JPH0874651A

JPH0874651A - 内燃機関の筒内状態検出装置

Info

Publication number: JPH0874651A
Application number: JP21485994A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Nakada; 勉中田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-09-08
Filing date: 1994-09-08
Publication date: 1996-03-19
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: JP3603341B2

Abstract

(57)【要約】【目的】燃焼室内の状態( 着火の有無、着火時期、空燃
比等) を高精度に検出する。【構成】ガソリンが選択的に吸収する波長のレーザ光を
レーザ源12で発光させる。そして、前記レーザ光を、燃
焼室５内に臨んで対向配置された一対の光学素子10，11
によって燃焼室５内の空間を通過させた後、光電変換素
子14に導く。ここで、前記一対の光学素子10，11の間隙
に存在するガソリン濃度に応じて前記レーザ光が吸収さ
れて、前記光電変換素子14に入射する透過光の強度が変
化するので、この変化を検出すれば、混合気中のガソリ
ン濃度、即ち燃焼室５内の空燃比を検出できる。一方、
着火により急激に空燃比は希薄化するので、空燃比変化
を観察すれば、着火の有無を検出できる。また、着火し
たときのクランク角度位置を検出すれば、着火時期、着
火遅れも検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の燃焼室内
（以下、気筒内、筒内とも言う）における着火の有無、
着火時期、或いは混合気の空燃比等の状態を検出する筒
内状態検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、機関の燃焼制御（空燃比制御、
点火時期制御、燃料供給時期制御等）を最適化するため
には、内燃機関の筒内状態（着火の有無、着火時期、空
燃比等）を知ることが重要であり、このため、従来よ
り、内燃機関の筒内状態を検出する装置が提案されてい
る。

【０００３】例えば、特開昭５７−７３６４７号公報に
は、内燃機関の気筒内に導入された混合気の着火の有無
（具体的には、プレイグニッション）を検出する装置が
開示されている。このものは、石英ガラス等で作られた
光ファイバーによって燃焼室内の光をセンサに導き、検
出される光の立上がりから着火を検出するようにしてい
る。

【０００４】また、例えば、燃焼室内における燃焼光を
検出することにより燃焼室内の混合気の空燃比（Ａ／
Ｆ）を測定する装置が知られており、特開平１−２４７
７４０号公報に開示される空燃比検出装置では、点火栓
に埋め込んだ光ファイバーによって燃焼光を取り出し、
該取り出した燃焼光を光電変換し、火炎発光スペクトル
に基づいて空燃比を検出する構成としてある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特開昭５７−７３６４７号公報に開示されるのもので
は、着火に伴い発生する極僅かな光量の立上がりを光フ
ァイバーを介して検出する構成であるため、ノイズ等の
影響を受け易い。また、着火光と点火栓によるスパーク
放電光との判別も簡単ではなく、高精度な着火検出が困
難である。なお、上記特開平１−２４７７４０号公報に
開示のものも光ファイバーを介して燃焼室内の光を検出
できる構成であることから、着火検出装置として機能さ
せることも考えられるが、上記の特開昭５７−７３６４
７号公報に開示されるのものと同様の問題がある。

【０００６】また、上記特開平１−２４７７４０号公報
の空燃比検出装置は、光ファイバーによって検出される
「着火後の比較的成長した燃焼光」を利用して空燃比を
検出するものであるが故に、以下のような問題がある。
即ち、図20に示すように、光ファイバーによって燃焼光
が取り出される領域（ホロコーン領域）内では、光ファ
イバーの端面に近いＡ領域での発光と共に、前記端面か
ら比較的遠いＢ領域での発光も全て取り出されることに
なる。

【０００７】ここで、前記Ａ領域とＢ領域とでは、燃焼
室内におけるガス流動によって空燃比が異なる場合があ
り、空燃比が異なれば火炎発光スペクトルが異なる。ま
た、光ファイバー端面からの距離が異なれば、その強度
は距離の二乗に反比例して変化する。従って、光ファイ
バーで燃焼光を取り出す構成では、空燃比が異なり、ま
た、距離の異なる領域での発光が混ざって取り出される
ことになり、例えば火花点火式機関における点火限界の
決定因子である点火栓近傍のＡ領域の空燃比を正確に求
めたくても、Ｂ領域の発光が影響して高精度な空燃比検
出ができないという原理的な問題がある。

【０００８】このため、従来では、ホロコーン領域内で
は空燃比一定であると見做したり、火炎発光を取り込む
時間を短くすることで測定ホロコーン領域を距離方向に
狭めるなどして、燃焼光の取り出しによる空燃比検出を
実現させている。しかしながら、前述のようにホロコー
ン領域内の空燃比は一定とは限らないし、また、取込み
時間を短くすれば取り出される光強度が低下し、結果的
に測定精度が低下してしまうという問題があった。

【０００９】また、点火限界を決定する因子である点火
栓近傍の空燃比は、燃料噴霧の粒径の他、噴射タイミン
グに強く依存して時系列的な変動を示す。従って、着火
性向上のために点火時期における点火栓近傍の空燃比を
制御するためには、点火前における点火栓近傍の空燃比
を検出することが望まれるが、前記燃焼光に基づく空燃
比検出では、点火前の空燃比を検出することができず、
点火時期における点火栓近傍の空燃比を精度良く制御す
ることができないという問題がある。

【００１０】このため、従来においては、気筒内におけ
る着火を高精度に検出できる装置はなく、また着火検出
と空燃比検出とを同時かつ高精度に行える装置はなかっ
た。従って、これら機関の筒内状態に基づいて高精度な
機関の燃焼制御を行うことができなかった。本発明は、
かかる従来の実情に鑑みなされたものであり、高精度に
着火検出、着火時期検出を行える内燃機関の筒内状態検
出装置、及びこれらと同時に燃焼室内の空燃比をも点火
前から高精度に検出することができる内燃機関の筒内状
態検出装置を提供することを目的とし、延いてはこれら
装置の検出結果に基づき機関の燃焼制御を最適化できる
ようにすることを目的とする。また、当該筒内状態検出
装置の高精度化を図ることも目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そのため、請求項１に記
載にかかる内燃機関の筒内状態検出装置は、着火の検出
を行うべく、図１に示すように、内燃機関の燃焼室内に
臨ませて発光側と受光側とからなる一対の光学素子を所
定間隙をもって対向配置し、光源で発光した光を前記一
対の光学素子を介して光電変換素子に導く透過光強度検
出手段と、前記透過光強度検出手段における前記光電変
換素子の出力の変動に基づいて燃焼室内の着火を検出す
る着火検出手段と、を含んで構成した。

