JPH07209126A - System for detecting and controlling combustion pressure using piezoelectric sensor - Google Patents

System for detecting and controlling combustion pressure using piezoelectric sensor

Info

Publication number
JPH07209126A
JPH07209126A JP3075894A JP3075894A JPH07209126A JP H07209126 A JPH07209126 A JP H07209126A JP 3075894 A JP3075894 A JP 3075894A JP 3075894 A JP3075894 A JP 3075894A JP H07209126 A JPH07209126 A JP H07209126A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure
combustion
sensor
force
torque
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3075894A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hajime Yokoyama
肇 横山
Hiroshi Yokoyama
宏 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EE II SYST KK
Original Assignee
EE II SYST KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EE II SYST KK filed Critical EE II SYST KK
Priority to JP3075894A priority Critical patent/JPH07209126A/en
Publication of JPH07209126A publication Critical patent/JPH07209126A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make it possible to detect the correct combustion pressure by computing a load torque based on the data of the combustion pressure, operating the optimum air-fuel ratio corresponding to the fluctuation of the torque caused by the change in load, and controlling the fuel injection quantity and the feeding quantity of air. CONSTITUTION:The combustion pressure of a combustion chamber 15 is measured by a pressure sensor transmitter 7 based on the ignition timing signal from an ignition plug 12. The torque is computed by an operating unit 16 based on the measured value. When the torque fluctuation is recognized, signals for controlling the actuators for a fuel injection nozzle 13 and an air-quantity regulating valve 14 are outputted. The combustion pressure generated during the operation of an internal combustion engine is measured. The fluctuation of the torque caused by the fluctuation of a load is compared with a reference value, which is stored beforehand. Signals, which control the opening degree of the fuel injection valve and the opening degree of the air-intake valve of a port, are imparted so as to obtain the optimum mixture gas, and the air-fuel ratio is controlled. Thus, the slight change in combustion pressure can be discriminated.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】自動車用内燃機関の燃焼圧を常時
計測できるのでトルク変動に対しても要求燃焼圧を得る
ための最適空燃比を演算し、空気吸入と燃料噴射用アク
チュエータを制御するシステムを構成することができ
る。さらに水晶圧電圧力センサの圧力パルスに応答する
速度は1μS、圧力分解能またはスレッショルド値は
0.01Nである等の特性により燃焼に伴う圧力ピーク
波形を検出できるので無負荷状態やエンジンブレーキ状
態におけるミスファイアに伴う非正常ピーク波形をモニ
タし、正常波形と比較し排気ガス中のNOx等の排出を
自己診断するシステムを構成することができる。
[Industrial application] A system for calculating the optimum air-fuel ratio to obtain the required combustion pressure even for torque fluctuations by constantly measuring the combustion pressure of an automobile internal combustion engine, and controlling the air intake and fuel injection actuators. Can be configured. Further, since the speed of the piezoelectric crystal pressure sensor responding to the pressure pulse is 1 μS, and the pressure resolution or the threshold value is 0.01 N, the pressure peak waveform associated with combustion can be detected, so that misfire in the no-load state or engine braking state can be detected. It is possible to configure a system that monitors an abnormal peak waveform associated with the above, compares it with the normal waveform, and self-diagnoses the emission of NOx and the like in the exhaust gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】エンジンの異常燃焼に伴うノッキングの
回避のためには、従来大別して次の3通りの技術が利用
されている。1は加速度計型ノックセンサをシリンダブ
ロックに取り付け、異常燃焼に伴って発生するエンジン
ブロックの振動を検知して点火時期を変えノッキングを
回避する方法。2は希薄燃焼式エンジンに適用されるも
ので、燃焼室内に燃焼圧センサを取り付け負荷の変動に
に伴うトルク変動に対し直接燃焼圧を計測して適正な空
燃比のガスを供給するようにした方法。3はロードワッ
シャ型水晶圧電センサをシリンダヘッドとシリンダブロ
ックを結合させる締め付けボルトによりシリンダヘッド
に取り付ける。 シリンダ内の燃焼によりシリンダヘッ
ドは締め付けボルトの締め付け力に対抗して浮き上るの
で、ロードワッシャ型水晶圧電センサにたいし圧縮方向
の力が加わる。ロードワッシャ型圧力センサは圧縮力が
加わると圧力に応じた電荷信号を出力するのでこの電荷
をチャージアンプにより電圧信号に変換し、さらにその
信号からトルクが計算でき、トルクの値に対応して適正
な空燃比のガスを供給できる。
