JPS58204978A - 燃焼時期検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マイクロ波信号と光信号とに基づき内燃機関
の燃焼開始時期を検出するようにした燃焼時期検出装置
に関する。

内燃機関において、運転中の燃焼室内の状態。

上死点位置上死点に対する燃料噴射時期点火および着火
時期を精確に検出することは、排気および燃費を向上さ
せるため、又そのための燃焼解析において強く望まれて
いることである。また生産ラインにおいて、生産した内
燃機関が上死点に対して所定の時間または角度で燃料を
噴射しているかどうか１点火９Ｍ火、燃焼しているかど
うかを積度艮〈且つ簡便に検査できる艮　□　置が、微
妙な６７．１ニア、ゎ７ゎゎ１７．６−皿（。−一。

強く望まれている。

特にディーゼルエンジンは、燃費の観点から最近乗用車
にも多く塔載される様になったが、ガソリンエンジンに
比べ普及が遅れたことや、検出する簡便な情報が無いこ
ともあり、最近とみにその要望が強い。

ディーゼルエンジンでは、噴射ポンプの噴射時期がクラ
ンク角で１度でも設定値から変化すると排気ガスのＨＣ
およびＮｏｒは大きく変化するので。

時に大量生産するエンジンの噴射時期精度の品質管理が
従来困難であった。すなわち従来は噴射時期の基準とな
るクランク角位置、および噴射ポンプの取付は位置−噴
射時期に対応の２つの相対位置を静的に決め７１ｈつ精
度も数度程度でめった。

このため大量生産するエンジンでは噴射ポンプの噴射時
期が±６°変動することを考慮しなければならず、　Ｅ
（ＩＨのような排気ガス規制対策用の装置を新たに付加
し、噴射時期が設定値から変動しても、排気カス規制を
越えないようにする必要力１あり、、、。（−０えメト
・□：呈７ワ７゜７７ケ、ヵ８工。

なる、燃費が低下するなどの問題があった。

このため静的でなく動的に調整しかつ精度を土０．５°
にできるマイクロ波の共振を利用した調整システムが使
用されるようになってきた。

このシステムは、マイクロ波の共振現象を利用して上死
点を検出し、噴射ポンプの噴射時期を副室の燃焼にとも
なう発光信号で代用させ、上死点との差を検出し、これ
を設定値の±０．５°以内に。

ステップモータを利用して噴射ポンプの取Ｆ）付は位置
を自動的に変化させて、設定値の土ｎ、ｓ°におさまる
ように調整か侵している。

このシステムは、マイクロ波を発生し、これを検波する
マイクロ波部と、マイクロ波をエンジンに注入するとと
もに副室の発光を電気信号としてｍ出ｆるグローブとエ
ンジンクランク角信号を取り出すエンコーダと、エンコ
ーダの角度信号をもとに、マイクロ波信号を処理して上
死点を求め。

副室の発光信号と上死点との差をクランク角角度差とし
て求め、設定値になるように後述のステップモータに指
令信号を出す電子回路部と、＠射ポンプの取付は位置を
変更するステップモータのアクチュエータ部とで構成さ
れている。

副室の発光信号の波形およびピーク値はエンジンの負荷
および回転数で変化するとともに、そのサイクル毎の反
動の大きさも変化する。特に低負荷ではサイクル毎に波
形およびピーク値は５０％変動する場合がある。従来は
、単に副室の発光信号を一定レベルの値を越えた時間も
しくは角度で検出し、それで発光信号の立上り時間とし
ていた。

そのためエンジンの負荷状態によっては立上り時間が大
きく変動することになり、このために精度を著しく悪化
させることになって−だ。これをさけるためにエンジン
の負荷状態を、副室の発光信号のサイクル毎の変動を低
下させるために、ある状態たとえば軽負荷で１３００　
ｒｐｍなどにする必要かあ・った。しかしエンジンをこ
の負荷状態に保つには、そのだめの装置が必要であり、
根本的には測定できるエンジンの動作範囲が限定され、
このセンサの有用性が減少するという欠点を有していた
。

また、マイクロ波の共振は、ピストンの位置に応じてお
こるため、エンジンが回転している場合には時間信号と
して、マイクロ波信号す外わち上死点が得られる。しか
し排気ガスのＮｏｘ、ＨＣの排出量は噴射ポンプのクラ
ンク角位置で決定されるため、クラン角で上死点を求め
る必要があり。

従来は角度イ１号金別に用いている。特に角度の精度が
高い半が要求されるため、エンジンに通常あるような角
度センサたとえばリングギアに簡単に電磁ピックアップ
を取付けるようなセンサでは十０．１ 分な精度（舖０）が得られなく、使用できない。

そのため従来精度の高い角度センサ、エンコーダ自体別
に用意し、シャフトドライバ等を介して。

調整する度毎に取υ付ける必要があった。

毎回調整時に取り付ける事の問題、測定時間の増加、エ
ンジン取り付はシステムを新たに付加する事に加え精度
がこの角度センサエンコーダに依存するため、精度、信
頼性に特別に配慮する必要がある。しかしセンサの出力
か−ら自体ではセンサの精度の自己診断はできないため
、エンコーダ自体の精度、信頼性を高くするとともに、
エンジン取付はシステムの信頼性、再現性を非常に高く
する必要があった。