【００１２】そして、請求項２に記載の発明では、着火
時期を検出すべく、機関のクランク角度を検出するクラ
ンク角検出手段と、前記着火検出手段の出力と、前記ク
ランク角検出手段の出力と、に基づいて着火時期を検出
する着火時期検出手段と、を含んで構成するようにし
た。請求項３に記載の発明では、着火（或いは着火時
期）の検出及び筒内の空燃比を検出すべく、請求項１に
記載の発明の構成、或いは請求項２に記載の発明の構成
に加えて、機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
前記透過光強度検出手段における前記光電変換素子の出
力と前記筒内圧検出手段で検出された筒内圧とに基づい
て筒内の空燃比を検出する空燃比検出手段と、を含んで
構成した。

【００１３】請求項４に記載の発明では、前記透過光強
度検出手段における前記一対の光学素子を、機関の点火
栓に一体的に設けるようにした。請求項５に記載の発明
では、前記透過光強度検出手段における前記一対の光学
素子を加熱する加熱手段と、機関運転条件に応じて前記
加熱手段を選択的に動作させる運転条件による加熱制御
手段と、を設けるようにした。

【００１４】請求項６に記載の発明では、前記透過光強
度検出手段における前記一対の光学素子を加熱する加熱
手段と、前記透過光強度検出手段における前記一対の光
学素子に対する燃料の付着状態を検知する燃料付着検知
手段と、該燃料付着検知手段で燃料の付着状態が検知さ
れたときに前記加熱手段を動作させる付着検知による加
熱制御手段と、を設けるようにした。

【００１５】

【作用】かかる構成を備えた請求項１に記載の発明にか
かる内燃機関の筒内状態検出装置によれば、前記透過光
強度検出手段において、光源からの発光は、燃焼室内に
臨む一対の光学素子の間隙を通って光電変換素子に導か
れる構成であり、前記間隙を通るときに、かかる空間に
存在する燃料によって減衰されることになる。そして、
当該減衰は燃料濃度によって変化する一方、当該燃料濃
度は着火により急激に希薄化するので、この減衰の仕方
（即ち、燃料濃度の検出値の変動）を観察すれば、着火
を検出できることになる。しかも、強制的に光源を用い
て燃料に吸収されやすい波長の光を発光させるので、従
来のような極僅かな光量の立上がりを検出するものに比
べ、ノイズ等の影響を受け難くすることができる。更
に、燃料に吸収されやすい透過光の波長と、スパーク放
電光の波長とは異なるので、スパーク放電による影響も
受けなくて済む。

【００１６】従って、高精度に着火の検出が行えるの
で、例えば、火花点火式機関におけるプレイグニション
の検出が高精度に行え、延いては当該プレイグニション
の発生防止制御（点火時期制御や空燃比制御）等を高精
度に行えるようになる。請求項２に記載の発明では、請
求項１に記載の発明の構成に加えて、クランク角検出手
段を備えて、着火時期を検出できるようにして、例えば
火花点火式機関における着火遅れ期間（＝着火時期−点
火時期、図18参照）を高精度に検出できるようにする。
これにより、例えば、実用機関における着火遅れ期間を
低減して着火性を向上させて機関運転性を向上させるよ
うな空燃比制御や点火時期制御の高精度化や、点火栓の
放電エネルギが最適となる着火遅れ期間が得られるよう
な空燃比制御や点火時期制御が行なえるようになる。さ
らに、圧縮着火式機関における着火遅れ（燃料の噴射開
始から着火するまでの期間、当該期間は予混合燃焼割合
を決定するもので、ＮＯｘ生成量や騒音に大きな影響を
与える）の計測も可能であり、当該着火遅れ期間を縮小
するような燃料噴射ポンプの噴射率の制御（即ち、着火
し易い混合気を形成して着火遅れを短縮して予混合燃焼
割合を低減するために、燃料噴射開始初期の噴霧の微粒
化の促進、即ち、初期噴射圧力を増大させるような噴射
率パターンの変更制御等）を効果的かつ高精度に行うこ
とができるようになる。

【００１７】請求項３に記載の発明では、筒内圧検出手
段を備えたことで、以下のような作用を奏することがで
きる。即ち、前記透過光強度検出手段において検出され
る透過光の減衰は、燃料濃度によって変化するが、この
ことは燃焼室内の圧力変化（換言すれば、燃焼室容積変
化）によっても変化することになる。そこで、前記間隙
を通った透過光が入射する光電変換素子の出力と筒内圧
検出手段で検出された筒内圧とに基づいて、筒内圧の要
因を除外して燃料濃度（空燃比）を検出できるようにし
た。従って、高精度な着火検出や着火時期検出と、当該
高精度な空燃比検出との組み合わせによって、上述の空
燃比制御や点火時期制御、或いは点火栓の放電エネルギ
の最適化制御が、より高精度に行なえるようになる。

【００１８】請求項４に記載の発明では、燃焼室内にお
ける空燃比検出においては、特に、点火栓近傍の空燃比
が点火限界に大きく影響するので、前記一対の光学素子
を点火栓に一体的に設けることで、点火栓近傍での着
火、着火時期、或いは空燃比を精度良く検出でき、ま
た、部品構成、組付等を簡略化できるようにした。特
に、光路が点火栓ギャップを横切るように配設すれば、
着火性に大きな影響を与える場所で、最も高精度に、着
火、着火時期、空燃比等を高精度に検出できることにな
り（プレイグニション等がなければ、通常、着火は、点
火後、かかる点火栓ギャップ内で開始するからであ
る）、延いては上述の空燃比制御や点火時期制御、或い
は点火栓の放電エネルギの最適化制御が、より高精度に
行なえるようになる。

【００１９】請求項５、請求項６に記載の発明では、前
記一対の光学素子に液的燃料が付着すると、該付着燃料
によって光が吸収されることによって燃料濃度を精度良
く検出することができなくなる。そこで、前記一対の光
学素子を加熱する加熱手段を設け、前記燃料付着が予測
される機関運転条件のとき、又は、前記燃料付着状態を
検知して、前記加熱手段を動作させ、光学素子に付着し
た燃料を早期に気化させることができるようにした。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。本実施
例のシステム構成を示す図２において、内燃機関１の吸
気ポート２には燃料噴射弁３が設けられており、図示し
ないエアクリーナ，スロットル弁を介して吸入される空
気に対して前記燃料噴射弁３から間欠的に燃料が噴射供
給されて混合気が形成される。

【００２１】そして、前記混合気は、吸気弁４を介して
燃焼室５内に吸入され、点火栓６による火花点火によっ
て着火燃焼する。機関１からの排気は、図示しない排気
弁，触媒，マフラーを介して大気中に排出される。ここ
で、前記燃焼室５内の圧力（筒内圧）を検出する筒内圧
センサ（筒内圧検出手段）７が設けられると共に、前記
燃焼室５を構成するシリンダヘッド８に、点火栓６に一
体に、かつ光路が点火栓ギャップを横切るように透過光
強度検出手段を構成する円柱状の光学素子９が嵌挿・保
持されている。なお、ここでは、前記光学素子９を点火
栓６と一体として説明したが、これに限るものではな
く、それぞれ別個に燃焼室に臨ませて設けるようにして
もよい。