2. Description of the Related Art In order to avoid knocking due to abnormal combustion of an engine, the following three types of technologies have been used. The first method is to attach an accelerometer type knock sensor to the cylinder block, detect vibration of the engine block caused by abnormal combustion and change ignition timing to avoid knocking. 2 is applied to a lean-burn engine, and a combustion pressure sensor is installed in the combustion chamber to measure the combustion pressure directly with respect to the torque fluctuation due to the fluctuation of the load so as to supply the gas with an appropriate air-fuel ratio. Method. A load washer-type crystal piezoelectric sensor 3 is attached to the cylinder head by a fastening bolt that connects the cylinder head and the cylinder block. Since the cylinder head floats against the tightening force of the tightening bolt due to combustion in the cylinder, a force in the compression direction is applied to the load washer type crystal piezoelectric sensor. The load washer type pressure sensor outputs a charge signal according to the pressure when a compressive force is applied, so this charge can be converted into a voltage signal by a charge amplifier, and the torque can be calculated from that signal, and the torque can be calculated appropriately according to the torque value. It is possible to supply a gas of various air-fuel ratios.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】異常燃焼に伴って発生
するシリンダブロックの振動をノックセンサにより検知
する方法は、センサをシリンダブロックに取り付けて振
動を検出するためシリンダブロックが発生するあらゆる
振動を拾ってしまう。特に吸、排気弁の開閉の際の衝撃
による振動が大きい。従って振動そのものが燃焼による
ものか、または他の要因によるものか、信号の判定が困
難な場合がある。現実にはクランク軸の回転角を検出し
ピストンの圧縮から上死点、そして燃焼の行程で発生す
る振動を燃焼による信号として判断せねばならない。こ
のノックセンサは燃焼による燃焼圧を直接検出できない
ので検出精度が劣っている。シリンダ内に燃焼圧センサ
を取り付けて燃焼圧を検出する方法は精度的には優れて
いるがシリンダの内部にセンサを直接取り付けるためセ
ンサは常時300℃程度の高温度にさらされ、爆発の瞬
間の温度は3000℃にも達するためセンサは耐熱構造
としなければならない。またシリンダ内部の燃焼による
圧力を直接測定するためシリンダの数量に応じてセンサ
の数量を増やす必要がある。さらにセンサを取り付ける
ための取り付け穴も加工せねばならない。ロードワッシ
ャ型水晶圧電センサを利用した燃焼圧の計測技術は燃焼
による反力のみを計測でき、センサを使用する周囲の温
度も低く、またシリンダの数量が多くなっても比例的に
センサの数量を増やす必要はない。シリンダブロックま
たはシリンダヘッド等にセンサ取り付けのための加工も
必要としない。ただしこの計測に使われるセンサは締め
付けボルトを貫通させるためにワッシャ型にせねばなら
ずセンサ素子とセンサハウジングの加工にコストがかか
るためセンサ自体の価格が高価になることが課題として
残されている。本案による燃焼圧センサとその利用シス
テムは従来の製品や技術または価格等に関する課題を解
決し得るものである。
A method of detecting the vibration of a cylinder block caused by abnormal combustion by a knock sensor is to attach a sensor to the cylinder block and detect the vibration, so that any vibration generated by the cylinder block is picked up. Will end up. Especially, the vibration caused by the impact when opening and closing the intake and exhaust valves is large. Therefore, it may be difficult to determine the signal whether the vibration itself is due to combustion or due to other factors. In reality, it is necessary to detect the rotation angle of the crankshaft and judge the vibration generated in the compression stroke of the piston, the top dead center, and the combustion stroke as a signal due to combustion. This knock sensor is inferior in detection accuracy because it cannot directly detect combustion pressure due to combustion. The method of installing the combustion pressure sensor in the cylinder to detect the combustion pressure is excellent in accuracy, but since the sensor is directly installed inside the cylinder, the sensor is constantly exposed to a high temperature of about 300 ° C. Since the temperature reaches 3000 ° C, the sensor must have a heat resistant structure. Further, since the pressure due to combustion inside the cylinder is directly measured, it is necessary to increase the number of sensors according to the number of cylinders. In addition, mounting holes for mounting the sensor must be machined. Combustion pressure measurement technology using a load washer-type crystal piezoelectric sensor can measure only the reaction force due to combustion, the ambient temperature where the sensor is used is low, and the number of sensors increases proportionally even if the number of cylinders increases. No need to increase. There is no need for machining for mounting the sensor on the cylinder block or cylinder head. However, the sensor used for this measurement must be of a washer type in order to pass through the tightening bolt, and it takes a lot of cost to process the sensor element and the sensor housing, so that the cost of the sensor itself remains expensive. The combustion pressure sensor and its utilization system according to the present invention can solve the problems related to conventional products, technologies, prices, and the like.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】人工水晶の結晶学的軸
X、YおよびZの3軸のうちX、Yの2軸については電
気的軸と呼ばれZは光学的軸と呼ばれている。水晶は与
えられた物理的な力もしくは圧力に対しそれ自体が有す
る圧電効果により電荷を発生するが具体的に述べれば結
晶のY軸に対しX軸の方向に力を加わえればY軸の両面
