JPH01439A - 燃焼監視方法及びその装置 - 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〕 本発明は往復動ピストン式内燃機関におけるシリンダー
内の燃焼を監視する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

往復動ピストン式内燃機関（以下単にピストン式エンジ
ンと云う）のシリンダー内における燃焼を監視すること
の主な目的は該シリンダー内において燃料が燃焼を開始
する時点におけるクランクシャフトの位置をｔｉ認する
点にある。

燃焼が開始される時でのエンジン操作における位置はエ
ンジンのクロースト又はオープン方式によるフィードバ
ックシステムの手段によりエンジン操作を制御する際に
おける重要なパラメーターである。そして米国特許第４
３８１７４８号は主な、制御パラメーターとして燃焼の
開始を用いてエンジンを制御するシステムが開示されて
いる。

燃焼の開始はエンジンの制御或はエンジンの管理に際し
て使用される唯一のパラメーターではなく、制御パラメ
ーターに関連した他の要因としてはシリンダー内の圧力
とか燃焼温度が含まれる。

該米国特許第４３８１７４８号からは、少くとも光学的
手段によりエンジンのシリンダー内における燃焼を監視
することが知られている。該米国特許第４３８１７４８
号明細書によればシリンダーの壁に設けられた透視窓の
外側にフォトトランジスターが設けられかつそれがシリ
ンダー内での光の強さを監視する方法が示されている。

この様な配置は然しなから重大な欠点を持っている。第
１には光強度のピーク値はエンジンのサイクル毎に変る
であろうし、又それ故例えば、燃焼開始を表示する信号
が制御システムを通過する時点を正確に検出するために
予め決められたサイクル数に関して平均光強度ピーク値
（ａｖｅｒａｇｅ　ｐｅａｋ　１ｎｔｅｎｓｉｔｙ）を
設定することが必要であり、又それに続いて信号をフォ
トトランジスターにより感知された光強度が平均光強度
ピーク値に到達した時に制御システムに送る必要がある
ということが理解される。

平均光強度ピーク値の計算を許容するためにシステム内
に生ずる時定数はこのシステムの応答性を低下させ、従
って制御システムはエンジン作動の変化に対して即時的
に応答が出来ないし又経時的変化に対しても適切に処理
しきれない。

本来的には、シリンダー壁の窓はエンジンの作動中に汚
れて来るであろうし、又そのような汚れはフォトトラン
ジスターにより感知される光の強さを変更することにも
なろう。この様な感知された強さにおける変化はエンジ
ン操作に対して好ましくない制御上の効果を制御システ
ムに発生させることになろう。

英国特許第２０９８７５６号は又エンジンのシリンダー
中における光の強さを監視するシステムについて開示し
ているが、複数の子め定められた波長についての強さが
監視されるという点で米国特許第４３８１７４８号とは
異っている。従って、英国特許第２０９８７５６号のシ
ステムは米国特許第４３８１７４８号において前述した
不利益を受けるであろうということが期待されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、上記した欠点が解消される燃焼監視方
法と装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば分離されたスペクトル反応（ｓｐａｃｅ
ｄ　５ｐｅｃｔｒａｌ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ）をもつ第１
とｉ２の光変換器（ｏｐｔｉｃａｌ　ｔｒａｎｓｄｕｃ
ｅｒｓ）の手段によりシリンダー内における光の強さを
表わす第１と第２の電気信号を派生させること、該第１
と第２の光変換器は同一場所或は互に掻めて接近した位
置において燃焼情況を観察するものであり、そして第１
と第２の電気信号の比率を表わす信号を発生せしめるこ
と、該信号比率はエンジン制御システムのための制御パ
ラメーターとして、又は該パラメーターを得るために使
用されることから構成されるピストン式エンジンのシリ
ンダー内における燃焼を監視する方法が提供されるので
ある。

便宜的には、該比率を示す該信号は対数比率である。該
比率を表わす該信号は高速の立上りリーディングエツジ
を有し、又好ましくは該高速立上りリーディングエツジ
が、エンジン制御パラメーターを得るために使用される
。

便宜的には、該エンジン制御パラメーターは該比率を表
わす該信号の微分（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）から派
生される。又該エンジン制御パラメーターは該比率を表
わす信号の値が予め定められた値を越える時を観察する
ことによっても選択的に得られるエンジンが圧縮着火型
エンジン（自己着火／ディーゼルエンジン）である時に
は、制御される関数は好ましくは、燃料がシリンダー内
に注入される時点におけるエンジンサイクルの位置であ
る。

又エンジンが火花点火式エンジン（ａ　ｓｐａｒｋｉｇ
ｎｉｔｉｏｎ　ｅｎｇｉｎｅ）である場合には制御され
るべき関数は好ましくは点火火花（ｉｇｎｉｔｉｏｎ　
５ｐａｒｋ）が発生する時点におけるエンジンサイクル
の位置と空気−燃料比率である。

