JPH0684939B2 - 空燃比検出式燃焼センサ - Google Patents
空燃比検出式燃焼センサInfo
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- JPH0684939B2 JPH0684939B2 JP61188506A JP18850686A JPH0684939B2 JP H0684939 B2 JPH0684939 B2 JP H0684939B2 JP 61188506 A JP61188506 A JP 61188506A JP 18850686 A JP18850686 A JP 18850686A JP H0684939 B2 JPH0684939 B2 JP H0684939B2
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- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
- F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
- F02D35/022—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions using an optical sensor, e.g. in-cylinder light probe
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- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
- F02D41/1451—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the sensor being an optical sensor
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/30—Controlling fuel injection
- F02D41/32—Controlling fuel injection of the low pressure type
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- F02D41/345—Controlling injection timing
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の燃焼火炎光の検出装置に係り、特に
燃焼光の分光特性より燃焼ガスの空燃比を検出する手法
に係るものである。
燃焼光の分光特性より燃焼ガスの空燃比を検出する手法
に係るものである。
内燃機関の燃焼火炎光を外部に導出し、燃焼情報として
利用する試みは各方向で検討され、デイーゼルエンジン
の着火時期を光学的に検出するもの等はすでに実用化さ
れてきている。燃焼火炎光より空燃比を検出するものに
関しては、自動車技術会学術講演会前刷集832（昭和58
年８月）,p319〜p326,に論じられているものがある。一
方、特開昭58-82039号公報にはエンジンの燃焼光より火
炎光のラジアルの発光成分（CH,C2,OH）の発光強度を検
出し、その強度比より空燃比を求める手法が開示されて
いる。
利用する試みは各方向で検討され、デイーゼルエンジン
の着火時期を光学的に検出するもの等はすでに実用化さ
れてきている。燃焼火炎光より空燃比を検出するものに
関しては、自動車技術会学術講演会前刷集832（昭和58
年８月）,p319〜p326,に論じられているものがある。一
方、特開昭58-82039号公報にはエンジンの燃焼光より火
炎光のラジアルの発光成分（CH,C2,OH）の発光強度を検
出し、その強度比より空燃比を求める手法が開示されて
いる。
上記前者の従来技術は、予混合層流バーナ火炎を用い
て、火炎光のラジカルの発光強度（CH,C2,OH）が空燃比
と強い相関関係があることを明らかにしたものであり、
エンジンについては上記ラジカル成分の生成が空燃比の
ほかに温度，圧力などによって影響を受ける点について
は配慮されていなかった。
て、火炎光のラジカルの発光強度（CH,C2,OH）が空燃比
と強い相関関係があることを明らかにしたものであり、
エンジンについては上記ラジカル成分の生成が空燃比の
ほかに温度，圧力などによって影響を受ける点について
は配慮されていなかった。
また、上記後者の従来技術は、燃焼光検出面の汚れに伴
う上記ラジカル成分相当の波長光の透過率変化に関して
十分な配慮がなされておらず、高精度に空燃比検出を満
足するまでに至っていなかった。
う上記ラジカル成分相当の波長光の透過率変化に関して
十分な配慮がなされておらず、高精度に空燃比検出を満
足するまでに至っていなかった。
このように上記従来技術は、特定波長の燃焼火炎光の発
光強度比より空燃比を求める方法であるため、検出面の
付着物により各波長分の透過率が変化したり、周囲温度
による熱放射分により強度比が変化する等、十分な空燃
比検出精度が得られないという問題があった。
光強度比より空燃比を求める方法であるため、検出面の
付着物により各波長分の透過率が変化したり、周囲温度
による熱放射分により強度比が変化する等、十分な空燃
比検出精度が得られないという問題があった。
本発明の目的は、検出面の付着物や周囲温度による影響
を受けない空燃比検出式燃焼センサを提供することにあ
る。
を受けない空燃比検出式燃焼センサを提供することにあ
る。
上記目的は、エンジンの燃焼室に開口する形で設置した
燃焼検出端と、前記燃焼検出端から導入した燃焼光を光
電変換し処理する光信号処理回路とを備えた空燃比検出
式燃焼センサにおいて、前記燃焼光を二分岐して任意の
二つの波長帯の燃焼光信号を光電変換し、この両者の信
号の発生時期の位相差より空燃比を算出することによっ
て達成される。
燃焼検出端と、前記燃焼検出端から導入した燃焼光を光
電変換し処理する光信号処理回路とを備えた空燃比検出
式燃焼センサにおいて、前記燃焼光を二分岐して任意の
二つの波長帯の燃焼光信号を光電変換し、この両者の信
号の発生時期の位相差より空燃比を算出することによっ
て達成される。
特定波長の光の発光強度は検出面の付着物や周囲温度等