に電荷を発生(縦軸効果)し、同じくX軸に対しY軸の
方向に力を加わえればX軸の両面に電荷を発生(横軸効
果)する。図1および図2は縦軸効果用にカット(X−
cut)された水晶圧電素子1に対して力または圧力F
の加わる方向と水晶圧電素子上に発生する電荷qの極性
を示している。すなわち図1は力または圧力Fが水晶圧
電素子1に対して圧縮力として作用した場合を示す。図
1においては力または圧力が圧縮方向に加わるため+F
で示されている。図2は力または圧力Fが逆に引っ張り
方向に作用した場合に水晶圧電素子上に発生する電荷q
の極性を示している。図2においては力または圧力が引
っ張り方向に作用するため−Fで示されている。点線は
水晶素子に力または圧力が作用する前の状態、実線は力
または圧力が作用して素子が変形した状態を示してい
る。ちなみに水晶圧電素子の機械的剛性は極めて高くK
N/μmである。縦軸効果における公称感度は2.31
pC/Nである。すなわち縦軸効果においては、作用し
た力もしくは圧力の合計に直接比例して負荷が作用した
水晶素子の表面に電荷qが現れ、その量は水晶素子大き
さや形状に無関係で、1ニュートン当たり2.31ピコ
クーロンの電荷が現れる。図3は本案における圧力検出
用水晶圧電センサの基本的な構成を示している。即ち図
3では2枚の水晶圧電素子1、薄く剛性のある金属板を
使った電極2、内燃機関のシリンダブロックとシリンダ
ヘッドの間に配置可能な形状とし、シリンダブロックと
シリンダヘッドを組み付ける際に加わる締め付け力を均
等に受けられるよう平行度を保ったハウジング3、発生
した電荷qを損失なく取り出すための高絶縁材料で作ら
れたブッシュ4を示している。図3は圧力検出用水晶圧
電センサの構成をわかりやすく示しているがこれらのエ
レメントはハウジング3内に収納されたのち最適な与圧
(プリロード)をかけてパッケージされる。図4は圧力
検出用水晶圧電素子1に発生した電荷(もしくは電荷信
号)qを取り扱いの容易な電気信号に変換するためのチ
ャージアンプ6を接続した状態を示している。圧力検出
用水晶圧電センサは作用した力Fの合計に直接比例した
電荷−qを出力するように水晶圧電素子1が組み合わさ
れている。したがってチャージアンプ6は理論的に−T
倍の増幅をするアンプとして設計されている。図5は圧
力検出用水晶圧電センサに作用した力または圧力Fとチ
ャージアンプ6より出力される信号電圧Vの関係を示し
ている。すなわち圧力検出用水晶圧電センサ1に対して
力もしくは圧力が−F(引っ張り方向)に作用すると−
Fに直接比例して電荷−qが増加し、チャージンプ6か
らは信号電圧+Vが、逆に力もしくは圧力が+F(圧縮
方向)に作用すると+Fに直接比例して電荷+qが増加
しチャージアンプ6からはの信号電圧−Vを出力するこ
とを示している。つぎは内燃機関に対し本案システムの
適用について説明するものである。容量2〜3,000
cc程度の小型内燃機関を対象にすると、一般にシリン
ダブロックとシリンダヘッドを5〜7トン程度の力で締
め付ける。混合気が燃焼した際にシリンダヘッドに作用
する反力は最大1トン程度である。本案による燃焼圧セ
ンサをこれら小型内燃機に適用する場合は、まずセンサ
をシリンダブロックとシリンダヘッドの両者間に配置
し、両者の締め付け力に関わりなく燃焼圧より3〜40
%程度大きい圧縮力+Fを与えておく。この構成により
燃焼時にシリンダヘッドが受ける反力をセンサに対し引
っ張り力−Fとして作用させることができる。図6はシ
リンダブロック9とシリンダヘッド8の間にセンサを挟
み込みトルクボルト17で圧縮方向の力または圧力+F
を与えた状態、図7は燃焼室内部で燃焼した際の反力で
シリンダヘッド8が受ける引っ張り方向の力または圧力
でセンサに−Fが作用する状態を示している。圧力検出
用水晶圧電センサ1に対し燃焼時以外は常時圧縮方向の
力または圧力+Fが加わっているため理論的にはチャー
ジアンプ6から信号電圧−Vが出力されているので本案
によるシステムにおいては内燃機関の始動時すなわち燃
焼室で燃焼が起こりセンサに−Fの引っ張り方向の力ま
たは圧力が作用する以前にチャージアンプ6の出力をリ
セットし信号電圧をゼロとするようにする。本案におけ
る水晶圧電センサ素子の形状は図3のようにもっとも加
工が容易な単純な形状で、寸法も圧縮力2トン程度への
対応を考慮すればセンサ素子の有効表面積は最大150
mm程度でよい。 ハウジングもコストのかからない
形状であり、したがって圧力検出用水晶圧電センサ全体
は非常にコンパクトなものとすることができる。さらに
センサの取り付け位置はシリンダブロックとシリンダヘ
ッドの間に挟むだけで直接燃焼室内に取り付けないため
燃焼室の数(気筒数)に関係なく燃焼圧が計測でき、さ
らに熱への対策も必要としないこと等を特徴とするもの
である。
Of the three crystallographic axes X, Y and Z of artificial quartz, the two axes X and Y are called electrical axes and Z is called an optical axis. . Quartz generates an electric charge by the piezoelectric effect that it has in response to a given physical force or pressure. Specifically, if a force is applied in the direction of the X axis with respect to the Y axis of the crystal, then both sides of the Y axis will appear. To generate electric charges (vertical axis effect). Similarly, if a force is applied to the X axis in the Y axis direction, electric charges are generated on both sides of the X axis (horizontal axis effect). 1 and 2 are cut (X-
The force or pressure F is applied to the cut quartz piezoelectric element 1.
And the polarity of the electric charge q generated on the quartz crystal piezoelectric element. That is, FIG. 1 shows a case where force or pressure F acts on the piezoelectric crystal element 1 as a compressive force. In Fig. 1, force or pressure is applied in the compression direction, so + F
Indicated by. FIG. 2 shows the electric charge q generated on the quartz crystal piezoelectric element when the force or pressure F acts in the opposite direction in the pulling direction.
Shows the polarity of. In FIG. 2, the force or pressure acts in the pulling direction, and thus is indicated by -F. The dotted line shows the state before the force or pressure is applied to the crystal element, and the solid line shows the state where the element is deformed by the force or pressure. By the way, the mechanical rigidity of the quartz piezoelectric element is extremely high.
N / μm. The nominal sensitivity for the vertical axis effect is 2.31.
