JPH0377383B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はデイーゼルエンジンの燃焼室内の燃焼
光を検出することにより着火時期を検出する装置
に関する。

［従来技術］ デイーゼルエンジンは、着火時期に敏感である
ため、最適な着火時期のタイミングを捉えない
と、発煙、エミツシヨン、ノツキング、燃費ある
いは出力に直ちに影響を生じる。

従来、デイーゼルエンジンの着火時期の検出は
音、圧力、温度等を用いてもその応答性の悪さか
ら不正確となり、それらのデータを用いて着火時
期を精密に制御することは困難であつた。

そこで、エンジンのシリンダ壁を貫通して導光
体を設け、燃焼室内での着火による発光を検出す
るという光方式と着火時期センサが用いられるに
至つた。

しかし、この光方式の着火時期検出装置におい
ても、その検出部である燃焼室内の受光面に汚物
が付着したり、導光体の劣化により光透過度が低
下することにより導光体からのアナログ出力の絶
対値が低下を来すと、当該導光体からのアナログ
信号を所定のしきい値と比較して二値化するＡ／
Ｄ変換の過程において、着火時期と判断される時
刻が遅れることになり、未だに完全な着火時期検
出装置とはいえなかつた。

なお、従来においても、特開昭58−204978号に
おいては、導光体出力が一定のしきい値を越えた
時点で着火時期を判定するのではなく、導光体出
力の最大値の所定割合に達した時期を検知するこ
とで、導光体からの出力の最大値が変動しても正
確な着火時期判定を行い得ることを目的とした発
明が知られている。

ところが、この公報記載の発明によれば、導光
体出力の最大値が小さくなつた場合には、判定基
準のしきい値が極めて小さなものとなり、場合に
よつてはノイズレベル以下になつてしまうおそれ
がある。通常の燃焼サイクル毎の光出力のばらつ
きではこうした不具合は生じないであろうが、本
発明が問題としている様な導光体受光面の汚損等
の場合には、かかる自体も生じ得る。

即ち、この公報に記載された発明においては、
導光体受光面の汚損等による導光体自体からの光
出力の低下に対しては、かえつて不正確な検出と
なつてしまうおそれがあつた。

［発明の目的］ 本発明はデイーゼルエンジンの着火時期を精密
に検出する着火時期検出装置を提供することを目
的とするものである。

そして、特に導光体受光面の汚損等による導光
体自体からの光出力の低下の如く、導光体自体の
能力が大幅に劣化してしまつた場合にも信頼性の
高い着火時期検出を行い得ることを目的としてい
る。

［発明の構成］ 本発明の要旨とするところは、第１図の基本構
成図に示す如く、 デイーゼルエンジンのシリンダに、該シリ
ンダ壁を貫通して燃焼室とシリンダ外部との間
に導光体を設け、該導光体からの光出力が所
定のしきい値を越える時期に基づいえ燃焼室の着
火時期を判定する判定手段を有する着火時期検
出装置において、 前記デイーゼルエンジンが所定の負荷で、且
つ所定の回転数の下に作動しているときの前記導
光体からの光出力の最大値を検出する最大値検
出手段と、 該最大値検出手段により検出された光出力の
最大値と、これを検出したと同じ条件下で正常な
導光体が検出するものとして予め分かつている
光出力の最大値とを比較し、その比較結果に応じ
て前記判定手段により判定された着火時期を補
正する着火時期補正手段とを備えたことを特徴
とする着火時期検出装置にある。

［作用］ 本発明の着火時期検出装置の作用を、第１０図
の模式図に基づいて説明する。

今、正常な場合を考えると、導光体からの光
出力は、例えば図示符号Ａのラインの如く大きな
最大値を有するサイン波状の山として検出され
る。従つて、その光出力ラインＡがしきい値を越
える時期t1は、実際の着火時期t0から一定の遅れ
をもつて検出される。

ここで、導光体の光出力がやや低下した場合
を考える。このときの光出力ラインＢがしきい値
を越える時期は、その傾きの減少と共に実際の着
火時期t0よりも大きく遅れ、図では時期t2の如く
になる。