【００２２】前記円柱状の光学素子９の燃焼室５内に臨
む先端部には、図３に示すように、一対の光学素子（三
角プリズム）10，11が一体的に設けられている。前記一
対の光学素子10，11は、基体となる光学素子９の基端面
側から入射し、光学素子９の軸方向に沿って燃焼室５内
に向けて進む光ビームを、その先端に形成された光学面
によって他方の光学素子11に向けて反射させる発光側の
光学素子10と、該光学素子10に対して所定間隙を介して
対向配置され、前記光学素子10で反射された光ビームを
その先端に形成された光学面によって光学素子９に向け
て反射させる受光側の光学素子11とからなる。

【００２３】即ち、前記光ビームは、前記一対の光学素
子10，11によって燃焼室５内を経由しＵターンして進む
構成となっており、前記光ビームは、前記光学素子10か
ら光学素子11に向けて進むときに、両者の間隙、即ち、
燃焼室内の空間（ここでは、点火栓ギャップを通過する
構成となっている）を通過することになり、吸入行程か
ら点火までの燃焼室５内に混合気が存在する状態のとき
には、前記光学素子10，11を介して光ビームを混合気中
に透過させることになる。

【００２４】尚、前記光学素子９，10，11の材料として
は、石英やサファイヤなどを用いるが、耐熱，耐圧を考
慮すると、サファイヤを用いることが好ましい。図４及
び図５は、前記光学素子９，10，11を、サファイヤロッ
ド24，25により形成した例であるが、点火栓の中心電極
23ｃを挟んで点火栓先端部に突出するように一体的に設
けるようにし、サファイヤロッド24の先端側の45°光学
面で反射したレーザ光が、中心電極23ｃと接地電極23ｄ
との間の火花間隙を通ってサファイヤロッド25側に入射
するようになっている。

【００２５】かかる構成によると、点火栓による着火性
を左右する空燃比をより的確に検出することができ、燃
焼室５内における空燃比ばらつきに影響されずに、高精
度な空燃比制御が可能である。尚、光学素子10，11（サ
ファイヤロッド24，25）を点火栓６に対して一体的に設
ける構成を上記に限定するものではない。但し、燃焼室
５内における局所空燃比を検出させる場合には、点火栓
６の火花間隙部の空燃比を検出させ、該検出結果に基づ
いて所期空燃比とすべく燃料噴射を制御させることが望
まれるので、図４，図５に示したように、点火栓６の火
花間隙を挟んで両側に光学素子10，11を配設し、燃焼室
５内における光路が前記火花間隙を横切るようにするこ
とが好ましい。

【００２６】前記光ビームとしては、使用するガソリン
燃料が選択的に吸収する波長の光を用いる。具体的には
赤外光であり、本実施例では、波長が赤外光領域に含ま
れる3.39μｍのレーザ光を用いている。そして、かかる
レーザ光を発するレーザ源（光源）12から出射されるレ
ーザビームは、ミラーやプリズム等からなる光学素子13
によって前記光学素子９の軸に平行な方向に屈曲され、
光学素子９の基端面に対して直角に入射して進む。そし
て、前記一対の光学素子10，11によってＵターンして再
び光学素子９内を通り、基端面から直角に出射する。光
学素子９から出射したレーザビームは、光学素子13によ
って光電変換素子14に向けて屈曲されて、前記光電変換
素子14に入射する。

【００２７】上記のレーザ源12、光学素子９，10，11
（24，25），13、光電変換素子14によって本実施例の透
過光強度検出手段が構成される。前記光電変換素子14の
出力及び筒内圧センサ７からの検出信号は、前記燃料噴
射弁３による燃料噴射を制御するためのマイクロコンピ
ュータを内蔵したコントロールユニット15に入力され
る。空燃比検出手段として機能するコントロールユニッ
ト15は、これらの検出信号に基づいて機関吸入混合気の
空燃比を検出し、該検出された空燃比に基づいて燃料噴
射を制御する。なお、コントロールユニット１５は、本
発明の着火検出手段、着火時期検出手段としても機能す
る。

【００２８】ここで、本実施例における透過光強度検出
手段を用いた空燃比検出、着火検出の原理を簡単に説明
する。機関１に使用されるガソリン燃料は、一般的に、
赤外光を選択的に吸収する性質があり、混合気において
は該混合気中におけるガソリン濃度に略比例して前記吸
収量が増大する。即ち、入射光強度をＩ_O、ガソリン濃
度をＣ、吸収係数をＫとすると、吸収量Ｉは、Ｉ＝Ｉ_O
exp ^-KCとして表すことができる。

【００２９】従って、混合気に対して所定強度の赤外光
を照射し、ガソリンによって赤外光がどの程度吸収され
たかを検出できれば、混合気中のガソリン濃度、換言す
れば、混合気の空燃比を検出できることになる。一方、
着火により急激に空燃比は希薄化するので、空燃比変化
を観察すれば（詳細は後述する）、着火の有無、そして
クランク角度位置の検出結果との組合わせによって着火
時期を検出することができることになる。なお、強制的
に光源を用いて燃料に吸収されやすい波長の光を発光さ
せるようにしているので、従来のような極僅かな光量の
立上がりを検出するものに比べ、ノイズ等の影響を受け
難くすることができ、更に、燃料に吸収されやすい透過
光の波長と、スパーク放電光の波長とは異ならせれば、
スパーク放電による影響も受けなくて済む。

【００３０】ここで、本実施例では、透過光強度検出手
段を構成する前記一対の光学素子10，11は、燃焼室５内
の空間を間隙として対向配置され、かかる間隙をレーザ
光が通過し、最終的に光電変換素子14に入射する構成で
あるから、前記間隙に存在する混合気中のガソリン濃度
に見合う量だけレーザ光が吸収され、かかる吸収によっ
て減衰したレーザ光が光電変換素子14に入射することに
なる。

【００３１】また、レーザ光（赤外光）の吸収量がガソ
リン濃度に比例するということは、燃焼室内における圧
力（筒内圧）変化によっても吸収量が変化することにな
る。そこで、筒内圧によるキャリブレーション特性を予
め測定しておき（図６参照）、前記光電変換素子14の出
力と、筒内圧センサ７で検出された筒内圧とをパラメー
タとする空燃比の演算特性（変換マップ）をコントロー
ルユニット15に予め設定しておくことで、混合気が吸入
される吸気行程から点火時期まで間において、燃焼室５
内での局所的な空燃比を演算できることになる（図７参
照）。