pC / N. That is, in the vertical axis effect, an electric charge q appears on the surface of the crystal element on which a load is applied in direct proportion to the total force or pressure applied, and the amount thereof is 2. per 1 Newton regardless of the size or shape of the crystal element. A charge of 31 pico coulombs appears. FIG. 3 shows a basic configuration of a crystal piezoelectric sensor for pressure detection according to the present invention. That is, in FIG. 3, two crystal piezoelectric elements 1, an electrode 2 using a thin and rigid metal plate, and a shape that can be arranged between a cylinder block and a cylinder head of an internal combustion engine are used to assemble the cylinder block and the cylinder head. The housing 3 maintains parallelism so that the applied tightening force is evenly received, and the bush 4 made of a highly insulating material for taking out the generated electric charge q without loss is shown. FIG. 3 shows the structure of the quartz crystal piezoelectric sensor for pressure detection in an easy-to-understand manner. These elements are housed in the housing 3 and then packaged by applying an optimum preload. FIG. 4 shows a state in which a charge amplifier 6 for converting an electric charge (or electric charge signal) q generated in the pressure detecting crystal piezoelectric element 1 into an easily handled electric signal is connected. The quartz crystal piezoelectric sensor for pressure detection is combined with the quartz crystal piezoelectric element 1 so as to output a charge -q which is directly proportional to the total force F applied. Therefore, the charge amplifier 6 is theoretically -T
It is designed as an amplifier that doubles the amplification. FIG. 5 shows the relationship between the force or pressure F acting on the piezoelectric crystal sensor for pressure detection and the signal voltage V output from the charge amplifier 6. That is, if force or pressure acts on the pressure-detecting quartz crystal piezoelectric sensor 1 in -F (pulling direction)-
The charge −q increases in direct proportion to F, and the signal voltage + V from the charge pump 6 conversely increases when the force or pressure acts on + F (compressing direction), the charge + q increases in direct proportion to + F and the charge amplifier 6 increases. Indicates that the signal voltage -V of is output. Next, the application of the proposed system to an internal combustion engine will be described. Capacity 2-3,000
For a small internal combustion engine of about cc, the cylinder block and the cylinder head are generally tightened with a force of about 5 to 7 tons. The reaction force acting on the cylinder head when the air-fuel mixture burns is about 1 ton at maximum. When the combustion pressure sensor according to the present invention is applied to these small-sized internal combustion engines, the sensor is first arranged between the cylinder block and the cylinder head, and the combustion pressure is 3 to 40 regardless of the tightening force of both.
A compressive force + F which is larger by about 10% is given. With this configuration, the reaction force received by the cylinder head during combustion can be applied to the sensor as a tensile force -F. In FIG. 6, a sensor is sandwiched between the cylinder block 9 and the cylinder head 8 and a torque bolt 17 is used to apply force or pressure + F in the compression direction.
7 shows a state in which -F acts on the sensor by the force or pressure in the pulling direction which the cylinder head 8 receives due to the reaction force generated when combustion occurs inside the combustion chamber. Since the force in the compression direction or the pressure + F is always applied to the pressure detecting crystal piezoelectric sensor 1 except during combustion, theoretically the signal voltage -V is output from the charge amplifier 6, so in the system according to the present invention, the internal combustion engine is used. When the engine is started, that is, before combustion occurs in the combustion chamber and the force or pressure in the pulling direction of -F acts on the sensor, the output of the charge amplifier 6 is reset to zero the signal voltage. The crystal piezoelectric sensor element of the present invention has a simple shape as shown in FIG. 3, which is the easiest to process, and the effective surface area of the sensor element is 150 at maximum in consideration of the compression force of about 2 tons.
It may be about mm 2 . The housing also has a low-cost shape, so that the entire crystal piezoelectric sensor for pressure detection can be made very compact. Furthermore, the sensor mounting position is only sandwiched between the cylinder block and the cylinder head and not directly installed in the combustion chamber, so the combustion pressure can be measured regardless of the number of combustion chambers (number of cylinders), and no heat countermeasures are required. It is characterized by such things.

