JP2006177935A - ピストン温度測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンノイズの影響を減少させて、複数のピストンに装着することができる、ピストン温度測定装置及び方法を提供する。
【解決手段】本ピストン温度測定装置は、一端がピストンに装着され、装着部位の温度に基づいて電圧信号を生成する少なくとも一つの熱電対と、熱電対の電圧信号からピストン温度信号を生成する信号処理部を含む複数のセンサーユニットと、センサーユニットからのピストン温度信号を、２つの通信部で構成される一つから他の一つにブルートゥースタイプの無線通信によって送信する複数のブルートゥースユニットと、電力を供給する電力供給ユニットとを含み、複数のセンサーユニット及び複数のブルートゥースユニットが、複数のピストンの温度を同時に測定することができるようにピストンの個数分設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピストン温度測定装置及び方法に係り、より詳しくは、ブルートゥースを利用したピストン温度測定装置及び方法に関する。

周知のように、内燃機関エンジンは、燃料の爆発力を利用して動力を発生させる装置であって、動力の発生過程で多くの熱が発生する。燃焼室で発生する爆発力はピストンに伝達されてクランク軸の回転力に転換される。エンジンの作動時に、このピストンは常に高温の燃焼ガスに露出されているため、高い熱がピストンに伝達される。従って、エンジンが安定的に作動しながら出力性能を向上させるためには、ピストンの温度を測定しなければならない。従来の技術によれば、ピストンの温度を測定するために、リンケージ技法、電磁気誘導法、無線計測器を利用する技法及び接触法などが利用される。

リンケージ技法は、エンジンのコネクティングロッドに設置されたリンク器具を利用する方法であるが、リンケージ技法を使用するためには広い空間が必要であるという問題点がある。電磁気誘導法は、温度センサーであるサーミスターを利用するが、サーミスターの精度が低いという問題点がある。接触法は、温度信号の送受信が一部の区間でだけ行われるという問題点及び電極耐久性及びノイズが発生するという問題点がある。無線計測器を利用する技法は、測定されたピストン温度データが無線通信を利用してエンジンの外部に送信されるので、データを送信するため、電線のような切断される恐れがある構成要素は必要としないという長所がある。また、ピストンの現在位置に関係なく常にデータの送受信が可能である。

しかし、従来の技術によるピストン温度測定装置は、エンジンで発生する電磁波によって無線計測器の通信が妨害されるという問題点がある。また、従来の技術による無線計測器は、複数の無線計測器を複数のピストンに設置するのが難しいという問題点がある。
特開平６−１７７０２号公報

本発明の目的は、エンジンノイズの影響を減少させて、複数のピストンに装着することができる、ピストン温度測定装置及び方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明によるピストン温度測定装置は、エンジンの複数のピストンの温度を測定するためのピストン温度測定装置であって、一端が前記ピストンの少なくとも一つの部位に装着され、前記部位の温度に基づいて電圧信号を生成する少なくとも一つの熱電対と、前記熱電対から受信される電圧信号に基づいて前記ピストンの温度に相当するピストン温度信号を生成する信号処理部を含む複数のセンサーユニットと、前記センサーユニットからピストン温度信号を受信し、少なくとも２つの通信部を含み、前記受信されたピストン温度信号をブルートゥースタイプの無線通信を通じて前記少なくとも２つの通信部のうちのいずれか一つから他の一つに送信する、複数のブルートゥースユニットと、前記センサーユニット及び前記ブルートゥースユニットに電力を供給する電力供給ユニットとを含み、前記複数のセンサーユニット及び前記複数のブルートゥースユニットは、前記複数のピストンの温度を同時に測定することができるように前記複数のピストンの個数に相当する個数が形成されることを特徴とする。

前記ピストンに装着される前記熱電対は、複数が形成されて前記ピストンの複数の部位に各々装着されることが好ましい。

前記信号処理部は、前記複数の熱電対から複数の電圧信号を受信するための入力インターフェースと、前記受信された複数の電圧信号のうちの特定の電圧信号を順次に選択して出力するマルチプレクサと、前記複数の熱電対の冷接点の温度を各々検出して相当する冷接点温度信号を出力する複数の冷接点温度センサーと、前記マルチプレクサから出力される電圧信号及び前記冷接点温度センサーから出力される冷接点温度信号を増幅させる増幅器と、前記増幅器にマイナス電源を供給する電圧変換器と、前記増幅された電圧信号及び前記増幅された冷接点温度信号に基づいて前記ピストンの温度を算出し、算出された温度に相当するピストン温度信号を前記ブルートゥースユニットに出力するマイクロ制御ユニットとを含むことが好ましい。