の影響によりそのレベルは変化するが、その発生時期は
影響を受けないため、燃焼光を二分岐して、その２つの
信号の発生時期の位相差より空燃比を算出することによ
り、十分な空燃比検出精度が得られる。
の影響によりそのレベルは変化するが、その発生時期は
影響を受けないため、燃焼光を二分岐して、その２つの
信号の発生時期の位相差より空燃比を算出することによ
り、十分な空燃比検出精度が得られる。
以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第１図は本発明になる空燃比検出式燃焼センサを用いた
システム構成図である。
第１図は本発明になる空燃比検出式燃焼センサを用いた
システム構成図である。
燃焼センサは、エンジン２の燃焼室３に開口する形で取
り付けられた燃焼光検出端1,燃焼光検出端１により導出
した燃焼光を伝送する光フアイバケーブル４、その後端
に配した光信号処理回路５により構成されている。
り付けられた燃焼光検出端1,燃焼光検出端１により導出
した燃焼光を伝送する光フアイバケーブル４、その後端
に配した光信号処理回路５により構成されている。
燃焼光検出端１は第２図に示すような点火プラグ一体型
では、特開昭57-171239で開示しているような燃焼光検
出機能のみの単機能型でも良い。第１図のシステムでは
前者の検出端を利用している場合を例にとつている。こ
の場合、燃焼光検出端１には、点火装置６を介してマイ
クロコンピユータ内蔵のコントローラ７より点火パルス
信号が与えられ、点火プラグとしての機能も持たせてい
る。
では、特開昭57-171239で開示しているような燃焼光検
出機能のみの単機能型でも良い。第１図のシステムでは
前者の検出端を利用している場合を例にとつている。こ
の場合、燃焼光検出端１には、点火装置６を介してマイ
クロコンピユータ内蔵のコントローラ７より点火パルス
信号が与えられ、点火プラグとしての機能も持たせてい
る。
光信号処理回路５で光電変換、信号処理された燃焼光信
号はコントローラ７に導かれる。コントローラ７にはそ
の他に、酸素センサ（空燃比センサ）８で検出した空燃
比信号、絞り弁開度センサ９あるいは絞り弁開度スイツ
チ９からの絞り弁開度情報信号、エアフローセンサ10で
検出した空気流量信号、水温センサ11で検出したエンジ
ン冷却水温信号、回転センサ（クランク角センサ、上死
点センサ等）12で検出したエンジン回転数信号，クラン
ク角度信号等が入力される。コントローラ７ではこれら
複数の信号の演算処理により、最適燃料量，最適点火時
期等を決定し、制御信号を出力する。燃料量はインジエ
クタ13に制御信号を与えることにより最適量がエンジン
に噴射，供給され。。第１図の場合、マルチポイント燃
料噴射システムを例にとつているが、本発明はこれに限
定されることはなく、気化器，シングルポイント燃流噴
射システム等のいずれでも良い。また、エアフローセン
サ10を用いた空気流量直接計量方式を例にとつている
が、エンジン回転数と吸入負圧より吸入空気流量を算出
するスピードデンスイテイ方式，エンジン回転数と絞り
弁開度より吸入空気流量を算出する方式等、その空気計
量方式はいずれでも良い。
号はコントローラ７に導かれる。コントローラ７にはそ
の他に、酸素センサ（空燃比センサ）８で検出した空燃
比信号、絞り弁開度センサ９あるいは絞り弁開度スイツ
チ９からの絞り弁開度情報信号、エアフローセンサ10で
検出した空気流量信号、水温センサ11で検出したエンジ
ン冷却水温信号、回転センサ（クランク角センサ、上死
点センサ等）12で検出したエンジン回転数信号，クラン
ク角度信号等が入力される。コントローラ７ではこれら
複数の信号の演算処理により、最適燃料量，最適点火時
期等を決定し、制御信号を出力する。燃料量はインジエ
クタ13に制御信号を与えることにより最適量がエンジン
に噴射，供給され。。第１図の場合、マルチポイント燃
料噴射システムを例にとつているが、本発明はこれに限
定されることはなく、気化器，シングルポイント燃流噴
射システム等のいずれでも良い。また、エアフローセン
サ10を用いた空気流量直接計量方式を例にとつている
が、エンジン回転数と吸入負圧より吸入空気流量を算出
するスピードデンスイテイ方式，エンジン回転数と絞り
弁開度より吸入空気流量を算出する方式等、その空気計
量方式はいずれでも良い。
第２図は点火プラグ一体型の燃焼光検出端の要部断面図
である。点火プラグの中心電極21,高圧ターミナル22の
中心軸上を貫通する形で光導体として直径1.0〜1.5mm程
度の石英ガラスフアイバ14が配設されている。これら三
者と電気的絶縁碍子15との固着はシール部16で導電性ガ
ラスシール材の加熱溶融封着によつてなされている。石
英ガラスフアイバ14によつて導入された燃焼火炎光は、
コネクタ17で屈曲性に富んだ光フアイバケーブル18と連
接されて光信号処理回路５へと導かれる。また、このコ
ネクタ17は点火プラグの高電圧の導入部材としての機能
も兼ねており、高圧コード19からの高電圧がコネクタ1
7、高圧ターミナル22を介して中心電極21に導かれるよ
うになつている。20は碍子15の表面を高電圧が沿面放
電、いわゆるフラツシユオーバーしないように絶縁する
保護カバーである。
である。点火プラグの中心電極21,高圧ターミナル22の
中心軸上を貫通する形で光導体として直径1.0〜1.5mm程
度の石英ガラスフアイバ14が配設されている。これら三
者と電気的絶縁碍子15との固着はシール部16で導電性ガ
ラスシール材の加熱溶融封着によつてなされている。石
英ガラスフアイバ14によつて導入された燃焼火炎光は、
コネクタ17で屈曲性に富んだ光フアイバケーブル18と連
接されて光信号処理回路５へと導かれる。また、このコ
ネクタ17は点火プラグの高電圧の導入部材としての機能
も兼ねており、高圧コード19からの高電圧がコネクタ1
7、高圧ターミナル22を介して中心電極21に導かれるよ
うになつている。20は碍子15の表面を高電圧が沿面放
電、いわゆるフラツシユオーバーしないように絶縁する
保護カバーである。
第３図（ａ）の信号波形は、第３図（ｂ）に示したよう
にエンジンに取り付けた燃焼光検出端１で導出した燃焼
光を光フアイバケーブル４を介して回折格子形分光器23
に導き、単一波長成分ごとの光強度をホトマルチプレク
サ24で光電変換し得た結果である。ただし、エンジンの