本発明は９本発明者らが上記従来装置が有していた問題
点を解消する装置を開発するため、系統的実験および理
論解析ｆ：重ねた結果到達したものでおる。

本発明は、簡単なシステムで精度良〈燃料開始時期を検
出し、且つ散り扱いも容易で充分実用に供する燃焼時期
検出装置を提供することを目的とする。

本発明の燃焼時期検出装置は、所定周波数のマイクロ波
を発生するマイクロ波発振器と、送信および受信マイク
ロ波を分離する送受分離器と、受信したマイクロ波を検
波して低周波信号に変換する検波器とから成るマイクロ
波部と、燃焼室内にマイクロ波部の送受分離器から出力
されたマイクロ波を放射するとともに反射ｍ＋受信する
マイクロ波センサーと、燃焼室内の燃焼に伴なう発光状
□ 態を電気的に検出す・る光センサーとから成るプローブ
と、マイクロ波部の検波器から出力されるマイクロ波信
号のピークを検出するピーク検出部と。

プローブの光センサから出力される光信号のピーク値を
各サイクルにおいて検出するとともに光信号がそのビー
ク釦の予め定めた割合の肺度に達した時期を検出する光
信号処理部と、ピーク検出部および光１ビ号処理郡から
１１１力される信号に基づきマイクロ波のピーク中点か
ら光信号のピーク値の予め定めた割合の強度に達するま
での時間差を演算する時間差演算部とから成る処理部と
から成る。

上述の構成より成る本発明の燃焼時期検出装置装置は、
各サイクルに２いて光信号のピーク値を検出して、光信
号がそのピーク値の予め定められた割合の強度に達した
時期を検出するものである。

一般に内燃機関において、その運転状態に応じて燃焼室
内の着火燃焼状態が変化し、特に低負荷域では各サイク
ル毎に大きく変動するので、光信号のピーク値も大きく
変動するが９本発明装置は。

各サイクルにおけるピーク値に対する相対値として検出
するので、運転状部が変動しても、内燃機関毎の燃焼の
バラツキが存在しても、精度良く燃焼開始時期を検出す
ることができるという利点を有する。

また９本発明装置は、簡単なシステムであり。

マイクロ波と光信号を１つのグローブで検出しており、
装着および脱着が容易でちゃ、実用に充分供し得るとい
う利点を有する。

ここで本発明の燃焼時期検出装置の検出原理について説
明する。

エンジンの燃焼室は、金属で囲まれた閉曲面なので、マ
イクロ波の電磁界が存在できる共振条件ヲ満たす位置に
ピストンが無いと、マイクロ波同軸ケーブルを通して燃
焼室内に注入されたマイクロ波は、全面反射される。燃
焼室はモデル的に円筒と考えられるので、ピストンがた
とえば上死点から２分の１波長の位置に来るたびに共振
し、その度にグローブから燃焼室内に吸収されたマイク
ロ波は吸収され、燃焼室の壁面におけるジュール損失で
熱になる。エンジンを運転し、ピストンが共振位置にく
ると、そのたびにマイクロ波が吸収されるので、第１図
中ａで示す波形になる。上死点をはさんで対称になるの
で、この波形の中点が本発明における」二死点になる。

本発明では波形の中点を検出するに当たり、上死点前後
の上死点に最も近い２個のピークを利用する。第１図に
おいてマイクロ波による上死点の時間軸上での位置を一
点鎖線で示し、以下マイクロ波上死点という。

本発明は、このマイクロ波上死点を基準にして燃焼室の
燃焼に伴なう発光（Ｆｔ号の立上り時間を燃焼開始時期
に対応する代用信号と考え、上死点に対する燃焼開始時
期をマイクロ波のピークの中点の時間から光信号の立上
り時間までの時間差（第１図中△Ｔ）として検出するも
のである。

燃焼室の燃焼に伴なう発光信号の立上シ時間は。

第１図に示すように、光信号の波形（第１図中６）のピ
ーク値を検出し、そのピーク値の予め定めた割合の強度
に達した時間で決定している。その強度割合は、この波
形６に車量するノイズ信号のレベル等を考慮し、決定す
れば良い。

本発明は、燃焼の開始時期を１臥焼室の発光信号のピー
ク値に対する所定割合の強度に達した時間で検出する。

すなわち光信号の相対強度で検出するため、エンジンの
運転状態に応じて燃焼状態が変化しても、影響を受ける
こと無く、精確に上死点に対する燃焼開始時期を検出す
ることができる。

特に無負荷、低回転域においては、光信号の強度のピー
ク値は、５０％近く変動するので、一定強度をクロスし
た時間で光信号の立上り時間を求めた場合に比べて著し
く、立上り時間の精度が向上する。

