JPH048285Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は自動車用エンジン等における気筒内の
燃焼光を識別して空燃比を検出、制御する装置に
関する。

（従来技術） 近時、エンジンの燃費、排気対策等の要求を満
たすため、稀薄領域においても空燃比がフイード
バツク制御される傾向にあり、このような空燃比
は、通常、排気中の酸素濃度をパラメータとして
検出される。

このため、リツチからリーンまで、空燃比を広
範囲に検出可能な酸素センサ（例えば、特開昭59
−67455号公報、特開昭59−46350号公報参照）が
種々開発されている。このような酸素センサ（以
下、リーンセンサという）はセンサ電極間が所定
電位差であるときの拡散限界酸素量が酸素濃度に
相関するという特性に着目し、これを拡散電流
（ポンプ電流）として外部回路により検出するこ
とで、空燃比を広範囲に検出している。そして、
このようなリーンセンサ情報に基づいてリツチか
らリーンまで空燃比を広範囲にフイードバツク制
御することができる。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の空燃比制御装
置にあつては、リーンセンサに排気酸素濃度に相
関するポンプ電流を供給し、この電流値から空燃
比を検出するという構成であるため、空燃比の変
化に対してポンプ電流の追随に時間を要しフイー
ドバツク制御の応答性が必ずしも十分でない場合
がある。

例えば、空燃比の変化が急速であるときは制御
の応答性の速いことが望まれるが、この要求に十
分に応えることは困難を伴う。この応答性という
面では、吸入混合気が燃焼し気筒から排出された
後の排気酸素濃度を検出するという方式そのもの
に空燃比の検出に対する時間遅れがあると言え
る。

（考案の目的） そこで本考案は混合気の着火遅れ期間が空燃比
と所定の相関関係にある（原理は後述する）こと
に着目し、この着火遅れ期間を燃焼による光の識
別から求めて空燃比を検出することにより、空燃
比の検出を速やかに行つてフイードバツク制御の
応答性を高め、エンジンの運転性を向上させるこ
とを目的としている。

（考案の構成） 本考案による内燃機関の空燃比制御装置はその
基本概念図を第１図に示すように、エンジン回転
数を検出する回転数検出手段ａと、エンジン負荷
を検出する負荷検出手段ｂと、エンジンの点火時
期を検出する点火時期検出手段ｃと、燃焼によつ
て発光する気筒内の光を光信号として伝送する光
フアイバｄと、前記光フアイバにより伝送された
前記光信号から混合気の着火遅れ期間を検出する
着火遅れ期間検出手段ｅと、前記点火時期、前記
着火遅れ期間、前記回転数および前記エンジン負
荷に基づいて、空燃比を検出する空燃比検出手段
ｆと、前記エンジン回転数および前記エンジン負
荷に応じて目標となる空燃比を設定する目標空燃
比設定手段ｇと、前記空燃比検出手段によつて検
出された空燃比と前記目標空燃比設定手段によつ
て設定された空燃比との偏差を演算する比較手段
ｈと、前記比較手段からの出力に基づいて、吸入
空気量あるいは燃料の供給量を制御する制御信号
を出力する制御手段ｉと、前記制御信号に基づい
て吸入空気量あるいは燃料の供給量を操作する操
作手段ｊと、を備えたことを特徴とする。

（実施例） 以下、本考案を図面に基づいて説明する。

第２〜６図は本考案の第１実施例を示す図であ
る。

まず、構成を説明する。第２図において、１は
エンジンであり、吸入空気はエアクリーナ２より
吸気管３を通して各気筒に供給され、燃料は噴射
信号Siに基づきインジエクタ（操作手段）４によ
り噴射される。各気筒には点火プラグ５が装着さ
れており、点火プラグ５にはデイストリビユータ
６を介して点火コイル７からの高圧パルスPiが供
給される。気筒内の混合気は高圧パルスPiの放電
によつて着火、爆発し、排気となつて排気管（図
示略）を通して排出される。

８は負荷検出手段としてのエアフローメータで
あり、このエアフローメータ８によつて検出され
た吸入空気の流量Qaからエンジン負荷が算出さ
れ、また、エンジン１の回転数Ｎは、回転数セン
サ９（回転数検出手段）により検出される。ま
た、各気筒のシリンダヘツド１０には石英などか
らなる耐熱性の窓ガラス１１が装着されており、
窓ガラス１１は点火プラグ５のスパークギヤツプ
近傍を指向している。窓ガラス１１にはフアイバ
１２の一端が当接しており、光フアイバ１２の他
端は光−電気変換器１３に接続される。光−電気
変換器１３はピン・フオト・ダイオードなどの光
センサにより構成れ、窓ガラス１１および光フア
イバ１２を通して伝送される気筒内の光（燃焼
光）を電気信号Sfに変換して出力する。なお、光
センサは立上り遅れが短く（nsecオーダ）、光に
対する波長感度帯域が300〜800μmm付近にあるも
のが使用される。