【0005】[0005]

【作 用】水晶圧電センサは力あるいは圧力が水晶圧
電素子に作用することにより素子が変形し、素子の表面
に変形量に応じて電荷エネルギーが帯電するのでその量
を計測することにより作用した力あるいは圧力に換算す
ることを原理としているが、実際には帯電した電荷エネ
ルギーを直接取り扱うことは困難なためチャージアンプ
により電圧信号に変換しなければならない。帯電した電
荷の放電を防ぐためにセンサ素子自体、センサハウジン
グ、コネクタおよびチャージアンプまでの接続ケーブル
など系を構成する要素の絶縁抵抗を高く保たねばならな
い。このため本案による圧力検出用水晶圧電センサはチ
ャージアンプと一体化されコネクタおよび接続ケーブル
を排除し、チャージアンプ回路は表面実装またはハイブ
リッドICを採用し極力小型化され、全体の構成はセン
サ素子と信号変換回路をパッケージしたセンサ・トラン
スミッタとしている。この水晶圧電圧力センサ・トラン
スミッタを引っ張り方向の力または圧力で校正し、シリ
ンダブロックとシリンダヘッドの間に組み込みトルクボ
ルトにより予圧を与えておく。与圧の大きさは+F>−
F で燃焼の際にシリンダブロックとシリンダヘッドの
間に作用する力または圧力−Fより数10パーセント大
きくする必要がある。燃焼室内の燃焼によりシリンダヘ
ッドに負の力または圧力が作用するので水晶圧電圧セン
サ・トランスミッタにも引っ張り方向の力または圧力が
作用する。センサ・トランスミッタはあらかじめ基準圧
力(N/m)または力(Nまたはkgw)によって校
正されているので燃焼圧に直接比例して出力する電気信
号はそれぞれの誘導単位に換算できる。本案においては
センサ・トランスミッタからの信号が燃焼室内の燃焼に
よるものか、あるいは他の振動によるノイズかの判断を
するためクランク軸にエンコーダを取り付け回転角を測
定して基準にするか、または各々の燃焼室の点火のタイ
ミングとリンクさせて計測信号を判断するようシステム
を構成する。
[Operation] In the piezoelectric crystal sensor, the element is deformed by the force or pressure acting on the piezoelectric crystal element, and the charge energy is charged on the surface of the element according to the deformation amount. Therefore, the force acting by measuring the amount is applied. Alternatively, the principle is to convert it into pressure, but in reality it is difficult to directly handle the charged charge energy, so it must be converted into a voltage signal by a charge amplifier. In order to prevent the discharge of the charged electric charge, it is necessary to keep the insulation resistance of the elements constituting the system such as the sensor element itself, the sensor housing, the connector and the connection cable to the charge amplifier high. Therefore, the crystal piezoelectric sensor for pressure detection according to the present invention is integrated with the charge amplifier to eliminate the connector and the connecting cable, and the charge amplifier circuit is surface-mounted or hybrid IC to be miniaturized as much as possible. It is used as a sensor transmitter with a conversion circuit packaged. This crystal piezoelectric pressure sensor transmitter is calibrated by a force or pressure in the pulling direction, and a preload is applied between the cylinder block and the cylinder head by a built-in torque bolt. The amount of pressurization is + F>-
The force or pressure acting between the cylinder block and the cylinder head during combustion at F must be several tens of percent greater than -F. Since the negative force or pressure acts on the cylinder head due to the combustion in the combustion chamber, the force or pressure in the pulling direction also acts on the quartz crystal voltage sensor transmitter. Since the sensor transmitter is calibrated in advance with the reference pressure (N / m 2 ) or the force (N or kgw), the electric signal output in direct proportion to the combustion pressure can be converted into each induction unit. In this proposal, an encoder is attached to the crankshaft to measure whether the signal from the sensor / transmitter is due to combustion in the combustion chamber or noise due to other vibrations, and the rotation angle is measured and used as a reference. The system is configured to determine the measurement signal by linking with the ignition timing of the combustion chamber.