本発明の燃焼時期検出装置は、実施するに当り。

次の様な態様を採り得る。

本発明の第１の態様の燃焼時期検出装置は、マイクロ波
のピーク中点の時間と光信号のピーク値の予め定めた割
合の強度に達するまでの時間との時間差をクランク角度
へ変換するエンジン回転数に応じた係数を予かしめ求め
てこのエンジン回転数に応じた変換係数に従い前記時間
差をクランク角における角度差に変換するようにしたも
のでああ。　　　　１′ｉ：・′１・。

本第１の態様の装置は、エンジン回転数に応じたクラン
ク角度変換係数を予かしめ記憶装置に記憶しておくか、
演算するものであるため、燃料噴射時期を上死点に対す
るクランク角で検出する場合でも、従来装置の様に角度
情報を得るためのエンコーダの様な余分なセンサーを必
要としないで精度良〈検出することができるとともに、
システムが簡素化され、装着および脱着が容易であシ。

信頼性も向上するという利点を有する。すなわち。

本第１の態様は、角度情報を得るためにエンコーダの様
なセンサを用いるものに比べ、技術を進めたものであり
、従来困疏視されていた角度変換をその変換係数を回転
数の関数として表現されるという発明者らの知見に基づ
き、容易に実現できるようにしたものである。

本発明の第２の態様の燃焼時期検出装置は、マイクロ波
のピーク中点から光信号のピーク値の予め定めた割合の
強度に達するまでの時間差を算術平均して演算するとと
もに、統計処理して標準偏差を求めて、４１準偏差が設
定値内にあることを確認するようにしたものである。

したがって１本第２の態様の装置は、一層精度を高める
とともに、標準偏差が設定値内にあることを確認するこ
とによりエンジンとプローブが正常であるかどうかを常
に監視する機能を有するという利点を有する。

次に本発明の実施例装閘を塔２図ないし第６図を用いて
説明する。

本実施例の燃焼時１υ１検出装置１Ｆは９本発明装置を
副室を有するディーゼルエンジンの燃料噴射時期の検出
に適用したものである。

すなわち、主室と副室とを有するディーゼルエンジンの
副室から主室にマイクロ波を放射注入し。

主室の円筒共振を利用してマイクロ波のピーク中点の時
間から上死点を検出するとともに、マイクロ波のピーク
中点時間から副室の発光信号のピーク値の１０％に達し
た時間までの時間差を検出すること［こより、上死点に
対する燃料噴射時期を検出するものである。

本発明者らの実験によれは、燃料噴射装置による燃料噴
射の後燃焼室内の燃料が着火燃焼するから、厳密な時間
として噴射時期と、燃焼に伴なう光信号の１０％値の時
間とは相違するが、あらゆる：、”’、ＩＩ 運転状態でその対応関係が一定であるため、噴射時期信
号として充分代用できるという知見を得ている。本実施
例は、この知見に基づき本発明を適用したものである。

本実施例の燃焼時期検出装置は、第２図に示すよう１こ
所定周波数のマイクロ波を発生するとともに、受信した
マイクロ波を低周波信号に変換するマイクロ波部Ｉと、
燃焼室の副室内にマイクロ波を放射および受信するとと
もに、副室内の着火燃焼に伴なう発光を検出するブロー
プロと、受信したマイクロ波の共振波形の上死点前後の
ピークの中点の時間からエンジンの上死点を検出すると
ともに５発光信号の各エンジンサイクルのピーク値を求
め発光信号がそのピーク値の予め定めた割合の強度（１
０％位）＃こ達した時間から燃料噴射時間を検出し、前
記上死点と燃料噴射時間との時間差を検出することによ
り、燃料噴射時期を検出する処理部Ｉと、検出した燃料
噴射時期を表示する表示部■とから成る。

マイクロ波部ｌは１１、マイクロ波を発生するマイ：川 クロ波発振器ｌと送信および受信マイクロ波を分離する
送受分離器２と、受信したマイクロ波を検波して低周波
信号ｔこ変換する検波器８とから成る。

マイクロ波発振器】は、固体発振素子ガンダイオードを
導波管共振器に取り付けたガンダイオード発振器から成
り、電子同調を行うためにバラクタダイオードを取り付
は最大２５０　ＭＨｚまで電子同調できるようケこしで
ある。また機械的に導波管共振器の形状を変え±２５０
　ＭＨｚ周波数を変更できるようにしである。

上述のマイクロ波発振器ｌは２発振周波数を１８Ｇ　Ｈ
ｚに設定した。本実施例装置は、エンジンのシのである
。燃焼室の円筒共振モードに対応する複数のビス［ン位
置で共振するため、エンジンを回転させ、この燃焼室内
にマイクロ波を放射注入すると、所定のピストン位置で
共振し２反射波が吸収される。こわらの吸収波形は、ピ
ストンの共振位置に対応するため上死点をはさんで前後
対称に現われる。そわらのピークの中の上死点に最も近
いそのピークの中点を検出することにより、上死点を求
めるものである。本実施例を適用したエンジンは、燃焼
室が主室と副室とで構成され、主室と副室を連絡する連
絡孔ＣＨは、マイクロ波の導波管と考えられるので、マ
イクロ波のカットオフ周波数が存在する。本実施例では
、燃焼室の主室の円筒共振を利用するものであるため、
マイクロ波を主室に導ひく必要があり９発振周波数をこ
のカットオフ周波数以上１こ設定する必要がある。通常
カットオフ周波数は１０ＧＨｚ　前後であるので。