場合間欠燃焼であり、各サイクル毎の燃焼状態は多少変
動しているので、第３図（ａ）の波形は燃焼サイクル16
回分をサンプリングし、その平均波形を画かせたもので
ある。第３図（ａ）では単一波長成分として可視光域の
うち紫外域寄りの波長λ１＝450nmのものと、赤外域寄
りの波長λ２＝750nmのものとを抽出して測定してあ
る。ピストンの上死点TDCに達成する前に点火プラグに
点火パルス信号が与えられ、火花放電が行われ、火炎核
が形成される。この火炎核は多少時間を費やして成長
し、燃焼室内の混合気の燃焼開始を誘発するようにな
る。燃焼が開始すると燃焼室内の燃焼圧は急激に増大
し、ピストンに往復運動のエネルギを与えるようにな
る。また、燃焼が開始すると燃焼光の信号も立ち上り，
燃焼圧とほぼ同様な時期にピーク値を示し、その後、下
降線をだとる信号波形を呈する。しかしここで、燃焼圧
信号波形のピーク時期PPに対して、燃焼光信号波形（図
示のλ１，λ２が相当）のピーク時期A,Bは燃焼室に供
給される混合気の空燃比によつて変化してくることを実
験により見出した。そこで、この燃焼圧ピーク時期PPに
対して、波長λ１＝450nmの光のピーク時期Ａの位相差
をΔt1、波長λ２＝750nmの光のピーク時期Ｂの位相差
をΔt2として、空燃比との相関性を測定した結果を第４
図に示す。Δt1は空燃比A/Fが大きくなると、負、すな
わち燃焼圧のピーク時期PPよりλ１の光はピークが早く
なる。一方、Δt2はA/Fが大きくなるにつれて大きくな
り、PPよりλ２の光のピークは遅れてくる。すなわち、
A/Fが大きくなるほど、まずλ１＝450nm、すなわち青色
を帯びた火炎が発生し、その後λ２＝750nm、すなわち
赤色を帯びた火炎が発生するようになつていると考えら
れる。この傾向と両者のピーク値（第３図のF1,F2）に
は相関性はない。第５図はA/Fに対するF1F2の値であ
り、理論空燃比近傍が両者とも最も大きく、それ以上に
A/Fを大きくしても、小さくしてもその値は低下してく
る。
にエンジンに取り付けた燃焼光検出端１で導出した燃焼
光を光フアイバケーブル４を介して回折格子形分光器23
に導き、単一波長成分ごとの光強度をホトマルチプレク
サ24で光電変換し得た結果である。ただし、エンジンの
場合間欠燃焼であり、各サイクル毎の燃焼状態は多少変
動しているので、第３図（ａ）の波形は燃焼サイクル16
回分をサンプリングし、その平均波形を画かせたもので
ある。第３図（ａ）では単一波長成分として可視光域の
うち紫外域寄りの波長λ１＝450nmのものと、赤外域寄
りの波長λ２＝750nmのものとを抽出して測定してあ
る。ピストンの上死点TDCに達成する前に点火プラグに
点火パルス信号が与えられ、火花放電が行われ、火炎核
が形成される。この火炎核は多少時間を費やして成長
し、燃焼室内の混合気の燃焼開始を誘発するようにな
る。燃焼が開始すると燃焼室内の燃焼圧は急激に増大
し、ピストンに往復運動のエネルギを与えるようにな
る。また、燃焼が開始すると燃焼光の信号も立ち上り，
燃焼圧とほぼ同様な時期にピーク値を示し、その後、下
降線をだとる信号波形を呈する。しかしここで、燃焼圧
信号波形のピーク時期PPに対して、燃焼光信号波形（図
示のλ１，λ２が相当）のピーク時期A,Bは燃焼室に供
給される混合気の空燃比によつて変化してくることを実
験により見出した。そこで、この燃焼圧ピーク時期PPに
対して、波長λ１＝450nmの光のピーク時期Ａの位相差
をΔt1、波長λ２＝750nmの光のピーク時期Ｂの位相差
をΔt2として、空燃比との相関性を測定した結果を第４
図に示す。Δt1は空燃比A/Fが大きくなると、負、すな
わち燃焼圧のピーク時期PPよりλ１の光はピークが早く
なる。一方、Δt2はA/Fが大きくなるにつれて大きくな
り、PPよりλ２の光のピークは遅れてくる。すなわち、
A/Fが大きくなるほど、まずλ１＝450nm、すなわち青色
を帯びた火炎が発生し、その後λ２＝750nm、すなわち
赤色を帯びた火炎が発生するようになつていると考えら
れる。この傾向と両者のピーク値（第３図のF1,F2）に
は相関性はない。第５図はA/Fに対するF1F2の値であ
り、理論空燃比近傍が両者とも最も大きく、それ以上に
A/Fを大きくしても、小さくしてもその値は低下してく
る。
以上の結果から、任意の特定波長の光のピーク時期が空
燃比に依存していることが明らかとなつたが、第４図の
ごとく燃焼圧のピーク時期を基準とした方法では実用性
が低い。第６図はΔt1とΔt2の時間位相差をエンジンク
ランク角度位相差Δθに変換し、A/Fとの対応を整理し
た結果である。非線形ではあるが、空燃比A/Fに対応し
た特性が得られた。したがつて燃焼センサではこのΔθ
を算出し、マイクロコンピユータよりなるコントローラ
でこのΔθを用いてA/Fを算出出すれば良ことになる。
なお、本実験ではλ１＝450nm,λ２＝750nmの場合以外
に多数の波長帯について行つており、絶対値は異なる
が、その傾向は一致していることを確認しており、特定
の二波長の光はその波長帯の制限はない。
燃比に依存していることが明らかとなつたが、第４図の
ごとく燃焼圧のピーク時期を基準とした方法では実用性
が低い。第６図はΔt1とΔt2の時間位相差をエンジンク
ランク角度位相差Δθに変換し、A/Fとの対応を整理し
た結果である。非線形ではあるが、空燃比A/Fに対応し
た特性が得られた。したがつて燃焼センサではこのΔθ
を算出し、マイクロコンピユータよりなるコントローラ
でこのΔθを用いてA/Fを算出出すれば良ことになる。
なお、本実験ではλ１＝450nm,λ２＝750nmの場合以外
に多数の波長帯について行つており、絶対値は異なる
が、その傾向は一致していることを確認しており、特定
の二波長の光はその波長帯の制限はない。
第７図は本発明になる燃焼火炎光の特定の二波長への分
波、信号処理構成図である。第７図（ａ）は光フアイバ
ケーブル25で伝送された燃焼光を二分岐し、その端部に
前記したλ１相当の波長帯の最高感度のある光電変換素
子（フオトトランジスタ，フオトダイオード等）26と、
λ２相当の波長帯に最高感度のある光電変換素子27を配
置し、λ１とλ２の波長の光を各々受光する。そして光
電変換回路28,29で各々光電変換され、立ち上り時期検
出回路30,31で信号立ち上り時期がパルス信号化され、