【0006】[0006]

【実施例】図5は本案による水晶圧電圧力センサ・トラ
ンスミッタからの燃焼圧計測信号により最適な混合気を
供給するためのシステムの構成を示している。図5にお
いて7は圧力センサ・トランスミッタ、8はシリンダヘ
ッド、9はシリンダブロック、10はクランク軸回転角
検出用エンコーダ、11は吸気ポート、12は点火プラ
グ、13は燃料噴射ノズル、14は空気量調節バルブ、
15は燃焼室、16は演算ユニットである。点火プラグ
12またはクランク軸回転角検出用エンコーダ10から
の点火タイミングの信号により燃焼室15の燃焼圧を圧
力センサ・トランスミッタ7により測定する。測定値に
より演算ユニット16でトルクを計算し、トルク変動が
認められれば燃料噴射ノズル13および空気量調節バル
ブ14のアクチュエータを制御するための信号を出力す
る。内燃機関が作動中に発生する燃焼圧を高精度にしか
もリアルタイムに計測し、負荷の変動によるトルクの変
動をあらかじめ記憶させた基準値と比較し最適な混合気
とするため燃料噴射バルブの開度とポートの空気吸入バ
ルブの開度を制御する信号を与え空燃比を制御する。本
案による水晶圧電圧力センサが圧力パルスに応答する速
度は1μS、圧力分解能またはスレッショルド値は0.
01Nであり燃焼圧のわずかな変化も判別可能である。
FIG. 5 shows the configuration of a system for supplying an optimum air-fuel mixture by a combustion pressure measurement signal from a crystal piezoelectric pressure sensor transmitter according to the present invention. In FIG. 5, 7 is a pressure sensor transmitter, 8 is a cylinder head, 9 is a cylinder block, 10 is a crankshaft rotation angle detection encoder, 11 is an intake port, 12 is a spark plug, 13 is a fuel injection nozzle, and 14 is an air amount. Control valve,
Reference numeral 15 is a combustion chamber, and 16 is an arithmetic unit. The combustion pressure in the combustion chamber 15 is measured by the pressure sensor / transmitter 7 based on the ignition timing signal from the spark plug 12 or the crankshaft rotation angle detection encoder 10. A torque is calculated by the arithmetic unit 16 based on the measured value, and if a torque fluctuation is recognized, a signal for controlling the actuators of the fuel injection nozzle 13 and the air amount adjusting valve 14 is output. The fuel injection valve opening is measured to measure the combustion pressure generated during operation of the internal combustion engine with high accuracy and in real time, and to compare the torque fluctuation due to load fluctuation with a prestored reference value to obtain the optimum mixture. And a signal for controlling the opening degree of the air intake valve of the port to control the air-fuel ratio. The quartz piezoelectric pressure sensor according to the present invention responds to a pressure pulse with a speed of 1 μS and a pressure resolution or threshold value of 0.
Since it is 01N, even a slight change in the combustion pressure can be identified.

【0007】[0007]

【発明の効果】負荷の変動によるトルクの変動を内燃機
関が作動中常時計測できるので通常の負荷の状態での希
薄燃焼が可能になり、燃料消費と排気ガス中のNOx量
の低減が期待できる。負荷の増大にともない空燃比を制
御しトルク変化に対応することができる。
Since the torque fluctuation due to the load fluctuation can be constantly measured while the internal combustion engine is operating, lean combustion can be performed under normal load conditions, and fuel consumption and NOx amount in exhaust gas can be expected to be reduced. . It is possible to control the air-fuel ratio as the load increases and to respond to torque changes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】水晶圧電素子1に圧縮方向の力が作用した場合
の電荷qとその極性を示す。
FIG. 1 shows a charge q and its polarity when a force in a compression direction is applied to a crystal piezoelectric element 1.

【図2】水晶圧電素子1に引っ張り方向の力が作用した
場合の電荷qとその極性を示す。
FIG. 2 shows a charge q and its polarity when a force in a pulling direction acts on the crystal piezoelectric element 1.

【図3】本発明における水晶圧電素子1とセンサハウジ
ング3の構成を示す。
FIG. 3 shows configurations of a piezoelectric crystal element 1 and a sensor housing 3 according to the present invention.