エアフローメータ８、回転数センサ９および光
−電気変換器１３からの信号はコントロールユニ
ツト１５に入力される。コントロールユニツト１
５は点火時期検出手段、空燃比検出手段、目標空
燃比設定手段、比較手段および制御手段としての
機能を有し、マイクロコンピユータにより構成さ
れる。コントロールユニツト１５は信号Sfに基づ
いて空燃比を検出する。（詳細は後述する）とと
もに、空燃比制御に必要な外部データをエアフロ
ーメータ８、回転数センサ９および光−電気変換
器１３から取り込んだり、また内部メモリとの間
でデータの授受を行つたりしながら演算処理し、
噴射信号Siおよび点火信号Spを出力する。上記
光−電気変換器１３およびコントロールユニツト
１５は全体として着火遅れ期間検出手段１６を構
成している。

次に、作用を説明するが、最初に光の識別に基
づく空燃比検出の原理から述べる。

所定の点火タイミングで点火プラグ５のスパー
クギヤツプに点火スパークが発生すると、点火ス
パーク近傍の混合気に火炎核が形成され、これが
火災伝播可能な大きさに成長して火災面となつて
燃焼室内を伝播して混合気が爆発燃焼する。この
とき、点火スパークの発生から混合気の発熱反応
により火災核が形成される迄の間はいわゆる着火
遅れ期間Tsとなつて、エンジン１の運転条件に
よつて異なる値を示す。例えば、回転数Ｎおよび
出力が一定という条件下において点火期間と空燃
比をパラメータとして着火遅れ期間Tsを表すと、
第３図のように示されMBT（最適点火時期）近
傍で最も短くなるような傾向となる。これから、
空燃比が未知の場合、着火遅れ期間Tsを求めれ
ば空燃比を検出できるという原理が導かれる。

そこで、本実施例では、かかる原理に基づき点
火スパークによつて発光する光と混合気の着火始
めによる光とを検出して着火遅れ期間Tsを求め、
空燃比の検出を速やかなものとしている。

第４図は空燃比制御のプログラムを示すフロー
チヤートであり、図中P₁〜P₈はフローチヤート
の各ステツプを示している。本プログラムは所定
時間毎に一度実行される。

P₁で運転状態に応じた最適点時期に対応する
タイミングで点火信号Spを出力し、P₂で着火遅
れ期間Tsを算出する。着火遅れ期間Tsは光−電
気変換器１３からの電気信号Sfに基づき第５図に
示すように、点火信号Spの出力タイミングから
混合気の発光開始迄の時間を測定して算出され
る。なお、この算出には信号Sfのレベルを直接用
いてもよいが、例えば第６図に示すように信号Sf
の一次微分結果を用いるようにしてもよい。

次いで、P₃でこのときの着火遅れ期間Tsに対
応する空燃比Ａ／Ｆをデータテーブルからルツク
アツプする。データテーブルは回転数Ｎとエンジ
ン負荷とを一定とする条件毎に点火時期（点火信
号Psの出力時）、空燃比、Tsの三者の関係が予め
記憶されているもので、例えば前述した第３図を
テーブル（表）に置き換えたものに相当する。こ
の場合、着火遅れ期間Tsの算出には燃焼室内の
光を判断要素としており、燃焼開始とともにその
値が求められる。そして、このTsを基に直ちに
現空燃比が測定される。したがつて、燃焼開始と
略同時期に空燃比を知ることができ、従来に比し
て極めて速やかな空燃比情報となる。

P₄では現空燃比と運転状態に応じて設定した
目標空燃比とのずれΔA／Ｆを演算し、P₅でずれ
ΔA／Ｆがあるか否かを判別する。なお、ずれ
ΔA／Ｆの正負でリツチ・リーン何れの方向にず
れているかを判別する。ずれΔA／Ｆがないとき
はP₆で補正係数αをα＝１とし、P₇で他のルー
チンで演算された燃料噴射量T_pにα＝１を乗じ、
このT_pに対応する噴射パルス幅を有する噴射信
号Siを出力する。一方、ずれΔA／Ｆがあるとき
はP₈でこのずれΔA／Ｆの程度に応じて現空燃比
が目標空燃比と一致するように補正係数αを演算
するとともに、P₇でTp×αを演算してこれに対
応する噴射パルス幅を有する噴射信号Siを出力す
る。

このように、空燃比と一義的な対応関係を有す
る着火遅れ期間Tsを測定して空燃比を検出し、
これをフイードバツク制御情報としているため、
フイードバツク制御の対応性を従来に比して格段
に高めることができ、エンジン１の運転性を大き
く向上させることができる。

