JPS62261819A - 空燃比検出装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関などの燃焼室内で燃焼しつつある混合
気の、空気と燃料との混合ｖ１合を８１測するための装
置に関する。

［従来の技術］ 各種の燃焼室、殊に車両の走行用内燃様間の燃焼室内に
供給される混合気の空気と燃料との混合比（以下空燃比
という）を適切に制御することは、燃焼効率の向上と排
気浄化の両面からして極めて重要である。。

電子制御式燃料噴割装置を組込ｌνだ従来の自動車エン
ジンでは、燃焼排ガス中の残存ｌｌｉ＆濃度を酸素上ン
号などを用いて連続的に計測し、空燃比制御のためのフ
ィードバック情報としていた。

［発明が解決しようとする問題点１ 上記の如き活気中の酸ＸｆＡ度がら空燃比を知る方法は
、自動車エンジンのように複数個のシリンダを備える内
燃機関に関しては、個々のシリンダ毎に空燃比を測るこ
とができないので、ＩＥ全全体して最良の運転状態を維
持させることは困難であった。

本発明は多シリンダ内燃機関の個々のシリンダ毎に、燃
焼中の混合気の空燃比を計測することができて、より精
度が＾くまた制御作動の応答性も向上させられる空燃比
検出装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために本発明にょる空燃比検出装
置は、燃焼室内に生じた燃焼光の検出手段と、該燃焼光
のスペクトルグラフに目立った山部を生じさゼる波長の
光の強度を選択的に計測する手段と、前記燃焼室内の空
気と燃温１との混合比と、この混合比のもとで生ずる燃
焼光のスペクトルグラフノに現れる、前記１］立った山
部に相当する波長の光の強度との間の相関データを記憶
する手段と、前記計測手段によって測られた光強度と、
前記相関性データとを対比して、前記燃焼室内の空気と
燃料との混合比を判定する手段とからなる構成を採用し
た。

し作用および発明の効果］ 上記の如き構成を備えた空燃比検出装置は、装置の使用
に先立って空燃比を検出すべき燃焼室内で現実に起り得
る様々な空気と燃料の混合比（空燃比）と、この各混合
比のもとで生ずる燃焼光について、光スペクトラムアナ
ライプ−などを使用して描かせた光スペクトルグラフに
現われる目立った山部または谷部に相当する波長の光の
強度との相関関係データを記憶手段に記憶させることに
よって、この燃焼室に関して空燃比を検出するための準
備が整う。

しかる後燃焼室の室壁を負いて取り付けられている燃焼
光の検出手段によって導ぎ出された燃焼光を、光強度の
計測手段としての光スベクｉ・ラムアナライザーなどに
入力させることによって、前記の光スペクトルグラフに
現れる目立った山部に相当する波長の光の強度をδ１測
する。

次いで混合比判定手段としての例えば電子回路に、上記
の記憶手段に記憶させている相関性データと、計測手段
によって求められたデータとを人力させ、各空燃比毎に
変化する燃焼光のスペクトルグラフに現れる、目立った
山部に相当する波長の光の強度について、これら両デー
タを対比させることによって、計測データにほぼ等しい
光スペクトルグラフを描く相関性データ上の空燃比を求
めれば、この伯が検出すべき空燃比に等しいものと判定
される。

本発明装置によれば、燃焼中の燃焼室内の空燃比を連続
的に５１測することが可能なので、従来の燃焼排ガス中
の残存酸素濃度を語って空燃比を間接的に知る１ノ法に
較べると、より高い翳１測精度を６ってより迅速に刻々
に変化する空燃比を検知することができる。

また４Ｊｌガス中の酸素濃度を測る方法と胃って、多シ
リンダ内燃機関では各シリンダ毎に空燃比を測ることか
できるので、゛ンルチポイントインジＩクション方式を
採用する場合などには、各シリンダ角に空燃比を検出す
ることによって、機関全体としての燃焼効率を容易に最
高レベルにまで高められる。

［実施例１ 以下に付図に示す実施例に基づいて本発明装置の構造を
具体的に説明する。

第１図は電Ｉ制御式燃料噴ｒＪＪ装四によって空燃比を
自動制御する６式の自動車用ガソリンエンジンについて
、シリンダ内の空燃比を連続的に検出するために本発明
装置を使用する場合の空燃比情報のフィードバックシス
テムを例示した図である。