【図4】水晶圧電素子1に発生した電荷qとそれらに対
応した電圧信号に変換するチャージアンプ6の状態を示
す。
FIG. 4 shows a state of a charge amplifier 6 that converts a charge q generated in a piezoelectric crystal element 1 and a voltage signal corresponding to the charge q.

【図5】水晶圧電センサに与えられた力もしくは圧力+
F、−F、とそれに対応してチャージアンプから出力さ
れる信号+V、−Vをし示す。出力される信号は与えら
れた力もしくは圧力に直接比例する。
FIG. 5: Force or pressure applied to a quartz piezoelectric sensor +
F and -F, and signals + V and -V output from the charge amplifier corresponding thereto are shown. The output signal is directly proportional to the applied force or pressure.

【図6】シリンダブロック9とシリンダヘッド8の間に
センサ・トランスミッタ7を挟み込みトルクボルト17
で圧縮方向の与圧+Fを与えた状態を示す。
FIG. 6 is a torque bolt 17 in which a sensor transmitter 7 is sandwiched between a cylinder block 9 and a cylinder head 8.
Shows a state in which the pressure + F in the compression direction is applied.

【図7】燃焼室内部で燃焼した際の反力でシリンダヘッ
ド8が受ける引っ張り方向の力または圧力でセンサ・ト
ランスミッタ7に−Fが作用する状態をを示す。
FIG. 7 shows a state in which −F acts on the sensor transmitter 7 by the force or pressure in the pulling direction that the cylinder head 8 receives by the reaction force generated when it burns inside the combustion chamber.

【図8】本案による内燃機関のトルク変動検出と混合気
制御システムの構成を示す。
FIG. 8 shows a configuration of a torque fluctuation detection and mixture control system of an internal combustion engine according to the present invention.

【符合の説明】[Explanation of sign]

1 水晶圧電素子 2 電 極 3 ハウジング 4 絶縁ブッシュ 5 チャージアンプ 6 圧力センサ・トランスミッタ 7 シリンダヘッド 8 シリンダブロック 9 クランク軸回転角検出用エンコーダ 10 吸気ポート 11 点火プラグ 12 燃料噴射ノズル 13 空気量調節バルブ 14 燃焼室 15 演算ユニット 16 トルクボルト 17 シリンダヘッド締め付けボルト +F 圧縮方向へ作用する力または圧力 −F 引っ張り方向へ作用する力または圧力 q 電 荷 q+ 極性が+(プラス)の電荷 q− 極性が−(マイナス)の電荷 1 Crystal Piezoelectric Element 2 Electrode 3 Housing 4 Insulation Bush 5 Charge Amplifier 6 Pressure Sensor / Transmitter 7 Cylinder Head 8 Cylinder Block 9 Crankshaft Rotation Angle Detection Encoder 10 Intake Port 11 Spark Plug 12 Fuel Injection Nozzle 13 Air Volume Control Valve 14 Combustion chamber 15 Calculation unit 16 Torque bolt 17 Cylinder head tightening bolt + F Force or pressure acting in the compression direction −F Force or pressure acting in the pulling direction q Electric charge q + Positive (+) electric charge q− Polarity − ( Negative) charge

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水晶圧電圧力検出センサにおいて、力ま
たは圧力を引っ張り方向に作用させた場合に作用した力
または圧力の大きさに直接比例して電荷信号−qを出力
するように水晶素子を配置した水晶圧電センサの構造。
1. In a crystal piezoelectric pressure detection sensor, a crystal element is arranged so as to output a charge signal -q in direct proportion to the magnitude of the force or pressure applied when the force or pressure is applied in the pulling direction. Structure of a quartz crystal piezoelectric sensor.
【請求項2】 水晶圧電圧力検出センサを内燃機関のシ
リンダブロックとシリンダヘッドの間に配置しセンサに
たいし与圧を負荷する。シリンダ内で発生する燃焼圧が
負荷した与圧に対抗し引っ張り方向の反力として作用す
るようにした圧力検出センサの取り付け構造。
2. A quartz piezoelectric pressure detection sensor is arranged between a cylinder block and a cylinder head of an internal combustion engine, and a pressure is applied to the sensor. A structure for mounting a pressure detection sensor in which the combustion pressure generated in the cylinder acts as a reaction force in the pulling direction against the applied pressure.
【請求項3】 シリンダブロックとシリンダヘッドの間
に配置した水晶圧電圧圧力検出センサにより燃焼室で混
合気体が燃焼する際にシリンダヘッドに加わる燃焼圧を
計測し、燃焼圧からトルクを計算、負荷によるトルク変
動に対応して混合気体の最適空燃比率を演算し、アクチ
ュエータを制御するシステム。
3. A combustion pressure applied to the cylinder head when the mixed gas burns in the combustion chamber is measured by a crystal pressure voltage pressure detection sensor arranged between the cylinder block and the cylinder head, torque is calculated from the combustion pressure, and load is calculated. A system that controls the actuator by calculating the optimum air-fuel ratio of the mixed gas according to the torque fluctuation due to.
【請求項4】 シリンダブロックとシリンダヘッドの間
に配置した水晶圧電圧圧力検出センサにより燃焼室で混
合気体が燃焼する際にシリンダヘッドに加わる燃焼に伴
う圧力ピーク波形を検出し、特に無負荷状態またはエン
ジンブレーキの状態等において発生するミスファイアを
自己診断するシステム。
4. A pressure peak waveform associated with combustion applied to a cylinder head when a mixed gas burns in a combustion chamber is detected by a crystal pressure voltage pressure detection sensor arranged between a cylinder block and a cylinder head, and particularly in a no-load state. Or a system that self-diagnoses misfires that occur in engine braking conditions.
JP3075894A 1994-01-18 1994-01-18 System for detecting and controlling combustion pressure using piezoelectric sensor Pending JPH07209126A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3075894A JPH07209126A (en) 1994-01-18 1994-01-18 System for detecting and controlling combustion pressure using piezoelectric sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3075894A JPH07209126A (en) 1994-01-18 1994-01-18 System for detecting and controlling combustion pressure using piezoelectric sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07209126A true JPH07209126A (en) 1995-08-11