【００３２】なお、当該透過光強度検出手段を着火検出
装置、或いは着火時期検出装置として用いる場合には、
正確な空燃比の検出は必要ないので、前記筒内圧による
キャリブレーションもそれ程必要ない。即ち、急激な空
燃比変化さえ検出できれば十分であるからである。勿
論、より着火検出の精度を向上させたい場合には、正確
な空燃比の検出を行うようにして構わない。

【００３３】前述のようにして検出された空燃比（点火
栓６近傍の局所空燃比）は、コントロールユニット15に
よる噴射制御（噴射量制御，噴射時期制御）の制御情報
として用いられる。点火時期における点火栓近傍の空燃
比は、点火限界を決定することになり、特に、着火性が
悪化する希薄燃焼機関では重要な要素となるが、上記の
ようにして点火前の点火栓近傍における空燃比を検出で
きれば、点火栓近傍の空燃比を高精度に制御して、良好
な着火性を安定的に得ることが可能となる。

【００３４】また、前記光電変換素子14で検出される透
過光強度は、一対の光学素子10，11の間隙における空燃
比状態のみに影響されるから、局所的な空燃比を他の燃
焼室内領域での空燃比に影響されずに、高精度に検出で
きる。前記空燃比の検出結果を用いた燃料噴射制御とし
ては、検出された空燃比を目標空燃比に一致させるべく
噴射量をフィードバック制御したり、また、空燃比変動
のリッチピーク時期が点火時期と重なるように噴射弁に
よる噴射タイミングを制御することで、点火栓近傍の空
燃比を所期状態に制御できる。尚、かかる噴射制御につ
いては、後に詳細に説明する。

【００３５】一方、透過光強度検出手段を利用して行わ
れる着火検出結果に基づいて、例えば火花点火式機関に
おけるプレイグニションの検出が高精度に行えるから、
プレイグニションの発生防止制御（点火時期制御や空燃
比制御）が高精度に行えることになる。更に、着火時期
を検出するようにすれば、火花点火式機関における着火
遅れ期間（＝着火時期−点火時期、図18参照）を高精度
に検出できるから、これにより、例えば、実用機関にお
ける着火遅れ期間を低減して着火性を向上させて機関運
転性を向上させるような空燃比制御や点火時期制御の高
精度化や、点火栓の放電エネルギが最適となる着火遅れ
期間が得られるような空燃比制御や点火時期制御が行な
えるようになる。なお、着火時期検出結果と空燃比検出
結果とを同時に利用した場合については、後述する。

【００３６】ところで、上記のようにして、レーザ光を
導く光学素子10，11を燃焼室５内に臨ませて配設する
と、燃焼に伴う汚れが光学素子10，11に付着し、この汚
れ分がレーザ光を減衰させることによって、ガソリン燃
料によるレーザ光（赤外光）の吸収を精度良く検出する
ことができなくなる惧れがある。かかる汚れによる影響
を補正する方法としては、図８に示すように、排気行程
中の吸気弁が開く直前、即ち、混合気が吸引される直前
で燃焼室５内に燃料が殆どないときに、前記光電変換素
子14の出力Ａ₁を取込む。そして、この出力Ａ₁を正規
化用の基準強度として、その後の吸気行程における空燃
比演算期間（例えば点火時期前の所定区間）における光
電変換素子14の出力Ｂn を、前記基準強度Ａ₁で除算し
た値Ｂn ／Ａ₁を最終検出値とする。

【００３７】上記方法によれば、前記基準強度Ａ₁は、
一対の光学素子10，11の間隙に燃料が殆ど存在しない条
件で検出されるから、主に光学素子10，11の汚れによる
影響（レーザ源の劣化による出力強度の低下を含む）で
変化するものと推定される。そして、汚れの進行によっ
て前記基準強度Ａ₁が低下すれば、光電変換素子14の出
力Ｂn をより増大補正することになり、汚れによるレー
ザ光の減衰分を補償できることになる。

【００３８】しかしながら、上記補正方法によると、補
正演算が比較的簡便に行えるものの、汚れの検出を空燃
比演算と同時に行わせることができず、１サイクル毎に
１回の汚れ検出の後に、空燃比演算用の透過光強度の検
出が行われるから、空燃比演算時の汚れ状態に対してず
れを生じる惧れがあり、また、一対の光学素子10，11の
間隙に燃料が存在しないという仮定で汚れレベルを推定
するから、高精度な補正が望めない。

【００３９】前記汚れによる影響を補正する別の方法と
しては、ガソリンに吸収されずに汚れ分のみに吸収され
て減衰する波長の光を発する光源を別途設け、該光源か
ら発した光ビームを、空燃比検出に用いるガソリンが吸
収する波長の光と同軸に光学素子10，11に通し、図９に
示すように、ガソリンに吸収される波長光の透過光強度
Ｂn と同時に、汚れ分によってのみ吸収される波長光の
透過光強度Ａn を検出させ、前記汚れ分にのみ吸収され
る光の透過光強度Ａn で前記透過光強度Ｂn を補正する
（Ｂn ／Ａn ）ことで、ガソリンに吸収される波長域の
光の汚れによる減衰分を補正する方法がある。

【００４０】かかる補正方法によると、空燃比演算に同
期してそのときの汚れ状態を推定することができ、ま
た、一対の光学素子10，11に存在する燃料の影響を受け
ずに汚れ検出が行えるので、演算負担は大きくなるもの
の高精度な汚れ補正が可能である。ここで、前述のよう
な汚れに対する補正を行いながら空燃比（ガソリン濃
度）を検出するコントロールユニット15の機能を、図10
のフローチャートに従って説明する。尚、前記図10のフ
ローチャートは、上記２つの補正方法に共通のものとし
て簡略化して示してある。

【００４１】この図10のフローチャートにおいて、ま
ず、Ｓ１では、汚れによるレーザ光の減衰レベルを示す
補正光強度Ａn の検出を行わせる。具体的には、吸気弁
が開く直前のタイミングで光電変換素子14の出力を取り
込むか、又は、空燃比の演算期間内でガソリンに吸収さ
れずに汚れによってのみ吸収される波長の光の透過強度
を逐次取り込む。

【００４２】次のＳ２では、空燃比演算のための透過光
強度Ｂn 検出を行わせる。そして、Ｓ３では、空燃比実
測用の透過光強度Ｂn を、汚れ分を補正するための光強
度Ａn で除算して、該演算結果を汚れ分が補正された光
強度としてＩにセットする。Ｓ４では、前記汚れ補正が
施された光強度Ｉと、筒内圧センサ７で検出された筒内
圧とに基づいてガソリン濃度Ｃ（空燃比）を演算する。