ところが、本発明の着火時期検出装置において
は、単にしきい値だけで判断するのではなく、光
出力ラインＢの最大値Bmaxと、通常な場合の光
出力ラインＡの最大値Amaxとを比較し、その比
較結果に基づいて補正する構成を採用したから、
最終的には時期t2は時期t1若しくはこれに極めて
近い時期に補正される。

そして、例えば導光体の受光面が汚損された
場合の様に、光出力が著しく低下してラインＣの
如くになつても、光出力の最大値Cmaxがしきい
値を越えている限りは、時期t3が時期t1若しくは
これに極めて近い時期に補正される。なお、しき
い値は、当然ながらノイズレベル以上の値が採用
されている。

一方、特開昭58−204978号公報記載の発明によ
る場合は、ラインＡとラインＢとで見た場合に
は、着火時期t0から同じ時間だけ遅れた時期t11
を検出することができ、光出力の最大値の変動に
よつて着火時期判定が不正確とはならない。

しかし、ラインＣまで光出力が低下すると、時
期t11は、ノイズレベル以下の値に達した時期と
して捉えねばならなくなり、正確にこれを捉えら
れなくなつてしまう。

つまり、従来提案されていた特開昭58−204978
号公報記載の着火時期検出装置では、通常の燃焼
サイクル毎の光出力のばらつきに対しては良好な
着火時期検出を行うことができるものの、本発明
が問題としている様な導光体受光面の汚損等の場
合には、かえつて不正確な検出をすることになる
のである。そして、これを避けるためには、最大
値に対する「所定割合」なる検出条件を、例えば
最大値の90％とするなど、極めて高い割合に設定
しなければならなくなる。

ところが、こうなると、火炎伝播の遅れなどの
場合の様に、図示ラインＤの如く最大値Dmaxが
正常時の最大値Amaxよりも大きく後ろへずれた
場合に、検出時期がtAからtDへと時間（tD−
tA）だけ大幅に遅れてしまい、着火時期検出が
不正確になつてしまう。

これに対し、本発明によれば、かかる場合の着
火時期検出の誤差を時間（t4−t1）と最小限にと
どめることができ、単に汚損等に対して有効なだ
けでなく、そうした作用を果たしつつ、火炎伝播
の変動の様な場合に大きな誤差を生じないという
作用をも奏するのである。

次に本発明を実施例を挙げて図面と共に説明す
る。

［実施例］ 第２図は本発明の実施例が適用されるデイーゼ
ルエンジン及びその周辺部の一例を示す概略構成
図を表わしている。

ここで１１はデイーゼルエンジンを、１２はデ
イーゼルエンジン１１の副室１３内に先端を露出
している着火時期を検出する手段としての火炎セ
ンサを、１４は副室１３に燃料を噴射する燃料噴
射弁を、１５はエンジンのピストンがTDCの位
置となつた時点で検出するTDCセンサを表わす。
上記副室１３は図示した渦流室式以外に空気室式
あるいは予燃焼室式燃焼室といつた副室を用いる
こともできる。

又、１６はアクセルペダル１７に連動し、その
踏み込み量に応じたアナログ信号を出力するアク
セル開度センサを表わす。

２０は公知の電子制御式の分配型燃料噴射ポン
プの主要部を示している。２１はエンジンにより
回転駆動されるドライブシヤフト、２２はドライ
ブシヤフト２１により駆動され燃料をポンプ室に
吸引するフイードポンプ、２３はカムプレート、
２４はカムプレート２３のカムフエイスと当接す
るローラ２４ａを備え後記タイマピストンの変位
に応じて回動するローラリング、２５はシリンダ
２６内に挿入され、ドライブシヤフト２１により
回転駆動されると同時にカムプレート２３とロー
ラ２４ａとの作用により往復運動をするポンププ
ランジヤをそれぞれ表わしている。

ポンププランジヤ２５には軸孔２５ａとこれに
連通するスピルポート２５ｂが穿設され、スピル
ポート２５ｂ位置のポンププランジヤ２５の外周
にはスピルリング２７が摺動自在に外嵌されてい
る。スピルリング２７はガバナレバー２８を介し
てリニアソレノイド式のスピルアクチユエータ２
９に連動し、その位置が電子制御装置で演算され
た最適燃料噴射量に基づいて制御され、溢流時期
を調整することにより燃料噴射量が制御される。