エンジンのシリンダヘッド八には点火栓Ｂと共に燃焼光
の検出手段としての光センサ１がその壁面を員いて取り
飼けられている。Ｃは燃焼室としてのシリンダである。

光センサ　１は第２図に軸１）尚早断面図として描かれ
た如き構造を備えている３、２１は石英ガラスなどで作
られた外径が０．３へ・１０ｍｍ内外の極く細長い棒状
またはファイバー状をなす導光体であって、その一端側
部分には筒状絶縁体２２の内部に電気抵抗体をプリント
法、埋設法などによって組み付けたセラミックヒータ２
３が配設され、さらにその外側にセンサの取付は用金具
２４が嵌着されている。

２４ａと２４ｂはそれぞれ取付は用金臭の外周面に設け
た、シリンダヘッドの取り付は孔への螺着用ねじ部と螺
着用六角部である。導光体２１が取付は用金具２４の後
端から露出して延長された他端側部分は、保６？ｌｌｌ
膜に覆われて光フアイバーケーブル２の状態をなしてお
り、その末端面２１ｂには光入射端面２１ａから導光体
２１内に侵入した光の取出し口としての導光用コネクタ
３が組付けられている。

２５はガラスシール材層、２６は押えリング、２１は取
付金具２４のｍ９２に組付けたセン勺カバー、２８はシ
リコンゴム層、２９はセラミックヒータ２３への給電用
リード線３１を接続させた限ろう付は個所、３２は電源
へのコネクタである。セラミックヒータ２３は導光体２
１の露出表面にすすが付着するのを防止する役割を果た
す。

光センサ１の専売用コネクタ３は、燃焼光が発する特定
波長の光の強度を選択的に計測するための手段の一例と
して光スベク１−ラムアナライブ−４の受光部に接続さ
れる。

５は空燃比の検出に圓する相関性データの記憶手段をな
す電子回路であって、この記憶情報は、上記の光強度計
測手段４の出力と共に、燃焼室内の空気と燃料との混合
比判定手段としての電子回路６に入力される。

混合比判定手段６によって判定された、エンジンシリン
ダＣ内の空燃比の値は電Ｆυ制御式燃ｐｔｉ射装δとし
ての電子回路１にフィードバックυ１ｍ情報として人力
される。これらの電子回路　５．６および１は１ンジン
コント〔１−ル：ＬニットＦ内に配置される。図中の他
の符号は８が車載バッテリ電源、９はス［１ツトルバル
ブ、１０は吸気管、１１はスロットルボジシ〕ンセンサ
、１２は燃料噴射弁、１３は排気管、１４は点火栓８群
への配電用デイストリビユータ、１５はエンジンクラン
クの回転角センサである。

第４図〜第７図は、エンジンシリンダ内に供給される混
合気の空燃比を様々に変化させることによって、それぞ
れの混合気の燃焼光の光スペクトルグラフに現れる波形
が如何に変化するかを実験に基づいて解明した、燃料の
混合比とこの混合燃料の燃焼光が発する各波長の光の強
度との相関性を求めたデータである。テストは水冷式４
気筒のガソリンエンジンを用い、回転数を３．０ＯＯｒ
ｐ■、部分９狗に設定し、燃料としての市販レギュラー
ガソリンを使って行った。

第４図のグラフは空燃比の値を１３．５、第５図のグラ
フは１５．０、第６図は１６．０、そして第７図は１７
．０に設定した場合についてそれぞれ得られたもので、
横軸に光の波長（ｎａｐ）が、縦軸に光の強さが採られ
ている。

これらの光スペクトルグラフを観察すると、空燃比が１
３．５の時には約４００ｎｍの波長の光の強度が、その
＋ｎｌの波長の光に較べて相対的にグラフに目立った山
部Ｃを生じさせており、約５９０ｒｕ＋＋と約９２８止
の波長の光は、グラフに目立った山部すとａをそれぞれ
生じさせている。