火花点火式エンジンにおいては、該比率を表わす信号は
該高速立上りリーディングエツジのピーク後、直ちに最
小値を示すということが判っている。

該高速立上りリーディングエツジのピークに続く該最小
値はエンジン燃料／空気比率に関する制御を効果的にす
るのに使用される。

本発明は更にピストン式エンジンのシリンダー内におけ
る燃焼を監視する装置にも存在しており該装置は、一端
部が内燃機関のシリンダー内における燃焼空間内に露出
せしめられた他端が一定間隔をおいたスペクトル反応に
対する第１と第２の光変換器と連結されている光伝導手
段と該第１と第２の変換器により派生される電気信号の
比率を表わす信号を形成し、又該比率信号から派生され
る出力信号を発生するための手段とから構成されている
。

異なるスペクトル反応をもつ変換器を使用すること、又
二つの変換器からの出力の比率から出力信号を派生させ
ることは、米国特許第４３８１７４８号明細書に開示さ
れた思想に対し総合的に異る思想であると云うことは認
識されるであろう。簡単に云えば、米国特許第４３８１
７４８号明細書における開示は、燃焼期間中に発光され
る光の強さを監視するという思想であるのに対し、本発
明は燃焼期間中に発光される光の色を監視するものであ
る。ここで色という言葉は広く解釈されるべきであり、
可視スペクトルにおける放射に限定されるとして解釈さ
れるべきではない。

特にディーゼルエンジンのような自己着火型エンジンの
制御の範囲内では燃焼の開始が極めて重要なパラメータ
ーではあるが、これは唯一の重要なパラメーターではな
い。

本発明の他の態様においては、エンジン排気中の窒素酸
化物（ＮＯｘ）の含有量を監視するための方法及び装置
が提供される。かかる方法及び装置は上記に特定した如
きものであるが、該信号の比率の大きさが直接的にエン
ジン排気中のＮＯｘＯｘ含有量係せしめられるというこ
とが判明して来た。

〔実施例〕 以下に本発明における１実施例を図面により説明する。

初めに第１図から第３図を参照すれば、ピストン式エン
ジンのシリンダー内における燃焼を監視する装置は、光
フアイバー束１２或はそれに類したものからなる手段に
よって光変換器アセンブリー１３に接続された光測定具
１１で構成されている。該測定具１１から変換器１３へ
の光の伝達手段は本発明に関しては重要なことではな（
、広く認識されている全ての光伝導部材が使用しうるち
のであることに留意すべきである。

更に、もし測定具の温度が適切な水準を維持することが
出来るならば変換器１３は測定具１１に直接取りつける
ことも可能である。該測定具はシリンダー内の燃焼空間
と連絡しうるようにシリンダーの外壁を通して延長され
ており又好ましくは該測定具はエンジンのシリンダーヘ
ッドに取り付けられることも出来る。該測定具１１は複
数部品よりなる金属性キャリヤー１５内に保持された光
学的伝導性を有するロッド１４で構成されておりそれに
よって該測定具はシリンダー壁を通して延びている壁の
通路（便宜的にはシリンダーヘッドにおけるネジ切り通
路）と確実に係合せしめられる。

ロッド１４はシリンダー内の燃焼空間にその一端部が露
出せしめられており、かようにしてシリンダー内におけ
る燃焼時に発生する光及びこれに類する電磁放射線はロ
ッド１４及びもし使用されるならば光ファイバー１２に
よって該変換器に案内される。明らかに、測定具は多数
の異った形のものが使用されてもよいが便利な形として
は第１図に示されているように、ロッド１４がキャリヤ
ー１５内に弾性的に取り付けられスプリングワッシャー
１６の手段によってキャリヤー１５の内部端部に対して
スプリング的に加圧されているものである。

キャリヤー１５の内部の最端部領域１７は耐熱性を有し
かつシリンダーの燃焼空間内で生ずる雰囲気条件に耐え
うる材料で作られている。

更にロフト１４はロッド内における内部反射を確実にす
るため外部が覆われておりこれによってロッドの両端部
間における光伝導が高められる。

又任意的に該ロッドは例えば溶融シリカのような耐熱性
透明ロッドで構成されてもよい。

光変換器アセンブリー１３は分離されたスペクトル反応
をもつ第１及び第２のフォトダイオード１８、１９から
構成されている。該変換器１３の商業的に利用可能な好
ましい仕様は６００ｎ＋＊においてピーク反応を示す第
１のフォトダイオードと８７５ｎｍにおいてピーク反応
を有する第２のフォトダイオードを含むシャープ（Ｓｈ
ａｒｐ）　ＰＤ１５０カラーセンサーとして知られてい
るものである。フォトダイオードはこのように可視波長
と同様赤外波長における放射線に対しても感応性を有し
ている。

光がカラーセンサー上に来ると、フォトダイオード１８
．１９はそれぞれフォトダイオードの異るスベクトル反
応に基いて異る出力を発生する。第２ａ図から明らかな
ように、２つのフォトダイオード１８．１９の出力は個
々の対数増幅器（ｌｏｇ　ａｍｐｌｉｆｉ２１、２２に
供給され、そこから得られた信号は減算回路２３に送ら
れる。回路２３の出力はフォトダイオード１８．１９か
ら発生した信号の比率の対数を示しており、又便宜的に
は該信号がエンジン制御或はエンジン管理システムに送
られる以前にヒークービークしきい値検出器２４　　（
ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｄｅｔ
ｅｃｔｏｒ）により処理されるものである。