位相差パルス発生回路38で両者の位相差がパルス化され
マイクロコンピユータよりなるコントローラ７に導かれ
る構成になつている。
波、信号処理構成図である。第７図（ａ）は光フアイバ
ケーブル25で伝送された燃焼光を二分岐し、その端部に
前記したλ１相当の波長帯の最高感度のある光電変換素
子（フオトトランジスタ，フオトダイオード等）26と、
λ２相当の波長帯に最高感度のある光電変換素子27を配
置し、λ１とλ２の波長の光を各々受光する。そして光
電変換回路28,29で各々光電変換され、立ち上り時期検
出回路30,31で信号立ち上り時期がパルス信号化され、
位相差パルス発生回路38で両者の位相差がパルス化され
マイクロコンピユータよりなるコントローラ７に導かれ
る構成になつている。
第７図（ｂ）も光電変換回路28,29までは（ａ）の場合
と同様であり、その後端はピークホールド回路32,33、
リセツト回路34,35を介して各々の波長の光信号ごとに
ピークホールド波形を整形し、ピーク時期検出回路36,3
7で各々の信号ピーク時期を検出し、位相差パルス発生
回路38で両者の位相差がパルス化されコントローラ７に
その信号を導いている。
と同様であり、その後端はピークホールド回路32,33、
リセツト回路34,35を介して各々の波長の光信号ごとに
ピークホールド波形を整形し、ピーク時期検出回路36,3
7で各々の信号ピーク時期を検出し、位相差パルス発生
回路38で両者の位相差がパルス化されコントローラ７に
その信号を導いている。
第８図は第７図（ａ）に示したものの信号処理手順の説
明図である。光電変換回路28より得られた波長λ１の光
信号（イ）、光電変換回路29より得られた波長λ２の光
信号（ロ）は、立ち上り時期検出回路30,31に導かれ、
各々の設定電圧VR1,VR2と比較する。そして、各々VR1,V
R2の設定電圧より光信号の電圧値が大きくなつたときに
ハイレベルとなるパルス信号を（ハ），（ニ）のごとく
整形する。そしてこの（ハ），（ニ）のパルス信号は位
相差パルス発生回路38で両者のパルス立ち上り時期差の
間だけハイレベルとなるパルス信号（ホ）を整形する。
この位相差パルス信号（ホ）はコントローラに送られ、
（ヘ）のごとく、そのパルスのハイレベルの間のクラン
ク角度がカウントされ、両者の位相差角度が算出され
る。
明図である。光電変換回路28より得られた波長λ１の光
信号（イ）、光電変換回路29より得られた波長λ２の光
信号（ロ）は、立ち上り時期検出回路30,31に導かれ、
各々の設定電圧VR1,VR2と比較する。そして、各々VR1,V
R2の設定電圧より光信号の電圧値が大きくなつたときに
ハイレベルとなるパルス信号を（ハ），（ニ）のごとく
整形する。そしてこの（ハ），（ニ）のパルス信号は位
相差パルス発生回路38で両者のパルス立ち上り時期差の
間だけハイレベルとなるパルス信号（ホ）を整形する。
この位相差パルス信号（ホ）はコントローラに送られ、
（ヘ）のごとく、そのパルスのハイレベルの間のクラン
ク角度がカウントされ、両者の位相差角度が算出され
る。
第９図は第７図（ｂ）に示したものの信号処理手順の説
明図である。各々の光電変換回路28,29より得られたλ
１の光信号（イ）、λ２の光信号（ロ）はピークホール
ド回路32,33、リセツト回路34,35によりそれぞれ
（ト），（チ）のごとくなる。（イ）と（ト）の信号は
ピーク時期検出回路36に、（ロ）と（チ）の信号はピー
ク時期検出回路37に送られ、それぞれ両者の減算処理
（（ト）−（イ），（チ）−（ロ））を行い反転してそ
れぞれ（リ）、（ヌ）のごとき波形を整形する。ここで
それぞれ設定電圧VR3,VR4と比較され、（リ），（ヌ）
の信号がVR3,VR4よりそれぞれ大きいときにハイとなる
パルス信号を（ル），（オ）のごとく整形し、これを位
相差パルス発生回路38に導く。位相差パルス発生回路38
ではこの両者のパルス立ち上り時期差の間だけハイレベ
ルとなるパルス信号（ワ）を整形し、コントローラ７に
そのパルス信号（ワ）を送る。コントローラ７ではその
パルス信号（ワ）のハイレベルの期間のクランク角度パ
ルスを（カ）のごとくカウントし、λ１，λ２の光のピ
ーク時期の位相差角度が算出される。
明図である。各々の光電変換回路28,29より得られたλ
１の光信号（イ）、λ２の光信号（ロ）はピークホール
ド回路32,33、リセツト回路34,35によりそれぞれ
（ト），（チ）のごとくなる。（イ）と（ト）の信号は
ピーク時期検出回路36に、（ロ）と（チ）の信号はピー
ク時期検出回路37に送られ、それぞれ両者の減算処理
（（ト）−（イ），（チ）−（ロ））を行い反転してそ
れぞれ（リ）、（ヌ）のごとき波形を整形する。ここで
それぞれ設定電圧VR3,VR4と比較され、（リ），（ヌ）
の信号がVR3,VR4よりそれぞれ大きいときにハイとなる
パルス信号を（ル），（オ）のごとく整形し、これを位
相差パルス発生回路38に導く。位相差パルス発生回路38
ではこの両者のパルス立ち上り時期差の間だけハイレベ
ルとなるパルス信号（ワ）を整形し、コントローラ７に
そのパルス信号（ワ）を送る。コントローラ７ではその
パルス信号（ワ）のハイレベルの期間のクランク角度パ
ルスを（カ）のごとくカウントし、λ１，λ２の光のピ
ーク時期の位相差角度が算出される。
第10図は第７図に示した分波，信号処理構成図のものに
おいて用いる光電変換素子26,27の分光感度特性例を示
した。光電変換素子26は第10図の実線で示したように波
長λ１にピーク感度のあるものを、また光電変換素子27
は第10図の破線で示したように波長λ２にピーク感度の
あるものを使用すれば良い。しかし、このように特定波
長帯にシヤープに分光感度特性を呈する光電変換素子は
現在のところ高価なものが多い。したがつて低コスト化
を図るには次のような構成をとれば良い。
おいて用いる光電変換素子26,27の分光感度特性例を示
した。光電変換素子26は第10図の実線で示したように波
長λ１にピーク感度のあるものを、また光電変換素子27
は第10図の破線で示したように波長λ２にピーク感度の
あるものを使用すれば良い。しかし、このように特定波
長帯にシヤープに分光感度特性を呈する光電変換素子は
現在のところ高価なものが多い。したがつて低コスト化
を図るには次のような構成をとれば良い。