３０はポンププランジヤ２５の分配ポートから
送られた燃料を燃料噴射弁１４のノズルへ圧送す
るデリバリバルブ、３１は燃料のシリンダ２６へ
の供給を遮断する燃料遮断弁である。

３２は燃料噴射時期を調整する油圧式のタイマ
であり、カムプレート２３に当接するローラリン
グ２４の円周方向における回動をタイマピストン
３３の移動により、燃料噴射時期を調整するよう
に構成される。

タイマピン３３が挿入されるシリンダ内にはタ
イマピストン３３の前後端側に高圧油室３４と低
圧油室３５が形成され、低圧油室３５にはコイル
ばね３６が挿入され、高圧油室３４と低圧油室３
５とはタイマコントロールバルブ３７を配設した
管路３８により接続される。従つて、例えば20Hz
の制御パルス信号のデユーテイ比に応じて作動す
るタイマコントロールバルブ３７により、高圧油
室３４の圧油を信号のデユーテイ比に基づいて低
圧油室３５内へ漏洩させ、高圧油室３４の油圧と
低圧油室３５内に油圧及びばね力とが均衡する位
置にタイマピストン３３の位置、即ちローラリン
グ２４の回動位置を決めることができる。上記タ
イマ３２は90°展開図で表わされている。

又、３９はギア４０の回転速度に応じたパルス
信号を出力する電磁ピツクアツプ方式の回転数セ
ンサ、４１はスピル位置センサを表わす。

５１は火炎センサ１２、TCDセンサ１５、ア
クセル開度センサ１６、回転数センサ３９及びス
ピル位置センサ４１等から得られたデータを適宜
処理し、その結果に基づきスピルアクチユエータ
２９、燃料遮断弁３１又はタイマコントロールバ
ルブ３７等を駆動する電子制御回路を表わす。ま
た、上記電子制御回路５１は着火時期判定手段、
最大値検出手段及び着火時期補正手段を兼ねてい
る。

次に第３図は上記電子制御回路５１の例とその
関連部分とのブロツク図を表わしている。

５２は各センサより出力されるデータを制御プ
ログラムに従つて入力及び演算すると共に、各種
装置を作動制御等するための処理を行なうセント
ラルプロセシングユニツト（以下単にCPUと呼
ぶ）、５３は制御プロラグラム及び初期データが
格納されるリードオンリメモリ（以下単にROM
と呼ぶ）、５４は電子制御回路５１に入力される
データや演算制御に必要なデータが一時的に読み
書きされるランダムアクセスメモリ（以下単に
RAMと呼ぶ）、５５は電源遮断されても以後の
内燃機関作動に必要なデータを保持するよう、バ
ツテリによつてバツクアツプされた不揮発性メモ
リとしてのバツクアツプランダムアクセスメモリ
（以下単にバツクアツプRAMと呼ぶ）、５６，５
７は各センサ１６，４１の出力信号のバツフア、
５８の各センサの出力信号をCPU５２に選択的
に出力するマルチプレクサ、５９はアナログ信号
をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、６０は
バツフア５６，５７、マルチプレクサ５８及び
Ａ／Ｄ変換器５９を介して各センサ信号をCPU
５２に送ると共にCPU５２からのマルチプレク
サ５８、Ａ／Ｄ変換器５９のコントロール信号を
出力する入出力ポートを表わしている。

そして６１はTDCセンサ１５、回転数センサ
３９及び火炎センサ１２の出力信号の波形を整形
する整形回路を表わし、各センサ信号は直接、入
力ポート６２によりCPU５２に送られる。

更に、６３，６４，６５は出力ポート６６，６
７，６８を介してCPU５２からの信号によつて
スピルアクチユエータ２９、燃料遮断弁３１、タ
イムコントロールバルブ３７を駆動する駆動回路
をそれぞれ表わしている。又、６９は信号やデー
タの通路となるバスライン、７０はCPU５２を
始めROM５３、RAM５４等へ所定の間隔で制
御タイミングとなるクロツク信号を送るクロツク
回路を表わしている。