【００４３】Ｓ５では、空燃比演算期間内で演算される
空燃比のデータナンバーを示すｎを１アップし、次のＳ
６では、空燃比の実測期間（例えば点火時期前の所定区
間）内であるか否かを判別する。そして、実測区間でな
ければ、Ｓ７で前記データナンバーをリセットし、ま
た、実測区間内であれば、前記リセットを行うことなく
Ｓ１に戻り、汚れ補正を行いながら空燃比演算を繰り返
し、演算結果を時系列的に記憶する。

【００４４】尚、前記汚れ分に影響される透過光強度Ａ
n が所定以下に低下した場合には、所期の透過光強度検
出が不能であると判断し、所定のフェイルセーフモード
に移行させるようにすると良い。ところで、上記実施例
では、点火栓６の近傍に、一対の光学素子10，11を備え
た光学素子９（空燃比検出体）を配設する構成とした
が、これは、点火栓６の電極雰囲気の空燃比を制御して
点火限界を高めるためには、点火栓６（電極部）になる
べく近い位置で空燃比を検出することが望まれ、また、
部品点数の削減，組み立て性及び燃焼室を構成するシリ
ンダヘッドにおけるスペース効率を考慮すると、点火栓
６と前記一対の光学素子10，11とを一体化して設けるこ
とが好ましいからであり、これら利点を考慮しなくてよ
い場合（例えば試験室で実験等を行なう場合等）は、点
火栓６と前記一対の光学素子10，11とを一体化して設け
なくても勿論構わない。

【００４５】次に、上記実施例に示される構成によって
検出される空燃比を用いたコントロールユニット15によ
る空燃比フィードバック制御及び噴射タイミング制御の
様子を図11のフローチャートに従って具体的に説明す
る。図11のフローチャートにおいて、まず、Ｓ11では、
機関回転数Ｎｅをクランク角センサ60からの検出信号に
基づいて算出する。また、Ｓ12では、スロットルセンサ
（図示省略）で検出されたスロットル弁開度を機関負荷
の代表値として読み込む。なお、クランク角センサ60
は、例えば、図示しないディストリビュータに内蔵さ
れ、機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号
が検出できるものであり、コントロールユニット15では
この信号を一定時間カウントして、又は、クランク基準
角信号の周期を計測して機関回転速度Ｎｅを検出するよ
うになっている。

【００４６】そして、Ｓ13では、図12に示すように、予
め機関負荷と機関回転数とに応じた運転領域別に目標空
燃比を設定したマップを参照し、目標空燃比ＡＦＲを設
定する。図12に示す目標空燃比ＡＦＲを記憶したマップ
は、理論空燃比よりも大幅にリーンな目標空燃比を設定
するリーン領域と、目標空燃比として理論空燃比を設定
する理論空燃比領域と、理論空燃比よりもややリッチな
目標空燃比を設定させるリッチ領域とに大きく分けられ
ている。

【００４７】次のＳ14では、現在の運転条件が、前記目
標空燃比ＡＦＲとして理論空燃比よりも大幅にリーンな
空燃比が設定されるリーン領域であるか否かを判別す
る。ここで、リーン領域であると判別されたときには、
Ｓ15へ進み、点火時期前の所定区間で、前述のように前
記光電変換素子14の出力と筒内圧センサ７との出力とに
基づいて演算された空燃比を時系列的に記憶させたデー
タから、前記所定区間内で変動する空燃比における最小
空燃比ＰＡＦＭ（空燃比演算区間内で最もリッチな空燃
比）を求める（図13参照）。

【００４８】そして、Ｓ16では、前記目標リーン空燃比
ＡＦＲと前記最小空燃比ＰＡＦＭとを比較し、目標空燃
比に対する最小空燃比ＰＡＦＭのリッチ・リーンを判定
する。ここで、目標リーン空燃比よりも最小空燃比ＰＡ
ＦＭが小さい（リッチである）と判別されたときには、
Ｓ17へ進み、前記空燃比検出が行われた所定区間内で最
小空燃比ＰＡＦＭが得られたクランク角位置ＴＰＡＦＭ
を求める。

【００４９】また、Ｓ18では、現状の点火時期ＴＩＧを
求め、次のＳ19では、前記空燃比が最小となるクランク
角位置ＴＰＡＦＭと現状の点火時期ＴＩＧとの偏差ＴＤ
ＩＦＦを演算する。更に、Ｓ20では、現状における噴射
制御の基準タイミングＴＩＮＪ（噴射開始時期又は噴射
終了時期）を求める。

【００５０】そして、Ｓ21では、前記偏差ＴＤＩＦＦに
よって前記基準タイミングＴＩＮＪを補正することで、
前記最小空燃比ＰＡＦＭが得られるタイミングが点火時
期ＴＩＧに一致するように噴射時期を進・遅角補正す
る。即ち、理論空燃比よりも大幅にリーンな空燃比で燃
焼させる場合には、着火性が悪化するので、平均空燃比
としてはリーン空燃比であっても点火栓近傍の空燃比が
なるべくリッチである状態で点火させることが着火性を
高めることになる。そこで、点火を行っている時期の前
の所定区間における空燃比の変動を求め、空燃比が最も
リッチとなるタイミングが点火時期に重なるように、噴
射時期をずらすようにしている。具体的には、点火時期
ＴＩＧよりもクランク角度位置ＴＰＡＦＭが早く現れる
場合、偏差ＴＤＩＦＦに相当する量だけ噴射時期を遅角
補正する。

【００５１】尚、前記噴射時期の補正制御においては、
基本噴射時期を中心とする所定範囲内でのみ噴射時期の
変更を許可する構成とすると良い。また、運転状態が変
化した場合には、噴射時期を一旦その運転状態の基準タ
イミングＴＩＮＪに戻し、再度クランク角度位置ＴＰＡ
ＦＭを点火時期ＴＩＧに一致させると良い。一方、点火
栓近傍空燃比を目標空燃比に一致させるための噴射量補
正が、リーン空燃比領域以外、及び、前記Ｓ16で最小空
燃比ＰＡＦＭが目標空燃比よりもリーンであると判別さ
れたリーン空燃比領域のときに、Ｓ22〜Ｓ25において行
われる。

【００５２】Ｓ22では、前記点火時期前の所定区間内で
逐次演算された空燃比の平均値ＭＡＦＭを演算する。次
のＳ23では、目標空燃比ＡＦＲと前記平均空燃比ＭＡＦ
Ｍとの偏差ＡＦＤＩＦＦを演算する。Ｓ24では、現状の
噴射量ＱＴｐをセットし、次のＳ25では、前記偏差ＡＦ
ＤＩＦＦに対応して設定された補正噴射量ＱＡＦＤＩＦ
Ｆを前記噴射量ＱＴｐに加算して補正する。