本実施例では発振周波数を１８ＧＨｚ　に設定した。

マイクロ波の周波数を変えると、燃焼室の共振モードが
変化し、カットオフ周波数よりマイクロ波の発振周波数
を上げて行くと、ピストンの共振位置は比例的に上死点
に近ずく。しかし、マイクロ波発振器ｌと後述するプロ
ーブ■とを連絡するフレーキシプルケーブルＦＣのマイ
クロ波の減衰量が、マイクロ波の周波数が太き（なるト
こしたがい増加し、且つフレキシブルケーブルの振動ｔ
こよる減衰量変化が大きくなり、結果的にマイクロ波信
号の雑音が増加するので、装置化にあたり高度な技術的
工夫が要求される。このようなことがら本実施例では９
発振周波数を１８ＧＨｚ　　に設定した。その結果、共
振が上死点からビストンストロークで約８顛のところで
起こり、クワンク角に換算すると１本実施例で適用した
エンジンでは、上死点前後８０度になる。

マイクロ波発振器１の出力端ｔこは、マイクロ波発振器
ｌの負荷からの反射による破損の保護２周波数、出力の
変動を防止するため逆方向損失２０ｄＢのアイソレータ
が取り付けられている。マイクロ波発振器１の電源は、
Ｉｆ流の定電圧電源から供給されているが電磁陣嵜をさ
けるためにＥＭＩフィルタがマイクロ波発振Ｉｌ！！１
の電源入力端ｔこ取り付け１ られている。このＥＭＩフィルタは２０ＭＪ−以上の周
波数に対して顕著な効果を有するようにしである。マイ
クロ波発振器は熱伝導の良いアルミ製のヒートシンクに
取り付けてあり、空冷ファンを用イ強制空冷しである。

このヒートシンクにはマ１１’１ｌｌｌｌ イクロ波発振器ｌの温度も検出するために、サーミスタ
が取り付けられている。マイクロ波発振器ｌは、その温
度が変化すると１°当り０９ＭＨｔ周波数が低下するた
め、サーミスタで測定した温度からマイクロ波発振器１
０周波数の変化を推定し、前述のバラクタ端子の電圧を
変化させ、マイクロ波発振器ｌの発振周波数の温度変化
を極力少なくするよう−こしている。結果として１０℃
〜４０℃の温度変化に対しＩＭＨｚ　以下の周波数変動
に設定した。この動作をさせるために後述する処理部璽
と、マイクロ波発振器】のバラクタ端子とは接続さｉて
いる。また電源の断続によるスパイク状の雑音によるマ
イクロ波発振器ｌの破損を防止するため、電源とはリレ
ーを介して接続さねでおり、全体の電源のＯＮ　ＯＦＦ
に対して時間差を持たせである。またヒートシンクの温
度が４５℃以上になると電源に自動的に切られ、ｆ告の
ブザーがならされる。

送受分離器２は、ｉ端子のサーキュレータから成る。サ
ーキュレータ２は、一方の端子を可視性“：１ゝ１１．
。

のマイクロ波同軸ケーブルＦＣを介してマイクロ波発振
器１１こ接続し、他方の端子を同様の可焼性のマイクロ
波同軸ケーブルＦＣを介して後述するプローブ厘に接続
する。

検波器８は、可焼性の同軸ケーブルＦＣを介して前記サ
ーキュレータ２の８番目の端子に接続され、プローブ璽
により受信されたマイクロ波を検波して低周波電慨信号
に変換する。検波器８は。

負極性のものを用い、すなわちマイクロ波強度が大きい
程、負電圧が大きくなる特性を有している。

プローブ■は、第８図に示すように７グンジを有する中
空筒状体４と、フランジを介して該中空筒状体４の上部
に載置固着される筺体５とから成り、これらに以下に述
べる要素をそれぞれ配設する。

筐体４の上部には、マイクロ波コネクタ６を固着し、上
述のサーキュレータ２に接続されたマイクロ波ケープ／
Ｉ／ＦＣを接続する。マイクロ波コネクタ６の中心導体
ＣＬは、筐体４内に形成した導波管な構成する部屋７内
に４分の１波長に相当す（ る長さ４鱈だけ窺出させ、且つ部屋７の側壁から４分の
１管内波長だけ離れた位置に配置する。

したがって部屋７は、同軸導波管変換部を構成す０ る。

中空筒状体４内には、同軸的に同軸エアワイン内導体８
と同軸エアライン外導体９を構成する径の異なる２個の
金属チューブを配置する。同軸エアツイン内導体と同軸
エアワイン外導体を構成する２個の金属チューブの間は
、空間が形成され。