前記マイクロ制御ユニットは、前記増幅された電圧信号及び前記増幅された冷接点温度信号をデジタル信号に変換した後、変換されたデジタル信号に基づいて前記ピストンの特定部位の温度を算出することが好ましい。

前記ブルートゥースユニットは、前記マイクロ制御ユニットからシリアル通信を通じて前記ピストン温度信号を受信し、アンテナを通じて前記ピストン温度信号を送信するブルートゥースモジュールと、前記エンジンの静止部品に装着され、前記ブルートゥースモジュールからピストン温度信号を受信してこれを送信する無線通信ゲートウェイとを含むことが好ましい。

前記アンテナは‘Ｌ’字形に形成されることが好ましい。

前記ブルートゥースユニットは、前記センサーユニットからシリアル通信を通じて前記ピストン温度信号を受信し、無線通信を通じて前記ピストン温度信号を送信するブルートゥースモジュールと、前記エンジンの静止部品に装着され、前記ブルートゥースモジュールからピストン温度信号を受信してこれを送信する無線通信ゲートウェイとを含み、前記センサーユニットは、前記ピストンに連結されたコネクティングロッドの大端部に設置されるケースの内部に配置され、前記ブルートゥースモジュールは、前記ケースの外部に配置されることが好ましい。

本発明によるピストン温度測定方法は、ピストンの特定部位に装着される複数の熱電対を含み、エンジンの各ピストン別に形成される複数のセンサーユニット及び前記複数のセンサーユニットに各々連結される複数のブルートゥースユニットを含むピストン温度測定装置を利用するピストン温度測定方法であって、前記ピストンの特定部位の温度に基づいて複数の電圧信号を生成する段階と、前記複数の熱電対の冷接点温度を検出して相当する冷接点温度信号を生成する段階と、前記複数の電圧信号及び前記冷接点温度信号に基づいて前記ピストンの温度に相当するピストン温度信号を生成する段階と、前記生成されたピストン温度信号を、ブルートゥース通信を通じて無線送信する段階とを含むことを特徴とする。

本発明によるピストン温度測定装置及び方法によれば、ピストン温度測定装置はエンジンの作動に影響を与えず、熱電対によって正確な温度を測定することができるという効果がある。また、ブルートゥース通信を使用することによって、エンジンで発生する電磁波による通信障害が防止され、雑音のないピストン温度信号を受信することができるという効果がある。さらに、ブルートゥース通信を使用することによって、複数のピストンの温度を同時に測定することができるという効果がある。さらにまた、複数の熱電対を使用することによって、一つのピストンの複数の部分の温度を同時に測定することができるという効果がある。

以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態によるピストン温度測定装置のブロック図である。図１に示すように、本発明によるピストン温度測定装置は、一端がピストンの少なくとも一つの部位に装着され、この部位の温度に基づいて電圧信号を生成する少なくとも一つの熱電対１１、この熱電対１１から受信される電圧信号に基づいてピストンの温度に相当するピストン温度信号を生成する信号処理部７０を含む複数のセンサーユニット５０、センサーユニット５０から受信されたピストン温度信号を無線送受信する複数のブルートゥースユニット６０及びセンサーユニット５０及びブルートゥースユニット６０に電力を供給する電力供給ユニット８０を含んで構成される。

複数のセンサーユニット５０及び複数のブルートゥースユニット６０は、複数のピストンの温度を同時に測定することができるように複数のピストンの個数に相当する個数が形成される。複数のブルートゥースユニット６０は、少なくとも２つの通信部を含み、センサーユニット５０からピストン温度信号を受信し、受信されたピストン温度信号をブルートゥースタイプの無線通信を通じて少なくとも２つの通信部のうちのいずれか一つから他の一つに送信する。ピストンに装着される熱電対１１は、複数が形成されてピストンの複数の部位に各々装着される。

本発明の実施形態によれば、ピストン温度測定装置は、ピストンの一つ以上の部位の温度を測定することができるように、一つ以上（本発明では１６個）の熱電対１１を含む。熱電対１１は、電圧信号をセンサーユニット５０に送信する。センサーユニット５０に送信された電圧信号は、センサーユニット５０に含まれる信号処理部７０に送られる。