【００５３】かかる燃料噴射量の補正制御によると、１
サイクル毎に目標空燃比に対する実際の空燃比の偏差を
求め、該偏差に応じた補正を次のサイクルにおける燃料
噴射量に反映させることができるので、目標空燃比に対
して高い収束性を有するフィードバック制御が可能であ
る。上記のような噴射タイミングの制御及び噴射量の制
御においては、点火栓６の着火雰囲気の空燃比を高精度
に検出することが望まれるので、光学素子10，11として
点火栓６の電極間にレーザ光を通す構成として点火栓に
一体化させた図４及び図５に示した実施例の構成で透過
光強度を検出させることが望ましい。

【００５４】尚、上記では、偏差ＡＦＤＩＦＦを噴射量
のデータに変換させたが、偏差ＡＦＤＩＦＦから噴射量
の補正係数を設定し、該補正係数を基本噴射量に乗算し
て補正を施す構成であっても良い。また、本実施例で
は、燃料噴射弁３から噴射された燃料によって実際に燃
焼室内に吸引された混合気の空燃比を検出できるから、
例えば過渡運転時又は冷間時における壁流補正を空燃比
検出結果に基づいて適正化できる。即ち、燃料噴射弁３
から噴射供給される燃料には、衝突や壁面付着による輸
送遅れが生じ、過渡運転時や冷間時には、かかる遅れを
見込んだ増量補正が必要になるが、上記実施例の空燃比
検出装置によれば燃焼室内における空燃比が１サイクル
毎に検出できるので、増量補正の過不足を定量的に検出
でき、これによって過渡運転時用又は冷間時用の増量補
正量を適正化できるものである。

【００５５】上記実施例における噴射タイミングの制御
では、点火前の空燃比変動の様子を時系列的に検出し、
該検出結果に基づいて空燃比がリッチ側にピークとなる
時期を求め、該リッチピーク時期と点火時期との偏差分
を噴射タイミングの補正量としたが、噴射タイミングを
進・遅角補正し、該補正結果による点火時期における空
燃比の変化方向を検出することで、点火時期における空
燃比がリッチピークとなる噴射タイミングを見つけ出す
構成としても良い。

【００５６】かかる噴射タイミング制御の実施例を、図
14のフローチャートに示す。まず、Ｓ51では、運転条件
に応じて予め設定されている基本噴射タイミング（噴射
開始クランク角又は噴射終了クランク角）をマップから
読み取る。そして、Ｓ52では、かかる基本噴射タイミン
グに応じた燃料噴射を行って、次のＳ53では、かかる燃
料噴射によって形成された混合気の空燃比を、前述のよ
うに光電変換素子14で検出される透過光強度と筒内圧と
に基づいて点火時期において演算する。

【００５７】Ｓ54では、前記Ｓ53で演算された空燃比
と、前回の点火時期における空燃比とを比較し、前回に
比べて点火時期における空燃比がリッチ方向に変化して
いるか否かを判別する。点火時期における空燃比がリッ
チ方向に変化しているときには、Ｓ55に進み、今回の点
火時期で演算された空燃比を前回空燃比として記憶させ
る。

【００５８】次いで、Ｓ56では、前回の噴射タイミング
補正で噴射タイミングを進めたか否かを判別する。ここ
で、噴射タイミングを進めた結果、点火時期の空燃比が
リッチ方向に変化したと判別されるときには、更に、噴
射タイミングを進めることで、よりリッチに点火時期の
空燃比が変化する可能性があるので、Ｓ57へ進んで、噴
射タイミングを所定微小角だけ進ませる噴射タイミング
の補正を行う。そして、Ｓ58では、噴射タイミングをよ
り進める補正を行った来歴を記憶させる。

【００５９】一方、Ｓ54で、点火時期における空燃比が
前回に比べてリッチ方向に変化していないと判別された
ときには、Ｓ59へ進み、前回噴射タイミングを進める補
正を行ったかを判別する。噴射タイミングを進めた結
果、空燃比がリッチ方向に変化しなくなった場合には、
Ｓ60へ進み、逆に噴射タイミングを所定微小角度だけ遅
らせる補正を行い、次のＳ61では噴射タイミングを遅ら
せる補正を行った来歴を記憶させる。

【００６０】また、Ｓ59で、噴射タイミングを遅らせた
結果、空燃比のリッチ方向への変化がなくなったと判別
された場合には、逆に、噴射タイミングを進めるべくＳ
57へ進む。即ち、例えば噴射タイミングを進めることに
よって点火時期における空燃比がリッチ方向に変化する
場合には、リッチ方向への変化が停止するまで徐々に噴
射タイミングを進めて行き、リッチ方向への変化が停止
すると今度は逆に遅らせることで、リッチピーク付近が
点火時期に一致するように噴射タイミングを制御するも
のである。

【００６１】尚、上記のような噴射タイミングの進・遅
角補正が収束したときに、そのときの噴射タイミングを
運転条件別に学習記憶させるようにしても良い。上記実
施例では、レーザ光の透過光強度に基づいて検出された
空燃比に基づいて噴射タイミング又は噴射量を補正する
実施例を示したが、燃料噴射弁の噴孔を燃焼室内に臨ま
せて圧縮行程中に燃料噴射を行わせる構成の直噴式火花
点火機関（特願平４−１７７３８号参照）における噴射
圧制御に、前記構成による空燃比検出結果を用いること
で、前記直噴式火花点火機関における着火性能を向上さ
せることができる。

【００６２】即ち、前記直噴式火花点火機関で希薄燃焼
を行わせる場合には、点火栓近傍の空燃比を他に比べて
リッチ化させる成層化が望まれ、そのためには、燃料噴
射弁による噴霧を点火栓近傍に指向させると良い。とこ
ろで、前記一対の光学素子10，11（サファイヤロッド2
4，25）の汚れに対する透過光強度の補正については既
述したが、冷間・始動時には燃料の気化性が悪化するた
めに、燃料が壁流となって燃焼室５内に流れ込み、燃焼
室５内に突き出た光学素子10，11に前記液状の燃料が付
着して、前記補正制御の限界を越える光強度の減衰が前
記液的付着燃料によって生じる惧れがある。

【００６３】そこで、例えば前記図３〜図５に示した一
対の光学素子10，11に対して、図15に示すように、光学
素子10，11の間隙の底面部（光学素子９の端面）に加熱
手段としてのヒータ（セラミックヒータ）31を付設し、
ヒータ電源線32を光学素子９内に埋設して外部に取り出
す構成とする。そして、前記液的燃料付着が予測される
機関運転条件のときや、演算された空燃比の変化から付
着状態が検知されたときに、コントロールユニット15に
よる制御によって前記ヒータ31に電源を供給して発熱さ
せ、かかる発熱によって光学素子10，11を暖めて、付着
した液的燃料を早期に気化させるようにする。