上記した火炎センサ１２の構造の第１例８０を
第４図に示す。

ここで８１は筒状ハウジングであり、エンジン
のシリンダ部分に螺着できるように、外周面に螺
刻部８１ａ及び六角状の頭部８１ｂが設けられて
いる。この筒状ハウジング８１の中心孔には石英
ガラス等で構成されている光フアイバー等の導光
体８２が挿入されており、この先端部８２ａは筒
状ハウジング８１より突出し、レンズ状をなして
受光しやすいよう構成されている。他端にはフオ
トトランジスタ、フオトダイオード、太陽電池等
の光を検出し電気信号に変換する光検出回路８３
が設けられている。

このような構成の火炎センサ１２は第５図に示
すようにエンジン１１のシリンダヘツド１１ａに
ある副室１３内にその導光体８２の先端部８２ａ
が露出するように取り付けられている。導光体８
２は筒状ハウシング８１を介してシリンダヘツド
１１ａの外部へ導出したあと、光検出回路８３に
接続している。副室１３内の光は導光体８２を介
して光検出回路８３に到達し、ここで電気信号と
なつて、電子制御回路５１へ出力される。１４ａ
は燃料噴射弁１４のノズルであり、そこから噴射
される燃料はほぼ導光体８２先端部８２ａに衝突
するよう配置されている。このことにより先端部
８２ａが燃料で洗浄されるので、カーボン粒子等
で汚染されにくくなる。

以上のように構成される本実施例の着火時期検
出装置において、デイーゼルエンジン１１の着火
時期の検出は第６図に示す信号の伝達、及び第７
図に示す電子制御回路５１の情報処理の流れに沿
つて行われるのである。

まず、火炎センサ８０からの電気信号は第６図
ａに示すが如く、導光体８２の光端部８２ａに入
る光量によつて定まり、従つて光検出回路８３の
出力はｂ図に示すようにアナログ信号として出力
される。しかし、電子制御回路５１での情報処理
の単位は２植化したデジタル信号であるため、整
形回路６１は、まず第１に、ｃ図に示す如く所定
のしきい値と光検出回路８３のアナログ出力とを
比較して、例えば当該アナログ信号がしきい値以
上であれば高レベル出力（以下、単にＨレベル出
力と呼ぶ）を、以下のときには低レベル出力（以
下、単にＬレベル出力と呼ぶ）を生じるようにす
る。そして、CPU５２ではこの２植化された整
形回路６１出力に基づいて、例えば当該整形回路
６１出力がＬレベルからＨレベルに変化する時点
で燃焼室内で着火が行われたものと判定するので
ある。ところが、上述した着火時期の判定は、整
形回路６１での２植化のタイミングによつて一義
的に決定されるものであるため、導光体８２の光
伝導度の低下や、その受光部８２ａの表面汚れの
程度に起因して、燃焼室内での燃焼光に対する火
炎センサ８０からのアナログ出力が低下すると、
整形回路６１での２植化に際し、アナログ出力が
整形回路６１の有するしきい値に達するまでの時
間がその出力の低下に比例して長くなる。そこ
で、整形回路６１は前記したｃ図に示す信号と並
行して、ｄ図に示すように光検出回路８３からの
アナログ出力を細分化し、アナログ出力の瞬時の
大きさを符号化した信号も同時にCPU５２へ出
力しているのである。このｄ図の示す信号は
CPU５２へ入力され、アナログ信号の最大値Vm
を検出するために用いられる。そして、前記実行
された着火時期の検出結果と、この最大値Vmと
の２つの情報に基づいて真実の着火時期を演算す
るのである。