を配設し、マイクロ波領埴の特性インピーダンスを５０
０に設定した。

同軸エアフィン内導体８の外径は１ｆｌφ、同軸エアラ
イン外導体９の内径はＲ８ｆｆφにしである。

同軸エアライン内導体８．同軸エアフィン外導体９は耐
熱性１強度からヌデンレスを使用している。

マイクロ波損失を少なくするため、同軸エアワイン内導
体８の外側、同軸エアライン外導体９の外側は金メッキ
しである。エンジン運転時の振動により、同軸エアライ
ンの内導体８と同軸エアラインの外導体９の相対位置が
変化して特性インピーダンスが変化し、マイクロ波の強
度が変動することかないように、同軸エアワイン内導体
８は、内径０．５φ鱈のステンレスパイプを使用してい
る。

同軸エアフィン外導体９のエンジン副室ＡＣとのシール
のためＥこ、同軸エアフィン外導体９と中空内 筒状体４の内壁との間にゴム製のＱ　１１ング１２を挿
入する。

前述のように同軸エアフィン内導体８を支持している石
英の窓１０．１１は副室ＡＣの発光の光を損失なく通す
ために１両端面をそれぞれ光学研磨する。石英の比誘電
率が４程度のため、インピーダンスミスマツチングによ
る反射を防止するため。

石英の窒１０，１１は石英内波長の１／２すなわち４Ｈ
程度にして９両端面の反射波同志で反射波を打ち消し、
無反射にしである。

副室ＡＣ内に挿入した同軸エアツインの先端部のアンテ
ナ１８は、いわゆるダイポールアンテナにし、取付は角
度（円周方向）メ調整を不要にして／：・・； ある。ダイボールアンブナ１８は同軸部分から８Ｕ突き
出させである。また石英の窓１１は、直接露出させると
、朱燃燃料が付着し、結果としてカーボンが付着し、副
室ＡＣの発光の光が石英の窓１１で著しく減衰するため
、副室の発光信号を検出できなくなる。これを防止する
ため９石英の窓１１はエアフィンの副室側端面から２８
鰭引き込んだ位置１こ取り付け、ｌＴ接未燃燃料がかか
らなくするとともに、ディーゼルパーティキュレートも
付着しに＜＜シである。

石英の窓１０．１１は、ともに１０００℃の高温まで接
着力の低下しないセラミック接着剤によって、それぞれ
同軸エアライン内導体８の外周壁に接着さｎている。一
方石英の窓１１と同軸エアワイン外導体９との間に銅ワ
ッシャＣＷをおくことによりシールしている。

同軸エアライン内導体８の上端は、筐体５内の導波管変
換部を構成する部屋７ｔこ突出しており。

その上方の筐体壁に同軸的１こ穴Ｈな形成し、該穴、　
ｎ Ｈ）こ近接して副室ムＣ９８の発光を電電信号に変換、
甲：：。

するフォトダイオード１４を配設し、最も効率良内 く副室ＡＣ１５の燃料噴射９着火燃焼［こ伴なう発光の
光を検出するようにした。前記穴Ｈは、マイクロ波に悪
影響を与えないように径を２鱈φにした。

上述のような構成のプローブｌを、中空筒状体４の外周
壁に形成した蟻溝トこより、グローブラグ用のシリンダ
ヘッドの蟻溝に螺合させ、副室ＡＣ内 円に所定の長さだけその先端を突出させ、固着する。

処理部ｌは、第２図に示す様に、マイクロ波のピーク検
出部１５と、光信号処理部１６と９時間差演算部１７と
、Ｉ１０インターフェース１８と集中演算装置１９とＲ
ＯＭＰＯ，ＲＡＭ２１とから成るマイコンＩＩＣと、お
よび２個のＤ／Ａ変換器２２．２３とから成る。

マイクロ波ピーク検出部１５は、マイクロ波部１の検波
器８に接続したアンプ２４と、アンプ２４に接続したバ
ンドパスフィルタ２５と、バンドパスフィルタ２５に接
続したピークディテクタ９６とから成る。

アンプ２４は、検波器８からのマイクロ波を乙対応する
低周波信号を極性を変えずに増幅する。バンドパスフィ
ルタＢ５は１通過周波数を１０　Ｈｚから５００ＫＨｚ
に設定した。ピークディテクタ２６は、バンドパスフィ
ルタ２５が出力した信号ノピーク値を検出して、ローパ
スフィルタの出力の適轟なパーセント（約５０％）でし
きい値を設定し、比較器１こより、このしきい値とバン
ドパスフィルタ２５の出力を比較して、マイクロ波信号
のピークと対応する矩形波状のパルヌ信号（第４図中人
で示す）を出力する。

光信号処理部１６は、プローブ璽内に配設したダイオー
ド１４に接続したアンプ２７と、アンプ２７１こ接続し
た第１の比較器２８と、アンプ２７に接続するとともに
後述する補正回路にそのリセット端子を接続したピーク
、ホールド回路２９と。

アンプ２７に接続した遅延素子のＢ、　Ｂ、　Ｄ回路８
０）、第１の比較器２８の基準端子とＢＢＤ回路３０の
出力端子に接続した第２の比較器８１と。

ピーク・ホールド回路２９とＢＢＤ回路８０の出力端子
に接続した第８の比較器８２と、および第１ないし第８
の比較器２８．３１．３２ｔこ夫々接続した補正回路３
８とから成る。