エンジンのシリンダー内で燃焼が開始されると急激な温
度上昇があり、従って発生する光の色も同様に急速に変
化する０色及び光の定義は可視波長における発光のもの
に限定されるものとして解　。

釈されるものではない。

それ故燃焼の開始を表わす回路２３の比率信号出力にお
いても極めて急激な上昇がみられることが認められるで
あろう。比率信号における上昇は例えば米国特許第４３
８１７４８号に開示されている如き同様の燃焼状態から
発生する光の強さにおける増加よりも著しく早いもので
ある。そしてこのことはより正確なタイミング情報を提
供する。米国特許第４３８１７４８号明細書に開示され
ているシステムにおいては、エンジンサイクルの燃焼光
強さのピーク値に関してエンジンサイクル内における相
対的に広い変化に打ち勝つために予め定められた回数の
エンジンサイクルに関する強度のピーク値を平均する必
要がある。回路２３から発する比率信号は目立ったビー
ク−ピーク値の変化を示さないことが判明したので従っ
て、この信号を例えばエンジンサイクルにおける点火ス
パーク発生時点の制御が効果的に行われるような制御信
号を発生するためにローパスフィルターを通して送るこ
とのみが必要となる。

エンジンが低負荷状態で作動している場合のようにフォ
トダイオード１８．１９の出力信号が非常に小さい時は
個々の対数増幅器２１．２２の出力は不正確となるかも
知れないし又回路２３からの歪のある比率信号が増加す
るかも知れない。この危険を最小化するため第２ｂ図に
示された配列が提供されている。第２ｂ図においては、
各フォトダイオードの出力は１８ａと１９ａにおいて増
幅されそして個々の電子切換スイッチ１８ｂ、１９ｂの
一つの入力端に供給される。各スイッチ１８ｂ、１９ｂ
の他の入力端は個々の直流源１８ｃ、１９Ｃによる予め
定められた電圧に維持されている。各スイッチ１８ｂ、
１９ｂの出力は個々の対数増幅器を経て前述したように
減算回数２３に供給される。電子スイッチ１８ｂ。

１９ｂは電子的に連結されフォトダイオード１８．１９
のうちの１方の増幅器の出力信号のレベルに感応性を有
するしきい値検出器２０により制御をうける。（第２ｂ
図ではフォトダイオード１８が選択されている。）実際
においては、第２ａ図のシステムに対する付加としては
ノイズゲート或はスケルチ回路をこのシステムに組合せ
るものである。

フォトダイオード１８からの信号が検知器２０において
予め定められたしきい値以下である時はスイッチ１８ａ
、１９ａはフォトダイオード１８．１９からの信号に代
えて１８ｃ、Ｌ９ｃからのプリセットされた一定の直流
（ｄ、ｃ）信号を対数増幅器２１．２２に供給するよう
に作動する。１８ｃ、１９ｃからの直流信号は回路２３
の出力においてフォトダイオードからの低い信号により
得られるべき信号とレベルにおいて等しい比率信号（ａ
　ｒａｔｉｏ　ｓｉｇｎａｌ）を供給するように選択さ
れるが勿論該直流信号は一定なので次で２３における出
力は低いフォトダイオード信号から得られると思われる
出力よりより安定なものとなる。フォトダイオード１８
からの出力信号がしきい値より増加すると、スイッチＩ
Ｂｂ、ｔ９ｂはフォトダイオード信号が対数増幅器２１
、２２に適用されるように切替えられる。このようにし
てノイズゲートの効果は、フォトダイオードの出力が低
い時に回路２３の出力が低レベルであるが正しいフォト
ダイオード信号よりもむしろシステムノイズから派生す
るミスリード出力となる危険を最少化するものである。

増幅器、１８ａ。

１９ａは便宜的にはナショナルセミコンダクターＬ、Ｆ
３５５演算増幅器をベースとするトランスインピーダン
ス増幅器（ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅ　ａｍｐｌｉ
ｆｉｅｒｓ）である。

該直流源１８ｃ、１９ｃはシステム供給ラインからの電
圧を予や定められた許容しうる電圧に減少する固定或は
可変抵抗であってもよい。

しきい値検出器２０は電位差計によってしきい値を調整
しうるナショナルセミコンダクターＬ、Ｍ。

３３９比較器をベースとすることが便利である。

好ましい電子スイッチ１８ｂ、１９ｂはシリコニックス
（Ｓｉｌｉｃｏｎｉｘ）　Ｄ、Ｇ、２２１として利用出
来る。

第３ｂ図はノイズゲートの効果をグラフ的に示したもの
である。第３ｂ図の上の曲線はノイズゲートを用いない
システムにおける回路２３の出力における信号を示して
おり、一方下の曲線はノイズゲートを有し同じ入力条件
下における回路２３の出力における信号を示したもので
ある。下の曲線においては、燃焼の開始（曲線上のＸ点
）が橿めて明瞭に判別される。