第11図は現在安価に市販されているフオトランジスタの
感度特性図であり、400nm〜1100nmの広い範囲の波長帯
の光を検出できる。この種のものは多数市販されてお
り、第11図よりさらに広範囲に分光感度を有するものも
ある。したがつてこのような特性を有する光電変換素子
を２個用い、この光電変換素子への光入力段に第12図に
示すような特性を有する干渉フイルタを配することによ
り比較的容易に波長λ１，λ２の光の信号を得ることが
できる。
感度特性図であり、400nm〜1100nmの広い範囲の波長帯
の光を検出できる。この種のものは多数市販されてお
り、第11図よりさらに広範囲に分光感度を有するものも
ある。したがつてこのような特性を有する光電変換素子
を２個用い、この光電変換素子への光入力段に第12図に
示すような特性を有する干渉フイルタを配することによ
り比較的容易に波長λ１，λ２の光の信号を得ることが
できる。
干渉フイルタの透過率特性は第12図のごとく、特定の波
長帯にのみシヤープな透過率となるものを比較的容易に
得られる。したがつて第12図のＣの特性を有する干渉フ
イルタを光電変換素子の前段に配することによりλ１の
波長帯の光を、第12図Ｄの特性を有する干渉フイルタを
光電変換素子の前段に配することによりλ２の波長帯の
光を検出することができる。
長帯にのみシヤープな透過率となるものを比較的容易に
得られる。したがつて第12図のＣの特性を有する干渉フ
イルタを光電変換素子の前段に配することによりλ１の
波長帯の光を、第12図Ｄの特性を有する干渉フイルタを
光電変換素子の前段に配することによりλ２の波長帯の
光を検出することができる。
第13図はこの具体的構成例である。第11図で示したごと
き広い波長帯に分光感度を有する光電変換素子39を２個
配置し、その前段にそれぞれ、第12図のＣの特性を有す
る干渉フイルタ40、Ｄの特性を有する干渉フイルタ41を
配している。これにより、第７図のものとほぼ同様に特
定の二波長帯の燃焼光のみを受光し光電変換して利用で
きる。
き広い波長帯に分光感度を有する光電変換素子39を２個
配置し、その前段にそれぞれ、第12図のＣの特性を有す
る干渉フイルタ40、Ｄの特性を有する干渉フイルタ41を
配している。これにより、第７図のものとほぼ同様に特
定の二波長帯の燃焼光のみを受光し光電変換して利用で
きる。
第14図はコントローラ７の主要部の構成図である。エア
フローセンサ10,水温センサ11,空燃比センサ8,絞り弁開
度センサ９などのセンサ信号はマルチプレクサ43を介し
てA/D変換器44でA/D変換され、入出力ポート45に接続さ
れている。絞り弁全閉スイツチ（アイドル開度検知スイ
ツチ）９の信号は入力ポート46に接続されている。クラ
ンク角センサ12の回転情報信号は、波形整形回路47を介
して入力ポート48に接続されている。燃焼センサ42の信
号は信号処理回路５を介してカウンタ回路49に導かれ、
第８図，第９図で示したごとく、２波長の位相差パルス
の間のクランク角度パルスをカウントし、その信号をA/
D変換器50に導き、デイジタル信号に変換して入出力ポ
ート51に導く。以上のそれぞれの入出力ポートはデータ
バス52によりCPU53,ROM54,RAM55と接続されており、信
号の授受，演算処理が実行される。その結果は出力ポー
ト56,57に出力され、出力ポート56からの信号により点
火装置６が、また、出力ポート57からの信号により駆動
回路58が動作し、これによりインジエクタ13が駆動され
る。
フローセンサ10,水温センサ11,空燃比センサ8,絞り弁開
度センサ９などのセンサ信号はマルチプレクサ43を介し
てA/D変換器44でA/D変換され、入出力ポート45に接続さ
れている。絞り弁全閉スイツチ（アイドル開度検知スイ
ツチ）９の信号は入力ポート46に接続されている。クラ
ンク角センサ12の回転情報信号は、波形整形回路47を介
して入力ポート48に接続されている。燃焼センサ42の信
号は信号処理回路５を介してカウンタ回路49に導かれ、
第８図，第９図で示したごとく、２波長の位相差パルス
の間のクランク角度パルスをカウントし、その信号をA/
D変換器50に導き、デイジタル信号に変換して入出力ポ
ート51に導く。以上のそれぞれの入出力ポートはデータ
バス52によりCPU53,ROM54,RAM55と接続されており、信
号の授受，演算処理が実行される。その結果は出力ポー
ト56,57に出力され、出力ポート56からの信号により点
火装置６が、また、出力ポート57からの信号により駆動
回路58が動作し、これによりインジエクタ13が駆動され
る。
ROM54には第６図に示すような、位相差角度信号Δθと
空燃比A/Fの関係式あるいは、ΔθとA/Fの一次元マツプ
が記憶されており、入出力ポート51から得られた位相角
度信号Δθに対応したA/FをCPU53が演算して求められる
ようになつている。多気筒エンジンで燃焼センサが各気
筒に設けられたシステムの場合、信号処理回路も燃焼セ
ンサ分直列に接続し、そのそれぞれの位相差パルス信号
を第14図では図示していないマルチプレクサを介してカ
ウンタ49に接続することにより、各気筒ごとにA/Fを検
出できる。また、各気筒それぞれ単独に見た場合、各燃
焼サイクルごとに供給されてくる混合気の空燃比は変動
しているので、当然、各サイクルごとにカウンタ49でカ
ウントされる位相差角度信号Δθ変動した値となる。し
たがつて、この変動したΔθでA/Fを算出し、その都度
閉ループ制御を行うと、制御の安定性が得られなくなつ
てくる。したがつてこの場合、数サイクル分のΔθの平
均値を算出して、これよりA/Fを求めるようにすれば良
い。この平均化するためのサンプリング回数は個々のエ
ンジンに合わせて適宜、最適回数を選定し行うようにす
る。
空燃比A/Fの関係式あるいは、ΔθとA/Fの一次元マツプ
が記憶されており、入出力ポート51から得られた位相角
度信号Δθに対応したA/FをCPU53が演算して求められる
ようになつている。多気筒エンジンで燃焼センサが各気
筒に設けられたシステムの場合、信号処理回路も燃焼セ
ンサ分直列に接続し、そのそれぞれの位相差パルス信号
を第14図では図示していないマルチプレクサを介してカ
ウンタ49に接続することにより、各気筒ごとにA/Fを検
出できる。また、各気筒それぞれ単独に見た場合、各燃
焼サイクルごとに供給されてくる混合気の空燃比は変動