本光信号処理部１６は１本発明者らの系統的実験および
解析の結果燃狛噴射時期に対して副室の発火に伴なう光
信号のピーク値の１０％時点が最も良（対応するという
知見に基づぎ、マイクロ波信号のピーク値間の中点との
時間差から燃料噴射時期を検出するために、マイクロ波
信号と光信号との比較に当り光信号だけを遅延させ、且
つピーク値の１０形に必ずしも対応しない適当なピーク
値を基準値として用い、マイクロ波信号の中点との時間
差を求め、しかる後にこの基準値と正しいピーク値の１
０％値との時間差で補正する論理に立っている。

アンプ２７は、フォトダイオード１４からの副室ＡＣ内
の発光信号を増幅する。第１の比較器２８は、アンプ２
７から出力される増幅された光信号（第４図中Ｂで示す
）と予かじ吟設定した基準値とを比較し信号を出力する
。ビア）り・ホールド回１１１：１１ 路２９は、増幅された光信号のピーク値を検出して、そ
の１０％の分圧値を出力する。ＢＢＤ回路８０は、増幅
された光信号を一定時間遅延させて出力する。第２の比
較器８１は、第１の比較器２８の基準値と同じ基準値と
ＢＢＤ回路８０により遅延された光信号とを比較し、信
号（第４図中Ｃで示す）を出力する。第８の比較器８２
は、光信号のピーク値の１０％分圧値と、遅延された光
信号とを比較し、信号（第４図中りで示す）を出力する
。、補正回路８８は、第２の比較器８１および第８の比
較器８２が出力する信号ＣおよびＤの立上がりの差をパ
ルス幅とする補正区間パルス信号（第４図中△Ｌ／で示
す）を出力する。

時間差演算部１７は、マイクロ波のピーク検出部１５の
ピークディデクタ２６と光信号処理部１６振器うちと、
第８の比較器１こ接続したカウンタ８６とから成る。

時間差カウンタ８４は、アップ・ダウンカラン、　よ　
７，７ケ　２カ、６！穎１．ｌ）　　、　　２　イ　ヶ
　。□、０□い点前後の一対のピークの上死点前のピー
ク時点からアップカウントを開始して、第１の比較器２
８７ から光信号の基準値信号が入力されるまで継続し。

入力されると同時にダウンカウントを開始し、マイクロ
波信号の上死点後のピーク値が入力されるまで継続し、
且つ入力されるとその値を保持し。

その後補正回路８８から△もｌ信号が入力されると再び
ダウン・カウントを開始し、入力されている時間（△１
／）だけ継続し、入力されなくなるとその値を保持する
。この最終的に保持される値がマイクロ波信号のピーク
間の中点に対応する上死点に対する燃料の噴射時期に対
応する光信号のピーク値の１０登り℃値との時間差（△
を一△４／）に相当する。時間差カランｐ８４のカウト
値を。

第４図においてＦで示す。

クロック発振器８５は１本実施例の場合１００Ｋ　Ｈｙ
ｈ　のクロックパルスに設定してあり、各回路に１ｏＯ
ＫＨｚ　のクロックパルスを出力する。

カウンタ８６は、カウンタとレジスタとから成り、クロ
ーク発振器８６のクロックパルスの１０分の１のクロ、
クバルスに基づぎ、光信号のピーク値の１０％点の周期
をカウントする。

−上述の時間差カウンタ８４．カウンタ８６および第８
の比較器８２の出力は、工１０インタフ一スを介してマ
イコン内にとり入わられる。

マイコンｌｌＣは、、Ｉ／Ｑインタフェース１８と集中
演算装置１９と、ＲＯＭ２０とおよびＲＡＭ２１とから
成り、Ｉ１０インターフェース１ことり入れらねたデー
タを処理する。処理手順は、第５図に示すフローチャー
トに示す通りで、光信号のピーク値の１０％検出タイミ
ングでインタラブト処理を行なう、。

第５図に示すフローチャート１こ示す処理手順で演算を
行なうためのプログラムは、ＲＯＭ２０に予かしめメモ
リーしておく。

マイコンで処理する主な項目は１次の通りであり、上述
の第１および第２の態様は、このマイコン内で実行され
る。

■　マイクロ波信号の中点と光信号のピーク値ｆｌｌＯ
ｑ６ｆｌｌｆｌｌＩＩＫヤｔん名算術平均および標準偏
差 ｔ ■　上述の時間着局・らクランク角における角度差△φ
の演算 ■　角度差△φの算術平均および標準偏差一般にディー
ゼルエンジンの噴射ポンプの噴射時期はクランク軸への
機械的相対位置すなわちクランク角で設定さねている。

そのためエンジンの回転数が変化すると時間差はクラン
ク角差とならないため回転数を測定してクランク角差と
して変換する必要がある。すなわちｌサイクル毎に回転
数を測定し９時間差の回転数変化による変動を相殺して
クランク角に変換することは不可欠の構成であり本実施
例でも副室ＡＣの発光信号の立上り時間（１０％ｆａ）
のサイクル毎の時間差で上死点と副室の発光信号の立上
り時間の時間差を割りそれに７２０°を掛けてクランク
角に変換している。