それ故本来的にスペクトル的に分離された一対の検出器
の出力の比率を用いるシステムの応答は米国特許第４３
８１７４８号明細書に開示されている種類のシステムの
応答に比べて極めて速いものである。

更に、分離されたスペクトル反応をもつ一対の検出器か
らの信号の比率を使用するシステムは、燃焼状況が観察
される「窓」の汚れから生ずる光の減少に対して極めて
不感受性となる。「窓の汚れ」は真のニュートラルフィ
ルター（ｎｅｕ　ｔｒａ　１ｆｉｌｔｅｒ）を構成する
ものではないが、多くの場合ニュートラルフィルターに
近いものとなりうるし又このことは当然回路２３から派
生される比率には影響を与えないが一方では、米国特許
第４３８１７４号明細書におけるシステムにより行われ
る強度の測定には影響を与えるものとなろう。

それ故、変換器アセンブリー１３により検知された“色
信号”の鋭い初端（ｏｎｓｅｔ）とそれに組合されてい
る回路群はエンジン制御システムに対し燃焼開始パラメ
ーターを送るための理想的な制御信号を提供することに
なり、更に該制御信号は、該信号がエンジンＭＩＩｔｌ
システムに送られた時点においてしきい値レベルを提供
するために前の燃焼状態に関する情報を要求しない信号
である。

例えば信号におけるノイズに関連して信号の強さが低い
場合での適用においては、エンジン制御システムに送ら
れる制御信号を発生するためピーク・ピークしきい値検
出器２４が好ましくは使用される。信号を観察し信号の
値が予め定められた値を越えた時信号を出力するために
例えばシュミットトリガ−回路のような比較器が選択的
に使用されてもよい。更に又他の選択的方法として、該
信号は後で勾配についての予め定められた値を捜しそし
てその存在を燃焼開始を表示するのに使用するシステム
のマイクロプロセッサ−制御において微分される。

上記の実施例において比率を表わす信号が対数比率の形
式で示されているが、これは電気的処理のためにかなり
便利であることが認められる。

自己着火型ピストン式エンジン（例えばディーゼルエン
ジン）に使用される時、発生される制御信号はエンジン
の個々のシリンダー内に燃料が注入された時点でのエン
ジンのクランクシャフトの回転位置を決定するためエン
ジン制御システムにより使用されてもよい、もし、多筒
式シリンダーエンジンの各シリンダーが同時に監視され
うろことを望むならば、より可能性のあるものであるが
１つのシリンダーにおいて監視されたパラメーターが全
てのシリンダーの制？１１信号を発生させるのに使用さ
れるであろう。

第３ａ図は１つの燃焼状況を観察した時のフォトダイオ
ード１８．１９により発生される信号をグラフ的に示し
たものである（曲線１はフォトダイオード１８、曲線２
はフォトダイオード１９を示す、）又これに対応する回
路２３により発生する比率信号は曲線３により表示され
ている９曲線３は極めて鋭いリーディングエツジと注目
されるピーク値を示していることが判り、従って燃焼開
始を決定するための理想的波形を提供している。

第３ａ図の縦線Ａはクランクシャフトの回転における基
準点（ｄａｔｕｎｓ　ｐｏｉｎｔ）であり、エンジン制
御システムが考慮される限りでは対応する基準信号が公
知の形式のクランクシャフト角度変換器から供給されて
もよい、縦線Ｂはシリンダー内に燃料が注入される時点
を示しており、ＡとＢの間のタイミングは燃焼開始を表
わす制御信号に従ってエンジン制御システムにより制御
される。縦線Ｃは実際上、上記で説明したように決定さ
れる燃焼開始信号を示している。

線Ｂと線Ｃとの間の間隔はシリンダー内への燃料の注入
と燃焼開始の信号が発生される時点にまで到達した燃焼
との間の遅延を反映している。

１つのサイクルにおいて燃焼が開始した時点のデーター
に関するクランクシャフトの回転における点を決定した
後、次のサイクルにおいて燃料が注入される点はクラン
クシャフトデーターに関連して最適な点に調整される。

燃料注入と燃焼開始の間の遅れ時間は燃料の品質と燃料
噴霧パターン、シリンダー温度及びシリンダーの不十分
な清浄による残留ガスといったような他の要因に依存す
るであろう。

燃焼開始の最適点は判るであろう、そしてこの既知の最
適点と実際の燃焼開始点とを比較することによって次の
サイクルにおける次の燃料の注入は燃焼の開始が最適点
で生ずるようにタイミングをとることが出来る。。

曲線３のピーク高さを測定することは、温度のピーク値
の測定として考慮されてもよい。そしてこのパラメータ
ーはディーゼルエンジンの制御システムにおいて使用す
ることが出来るであろう。

同様の燃焼状況の監視は燃焼の監視がディーゼルエンジ
ンの制御において通常考慮されるであろうパラメーター
よりもより多くのパラメーターを制御の為の情報を提供
しうる火花点火式ピストン式エンジン（ガソリンエンジ
ン）に対し適用することができる。