熱電対１１は、電気伝導性を有する任意の素材で形成されることができ、クロメル（ニッケル及びクロムを主成分とする合金の一種）及びアルメル（ニッケルを主成分とする合金の一種）で形成されることができる。センサーユニット５０に送信された信号は、ブルートゥースユニット６０を通じてＰＣまたはＰＤＡのようなモニタリングシステム６３に送信される。電力供給ユニット８０は、センサーユニット５０及びブルートゥースユニット６０に電力を供給する。

一般に、車両のエンジンにはピストンが複数形成されるので、ピストン温度測定装置の熱電対１１、センサーユニット５０及びブルートゥースユニット６０も複数形成される。信号処理部７０は、入力インターフェース８１、マルチプレクサ３５、温度センサー３３、増幅器３７、電圧変換器４１及びマイクロ制御ユニット（ＭＣＵ）３９を含む。熱電対１１から入力された複数の電圧信号は、入力インターフェース８１に入力されてフィルタリングされる。入力インターフェース８１は、ＲＣフィルターを含むことができる。マルチプレクサ３５は、フィルタリングされた複数の電圧信号のうちの特定の電圧信号を順次に選択して出力する。センサーユニット５０内には、冷接点の補償のために、複数の熱電対１１の冷接点１７が形成され、また、冷接点１７内の温度を測定するために温度センサー３３が配置される。

冷接点１７は等温領域であって、温度センサー３３を含む領域をその外部と熱的に遮断することによって実現でき、これは当業者には自明である。マルチプレクサ３５から出力される電圧信号及び冷接点１７に位置した温度センサー３３から出力される冷接点温度信号は、増幅器３７に入力されて増幅される。増幅された電圧信号及び冷接点温度信号は、マイクロ制御ユニット３９に入力される。電圧変換器４１は、電源の電圧を変換して増幅器３７に供給する。例えば、電圧変換器４１は増幅器３７にマイナス電源を供給する。

マイクロ制御ユニット３９は、増幅された電圧信号及び増幅された冷接点温度信号をデジタル信号に変換する。その後、マイクロ制御ユニット３９は、変換されたデジタル信号に基づいてピストンの特定部位の温度を算出し、算出された温度に相当するピストン温度信号をブルートゥースユニット６０に出力する。特定部位の温度は、増幅された電圧信号が変換されたデジタル信号、及び増幅された冷接点温度信号が変換されたデジタル信号を、温度に換算して、二つの値を足すことによって算出される。

また、マイクロ制御ユニット３９はマルチプレクサ３５を制御する。図１に示すように、マイクロ制御ユニット３９はマルチプレクサ３５を制御する制御信号を出力する。その後、マルチプレクサ３５が入力インターフェース８１でフィルタリングされた複数の電圧信号のうちの特定の電圧信号を順次に選択して出力するように制御する。

ブルートゥースユニット６０の少なくとも二つの通信部は、ブルートゥースモジュール６５及び無線通信ゲートウェイ６１で実現される。
つまり、前記ブルートゥースユニット６０は、ブルートゥースモジュール６５及び無線通信ゲートウェイ６１を含む。ブルートゥースユニットは、マスター−スレーブ方式を採択し、一つのマスターに複数（例えば７個）のスレーブが連結される。本実施形態では、マスターの役割を果たす無線通信ゲートウェイ６１にスレーブの役割を果たす複数のブルートゥースモジュール６５が連結される。従って、本発明の実施形態によるピストン温度測定装置は、複数のピストンの温度を同時に測定することができる。ブルートゥース通信の具体的な内容は当業者に自明であるので、より詳細な記載は省略する。

ブルートゥースモジュール６５は、マイクロ制御ユニット３９からピストン温度信号を受信し、ピストン温度信号を無線通信ゲートウェイ６１に送信する。無線通信ゲートウェイ６１は、エンジンの静止部品に装着されるのが望ましく、本実施例ではエンジンのクランクケースに装着される。ただしこれに限定されない。無線通信ゲートウェイ６１は、ブルートゥースモジュール６５から無線通信を通じて、ピストン温度信号を受信し、これをモニタリングシステム６３に送信する。なお、ブルートゥースモジュール６５のアンテナ３００は、図３に示すように、その利得を高めるために‘Ｌ’字形に形成されることができる。