しているので、当然、各サイクルごとにカウンタ49でカ
ウントされる位相差角度信号Δθ変動した値となる。し
たがつて、この変動したΔθでA/Fを算出し、その都度
閉ループ制御を行うと、制御の安定性が得られなくなつ
てくる。したがつてこの場合、数サイクル分のΔθの平
均値を算出して、これよりA/Fを求めるようにすれば良
い。この平均化するためのサンプリング回数は個々のエ
ンジンに合わせて適宜、最適回数を選定し行うようにす
る。
以上の本発明により、燃焼光検出面に付着する付着物に
よる各波長の透過率変化，燃焼光検出面周面からの熱放
射分による変化等、従来の燃焼光の特定の波長の光強度
から空燃比を求める方法では誤差を誘発する要因が種々
あり、高精度な空燃比検出ができなかつたものが、これ
らに影響を受けない特定波長の光の発生時期の位相差か
ら空燃比を求めることができ、実用的な燃焼センサを提
供することができる。
よる各波長の透過率変化，燃焼光検出面周面からの熱放
射分による変化等、従来の燃焼光の特定の波長の光強度
から空燃比を求める方法では誤差を誘発する要因が種々
あり、高精度な空燃比検出ができなかつたものが、これ
らに影響を受けない特定波長の光の発生時期の位相差か
ら空燃比を求めることができ、実用的な燃焼センサを提
供することができる。
第１図は本発明の実施例を用いたシステム図、第２図は
燃焼光検出端の一実施例図、第３図は燃焼光の分光分析
結果例図、第４図は空燃比A/Fに対する特定波長のピー
ク時期特性図、第５図はそのピーク値の特性例図、第６
図は特定した２波長の光の発生時期位相差角度Δθと空
燃比A/Fの関係図、第７図は本発明になる特定２波長分
波、信号処理の構成図、第８図，第９図はその信号処理
手順の説明図、第10図，第11図は光電変換素子の分光感
度特性図、第12図は干渉フイルタの特性図、第13図は第
７図の変形図、第14図はコントローラの主要部説明図で
ある。 １……燃焼光検出端、４……光フアイバケーブル、５…
…光信号処理回路、７……コントローラ。
燃焼光検出端の一実施例図、第３図は燃焼光の分光分析
結果例図、第４図は空燃比A/Fに対する特定波長のピー
ク時期特性図、第５図はそのピーク値の特性例図、第６
図は特定した２波長の光の発生時期位相差角度Δθと空
燃比A/Fの関係図、第７図は本発明になる特定２波長分
波、信号処理の構成図、第８図，第９図はその信号処理
手順の説明図、第10図，第11図は光電変換素子の分光感
度特性図、第12図は干渉フイルタの特性図、第13図は第
７図の変形図、第14図はコントローラの主要部説明図で
ある。 １……燃焼光検出端、４……光フアイバケーブル、５…
…光信号処理回路、７……コントローラ。
Claims (1)
- 【請求項１】エンジンの燃焼室に開口する形で設置した
燃焼検出端と、前記燃焼検出端から導入した燃焼光を光
電変換し処理する光信号処理回路とを備えた空燃比検出
式燃焼センサにおいて、前記燃焼光を二分岐して任意の
二つの波長帯の燃焼光信号を光電変換し、この両者の信
号の発生時期の位相差より空燃比を算出するように構成
したことを特徴とする空燃比検出式燃焼センサ。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61188506A JPH0684939B2 (ja) | 1986-08-13 | 1986-08-13 | 空燃比検出式燃焼センサ |
| KR1019870007516A KR960016168B1 (ko) | 1986-08-13 | 1987-07-13 | 공연비를 검출하는 센서 |
| US07/081,847 US4779455A (en) | 1986-08-13 | 1987-08-05 | Air-fuel ratio detecting sensor |
| FR8711489A FR2602863B1 (fr) | 1986-08-13 | 1987-08-12 | Capteur de detection de taux air-carburant |
| GB8719056A GB2194634B (en) | 1986-08-13 | 1987-08-12 | Air-fuel ratio detecting sensor |
| DE19873727018 DE3727018A1 (de) | 1986-08-13 | 1987-08-13 | Messfuehler zur erfassung des luft/kraftstoff-verhaeltnisses |
| US07/603,008 USRE34211E (en) | 1986-08-13 | 1990-10-25 | Air-fuel ratio detecting sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61188506A JPH0684939B2 (ja) | 1986-08-13 | 1986-08-13 | 空燃比検出式燃焼センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6345535A JPS6345535A (ja) | 1988-02-26 |
| JPH0684939B2 true JPH0684939B2 (ja) | 1994-10-26 |
Family
ID=16224914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61188506A Expired - Lifetime JPH0684939B2 (ja) | 1986-08-13 | 1986-08-13 | 空燃比検出式燃焼センサ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US4779455A (ja) |
| JP (1) | JPH0684939B2 (ja) |
| KR (1) | KR960016168B1 (ja) |
| DE (1) | DE3727018A1 (ja) |
| FR (1) | FR2602863B1 (ja) |