また理論空燃比の圏内の１５の値の時には、グラフに上
記の山部ａとｂは共に現れるものの、山部Ｃの４右は見
当たらなくなっている。

ざらに空燃比の値が１６．Ｏの時にも、上記の山部ａお
よびｂは現れるが、その光強瓜レベルは共に前記２例の
空燃比の場合に較べて低下している。

そして空燃比が１７．０と混合気中の燃料含有率が著し
く低下して来ると、前記の山部Ｃと共に山部ｂｔ３消滅
し、山部ａのみがグラフ上にとどめられ、しかもその光
強度レベルは低下する。

ちなみに、燃焼光全体としての光強度の強弱を捕える型
式の従来の燃焼光センサを用いて、その導光体の光出口
側端面を目視によって観察すると、混合気の空燃比がリ
ッヂ側の１０〜１２では燃焼光は黄色を帯び、リーン側
の１６〜１１では青白色を帯びている。そしてエンジン
の回転数を高め負荷を増して行くと、空燃比が１２であ
っても燃焼光は青白色となり、空だ比が１７近くでは光
の色彩が消失して紫外線領域に移行することが認められ
た。

本１１％発明はこのような現蒙の発見を端緒としてｆ９
１案されたものである。

上述の如き混合気の空燃比の変動に伴う、燃焼光中の特
定波長の光の強弱変化の状態は、空燃比対燃焼光強度に
関する相関データとして記憶手段に嘉えられる。

第３図は光センサ１の他の実施例を示した゛Ｉ！所面図
であって、内ｊｌ！ｏ関用点火栓の中心電極の軸芯部を
出いて設けた軸孔に導光体を組み込むことによって、独
立した光センサ°を燃焼室に取り付ける不利を解消させ
た点に特長がある。４２は点火栓の中心電極、４１は点
火栓の取付金具２４の先端面に溶接した外側電極であり
、３３は取付は用ガスケット、３４と３５はセラミック
製絶縁体２２のｖｉ端側に嵌着させた筒状の金属！ＦＪ
端子と絶縁用のシリコンゴム製の電子カバー、３６は耐
熱プラスブック製の絶縁体で金属錫Ｆ３４と・一体成形
されており、３８はシリコンゴムなどの絶縁材、３１は
点火栓への給電用リード線、３９は補強用インサート、
４０は給電コードである。図中の他の符号は第２図のそ
れと共通している。

上記実施例では燃焼光のスペクトルグラフ解析手段とし
て光スペクトラムアｌ゛ライザーを使用しているが、こ
れに代えて例えば特定波長の光を選択して取り出す光フ
ィルタと光電変換素子との組み合せなども可能である１
゜

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例装置を電子制御式燃料噴
射装置が組み込まれた自！７１車用ガソリンエンジンに
組み込む使用例を示した、装置システム図。 第２図と第３図はぞれぞれ燃焼光の検出手段としての光
セン勺の構造の２つの例を示した軸方向半断面図。 第４図〜第７図は、上記のガソリンエンジンの燃焼室内
に供給する混合気の望燃比を、１３．５．１５．０．１
６．０および１７．０にそれぞれ設定した場合の各燃焼
光を光スペクトラムアブライザーに入射して描かせた光
スペクトルグラフである。 図中　１・・・燃焼光の検出手段（光センサ）　　２・
・・光フアイバーケーブル　３・・・導光用」ネクタ４
・・・燃焼光強度の選択的４測手段　５・・・混合比と
光強度との相関性データの記憶手段　６・・・空燃比判
定手段　１・・・電子制御式燃料噴射装置　Ａ・・・エ
ンジンのシリンダヘッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）燃焼室内に生じた燃焼光の検出手段と、該燃焼光の
   スペクトルグラフに目立った山部を生じさせる波長の光
   の強度を選択的に計測する手段と、 前記燃焼室内の空気と燃料との混合比と、この混合比の
   もとで生ずる燃焼光のスペクトルグラフに現れる、前記
   目立った山部に相当する波長の光の強度との間の相関デ
   ータを記憶する手段と、前記計測手段によって測られた
   光強度と、前記相関性データとを対比して、前記燃焼室
   内の空気と燃料との混合比を判定する手段とからなる空
   燃比検出装置。 ２）前記燃焼室は内燃機関のシリンダであり、前記燃焼
   光のスペクトルグラフに現れる山部の光の波長は４００
   〜１，０００ｎｍであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の空燃比検出装置。 ３）前記燃焼光の検出手段は、内燃機関の点火栓に組み
   込まれていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の空燃比検出装置。