【００６４】上記図15に示す光学素子10，11は、図３〜
図５に示される点火栓６とは異なるタイプのものである
が、図３〜図５に示されるような点火栓６と一体型の場
合にも同様にしてヒータ31を付設することが可能で、後
述するヒータ制御も、点火栓６に対する一体型，別体を
問わずに共通の仕様によって行われるものとする。具体
的なヒータ制御を様子を図16のフローチャートに従い、
図２及び図15を参照しつつ説明する。

【００６５】尚、前記図16のフローチャートに示される
コントロールユニット15のソフトウェア的機能が運転条
件による加熱制御手段，燃料付着検知手段及び付着検知
による加熱制御手段に相当し、本実施例では、かかる加
熱制御を行う条件判定のために、後述するように、水温
センサ61及びスタートスイッチ62（図２参照）の信号を
用いる。

【００６６】図16のフローチャートにおいて、まず、Ｓ
31では、水温センサ61で検出される冷却水温度Ｔｗと所
定温度とを比較する。そして、機関温度を代表する冷却
水温度Ｔｗが所定温度よりも低いと判別された場合に
は、Ｓ32へ進み、スタートスイッチ62の信号に基づいて
計測される始動からの経過時間Ｔａと所定時間とを比較
する。

【００６７】ここで、始動からの経過時間Ｔａが所定時
間に達していないと判別された場合には、Ｓ33へ進んで
前記ヒータ31に電源を供給してヒータ31を発熱させるこ
とにより光学素子10，11を加熱する。即ち、冷間始動直
後の所定期間内においてヒータ31を発熱させて光学素子
10，11を加熱するものであり、これにより、液状の燃料
が燃焼室５内に流れ込んで光学素子10，11に付着して
も、かかる液的付着燃料を早期に気化させることがで
き、光学素子10，11を介してレーザ光を混合気中に通過
させて行われる空燃比検出の精度を冷間始動時にも保つ
ことができる。

【００６８】一方、希薄燃焼機関などでは吸気行程中に
燃料噴射を行わせる場合があり、かかる構成のときに
は、上記のような冷間始動直後でない場合であっても、
噴射された燃料が直接的に燃焼室５内に吸引されること
によって、光学素子10，11（サファイヤロッド24，25）
に液的燃料が付着する場合がある。ここで、前記液的燃
料の付着が発生すると、レーザ光が前記付着燃料によっ
て大幅に吸収されるようになることで、演算される空燃
比が急激にリッチ方向に変化する。

【００６９】そこで、空燃比演算期間内で、演算された
空燃比の一次微分値ＡＦＤＩＦを求め（図17参照）、冷
却水温度Ｔｗ及び始動後時間Ｔａが光学素子10，11に対
する液的燃料の付着条件になっていない場合であって
も、Ｓ34で前記一次微分値ＡＦＤＩＦと所定値とを比較
して、空燃比演算値の大きな変動が検知されたときに
は、光学素子10，11に対して液的燃料が付着しているも
のと推定し、Ｓ33へ進んでヒータ31に電源を供給する。
かかる空燃比微分値に基づく付着状態の検知が、コント
ロールユニット15による燃料付着検知手段としての機能
を示す。

【００７０】尚、前記空燃比の微分値ＡＦＤＩＦに基づ
くヒータ制御においては、微分値の変動によって頻繁に
ＯＮ・ＯＦＦ制御されることを回避すべく、判定レベル
にヒステリシスを設けたり、一旦付着状態を検知したら
強制的に所定時間だけ継続的に通電させる構成とした
り、又は、微分値が判定レベル以下に所定時間以上安定
してことをＯＮ→ＯＦＦ制御の条件とすることが好まし
い。

【００７１】上記のようにして空燃比演算値の変動から
光学素子10，11に対する液的燃料の付着を検知する構成
であれば、冷却水温度Ｔｗなどの機関運転条件に相関し
ない燃料付着状態を検知でき、吸入行程中にずれ込んで
燃料噴射が行われるような機関においても、光学素子1
0，11に対する液的燃料の付着状態を早期に解消して空
燃比検出精度を維持できる。

【００７２】一方、冷間始動直後でなく、然も、空燃比
演算値が安定している場合には、Ｓ35へ進み、ヒータ31
に対する電源供給を停止し、無用な電力消費を避ける。
尚、図３〜図５に示すような構成によって点火栓に対し
て一体的に光学素子10，11（サファイヤロッド24，25）
を設ける場合に、上記ようにしてヒータ31による加熱制
御を行えば、光学素子10，11に対する液的燃料の付着は
点火栓６における電極部の燃料濡れを推定させることに
もなるので、光学素子10，11を加熱することで点火栓の
電極部も同時に加熱され、点火栓の濡れによる着火性の
悪化を回避できるという副次的な効果もある。

【００７３】尚、上記ヒータ制御では、機関温度を代表
するパラメータとして冷却水温度Ｔｗを用いたが、この
他、潤滑油の温度や吸気ポート部の温度などを用いても
良いことは明らかである。つづけて、本実施例における
着火検出の原理を、図18に基づいて詳しく説明すると共
に、着火時期検出結果と、空燃比検出結果と、を同時に
利用した制御の一例を、以下に説明する。

【００７４】前述したように、空燃比の検出結果は、筒
内の混合気が着火燃焼することで、急激にリーン化す
る。ここで、図18に、クランク角（ＣＡ）に対するＡ／
Ｆ、Ａ／Ｆの微分値（Ａ／Ｆ’）、筒内圧履歴を示す。
図18に示すように、混合気が着火燃焼すると、混合気中
に含まれるガソリン燃料が消費され、その結果、赤外線
を吸収するガソリンが減少し、Ａ／Ｆとしては急激にリ
ーン化する。この履歴を微分すると極値を示す。つま
り、この極大値が着火を示し、この極大値が現れるクラ
ンク角（ＣＡ）が、着火時期となる。

【００７５】ところで、点火時期は、コントロールユニ
ット15によって機関運転条件（回転速度、負荷、水温、
空燃比等）に基づき設定される値であるが、図18に示す
ように、点火してから着火開始するまでに所定時間かか
る場合があり、この遅れを着火遅れ期間（或いは時間）
（＝着火時期−点火時期）と称する。本実施例では、筒
内の点火栓６近傍の空燃比と、当該着火遅れ期間と、を
同時に検出することができるので、図19に示すような、
空燃比に対する着火遅れ期間を、実用機関において検出
することが可能となる。

