JPH01229917A - 着火時期センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関に設けられ、燃焼室内の燃焼光を導光
部材によりセンサ内に導いて着火時期を検出する着火時
期センサに関する。

［従来の技術］ 近年、特に自動車用ディーゼルエンジン、ガソリンエン
ジンにおいては、出力、燃費あるいは排気ガス浄化性能
の向上が重要な課題となっている。

これを実現するための手段の一つとして、エンジン燃焼
室内の燃焼光を検出する着火時期センサを設け、着火時
期センサ出力から着火時期を検出し、この検出結果に応
じて、例えばタイミング制御弁をフィードバック制御し
、燃料噴射時期を制御することか提案されている。

このような着火時期センサの一例を第２図に示す。図に
おいて、筒状ケース１内には石英カラス棒あるいは光フ
ァイバからなる導光部材２が挿通配設され、その後端部
を接着剤３によりケース１内壁に固定しである。筒状ケ
ース１外周にはネジ部１１が設けてあり、これにより燃
焼室内を外気から遮断した状態で凹路のエンジンシリン
ダヘッド等に収付けられる。

一ヒ記導光部材２の先端面２１は半球状となしてあり、
筒状ケース１先端部内周に溶着されたチューブ１６の先
端開口より燃焼室内に露出している。

なお、上記チューブ１６の開口端は、上記先端面２１の
球面に沿ってやや縮径し、上記導光部材２の先端方向へ
の抜は防止を図っている。

上記導光部材２の後端には、シリコンホトトランジスタ
等からなる受光素子４が対向して配され、゛受光素子４
は、上記導光部材２を介して収出されたエンジン燃焼室
内の燃焼光を受光して電気信号に変換する。上記受光索
子４の出力は、受光索子４後端から延びるリード線４１
を経て、これに接続するターミナル４２より導出され、
燃料噴射時期を制御する電子制御ユニット（凹路）に入
力される。

［発明か解決しようとする課題］ ところで、上記構成の着火時期センサにおいては、燃焼
室内の燃焼光を受光素子４に導く導光部材２の先端面２
１が燃焼室内に露出しているため、オイルの燃焼によっ
て生成するカルシウムを主成分とする化合物やスス等の
デポジットか導光部材２の露出表面に付着し、そのため
導光部材２を通過する光量が減少して、着火時期の検出
が正確になされないという問題点があった。

本発明の目的は、導光部材の先端部にこれらデポジッ１
へが付着することを防止し、透光量か減少することを防
いで、信頼性の高い着火時期センサを提供することにあ
る。

１課題を解決するための手段］ 本発明の構成を第１図で説明すると、内燃機関の燃焼室
内壁に貫設した筒状ケース１内に導光部材２を挿通し、
ケース先端開口１３を通して上記燃焼室内を臨む」二足
導光部材２の先端面２１より入光する燃焼光を、燃焼室
外に設けた受光部へ導くようになした着火時期センサに
おいて、導光部材２の上記先端面２１と」ユ記ケース１
−先端間口１３との間にサファイアよりなる透光部材５
を設けて、該透光部材５の外周とケース１内周間を気密
シールして燃焼カスの侵入を防止し、がっ上記透光部材
５の設置位置を、上記ケース１先端開口１３より１ｍｍ
〜開口部内径の１．５倍の長さ、例えば内径３．６ｍｍ
に対し１〜５ｍｍ内方に設定しである。

上記導光部材２は平板状であり、透光部材５とケース１
とはチタンを含む金属接合層６、好ましくはチタンおよ
びモリブデンを含む金属接合層６にて気密シールしであ
る。上記筒状ケース１は、８００℃で１　、２　Ｘ　１
０−５／℃以下の熱膨脹係数を有する金属材料で構成さ
れる。また、上記透光部材５裏面の、燃焼光を大きく遮
らない位置にヒータ７（第６図）を設けた構成としても
よい。

［作用］ デポジットは、大きく、カルシウムを主成分とするカル
シウム系デポジットとススとに分けられる。このうちス
スは、５００〜６００℃以上の高温では燃焼して剥離す
るので運転中にある程度除去されるが、カルシウム系デ
ポジットはかなりの高温になっても分解せず強固に付着
して透光量を減少させる主要因となっている。

このカルシウム系デポジットの付着の程度は透光部材５
の設置位置と大きく関わりがあり、ケース１先端に面一
とすると付着量が最も多く、ケース１内方にする程カル
シウム系デポジットが減少してススが多くなる。

そして、設置位置をケース１先端開口１３より１〜５Ｍ
内方とすると、ススの付着が増して、カルシウム系デポ
ジットはスス上に生じ、ススが燃焼あるいは脱落する時
に同時に脱落して除去される。なお、設置位置が５ｍｍ
以上内方になると、ススの付着が多くなりすぎ、燃焼に
よる除去効果は低減する。このセンサの開口部の内径は
３．６ｍｍであり、内径が変化した場合サファイア板設
置位置の許容範囲は変化する。許容範囲としては先端１
ｍｍから内径の１．５倍の長さまでか許され、この範囲
においてカルシウム系テボジット、スス相方共それ程サ
ファイア板上に付着しない。