以上の信号処理の手順を第７図の流れ図に示
す。この着火時期検出ルーチンは、例えばエンジ
ン１の所定回転角毎、又は所定時間毎にCPU５
２によつて実行される。

ステツプ１００は、第６図ｂに示した整形回路
６１の出力に基づいて着火時期t₁を求めるステツ
プである。

続くステツプ１１０は、アクセル開度センサ１
６や回転数センサ３９等からの出力により、エン
ジン１が現在アイドル状態で作動しているか否か
の判断ステツプである。エンジン１の作動状態、
例えば坂道の走行等の高負荷時やアイドル状態の
低負荷時等、によつて燃料室内に吸入される空気
量や燃料噴射量は可変なものであり、従つてその
燃焼によつて生じる発光量はこの作動状態により
左右される。即ち、火炎センサ８０からのアナロ
グ出力の最大値が変化する要因は前記した火炎セ
ンサ８０自体によるものと、このエンジン１の作
動状態によるものと２つがあり、着火時期の検出
に影響を及ぼす前者のもののみを判断しなければ
ならない。そこで、火炎センサ８０からのアナロ
グ出力最大値をサンプリングするための条件とし
て、エンジン１作動状態を特定するのである。こ
こで、作動状態をアイドル時に特定したのは、車
両の使用に際してアイドル運転の状態は最も頻繁
に発生するものであるため、火炎センサ８０の出
力最大値の更新がより適確に行われるからであ
る。本ステツプにおいてアイドル時であると判断
されるとステツプ１２０へ、その他の作動状態で
あると判断するとステツプ１２０を飛び越してス
テツプ１３０へとその処理が移行する。

ステツプ１２０は、エンジン１がアイドル作動
時のときのみ実行されるもので、第６図ｄに示し
た信号の中から最大値Vmを検索し、その値Vm
を、火炎センサ８０が何ら出力の低下を生じてい
ないときのアイドル時の出力最大値と比較して正
規化した値Pfを記憶する。この値Pfの記憶はた
とえイグニツシヨンキーがOFFにされても消去
されないようにバツクアツプ回路を有するPAM
５５に格納して行われる。

次のステツプ１３０は上記算出された正規化値
Pfを用いて着火時期補正値t₂を算出するステツプ
である。このとき、アイドル時には直前のステツ
プ１２０によつて新たに更新された正規化値Pf
を用いて、それ以外の時には以前のアイドル時の
ときの更新されたバツクアツプRAM５５に格納
されている正規化値Pfを用いて着火時期補正値t₂
を算出する。本例においては、着火時期補正値t₂
の算出をクランク角に変換して行うため、第８図
に示すマツプを利用して行つている。このマツプ
は、予めROM５３内に、実験により求めた正規
化値Pf、エンジン回転数Neと着火時期の送れ角
との関係を格納しているものである。これによつ
て、CPU８２はエンジン１の現在の回転数Neと
最新の火炎センサ８０の検出状態を示す正規化値
Pfとを用いて簡単に補正値t₂を算出することがで
きる。

続くステツプ１４０は、これまでに算出された
着火時期t₁とその補正値t₂とから真実の着火時期
Ｔ（＝T₁−T₂）を求めるステツプである。

以上、説明したように、本実施例によれば火炎
センサ８０の検出能力によつて生じる着火時期検
出の誤差を、エンジン１のアイドル時を基準にし
て火炎センサ８０の出力最大値Vmを求めること
により適宜補正することができるのである。

上述したステツプの内、ステツプ１００が着火
時期判定手段としての処理に該当し、ステツプ１
１０及び１２０が最大値検出手段としての処理に
該当し、ステツプ１３０及び１４０が着火時期補
正手段としての処理に該当する。

次に、第１の実施例に示した着火時期検出装置
を燃料噴射時期制御に利用する場合について説明
する。第２図に示した電子制御式の分配型燃料噴
射ポンプにおいては、最良の条件の下でデイーゼ
ルエンジン１１を作動するためにデイーゼルエン
ジン１１の回転数や負荷等に応じて燃料を燃焼さ
せるタイミングを算出し、厳しく制御している。
そして、より精密に燃料噴射時期を制御するた
め、実際に燃焼室内で着火の生じた時期を検出し
燃料噴射時期をフイードバツク制御する方法が取
られている。

第９図に、この燃料噴射時期制御に第１の実施
例で示した着火時期検出装置を利用した制御流れ
図を示す。この噴射時期制御プログラムは、メイ
ンプログラムの一部を構成するものである。

ステツプ２００は、本実施例において、その制
御をタイマコントロールバルブ３７の駆動タイミ
ングをとる50ｍｓのタイミングを用いて行うため
のステツプである。従つて、本ステツプにてタイ
マコントロールバルブ３７の駆動タイミングと一
致したときのみ、以下の噴射時期制御を実行し、
それ以外であればステツプ２１０〜ステツプ３１
０までの処理を飛び越し、他の制御を実行する。

ステツプ２１０は、デイーゼルエンジン１１の
回転数を回転数センサ３９から、その負荷をアク
セル開度センサ１６等から読み込みデイーゼルエ
ンジン１１に最適の着火時期（以下、単に要求着
火時期という）Tfを算出するステツプである。