【００７６】この着火遅れ期間は、放電エネルギとも相
関があるので、図19に示す検出結果に基づいて、その実
用機関に対して必要最小の放電エネルギを求めることが
できる。従って、放電エネルギの大きさに影響される点
火栓６の耐久性、或いはバッテリ寿命等も向上させるこ
とができる。また、本実施例によれば、圧縮着火式機関
における着火遅れ（燃料の噴射開始から着火するまでの
期間、当該期間は予混合燃焼割合を決定するもので、Ｎ
Ｏｘ生成量や騒音に大きな影響を与える）の計測も可能
であり、当該着火遅れ期間を縮小するような燃料噴射ポ
ンプの噴射率の制御（即ち、着火し易い混合気を形成し
て着火遅れを短縮して予混合燃焼割合を低減するため
に、燃料噴射開始初期の噴霧の微粒化の促進、即ち、初
期噴射圧力を増大させるような噴射率パターンの変更制
御等）を効果的かつ高精度に行うことができ、延いては
排気エミッション、騒音の低減を図ることも可能とな
る。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発
明によれば、従来に比べ高精度に着火検出を行なうこと
ができ、例えば、火花点火式機関におけるプレイグニシ
ョンの検出が高精度に行え、延いては当該プレイグニシ
ョンの発生防止制御（点火時期制御や空燃比制御）が高
精度に行える。

【００７８】請求項２に記載の発明によれば、高精度に
着火時期を検出することができるので、例えば、機関運
転実験等において有効であると共に、例えば、実用機関
における着火遅れ期間を低減して着火性を向上させて機
関運転性を向上させるような空燃比制御や点火時期制御
の高精度化や、点火栓の放電エネルギが最適となる着火
遅れ期間が得られるような空燃比制御や点火時期制御が
行なえるようになる。また、圧縮着火式機関における着
火遅れの計測も可能であり、当該検出結果に基づいて、
例えば、燃料噴射ポンプの噴射率の制御を効果的かつ高
精度に行うことができる。

【００７９】請求項３に記載の発明によれば、着火検出
或いは着火時期検出と、燃焼室内の局所空燃比と、を高
精度に同時に検出することができ、特に、点火栓の近傍
の空燃比を点火前に検出することが可能であるので、点
火時期における点火栓近傍の空燃比を高精度に制御し
て、点火栓による着火性を最良に維持できるという効果
がある。また、上述の空燃比制御や点火時期制御、或い
は点火栓の放電エネルギの最適化制御が、より高精度に
行なえる。

【００８０】請求項４に記載の発明によれば、燃焼室内
における空燃比検出においては、特に、点火栓近傍の空
燃比が点火限界に大きく影響するので、前記一対の光学
素子を点火栓に一体的に設けることで、点火栓近傍での
着火、着火時期、或いは空燃比を精度良く検出でき、ま
た、部品構成、組付等を簡略化できるようにした。特
に、光路が点火栓ギャップを横切るように配設すれば、
着火性に大きな影響を与える場所で、最も高精度に、着
火、着火時期、空燃比等を高精度に検出でき、延いては
上述の空燃比制御や点火時期制御、或いは点火栓の放電
エネルギの最適化制御が、より高精度に行なえる。

【００８１】請求項５、請求項６に記載の発明によれ
ば、前記光学素子に対する液的燃料の付着が予測される
運転条件又は付着状態が検知されたときに、前記光学素
子を加熱することで、前記液的燃料の付着による空燃比
検出精度の悪化を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示すシステム概略図。

【図３】光学素子を一体化させた点火栓を示す側面図。

【図４】図３の光学素子部の拡大図。

【図５】図３の底面図。

【図６】透過光強度と筒内圧とに対応する空燃比を示す
線図。

【図７】透過光強度と筒内圧の変化をクランク角に応じ
て示す線図。

【図８】吸気弁の開直前の光強度に基づく汚れ補正の特
性を示す線図。

【図９】異なる波長の光を用いた汚れ補正の特性を示す
線図。

【図10】汚れを補正を伴う空燃比演算の様子を示すフロ
ーチャート。

【図11】空燃比検出結果を用いた燃料噴射制御を示すフ
ローチャート。

【図12】目標空燃比のマップを示す線図。

【図13】燃料噴射制御のための空燃比検出の特性を示す
線図。

【図14】噴射タイミング制御の別の実施例を示すフロー
チャート。

【図15】光学素子にヒータを付設した実施例を示す構造
図。

【図16】ヒータのオン・オフ制御を示すフローチャー
ト。

【図17】空燃比検出データの微分値とヒータ制御との関
係を示す線図。

【図18】空燃比検出データの微分値と着火遅れの関係を
示す線図。

【図19】最適放電エネルギを示す図。

【図20】従来の燃焼光による空燃比検出の問題点を説明
するための図。

【符号の説明】

１内燃機関２吸気ポート３燃料噴射弁４吸気弁５燃焼室６点火栓７筒内圧センサ８シリンダヘッド９，10，11，13 光学素子 12 レーザ源 14 光電変換素子 15 コントロールユニット 21 ホルダ 23 点火栓本体 23ｃ中心電極 23ｄ接地電極 24，25 サファイヤロッド 31 ヒータ 60 クランク角センサ 61 水温センサ 62 スタートスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｎ 21/59 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の燃焼室内に臨ませて発光側と受
光側とからなる一対の光学素子を所定間隙をもって対向
配置し、光源で発光した光を前記一対の光学素子を介し
て光電変換素子に導く透過光強度検出手段と、前記透過光強度検出手段における前記光電変換素子の出
力の変動に基づいて燃焼室内での着火を検出する着火検
出手段と、を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の筒内状態
検出装置。
【請求項２】機関のクランク角度を検出するクランク角
検出手段と、前記着火検出手段の出力と、前記クランク角検出手段の
出力と、に基づいて着火時期を検出する着火時期検出手
段と、を含んで構成したことを特徴とする請求項１に記載の内
燃機関の筒内状態検出装置。
【請求項３】機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段
と、前記透過光強度検出手段における前記光電変換素子の出
力と前記筒内圧検出手段で検出された筒内圧とに基づい
て筒内の空燃比を検出する空燃比検出手段と、を含んで構成したことを特徴とする請求項１または請求
項２に記載の内燃機関の筒内状態検出装置。
【請求項４】前記透過光強度検出手段における前記一対
の光学素子を、機関の点火栓に一体的に設けたことを特
徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の内燃
機関の筒内状態検出装置。
【請求項５】前記透過光強度検出手段における前記一対
の光学素子を加熱する加熱手段と、機関運転条件に応じて前記加熱手段を選択的に動作させ
る運転条件による加熱制御手段と、を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか
１つに記載の内燃機関の筒内状態検出装置。
【請求項６】前記透過光強度検出手段における前記一対
の光学素子を加熱する加熱手段と、前記透過光強度検出手段における前記一対の光学素子に
対する燃料の付着状態を検知する燃料付着検知手段と、該燃料付着検知手段で燃料の付着状態が検知されたとき
に前記加熱手段を動作させる付着検知による加熱制御手
段と、を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか
１つに記載の内燃機関の筒内状態検出装置。