さらに、本発明において透光部材５を構成するサファイ
アは、導光部材２を構成する、例えば石英に比べ耐蝕性
に優れるため、表面の平滑性か保持されてデポジットか
付着しに＜＜、かつ剥離しやすい状態となって付着を抑
制する。

また、透光部材５を平板状とすると、燃焼ガスは透光部
材５にストレートに衝突し、ガスの流れか透光部材５付
近で滞留しないためデポジットか付着しに＜＜、付着防
止効果が大きい。上記透光部材５裏面にヒータ７を設け
れば、ススの燃焼が促進される。

［発明の効果］ 本発明の着火時期センサは、ケース先端開口と導光部材
との間にサファイアよりなる透光部材を配し、かつ設置
位置を上記ケース先端開口より１胴〜開口部内径の１．
５倍の長さとしたので、デポジットの付着が大幅に低減
する。

また、透光部材とケースとの間は密閉シールされている
ので、ケース内部と燃焼室とは完全に遮断されて燃焼ガ
スが侵入することはない。よって、デポジットの付着に
よる透光量の減少が防止でき、着火時期の正確な検出が
可能である。

［実施例］ 第１図には本発明の一実施例を示す。図において、筒状
ケース１内には、石英カラス棒よりなる導光部材２が挿
通配設してあり、同格の後端部を上記筒状ケース１内壁
に接着固定しである。上記筒状ケース１外周にはネジ部
１１が設けてあり、該ネジ部１１により、燃焼室内部を
外気から遮断した状態でエンジンのシリンダヘッド（同
格〉に固定される。なお、センサ後部の構成は上述した
従来のもの（第２図）と同様である。

筒状ケース１の燃焼室内に臨む先端部には、先端開口１
３と上記導光部材２の先端面２１との間に、内壁に設け
たストッパ部１２に支持せしめて平板状の透光部材５が
配設しである。透光部材５の外周と開口部１３内周との
間は、チタンおよびモリブデンを含む金属接合層６によ
り気密シールしである。この時、上記ケース１先端開口
１３から上記透光部材５先端までの距′４ｆＪが１〜５
ＩＴｌｆｆ＋の範囲となるようにする。

透光部材らは、耐蝕性および耐熱性に１量れるサファイ
アで構成される。同様の杼質を有する材料としては石英
があるが、石英は耐蝕性がサファイアに比べてやや劣り
、また熱膨脹係数が極めて小さいので、ケース１との接
合性があまりよくない。

上記ケース１は熱膨脹係数の小さい金属材料で構成する
ことが好ましく、具体的には８００℃で熱膨脹係数１．
２Ｘ１０’／℃以下のもの、例えば５４Ｆｅ−２９Ｎｉ
−１７Ｃｏ合金が好適に使用できる。熱膨脹係数が１　
、２　Ｘ　１０”５／’Ｃより大きい金属材料で構成し
た場合には、透光部材５との熱膨脹係数差が大きくなり
、接合の際の加熱、冷却過程で透光部材５が破損するお
それかある。

ケース１と透光部材５との接着は次のようにして行なう
。まず、透光部材５の外周面にチタン金属薄膜をスパッ
タリングで形成し、その外面にモリブデン金属薄膜をス
パッタリングで形成する。

次いで表面にニッケルメッキを行ない、ケース１の上記
開口部１１内に配してロウ付けする。チタン金属薄膜の
膜厚は５０００人、モリブデン金属薄膜の膜厚は１００
００〜１５０００Ａとする。

このようにすることにより、ケース１と透光部材５との
間を気密シールすることができ、燃焼ガスがケース１内
に侵入して導光部材２にデボジッ１へが付着することを
防止する。なお、モリブデンの代わりにタングステンを
使用してもよい。

なお、図中、２２は上記ケース１と導光部材２との間を
シールするＯリングであり、上記０リング２２とケース
１内壁に設けた当接部１４間には、樹脂等よりなる第１
のバックアップリング２５を介して、ケース１内周に締
り嵌めされた第１の銅リング２３および導光部材２外周
に締り嵌めされた第２の銅リング２４が配しである。上
記０リング２２の後端には第２のハックアラプリンタ２
６か配してあり、その後端にはハックアラプリンタ２６
の抜けを防止するストッパ１５が設けである。

次に、本発明の着火時期センサをティーセルエンジン（
２４００ｃｃ＞の燃焼室（副室）に取付け、回転数４０
００　ｒ　ｐ　ｒｒ＋、３００Ｈｒの連続耐久試験を実
施した。ケース１の先端開口１３から透光部材５先端ま
ての距ｆ４ｇは２ｍｍとした。