しかしエンジンの爆発−り死点近傍では圧縮仕事のため
エンジンの回転数は低下′：゛する。すなわち１サイク
ル中に回転数変動がおきるので、従来は時間％ｆｌ　？
　ｙ、％ｆ＞＠ＫＩＪ＊’ｔＶ　ｋｎｍ’ｌｌｉ’４１
４．８ｎてきた。第６図に回転数変動を測定した結果を
示す。４気筒４サイクルデイーゼルでの測定結果で。

波形ｌは回転数を、波形２はクランク軸に固定している
円板に設けたスリットから得た上死点信号である。４貿
筒４サイクルのため、波形２の上死点間すなわち１回転
の間１こ２つの気筒が爆発行程になるので１回転数がや
はり２回対応して低下している。

波形３は波形ｌの時間軸を拡大したものである。

波形４は波形２と同一の上死点信号である。波形６はや
はりクランク軸に取り付けた円板に設けたスリットから
得られたクランク角５°毎の位置を示すパルス信号であ
る。波形８と波形４を比較すると、上死点で回転数が最
低となっている。また上死点に対しほぼ対称であること
もわかる。上死点からクランク角で約７０°以前から回
転数が低下し、８０°前から直線的シこ低下し、上死点
をすぎるとやはり上死点から３０°後までは直線的に回
転数が上昇する。□このことはミニコンビエータ賢 を使用して正確ｔこ解析した結果でも得られている。

これ１工回転数変動の波形３が上死点１こ対したとえ非
対称であっても、マイクロ波共振のクランク角度位置が
たとえばマイクロ波発振器の周波数がゆっくり変動して
も前述の中点で求めたマイクロ波上死点は影響を受けな
いことを示している。

波形７は波形８を時間軸でさらに拡大した回転数の波形
で波形８と波形９は、それぞれ波形４と波形６と同一で
ある。波形７と波形９を比較すると一ヒ死点から１０°
後ではほとんど回転数が変化していないことがわかる。

ミニコンビエータを利用して正確ｔこデータ処理した結
果でも裏付けられている。

すなわち、上述したように、上死点と副室ＡＣの発光信
号の立８１〕θ時間の時間差を検出する場合にはこの時
間差はクランク角差で５°程度になるので、一定の換算
係数で時間差をクランク角に変更できることになる。

回転数の上死点近傍の低下量はエンジン回転数により変
化し、当然回転数が上がれは低下量は少なくなってくる
。

本実施例では回転数毎の換算係数／（Ｎ）として次式を
用いた。Ｎはエンジン回転数で単位はｒ、ｐｍ。

２ である。

／（Ｎ）＝Ｏ，ｆ１２＋α７２５　（Ｎ／１０００　）
　−０，８７５（Ｎ／１ｏｏｏ）”ただ本実施例では補
正係数はマイコンのＲＯＭに収納し、いわゆるマツピン
グで補正している。

もう一度補正の手順を示す。毎サイクル毎に回転数を測
定し、上死点と副室の発光信号の立上り時間との時間差
を回転数でクランク角差に先ず変換する。

次１こ回転数毎１こ与えている換算係数／’（Ｎ　’）
をこのクランク角差にかけて、正確なりワンク角差を求
める。

上述の様ンこ時間−角度変換の変換係数をエンジン回転
数の関数として処理したため演算が非常にを検出して演
算回路で演算によりリアルタイムに求めることも可能で
ある。

表示部■は、Ａ／Ｄ変換器２２．２３を介して。

マイコン／ＺＣの■１０インタフェース１８　Ｋ−接続
したアナログメータＡＭｔ、ＡＭ２や、直接１１０イン
タフ菖−７１８に接続したディジタル表示装置ＤＤＩ、
ＤＤ２．ＤＤ８　　とから成る。

次に上述の構成より成る本実施例装置の作用効果につい
て以下説明する。

マイクロ波部ｉのマイクロ波発振器１から送られたマイ
クロ波は、サーキユレータ２でマイクル波向軸ケープＡ
／ＦＣに伝送される。マイクロ波間軸ブ ケープ／Ｌ’ＦＣは、ずロープｌのマイクロ波コネクタ
６に接続されているので、マイクロ波は同軸導波管変換
部７で導波管モード（ＴＥ）に変換され。

導波管７を通り、また同軸導波管変換器ｅｌｆで同軸モ
ード（ＴＫＭ）になり、同軸エアラインを通りで副室Ａ
Ｃへ導かれ、連絡孔ＣＨを介して主室ＭＣＰ−注入され
る。主室ＭＣのピストン位置が共振位置にないと、マイ
クロ波は反射され全く逆の経路をたどり、マイクロ波同
軸ケーブルＦＣを介してサーキユレータ２に入る。サー
キユレータ２：、１ では反射波は送信波と分離され仁検波器８に入り。