基本的には、ガソリンエンジン（Ｐｅｔｒｏｌ　ｅｎｇ
ｉｎｅのエンジン管理システムはスパーク時のタイミン
グと燃料／空気混合比率を制御することであろう。

スパークのタイミングを決定するための制御パラメータ
ーとしてガソリンエンジンにおける燃焼開始信号を使用
することは既に提案されてきている。既にこれまでの提
案は、燃焼開始信号をうるためシリンダーの圧力或はシ
リンダー温度の監視を示唆していた。しかし上述したよ
うにディーゼルエンジンに関しては、スペクトル的に分
離された一対の光学検出器の出力の比率から派生される
制御信号は重要な利益を有している。

排気ガス分析にもとづく燃料／空気の混合を制御するこ
とは既に提案されている。しかし勿論この方法は相対的
に反応が遅いシステムであり又複雑な機構を使用する必
要があり従って高価な排気ガス分析装置である。然しな
から上述したような色検出器から発生された色比率信号
は第５図に示されるように、第１のビークＡに対する初
期増加と、これに続く他のビークＣに対する再増加の前
に十分に判別しうる最小値Ｂに至る下降特性とによって
構成される明瞭な包絡線を示すということが判明した。

Ｂ点における比率の大きさはエンジンの排気放出物の中
の窒素酸化物（ＮＯｘ）の割合に極めて近い関係をもつ
ことが判った。

この関係は所謂、ガソリンエンジンの希薄混合（ｌｅａ
ｎ　ｂｕｒｎ）操作条件において特に有用であり又かよ
うにして色検出器の出力から派生される比率信号はエン
ジンの窒素酸化物（ＮＯｘ）の測定として考慮されうる
し、更にエンジンに供給される燃料−空気混合体を制御
する閉ループフィードバックシステムにおける制御パラ
メーターとしても使用出来る。

第５図の上部の２つの曲線は各々関連するフォトダイオ
ード１８．１９からの出力である。

エンジン管理における有用な他のパラメーターは「燃焼
の品質」であり、これはエンジンの空気／燃料比が希薄
で不点火の限界に近づくと発生する“短期的出力変動”
（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）として知られている異常燃焼状
態或は作動出力における周期的可変性の増加という言葉
で表わされるものであり他は「ノンキングの開始」であ
る。

「燃焼の品質」及び「ノンキング」は双方とも色検出器
の２つの光学的装置における信号型式において観察され
、るものである。両条件は各フォトダイオードにより発
生された光強度信号における標準から検知しやすく、認
識しやすい差を増大させるようにする。第６図は急速に
増加するリーディングエツジとこれに続く振動減衰から
構成されるノンキング信号（上部曲線）の特性と比較の
ため同一燃焼状況におけるシリンダー圧力曲線（下部曲
線）を示している。

異常燃焼又は短期的出力変動（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）は
いづれかのフォトダイオードにより発生された光強度信
号のピーク値がある数のエンジンサイクルに関してその
エンジンサイクルの中で生じる時点を監視することによ
って測定されてもよい。

エンジン操作における短期的出力変動の測定はサイクル
のサンプル番号に関してその信号の統計的な変化を観察
することにより得られるものであってもよい。

これは標準偏差を観察することにより実行されてもよ（
、これは燃焼工程内における周期的変動可能性の関数で
もある。（短期的出力変動は標準偏差が増加すれば増加
する。） このようにして、これ等のパラメーターは両方のフォト
ダイオードの出力を比較することにより発生される比率
信号よりはむしろ光の強さに関して監視されるけれども
、燃焼工程におけるノンキングの開始或は異常さを決定
するために必要とされる全てのことは１方の又は他方の
フォトダイオードからの信号を検討することがあること
からそのような監視システムを全体的な監視システムの
中に含めることは便利なことである。

第４図はガソリンエンジン管理システムに対して制御パ
ラメーターを供給するために都合のよい監視システムを
ダイアグラム形式で示したものである。

フォトダイオード１８．１９は個々に出力信号を発生し
、それが対数増幅器２１．２２により増幅され減算回路
２３に送られる。減算回路２３は実際の光強度信号（こ
の場合はフォトダイオード１８）の存在に応答するしき
い値回路３０から入力をうける。この信号は回路２３を
第５図のＢに等しい最小値を決定するピーク検知回路３
１につなげるよう作用する。

第５図における包絡線は真の比率であることが認められ
るであろう。一方回路２３の出力は対数による比率であ
りそれで圧縮された形式となっている。ピーク検出器３
１からの信号の大きさはエンジン排気から出されるＮＯ
ｘの量を代表している。

これに加えて、フォトダイオード１８の出力は増幅器１
８ａにより増幅された後周波数分析／フィルター回路３
６に送られ、その出力はエンジンがノンキングする時フ
ォトダイオード信号の振動減衰部分の振幅の尺度である
。フォトダイオード１８の出力は又短期的出力変動検出
回路３８に送られる。該回路３８は又エンジンスピード
３３とエンジンサイクルの固定点を表示する標識信号３
４とが与えられる。回路３８の出力は光強度のピークが
発生した時の燃焼サイクルにおける点を代表している０
回路３９はフォトダイオード１８の増幅された出力と標
識信号３４の両方が供給され、又異常燃焼を表わす複数
の燃焼ピークを認識する。ピーク検出器３１の出力は、
同様にエンジンスピード３３とクランク標識信号３４と
が、供給されるタイミング回路３２に供給される。この
回路の出力は燃焼が開始された時点におけるクランクの
角度である。