図２は、本発明によるピストン温度測定装置が、エンジンに装着されることを示す図面である。図２を参照すれば、エンジン１００のピストン１０１は、コネクティングロッド１０３によってクランク軸１０９に連結される。コネクティングロッド１０３のピストン側の終端を小端部、クランク軸側の終端を大端部１０７と通称する。本発明の実施形態では、センサーユニット５０及びブルートゥースモジュール６５がコネクティングロッド１０３の大端部１０７側に設置されることが好ましい。詳細には、センサーユニット５０及びブルートゥースモジュール６５は、コネクティングロッド１０３の大端部１０７のコネクティングロッドキャップ１１１に設置される。つまり、センサーユニット５０及びブルートゥースモジュール６５がピストン１０１に設置されないので、ピストン１０１の形状や質量の変更を招かない。

コネクティングロッド１０３及びクランク軸１０９の回転慣性及び回転中心に微細な変化が生じる可能性があるが、この変化はコネクティングロッド１０３のバランスウエイト１１５の重量を修正することによって解決することができる。
熱電対１１はコネクティングロッド１０３に固定されるのが好ましい。

図２に示すように、コネクティングロッドキャップ１１１には、ケース１１９及びブルートゥースモジュール６５が装着される。ケース１１９内にはセンサーユニット５０が位置し、ブルートゥースモジュール６５は、無線通信の利得を高めるためにケース１１９の外部に位置する。ケース１１９の外部に設置されたブルートゥースモジュール６５は、センサーユニット５０で生成された信号を受信して無線通信ゲートウェイ６１に送信する。

図４は、本発明の実施形態によるピストン温度測定方法のフローチャートである。図１〜図４を参照してピストン温度測定方法を説明する。ピストン１０１が往復運動を開始すれば、ブルートゥースユニット６０の無線通信ゲートウェイ６１は、ブルートゥースモジュール６５に問い合わせを行なう（Ｓ４０１）。その後、無線通信ゲートウェイ６１は、ブルートゥースモジュール６５及び無線通信ゲートウェイ６１が無線通信による接続が可能か判断する（Ｓ４０３）。この時、ブルートゥースモジュール６５及び無線通信ゲートウェイ６１が接続されていなければ、無線通信ゲートウェイ６１は、ブルートゥースモジュール６５を継続して問い合わせる。

無線通信ゲートウェイ６１及びブルートゥースモジュール６５が通信可能であれば、センサーユニット５０は、熱電対１１から信号を受信してピストン１０１の特定部位の温度に基づいた複数の電圧信号を生成する（Ｓ４０５）。電圧信号生成段階（Ｓ４０５）が終了すれば、複数の熱電対１１の冷接点温度を検出して相当する冷接点温度信号を生成する（Ｓ４０７）。その後、複数の電圧信号及び冷接点温度信号に基づいてピストン１０１の温度に相当するピストン温度信号を生成する（Ｓ４０９）。生成されたピストン温度信号は、ブルートゥース通信を通じてブルートゥースモジュール６５から無線通信ゲートウェイ６１に無線送信される（Ｓ４１１）。

ピストン温度信号が無線通信ゲートウェイ６１に送信された後、温度信号はモニタリングシステム６３に送信されて表示される。ピストン温度信号が無線通信ゲートウェイ６１に送信された後、マイクロ制御ユニット３９は、エンジン１００が作動中であるかを判断する。（Ｓ４１３）その後、エンジン１００が停止すればピストン温度測定を終了し、エンジン１００が停止していないならば電圧信号生成段階（Ｓ４０５）に戻ってピストン温度測定を繰り返す。マイクロ制御ユニット（ＭＣＵ）３９は、設定されたプログラムによって動作する一つ以上のマイクロプロセッサーで実現され、このような設定されたプログラムは、本発明の実施形態の方法に含まれた各段階を遂行するための一連の命令を含むものとすることができる。

以上で、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術的範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含くまれる

本発明によるピストン温度測定装置は車両のエンジン温度測定に好適である。

本発明によるピストン温度測定装置のブロック図である。 本発明によるピストン温度測定装置がエンジンに装着されることを示す図面である。 本発明によるピストン温度測定装置のブルートゥースモジュールを示す図面である。 本発明によるピストン温度測定方法のフローチャートを示す図面である。

符号の説明

１１ 熱電対
１７ 冷接点
３３ 温度センサー
３５ マルチプレクサ
３７ 増幅器
３９ マイクロ制御ユニット（ＭＣＵ）
４１ 電圧変換器
５０ センサーユニット
６０ ブルートゥースユニット
６１ 無線通信ゲートウェイ
６３ モニタリングシステム
６５ ブルートゥースモジュール
７０ 信号処理部
８０ 電力供給ユニット
８１ 入力インターフェース
１００ エンジン
１０１ ピストン
１０３ コネクティングロッド
１０７ 大端部
１０９ クランク軸
１１１ コネクティングロッドキャップ
１１５ バランスウエイト
１１９ ケース
３００ アンテナ