続くステツプ２３０からステツプ２７０までは
既に第１の実施例に示した実際の着火時期を検出
するステツプ群で、前述同様にステツプ２３０で
着火時期判断手段により着火時期t₁の判断し、次
いで直前のアイドル状態のときに検出した正規化
値Pfに基づいて補正着火時期t₂を演算後、実際の
着火時期Ｔをステツプ２７０にて算出している。

次に実行されるステツプ２８０は、以上求めら
れた要求着火時期Tfと実際の着火時期Ｔとの差
△Ｔを求めるステツプで、この差△Ｔを用いて以
下のステツプ２９０を実行する。

ステツプ２９０は、差△Ｔを用いてタイマコン
トロールバルブ３７の駆動デユーデイ（パルス
巾）の比例項Ｄ（Ｐ）と積分項Ｄ（Ｉ）を算出する
ステツプで、Ｄ（Ｐ）＝ｆ（△Ｔ）、Ｄ（Ｉ）＝ｆ（△
Ｔ）の差△Ｔの関係として演算する。

次のステツプ３００は、比例項Ｄ（Ｐ）、積分項
Ｄ（Ｉ）を用いてタイマコントロールバルブ３７
のデユーテイ（パルス巾）DutyをDuty＝Ｄ（Ｐ）
＋ΣD（Ｉ）なる計算式より算出するステツプであ
る。

ステツプ３１０は以上算出されたタイマコント
ロールバルブ３７のパルス巾Dutyに応じた出力
をタイマコントロールバルブ３７に与えるステツ
プで、これによりタイマコントロールバルブ３７
が作動し、タイマ位置、噴射時期が決定されるの
である。

このように、本実施例に係る着火時期検出装置
を用いれば、火炎センサ８０による検出結果の誤
差を適宜補正が可能で正確な着火時期の検出がで
きるものである。従つてデイーゼルエンジン１１
の要求着火時期Tfと正確に一致した実際の着火
時期を容易に得ることができ、着火時期のズレに
よつて生じる発煙、エミツシヨン、ノツキング、
燃費あるいは出力の低下を防ぐことができるもの
である。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明の着火時期検出装置
によれば、デイーゼルエンジンの燃焼室内での着
火時期を燃焼光の検出の際に生じる誤差を補正し
て正確に得ることができる。

従つて、例えば燃焼噴射時期等の着火時期に密
接に関係するその他の制御に利用することによ
り、デイーゼルエンジンをより最適な状態で作動
させることができるため、発煙、エミツシヨン、
ノツキング、燃費あるいは出力の低下をより適確
に減少させることができる副次的効果を奏するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本的構成図、第２図は本
発明の適用概略図、第３図は電子制御装置のブロ
ツク図、第４図は火炎センサーの実施例を示す
図、第５図はその火炎センサの実装状態を示す概
略図、第６図は一実施例の信号の流れを示す概略
図、第７図はその制御流れ図、第８図は正規化値
算出のマツプ図、第９図は一実施例を噴射時期制
御に利用した制御流れ図、第１０図は本発明の作
用を従来技術と比較しつつ説明した模式図を示
す。 １１……デイーゼルエンジン、１２……火炎セ
ンサ、１４……噴射ノズル、３７……タイマコン
トロールバルブ、５１……電子制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ デイーゼルエンジンのシリンダに、該シリン
   ダ壁を貫通して燃焼室とシリンダ外部との間に導
   光体を設け、該導光体からの光出力が所定のしき
   い値を越える時期に基づいて燃焼室の着火時期を
   判定する判定手段を有する着火時期検出装置にお
   いて、 前記デイーゼルエンジンが所定の負荷で、且つ
   所定の回転数の下に作動しているときの前記導光
   体からの光出力の最大値を検出する最大値検出手
   段と、 該最大値検出手段により検出された光出力の最
   大値と、これを検出したと同じ条件で正常な導光
   体が検出するものとして予め分かつている光出力
   の最大値とを比較し、その比較結果に応じて前記
   判定手段により判定された着火時期を補正する着
   火時期補正手段とを備えたことを特徴とする着火
   時期検出装置。