回路３２．３８．３９．３１及び３６の出力はそれぞれ
マイクロプロセンサー３７に供給されエンジン制御パラ
メーターに使用される。

第７図は内燃機関における空気・燃料比（ＯｉｌＦｕｅ
ｌ　Ｒａｔｉｏ　；　Ａ、Ｆ、Ｒ）の制御についての図
解を提供するものである。

内燃機関は第７図に４６として図示されており又それは
回転速度、クランクシャフト角度及びエンジン負荷を表
わす出力信号を出す複数の検出器４５と組合されている
。燃焼工程は第７図において５３として表示されており
又燃焼工程での光出力は上述した方法により測定回路に
供給される。

測定回路は４１で表示されており、又実際に第４図を参
照して上述した回路の部分を構成している。

発明者等はこれまでにＮＯｘを代表する信号がいかに発
生されるかについて述べて来た。そしてこの信号は測定
回路４１によりＫＴａｃｔ信号として出力される。加算
点４３はシステムのメモリーにストアーされている三次
元マツプ４２から発生された基準信号ＫＴからＫＴａｃ
　ｔを引きそれによりエラー信号ｋｃを発生する。マツ
プ４２の予め定められたロケーションは検出器４５から
マツプに与えられたスピードと負荷信号によって符号付
けされている。入力されたスピードと負荷信号にもとづ
くマツプ４２からの出力は短期的出力変動制限回路４４
を通って加算回路４３に供給される。エラー信号ｋｃは
Ａ、Ｆ、Ｉ？修正マツプ４７に供給される。

マツプ４２と同じようにマツプ４７はメモリーの中にス
トアーされており、それ等のロケーションは入力ライン
４７ａを通って供給される検出器４５からのスピード及
び負荷信号により符号付けされている。

Ａ、Ｆ、Ｒ修正マツプ４７から得られた出力は加算点４
８でＡ、Ｆ、Ｒマツプ４９から発生された基準値と加算
され再びメモリーにストアーされる。

他のマツプと同じように、Ａ、Ｆ、Ｒマツプ４９のロケ
ーションは検出器４５からのスピード及び負荷信号によ
り符号化され又、マツプ４９の出力はそれが加算点４日
に送られる前に粗さ制限回路５１によって処理される。

加算点４８からの出力は修正されたＡ、Ｆ、Ｒ信号であ
り該信号は次でエンジン４６の燃料制御回路５２に供給
されるものである。−力検出器４５はマツプ４２と４９
に対してスピードと負荷信号を供給するが、該検出器は
測定回路４１に対してスピードとクランクシャフト角度
を表わす信号を供給する。「目的」マツプ（ｔａｒｇｅ
ｔ　＋＊ａｐ）　、これはいわば空気燃料比についての
マツプ４９と、又ＮＯｘに対するマツプ４２であるが、
前もってエンジン設計者により設定されている。第７図
に示すシステムはエンジンとエンジンの間の或は日替り
による可変性の存在下においてＮＯｘの目的値が維持さ
れうるような手段を提供する。

極めて本質的なＮＯｘ発生におけるサイクル間の変化が
生ずることは認識され又かようにして代表的な制御信号
をうるために、マイクロプロセッサ−システムである、
システムは第４図における回路３１の出力をフィルター
する。

ＮＯｘ制御は排気ガス分析を必要とすることなしに達成
されるということが認識されるであろう。

内燃機関の希薄混合制御システムの範囲内では、空気・
燃料比率を希薄による不点火限界（ｌｅａｎｍｉｓｆｉ
ｒｅ　１１ｍ１ｔ）に近い値に制御する必要がある。

第４図における短期的出力変動検知回路３８の出力及び
又第４図に示されている異常燃焼回路３９は加算点４８
と４３に個別に与えられるＡ、Ｆ、ＲとＫＴの出力値を
その値を高める方向（ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｉｒｅｃｔｉｏ
ｎ　ｏｆ　ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ）に変更するために使
用される。

このような値の向上は短期的出力変動或は異常燃焼信号
の大きさに比例するものである。

短期的出力変動信号は、それが燃焼工程における周期的
な可変性を代表するものであるが故に、信号の統計的な
拡りに注意しなから採用される。

エンジンの燃料供給が希薄不点火限界に近づくと、燃焼
サイクル内の強度のピーク点（回路３８の出力）の標準
偏差は増加する。

第８図は内燃機関における進角値（ｓｐａｒｋａｄｖａ
ｎｃｅ）の制御について図説したものである。

燃焼の開始が生じた時点における実際のクランク角度は
ＣＡａｃ　ｔとして符号付けされており、又部に第７図
を参照しなから説明した測定回路４１によって決定され
る。エンジン４６は入力４１ａを通じてクランクシャフ
トの角度を表わす信号を回路４１に供給し又入力４１ｂ
を通してクランクシャフト回転スピードを表わす信号を
該回路４１に供給する検出器４５を含んでいる。