Claims (8)

1. エンジンの複数のピストンの温度を測定するためのピストン温度測定装置であって、
   一端が前記ピストンの少なくとも一つの部位に装着され、前記部位の温度に基づいて電圧信号を生成する少なくとも一つの熱電対と
   前記熱電対から受信される電圧信号に基づいて前記ピストンの温度に相当するピストン温度信号を生成する信号処理部を含む複数のセンサーユニットと、
   前記センサーユニットからピストン温度信号を受信し、少なくとも２つの通信部を含み、前記受信されたピストン温度信号をブルートゥースタイプの無線通信を通じて前記少なくとも２つの通信部のうちのいずれか一つから他の一つに送信する、複数のブルートゥースユニットと、
   前記センサーユニット及び前記ブルートゥースユニットに電力を供給する電力供給ユニットとを含み、
   前記複数のセンサーユニット及び前記複数のブルートゥースユニットは、前記複数のピストンの温度を同時に測定することができるように前記複数のピストンの個数に相当する個数が形成されることを特徴とするピストン温度測定装置。
2. 前記ピストンに装着される前記熱電対は、複数が形成されて前記ピストンの複数の部位に各々装着されることを特徴とする請求項１に記載のピストン温度測定装置。
3. 前記信号処理部は、
   前記複数の熱電対から複数の電圧信号を受信するための入力インターフェースと、
   前記受信された複数の電圧信号のうちの特定の電圧信号を順次に選択して出力するマルチプレクサと、
   前記複数の熱電対の冷接点の温度を各々検出して相当する冷接点温度信号を出力する複数の冷接点温度センサーと、
   前記マルチプレクサから出力される電圧信号及び前記冷接点温度センサーから出力される冷接点温度信号を増幅させる増幅器と、
   前記増幅器にマイナス電源を供給する電圧変換器と、
   前記増幅された電圧信号及び前記増幅された冷接点温度信号に基づいて前記ピストンの温度を算出し、算出された温度に相当するピストン温度信号を前記ブルートゥースユニットに出力するマイクロ制御ユニットとを含むことを特徴とする請求項１に記載のピストン温度測定装置。
4. 前記マイクロ制御ユニットは、前記増幅された電圧信号及び前記増幅された冷接点温度信号をデジタル信号に変換した後、変換されたデジタル信号に基づいて前記ピストンの特定部位の温度を算出することを特徴とする請求項３に記載のピストン温度測定装置。
5. 前記ブルートゥースユニットは、
   前記マイクロ制御ユニットからシリアル通信を通じて前記ピストン温度信号を受信し、アンテナを通じて前記ピストン温度信号を送信するブルートゥースモジュールと、
   前記エンジンの静止部品に装着され、前記ブルートゥースモジュールからピストン温度信号を受信してこれを送信する無線通信ゲートウェイとを含むことを特徴とする請求項３に記載のピストン温度測定装置。
6. 前記アンテナは‘Ｌ’字形に形成されることを特徴とする請求項５に記載のピストン温度測定装置。
7. 前記ブルートゥースユニットは、
   前記センサーユニットからシリアル通信を通じて前記ピストン温度信号を受信し、無線通信を通じて前記ピストン温度信号を送信するブルートゥースモジュールと、
   前記エンジンの静止部品に装着され、前記ブルートゥースモジュールからピストン温度信号を受信してこれを送信する無線通信ゲートウェイとを含み、
   前記センサーユニットは、前記ピストンに連結されたコネクティングロッドの大端部に設置されるケースの内部に配置され、前記ブルートゥースモジュールは、前記ケースの外部に配置されることを特徴とする請求項１に記載のピストン温度測定装置。
8. ピストンの特定部位に装着される複数の熱電対を含み、エンジンの各ピストン別に形成される複数のセンサーユニット及び前記複数のセンサーユニットに各々連結される複数のブルートゥースユニットを含むピストン温度測定装置を利用するピストン温度測定方法であって、
   前記ピストンの特定部位の温度に基づいて複数の電圧信号を生成する段階と、
   前記複数の熱電対の冷接点温度を検出して相当する冷接点温度信号を生成する段階と、
   前記複数の電圧信号及び前記冷接点温度信号に基づいて前記ピストンの温度に相当するピストン温度信号を生成する段階と、
   前記生成されたピストン温度信号を、ブルートゥース通信を通じて無線送信する段階とを含むことを特徴とするピストン温度測定方法。

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