Family

ID=12312596

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3075894A Pending JPH07209126A (en) 1994-01-18 1994-01-18 System for detecting and controlling combustion pressure using piezoelectric sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07209126A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006347584A (en) * 2005-06-15 2006-12-28 Shinsen Giken:Kk Apparatus for inspecting number of article
JP2007057382A (en) * 2005-08-24 2007-03-08 Kyocera Kinseki Corp Pressure sensor element
DE102008027585A1 (en) * 2008-06-10 2009-12-24 Siemens Aktiengesellschaft Calibration of the piezo parameters for an internal cylinder pressure measurement by means of piezo injectors
US9102067B2 (en) 2011-11-08 2015-08-11 Seiko Epson Corporation Sensor element, force detecting device, robot and sensor device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006347584A (en) * 2005-06-15 2006-12-28 Shinsen Giken:Kk Apparatus for inspecting number of article
JP4658703B2 (en) * 2005-06-15 2011-03-23 有限会社新選技研 Piece inspection device and piece inspection method
JP2007057382A (en) * 2005-08-24 2007-03-08 Kyocera Kinseki Corp Pressure sensor element
DE102008027585A1 (en) * 2008-06-10 2009-12-24 Siemens Aktiengesellschaft Calibration of the piezo parameters for an internal cylinder pressure measurement by means of piezo injectors
DE102008027585B4 (en) * 2008-06-10 2010-04-08 Siemens Aktiengesellschaft Calibration of the piezo parameters for an internal cylinder pressure measurement by means of piezo injectors
US9102067B2 (en) 2011-11-08 2015-08-11 Seiko Epson Corporation Sensor element, force detecting device, robot and sensor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4821194A (en) Cylinder combustion monitoring apparatus
EP0472219B1 (en) Device for detecting combustion pressure of an internal combustion engine
EP1988378A1 (en) On-Cylinder Combustion Sensor
EP1582722B1 (en) In-cylinder pressure transducer
JP2855923B2 (en) Engine control device and engine control method
JPS59206648A (en) Calibration of sensor for detecting combustion chamber inner pressure for internal-combustion engine
RU2451276C1 (en) Method of diagnosing internal combustion engine
JPH07209126A (en) System for detecting and controlling combustion pressure using piezoelectric sensor
JP2666231B2 (en) Device for detecting combustion state of internal combustion engine
JP2013147948A (en) Internal combustion engine control device
EP0855588B1 (en) Normalized misfire detection method
US6609497B2 (en) Method for determining MBT timing in an internal combustion engine
JP3256799B2 (en) Pressure measurement sensor that can be used at high temperatures
JP2946126B2 (en) Internal combustion engine combustion state monitoring device
JPH0526932B2 (en)
PL79700B1 (en)
US20230139667A1 (en) Inferred Engine Cylinder Pressure System and Method
JPH04259669A (en) Combusting condition monitoring device for multi-cylinder internal combustion engine
JP3018206B2 (en) Pressure detector for internal combustion engine
JP2004176598A (en) Cylinder pressure detecting device and cylinder pressure sensor
JPS63235664A (en) Low-tension distributor ignition system for medium and large gas engines and control method thereof
JPS61118637A (en) Apparatus for detecting internal pressure of cylinder of internal combustion engine
JP2983805B2 (en) Misfire detection device for internal combustion engine
JPH0613995B2 (en) Torque detector for internal combustion engine
JPH0343417Y2 (en)