ＣＡａｃｔは目的とするクランク角度値に関すしてスト
アーされている三次元マツプ５５から発生される目的信
号（ｔａｒｇｅｔ　ｓｉｇｎａｌ）と加算点５４におい
て加算される。マツプ５５のロケーションは検出器４５
から発生したスピード及び負荷信号により符号化されて
いる。

加算点５４から発生するエラー信号Ｃｅはストアーされ
た進角値修正マツプ５６に供給され再び検出器４５から
のスピード及び負荷信号によって符号化される。

マツプ５６からのコレクション信号は加算点５７におい
て又再び検出器４５からのスピード及び負荷信号により
符号付けされる目的とする進角値（ｔａｒｇｅｔ　５ｐ
ａｒｋ　ａｄｖａｎｃｅ）に関するストアーされた３次
元マツプ６０から発生される進角値のための目的値と加
算される。

加算点５７からの出力は５３における燃焼開始を制御す
るためエンジンの点火付勢制御回路５８に供給される進
角値信号である。然しなからノッキング条件の可能性に
順応するため、前述したノンキング検知回路が人力信号
Ｋを制御回路５８に供給される前に加算点５７の出力を
処理するノソキシグ制限回路５９に供給するために使用
される。

ノンキング状態が存在している場合、回路５９は制御回
路５８に供給されるべき進角値信号に対し固定された減
速値を供給する。

従って、一対のスペクトル的に分離された光検知器を一
体化せしめた一個の色検出器がエンジンのシリンダー内
における燃焼を監視するため又それによって各々の基準
が燃焼から発生する光の変化から決定されるものである
異った多数の基準に応答してエンジン管理システムを制
御する制御パラメーターを提供するために使用されるこ
とが認識されるであろう。

一対のスペクトル的に分離された光検知器からの出力の
比率から発生するパラメーターを使用することは、以前
から提案されて来た強度検知器により生じた多くの問題
点を克服するものであり、又強度信号はいづれかの光検
知器からでも利用出来るので、比率信号からは容易には
発生されえない付加的な制御パラメーターが一方の検知
器の出力のみから得ることが出来る。