| GB (1) | GB2194634B (ja) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4887574A (en) * | 1987-04-21 | 1989-12-19 | Hitachi, Ltd. | Control apparatus for internal combustion engines |
| US4940033A (en) * | 1988-05-13 | 1990-07-10 | Barrack Technology Limited | Method of operating an engine and measuring certain operating parameters |
| EP0358419A3 (en) * | 1988-09-09 | 1990-08-16 | LUCAS INDUSTRIES public limited company | Control system for an internal combustion engine |
| GB8824962D0 (en) * | 1988-10-25 | 1988-11-30 | Lucas Ind Plc | Smoke measuring apparatus |
| GB2229808A (en) * | 1989-03-08 | 1990-10-03 | Austin Rover Group | Method of controlling an internal combustion engine |
| JPH0378639A (ja) * | 1989-08-22 | 1991-04-03 | Hitachi Ltd | 燃焼評価装置及び燃焼制御装置 |
| WO1991013248A1 (en) * | 1990-02-26 | 1991-09-05 | Barrack Technology Limited | Engine condition determining and operating method |
| US5113828A (en) * | 1990-02-26 | 1992-05-19 | Barrack Technology Limited | Method and apparatus for determining combustion conditions and for operating an engine |
| US5099683A (en) * | 1990-05-22 | 1992-03-31 | Barrack Technology Limited | Method and apparatus for determining certain operating and running parameters in an internal combustion engine |
| US5103789A (en) * | 1990-04-11 | 1992-04-14 | Barrack Technology Limited | Method and apparatus for measuring and controlling combustion phasing in an internal combustion engine |
| US5219227A (en) * | 1990-08-13 | 1993-06-15 | Barrack Technology Limited | Method and apparatus for determining burned gas temperature, trapped mass and NOx emissions in an internal combustion engine |
| DE4042025C2 (de) * | 1990-12-28 | 2001-04-26 | Hitachi Ltd | Vorrichtung und Verfahren zur Auswertung des Verbrennungszustands in einer Brennkraftmaschine |
| DE4124116A1 (de) * | 1991-07-17 | 1993-01-21 | Iris Gmbh Infrared & Intellige | Spektraler pyroelektrischer infrarotmotorsensor |
| US5285676A (en) * | 1992-08-03 | 1994-02-15 | Motorola, Inc. | Air-fuel ratio measurement apparatus and method therefor |
| DE19614388C1 (de) * | 1996-04-12 | 1997-07-03 | Stiebel Eltron Gmbh & Co Kg | Verfahren und Vorrichtung zur Auswertung der Qualität eines Kraftstoff-Luftgemisches |
| DE19809792C2 (de) * | 1998-03-09 | 2000-03-30 | Fraunhofer Ges Forschung | Vorrichtung zur Messung der Emission und/oder Absorption eines heißen Gases oder Plasmas |
| DE19846356A1 (de) * | 1998-10-08 | 2000-04-13 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zur Überwachung des Verbrennungsvorgangs in Verbrennungsmotoren |
| DE19901795B4 (de) | 1999-01-19 | 2004-04-22 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verbrennungsdiagnosesystem |
| JP2003515736A (ja) * | 1999-12-02 | 2003-05-07 | エフカーエフエス フォルシュングスインスティトゥート フュア クラフトファールヴェーゼン ウント ファールツォイクモトーレン | 内燃機関の燃焼室内で実行される燃焼過程を監視するための装置 |