なお、本実施例では気筒毎に着火遅れ期間Ts
を算出しその燃料噴射量を制御しているため、き
め細かい空燃比制御を行うことができ、稀薄空燃
比の領域においても運転の安定性を高めることが
できる。

また、空燃比の検出に際して光フアイバを用い
ているため、信号伝送路が電気的ノイズの影響を
受けず空燃比検出情報の品質を高めることができ
る。

第７図は本考案の第２実施例を示す図であり、
本実施例は吸入スワール制御を行うエンジンへの
適用例である。

第７図において、吸気管３は吸気ポート近傍で
メインポート２１およびサブポート２２に分割さ
れ、メインポート２１にはスワールコントロール
弁２３が配設される。スワールコントロール２３
はロツド２４を介してサーボダイヤフラム２５に
連結されており、サーボダイヤフラム２５の負圧
室２５ａには負圧通路２６を通して吸入負圧が導
かれる。したがつて、吸入負圧の発達していない
軽負荷時にはスワールコントロール弁２３が閉じ
られてサブポート２２により強力なスワールが発
生し燃焼改善が行われる。一方、高負荷時にはサ
ブポート２２が開かれて十分な吸入空気量が確保
され出力の向上が図られる。スワールコントロー
ル弁２３の開度Cvは開度センサ２７により検出
され、コントロールユニツト１５に入力される。
その他は第１実施例と同様であり、同一番号が付
されている。

ここで、着火遅れ期間Tsは第８図に示すよう
にスワール比に逆比例するような関係にある。本
実施例ではかかる両者の関係に着目し、スワール
コントロール弁２３の開度Cvからスワール比の
大きさに応じて、光フアイバ１２、光−電気変換
器１３およびコントロールユニツト１５によつて
検出された着火遅れ期間Tsを補正している。す
なわち、スワール比が大きいときには、光信号か
ら求められた着火遅れ期間Tsの値を小さく補正
した後、第３図に相当するテーブルより空燃比を
求める。逆に、スワール比が小さいときには、光
信号から求めた着火遅れ期間Tsの値を大きく補
正して空燃比を求める。したがつて、吸入スワー
ル制御を実行しながら空燃比のフイードバツク制
御の応答性を高めることができ、燃費や運転性を
より一層向上させることができる。

（効果） 本考案によれば、吸入混合気の空燃比の検出を
速やかに行つてフイードバツク制御の応答性を高
めることができ、エンジンの運転性を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の基本概念図、第２〜６図は本
考案の第１実施例を示す図であり、第２図はその
全体構成図、第３図はその着火遅れ期間を点火時
期と空燃比との関係で示す図、第４図はその空燃
比制御のプログラムを示すフローチヤート、第５
図はその電気信号Sfのレベル変化を示す図、第６
図はその電気信号Sfの微分波形を示す図、第７，
８図は本考案の第２実施例を示す図であり、第７
図はその全体構成図、第８図はそのスワール比と
着火遅れ期間との関係を示す図である。 １……エンジン、４……インジエクタ（操作手
段）、８……エアフローメータ（負荷検出手段）、
９……回転数センサ（回転数検出手段）、１２…
…光フアイバ、１３……光−電気変換器（着火遅
れ期間検出手段）、１５……コントロールユニツ
ト（点火時期検出手段、着火遅れ期間検出手段、
空燃比検出手段、目標空燃比設定手段、比較手
段、制御手段）。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ａ エンジン回転数を検出する回転数検出手段
   と、 ｂ エンジン負荷を検出する負荷検出手段と、 ｃ エンジンの点火時期を検出する点火時期検出
   手段と、 ｄ 燃焼によつて発光する気筒内の光を光信号と
   して伝送する光フアイバと、 ｅ 前記光フアイバにより伝送された前記光信号
   から混合気の着火遅れ期間を検出する着火遅れ
   期間検出手段と、 ｆ 前記点火時期、前記着火遅れ期間、前記回転
   数および前記エンジン負荷に基づいて、空燃比
   を検出する空燃比検出手段と、 ｇ 前記エンジン回転数および前記エンジン負荷
   に応じて目標となる空燃比を設定する目標空燃
   比設定手段と、 ｈ 前記空燃比検出手段によつて検出された空燃
   比と前記目標空燃比設定手段によつて設定され
   た空燃比との偏差を演算する比較手段と、 ｉ 前記比較手段からの出力に基づいて、吸入空
   気量あるいは燃料の供給量を制御する制御信号
   を出力する制御手段と、 ｊ 前記制御信号に基づいて吸入空気量あるいは
   燃料の供給量を操作する操作手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制
   御装置。