監視測定具の物理的構造は広い範囲の異なる形式をとり
うるが、該監視測定具はガソリンエンジンの点火プラグ
或はディーゼルエンジンのグロープラグの構造と一体化
せしめることが都合がよいことが考えられている。その
ような設計によって、各々のシリンダーは個々に監視さ
れることが出来、又一方色検知器を点火プラグと一体化
することも可能であるが、光ファイバー或はそれに類す
るものにより得られた光学的情報を遠隔地まで伝達させ
それによって色検知器がエンジンに掻めて接近した場所
に存在する過酷な環境にさらされないようにすることは
一船的に好ましいことと考えられている。更に、エンジ
ンの各シリンダーが光学的測定具を装置せしめられる場
合、修正されたスパークプラグによるか或はスパークプ
ラグとは別の測定具手段によって同一の色検知器を用い
て順番に各測定具を監視することは十分可能である。各
シリンダーにおける燃焼の立ち上りは勿論他のシリンダ
ーにおける燃焼の立上りから時間的に一定の間隔がおか
れている。そして、このようにしてエンジンのシリンダ
ーにおける個々の燃焼状況の間を識別するため光フアイ
バー装置により各測定具が連結された一つの色検知器の
ために十分に速いシステム応答をうることか可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用される光学センサー測定具の断面
図である。 第２ａ図は一対の光変換器と比率信号を派生するだめの
関連する手段を表わすダイアグラムである。 第２ｂ図は第２ａ図の他の態様に関する同じダイアグラ
ムである。 第３ａ図はディーゼルエンジンにおける光変換器の出力
とそれ等出力の比率を示すグラフである第３ｂ図は′ｒ
Ｊｊｚｂ図の他の態様での使用を説明したグラフである
。 第４図は火花点火式内燃機関におけるエンジン制御に関
連した監視システムについての第２ｂ図と同様のダイア
グラムである。 第５図はガソリンエンジンの特性を示す第３図と同様の
グラフである。 第６図はノンキング状態における１つのフォトダイオー
ドの出力を示す第５図の同様のグラフである。 第７図はエンジン内の空気、燃料比率に関する制御を説
明する図である。 第８図は点火のタイミングの制御を説明する第７図と同
様の図である。 １１・・・測定具、　　　　１２・・・光フアイバー束
、１３・・・光変換アセンブリー、 １４・・・光伝導ロッド、１５・・・金属キャリヤー、
１６・・・スプリングワッシャー、 １７・・・内部末端部、 １８・・・第１フオトダイオード、 １９・・・第２フオトダイオード、 ２０・・・しきい値検出器、 ２１、２２・・・対数増幅器、２３・・・減算回路、２
４・・・ピーク−ピークしきい値検出器、１８ｂ、１９
ｂ・・・電子スイッチ、 １８ｃ、１９ｃｍ直流電源、 ３０・・・しきい値回路、３１・・・ピーク検出器、３
２・・・タイミング回路、 ３３・・・エンジンスピード信号、 ３４・・・標識信号、 ３６・・・周波数アナライザー／フイ、ルター回路、３
７・・・マイクロプロセッサ−１ ３日・・・粗さ検知回路、４１・・・測定回路、４２、
５５・・・三次元マツプ、 ４３、４８．５４．５７・・・加算点、４４、５１・・
・粗さ制限回路、 ４５・・・検出器、　　　４６・・・エンジン、４７・
・・修正マツ’７”、　　４９・・・＾、Ｆ、Ｒマソフ
、５２・・・燃料制御回路、５３・・・燃焼工程、５６
・・・進角値修正マツプ、 ５８・・・点火付勢制御、 ５９・・・ノッキング側限回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、分離されたスペクトル反応をもつ第１と第２の光変
   換器の手段によりシリンダー内における光の強さを表わ
   す第１と第２の電気信号を派生させること、該第１と第
   ２の光変換器は同一場所或は互に極めて接近した位置に
   おいて燃焼情況を観察するものであり、そして第１と第
   ２の電気信号の比率を表わす信号を発生せしめることか
   ら成り、該比率信号はエンジン制御システムのための制
   御パラメーターとして、使用されるか該パラメーターを
   得るために使用されるかのいづれかであることにより特
   徴付けられるシリンダー内の光の強度の監視を含む往復
   動ピストン式内燃機間のシリンダー内における燃焼を監
   視する方法。 ２、該比率を表わす信号が対数比率であることを特徴と
   する請求項１記載の方法。 ３、比率信号は高速立上りリーディングエッジを有して
   おり該リーディングエッジはエンジン制御パラメーター
   を得るために使用されることを特徴とする請求項１又は
   ２記載の方法。 ４、該パラメーターは該比率を表わす信号を微分から得
   られることを特徴とする請求項３記載の方法。 ５、該パラメーターは該比率を表わす信号値が予め定め
   られた値を超えた時を観察することによって得られるも
   のであることを特徴とする請求項３記載の方法。 ６、該エンジンは圧力点火エンジン（自己点火／ディー
   ゼルエンジン）であり、制御される関数は燃料がシリン
   ダー内に注入される時点でのエンジンサイクルにおける
   位置（ｐｏｉｎｔ）であることを特徴とする前記した請
   求項のうちのいづれか１項記載の方法。 ７、エンジンが火花点火式エンジンであり制御される関
   数がエンジンの空気／燃料比であることを特徴とする請
   求項１から５のいづれか１項記載の方法。 ８、付加的な制御関数が点火火花が発生する時点におけ
   るエンジンサイクルにおける位置であることを特徴とす
   る請求項７記載の方法。 ９、該比率信号は高速立上りリーディングエッジのピー
   クのすぐ後に続く最小値を示すことが認められるもので
   あり又該最小値はエンジンの空気／燃料比に関する制御
   に効果を与えるために使用されるものであることを特徴
   とする請求項７又は８記載の方法。 １０、一端部が内燃機関のシリンダー内における燃焼チ
   ャンバー内に露出せしめられ、他端が検知手段に連結さ
   れている光伝導手段から構成されており、該検知手段は
   更に分離されたスペクトル反応をもつ第１と第２の光変
   換器から構成されかつ該第１と第２の変換器により派生
   される電気信号の比率を表わす信号を形成し、又該比率
   信号から派生される出力信号を発生するための手段とか
   ら構成されていることにより特徴付けられている往復動
   ピストン式内燃機関のシリンダーにおける燃焼監視装置
   。 １１、分離されたスペクトル反応をもつ第１と第２の光
   変換器の手段によりシリンダー内における光の強さを表
   わす第１と第２の電気信号を派生させること、該第１と
   第２の光変換器は同一場所或は互に極めて接近した位置
   において燃焼情況を観察するものであり、そして第１と
   第２の電気信号の比率を表わす信号を発生せしめること
   から成り、該比率信号はエンジン制御システムのための
   制御パラメーターとして使用されるか、該パラメーター
   を得るために、使用されるかのいづれかであることによ
   り特徴付けられるシリンダー内の光の強度の監視を含む
   往復動ピストン式内燃機関の排気における窒素酸化物（
   ＮＯ＿ｘ）の量を監視する方法。 １２、一端部が内燃機関のシリンダー内における燃焼チ
   ャンバー内に露出せしめられ、他端が検知手段に連結さ
   れている光伝導手段から構成されており、該検知手段は
   更に分離されたスペクトル反応をもつ第１と第２の光変
   換器から構成されかつ該第１と第２の変換器により派生
   される電気信号の比率を表わす信号を形成し、又該比率
   信号から派生される出力信号を発生するための手段とか
   ら構成されていることを特徴とする往復動ピストン式内
   燃機関の排気における窒素酸化物（ＮＯ＿ｘ）の量を監
   視する装置。