| US7503209B2 (en) * | 2006-04-20 | 2009-03-17 | Specialty Auto Parts U.S.A., Inc. | Timing device for internal combustion engine |
| DE102007060905B4 (de) * | 2007-12-14 | 2010-05-27 | Smetec Gmbh | Verfahren zur Ermittlung des lokalen Luftverhältnisses |
| US8746050B2 (en) * | 2008-09-19 | 2014-06-10 | Omar Cueto | Fuel injection feedback system and method |
| US8265851B2 (en) * | 2009-05-18 | 2012-09-11 | Closed-Loop Engine Technology, Llc | Method of controlling engine performance |
| US10544726B2 (en) * | 2017-11-06 | 2020-01-28 | Ford Global Technologies, Llc | Methods and systems for a fuel injector |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3067610A (en) * | 1958-10-02 | 1962-12-11 | Gen Motors Corp | Gated amplitude indicator |
| US4225230A (en) * | 1978-08-02 | 1980-09-30 | Vanzetti Infrared & Computer Systems Incorporated | Band-ratio radiometer |
| US4358952A (en) * | 1980-03-26 | 1982-11-16 | Robert Bosch Gmbh | Optical engine knock sensor |
| DE3111135A1 (de) * | 1980-06-20 | 1982-03-11 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Verfahren zum regeln der verbrennung in den brennraeumen einer brennkraftmaschine |
| GB2098756B (en) * | 1981-05-19 | 1985-09-18 | Itt Ind Ltd | Fibre optic vehicle control arrangements and methods |
| JPS5882039A (ja) * | 1981-11-11 | 1983-05-17 | Hitachi Ltd | 内燃機関用空気燃料比制御装置 |
| DE3410067C2 (de) * | 1984-03-20 | 1996-07-18 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine mit Erfassung des Verlaufs der Lichtintensität |
| US4705350A (en) * | 1985-09-19 | 1987-11-10 | Bell Communications Research, Inc. | Optical transmission network |
| GB8705905D0 (en) * | 1987-03-12 | 1987-04-15 | Lucas Ind Plc | Combustion monitoring |
-
1986
- 1986-08-13 JP JP61188506A patent/JPH0684939B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1987
- 1987-07-13 KR KR1019870007516A patent/KR960016168B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1987-08-05 US US07/081,847 patent/US4779455A/en not_active Ceased
- 1987-08-12 GB GB8719056A patent/GB2194634B/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-08-12 FR FR8711489A patent/FR2602863B1/fr not_active Expired
- 1987-08-13 DE DE19873727018 patent/DE3727018A1/de active Granted
-
1990
- 1990-10-25 US US07/603,008 patent/USRE34211E/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2602863A1 (fr) | 1988-02-19 |
| USRE34211E (en) | 1993-04-06 |
| GB2194634A (en) | 1988-03-09 |
| DE3727018C2 (ja) | 1989-12-28 |
| KR960016168B1 (ko) | 1996-12-04 |
| DE3727018A1 (de) | 1988-02-25 |
| JPS6345535A (ja) | 1988-02-26 |
| KR880003181A (ko) | 1988-05-14 |
| GB2194634B (en) | 1990-11-14 |
| FR2602863B1 (fr) | 1989-06-09 |
| GB8719056D0 (en) | 1987-09-16 |
| US4779455A (en) | 1988-10-25 |
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