検波器８でマイクロ波が検波され、低周波電気信号にな
り、処理部へ送られる。

）計 フォトダイオード１４は、副室ＡＣの着火燃焼に伴う発
火信号を出力する。

処理部間は、マイクロ波部■の検波器８から出力された
マイクロ波信号の低周波信号をピーク検出部１５で信号
処理するとともに、プローブｌから出力される光信号を
光信号処理部１６で信号処理した後９時間差演算部１７
でマイクロ波信号ピークの中点と光信号のピーク値の１
０％値との時間差△１−△ｔ′を演算する。しかる後マ
イコン１１ｃにより、プログラムに基づき演算を行ない
。

マイクロ波信号ピークの中点と光信号のピーク値の１０
％値との時間差すなわち上死点に対する燃料噴射時期の
時間差信号やこの時間差のクランク角における角度差信
号を出力する。

表示部■は、処理部ｌが出力するかかる時間差信号およ
び角度差信号、、に基づき、燃料噴射時期および噴射角
をアナログ、メータＡＭ１．ＡＭ２およびデ・ジタル表
示装置１′ＤＤｌ　、ＤＤｉ２　、ＤＤ８上に表示する
。

上述の構成９作用よりなる本実施例装置は、簡単なシス
テムをこより、エンジンの運転状態が変動しても精度良
く上死点に対する燃料噴射時期を検出することができる
という利点を有する。

また９本実施例は、エンコーダの様なセンサーを用いる
ことなく、記憶した変換係数に基づきエンジン回転に応
じて上死点に対する燃料噴射時期をクランク角における
角度として精度良く検出することができるという利点を
有し、後の制御を確実なものにする。

さらに本実施例は、信号の算術平均により精度を一層高
めるとともに、統計処理により標準偏差を常に監視する
ことにより、エンジン、プローブの異常を検出すること
ができるという利点を有する。

さらに本実施例は、システム化するに当り、ハードとマ
イコンの夫々得意とする作業を夫々に分担する様にハイ
ブリッド化したため、マイクロ波の様な速い現象の演算
も容易にしたという利点を有する。

さらケこ本実施例は、簡単なシステムであり、装着およ
び脱着が容易であり、且つ信頼性も高いので生産ツイン
などにおいても充分実用に供し得るという利点を有する
。

以上実施例において１本発明の一例を詳細に説明したが
９本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求
の範囲の精神の範囲内で必要に応じ要素の交換、削除お
よび付加を行ない得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は９本発明の詳細な説明するための各信号のフロ
ーチャートを示す線図、第２図ないし第６図は１本発明
の実施例装置を示す図で、第８図は、実施例装置を示す
ブロック図、第８図は実施例装置のプローブを示す断面
図、第４図は１本実施例における処理部の各要素の出力
信号を示すタイムチャート図、第５図は、実施例に用い
たマイコンの処理手順を示すフローチャート図、および
第６図は実施例における時間−角度変換を説明するため
の信号波形を示す線図を示す。 図中Ｉは、マイクロ波部、Ｉはプローブ、■は処理部、
■は表示部、ｌはマイクロ波発振器、２はサーキーレー
タ、８は検波器、４は中空筒状体。 ビ オード、１５はイーク検出部＋１ｆｌは光信号処理部、
１７は時間差演電部である。 特許出願人 株式会社　豊ロー中央研究所 代理人 弁理士高橋祥泰 弁理士′高橋克彦 弁理士　杉　本　　　勝 、：。 １１：。 １１ ア

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）所定周波数のマイクロ波を発生するマイクロ波発
   振器と、送信および受信マイクロ波を分離する送受分離
   器と、受信したマイクロ波を検波して低周波信号に変換
   する検波器とから成るマイクロ波部と。 燃焼室内にマイクロ波部の送受分離器から出力されたマ
   イクロ＆を放射するとともに反射波を受信するマイクロ
   波センサーと、燃焼室内の燃焼に伴なう発光状態を電気
   的に検出する光センサーとから成るプローブと。 ヤイクロ波部の検波器から出力されるマイクロ波信号の
   ピークを検出するピーク検出部と、プロ？ 一ブの光センサから出力される光信号のピーク値を各サ
   イクルにおいて検出するとともに光信号がそのピーク値
   の予め定めた割合の強度に達した時期を検出する光信号
   処理部と、ピーク検出部および光信号処理部から出力さ
   れる信号に基づきマイクロ波のピーク中点から光信号の
   ピーク値の予め定めた割合の強度に達するまでの時間差
   を演算す（２）　　マイクロ波のピーク中点と光信号の
   ピーク値の予め定めた割合の強度に達するまでの時間差
   全クランク角度へ変換するエンジン回転数に応じた係数
   を予かしめ求めて、エンジン回転数に応じた変換係数に
   従い前記時間差をクランク角におけ置。 （３）マイクロ波のピーク中点から光信号のピーク値の
   予め定めた割合の強度に達するまでの時間差を算術平均
   して演算するとともに、統計処理して標準偏差を求めて
   標準偏差が設定値内にあること全確認するようにしたこ
   とを特徴とする特許請焼 求の範囲第（１）項および第（２）項記載の燃料嗜柑時
   期検出装置。