第３図に示す結果より明らかなように、３００Ｈｒ耐久
後の透過光量は初期値１００％に対し７２％であり、第
２図に示した従来の着火時期センサでは、２００Ｈｒ耐
久後の透過光量が２％まで低下することと比較すると、
透光性が著しく敗訴されていることがわかる。ここで、
透過光量は耐久条件で運転しているエンジンをアイドル
状態にもどして１０分間アイドル運転した後、エンジン
を停止し、センサを取外して透光部材５表面をアルコー
ルを含むティシュペーパで軽く吹き収った後測定した値
である。この作業により、エンジンか高負荷になれば燃
焼して脱落するススを分薄し、透光部材に強固に付着す
るカルシウム系デボジッｌへの付着状７Ｂについて比ｊ
ｌｌ！２した。

続いて、同様の構造のセンサについて、ケース１の先端
開口１３から透光部材５先端までの距離ρを０．５ｍｍ
、２ｍｍ、５ＩＴＩＴＩ＋、７ｍｍと変化させ、その評
価を行なった。結果を第４図にを示す。耐久条件は前述
の耐久試験と同一とし、エンジンに収付けたままの状態
でセンサ出力の経時変化を調べた。評価としては導光部
材２の後端に設けたホ１ヘトランジスタよりなる受光素
子の出力電圧を用いた。第５図は受光素子の回路図であ
り、図中、Ｖｃｃに５■を印加し、ＲＬとしては１．２
にΩの抵抗を用いた。

第４図に明らかな如く、Ω””　２　ｍｍの場合にセン
サ出力の低下率か最も小さく、ρかこれより長くても短
くても効果は減少する。特に９か５Ｍを越えるとセンサ
出力の低下率が大きくなり従来品との差があまりなくな
る。

また、センサをエンジンから取外し、デポジットの付着
状態を調べたところ、従来品はカルシウム系デポジット
が多く、ススはあまり見られなかった。これに対し、本
発明品にはススの付着が多く見られ、カルシウム系デポ
ジットは少ながった。

そして１．Ｑ＝２ｍｍの場合かスス、カルシウム系デポ
ジット共に付着が少なく、Ｄ　＝０．５Ｍで若干のカル
シウム系デポジット付着が見られる。すなわち、１が短
くなるほどススが減ってカルシウム系デポジットが付着
する。逆にρが長くなるとススが増加し、Ｎ＝７ｍｍで
は４０００ｒｐｍという高回転時でも収り切れないスス
が残存するためセンサ出力の低下率が大きい。以−りの
結果よりρは１〜５ＩＴＩｍ、好ましくは１〜３Ｍの範
囲とすることが望ましいと考えられる。

第６図には本発明の他の実施例を示し、筒状ケース１の
先端開口内には、ケース１先端に設けたストッパ１７に
支持せしめて透光部材５が配し７である。−Ｆ記透光部
材５とスｌ〜ツバ１７との間は金属接合層６により気密
シールしである。

上記透光部材５の裏面には、第７図に示す如く、周縁に
沿って円環状にプラチナ膜よりなるし−タ７が形成しで
ある。ヒータ７からはリード線７１が延び、導光部材２
外周に配した電極棒７２に接続されている。電極棒７２
はフッ素ゴム７３に埋設固定しである。

上記構成において、ヒータ７により透光部材５を５００
℃以上の温度に加熱すれば、低速低負荷運転時において
もススの燃焼が促進されるので、デポジットの付着防止
効果がさらに向上し、信顆性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す着火時期センサの要部
断面図、第２図は従来の着火時期センサの断面図、第３
図は耐久試験における透過光量の時間的推移を示す図、
第４図は耐久試験におけるセンサ出力の時間的推移を示
す図、第５図は耐久試験に用いた受光素子の回路図、第
６図は本発明の他の実施例を示す着火時期センサの要部
断面部、第７図は透光部材を裏面から見た図である。 １・・・・・・筒状ケース １３・・・・・・開口 ２・・・・・・導光部材 ５・・・・・・透光部材 ６・・・・・・金属接合層 ７・・・・・ヒータ 第１　図 １３／′ 第２図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）内燃機関の燃焼室壁に貫設した筒状ケース内に導
   光部材を挿通し、ケース先端開口を通して上記燃焼室内
   を臨む上記導光部材の先端面より入光する燃焼光を、燃
   焼室外に設けた受光部へ導くようになした着火時期セン
   サにおいて、導光部材の上記先端面と上記ケース先端開
   口との間にサファイアよりなる透光部材を設けて、該透
   光部材の外周とケース内周間を気密シールして燃焼ガス
   の侵入を防止し、かつ上記透光部材の設置位置を、上記
   ケース先端開口より１ｍｍ〜開口部内径の１．５倍の長
   さに設定したことを特徴とする着火時期センサ。 （２）上記透光部材が平板状であり、ケースとの間をチ
   タンを含む金属接合層で気密シールした請求項１記載の
   着火時期センサ。 （３）上記金属接合層がチタンおよびモリブデンを含む
   請求項２記載の着火時期センサ。（４）上記筒状ケース
   を、８００℃で１．２×１０＾−＾５／℃以下の熱膨脹
   係数を有する金属材料で構成した請求項１記載の着火時
   期センサ。 （５）上記透光部材裏面の、燃焼光を大きく遮らない位
   置にヒータを設けた請求項１記載の着火時期センサ。