＢＤＣまでの範囲、つまり排気行程から吸気行程までの範囲では筒内圧がほとんど変化していないことが判る。従って、筒内圧の変化を圧縮行程から膨張行程までの範囲において検出し、それ以外の排気行程から吸気行程までの範囲では筒内圧の検出を停止し、励振回路２７により水晶振動子２３を介して検出部２２を加振させて異物の付着を防止する作業を行っても、特に問題が生じないことが判る。ただし、検出部２２の加振終了直後に筒内圧の検出を開始すると、加振に伴う検出の悪影響をもたらす可能性があるため、一時的に休止期間をおいてから筒内圧の検出を開始することが望ましい。このため、加振の終了時期を圧縮上死点を基準にして−１８０°ＢＤＣよりも例えば３０°程度進角側に設定したり、逆に筒内圧の検出開始時期を−１８０°ＢＤＣよりも例えば３０度程度遅角側に設定したりすることが好ましいと言える。
【００２８】
なお、本発明の圧力検出回路としての筒内圧検出回路２６を用いる筒内圧検出時期や、励振回路２７を用いる検出部２２の加振時期は、図４に示した範囲内であれば、これらの一部の期間だけそれぞれ行うようにすることも可能であることに注意されたい。
【００２９】
一方、燃焼室１２に臨むピストン２９が往復動するシリンダブロック３０には、連接棒３１を介してピストン２９が連結される図示しないクランク軸の回転位相、つまりクランク角を検出してこれを制御装置２０に出力するクランク角センサ３２が取り付けられている。上述したように、本実施形態における筒内圧センサ１９は、クランク角位相に応じてそのスイッチング回路２８を正確に切り換える必要があるため、制御装置２０はクランク角センサ３２からの検出信号に基づき、上述したスイッチング回路２８の切り換えタイミングを制御する。
【００３０】
吸気ポート１４から燃焼室１２内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射される燃料と混合気を形成し、点火プラグ１３の火花により着火して燃焼し、これによって生成する排気ガスが排気ポート１５から燃焼室１２外に排出される。一方、吸気弁１７が開弁状態にある吸気行程中においては、水晶振動子２３と励振回路２７とがスイッチング回路２８を介して接続され、検出部２２が加振された状態となっており、検出部２２に付着したデボジットなどの異物が払い落とされる。吸気弁１７が排気弁１８と共に閉じて圧縮行程に移行した時点で、水晶振動子２３と筒内圧検出回路２６とがスイッチング回路２８を介して接続され、燃焼室１２内の検出部２２に負荷する圧力変動の検出が始まり、これは圧縮行程が終了する間際まで行われる。筒内圧センサ１９によって検出された筒内圧に関するデータは、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量および燃料噴射時期ならびに点火プラグ１３の点火時期を制御するためのデータとして制御装置２０にて用いられる。そして、排気弁１８が開いた排気工程にて再び水晶振動子２３と励振回路２７とがスイッチング回路２８を介して接続され、検出部２２が加振されて検出部２２に付着したデボジットなどの異物が払い落とされる。
【００３１】
このように、エンジン１０の運転中には筒内圧センサ１９の検出部２２を継続的に加振することができるため、デボジットなどの異物が検出部２２に付着堆積してその圧力検出特性を変化させてしまうような不具合を未然に防止することが可能である。
【００３２】
上述した実施形態では本発明を直噴形式のガソリンエンジンに応用した場合について説明したが、点火プラグ１３を用いないディーゼルエンジンなどの圧縮点火機関に対しても有効である。
【００３３】
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による異物除去装置を内燃機関の燃焼室内の圧力を検出する筒内圧センサに応用した一実施形態の概念図である。
【図２】図１に示した筒内圧センサの制御ブロック図である。
【図３】図１に示した筒内圧センサの概略構造を表す断面図である。
【図４】図１に示した燃焼室内の圧力変化を模式的に表すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１０  エンジン
１１  燃料噴射弁
１２  燃焼室
１３  点火プラグ
１４  吸気ポート
１５  排気ポート
１６  シリンダヘッド
１７  吸気弁
１８  排気弁
１９  筒内圧センサ
２０  制御装置
２１  センサ装着孔
２２  検出部
２３  水晶振動子
２４  接続ロッド
２５  コントローラ
２６  筒内圧検出回路
２７  励振回路
２８  スイッチング回路
２９  ピストン
３０  シリンダブロック
３１  連接棒
３２  クランク角センサ
【図１】
2008089508.tif 000003
【図２】
2008089508.tif 000004
【図３】
2008089508.tif 000005
【図４】
2008089508.tif 000006