JPS6321348A - 内燃機関用燃焼自動制御装置 - 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］ 本発明は内燃機関のシリンダ内に〈１．する燃焼光をフ
ィードバック制御情報源として利用した内燃機関用燃焼
臼１１制御装置に関する。

［従来の技術］ 内燃機関の電子式自動燃焼制御装置を働かせるためのフ
ィードバック制御情報源としては、シリンダ内に生ずる
燃焼室内の圧力を検知する汗カセンリとか、混合気の燃
焼と共に発生した帯電粒子が、このプラグと対向するシ
リンダ内壁面に取り付けたイオン補足用セン勺に到達す
るまでの時間を測るイオンプロー１とか、或は機関のＪ
ｊｌ気中に残存する酸素濃度を８１側するＭ素セン＋Ｊ
などが知られている。

そして汁カセンサとイオンプローブは、機関に最高燃焼
効率が１ｑられた時の機関の回転軸回転角と、ピーク圧
の発生時期または火炎到達時期とに関する既知の相関性
データとの比較情報を提供する役目を果している。また
酸素セン勺は機関の運転条件に応じて目標とする空然比
からの片寄りを、排気中の酸素ｍ１αを測ることを通じ
て報知してくれる。

［発明が解決しようとする問題点１ 上記の圧力センυを自動燃焼制御装置へのフィードバッ
ク制御情報源ととする方法は、シリンダ内に取すイ」け
るに適した充分に小型でかつ検出精度の高いものを安価
に製作することがむつかしく、また圧電変換器としての
セン勺は、点火時に生ずる電気ノイズによってその作動
が乱されるなどの難点があった。

そしてイオンプローブは、混合気の燃焼室内での流動や
火炎の流動の変化のために火炎到達時期がバラつくため
に、制御情報源としての信頼性に欠けていた。

更に酸素センサを用いる方法は、シリンダ内の燃焼状況
を間接的に報知するので制御の応答性が悪く、その上大
気条件の変化や燃料の組成変化、機関の老化や性能のバ
ラツキなどについて補償を行うことはほとんど不可能で
あり、多シリンダ機関の揚台には、各シリンダを個別的
に燃焼制御することができなかった。

本発明は上記の如き従来のセンりが抱える様々な問題点
が解消乃至は著しく改善された、内燃機関用燃焼自動制
御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１ 上記の目的を達成するために本発明による内燃機関用燃
焼自動制御装置は、内燃（層間のシリンダ内に生じた燃
焼光をシリンダ外に導き出すための燃焼光導出手段と、
該燃焼光導出手段からの光情報に基づいて、前記シリン
ダ内での各燃焼サイクルの終了時期を知るための燃焼終
了検知手段と、該燃焼終了検知手段からの情報を、前記
シリンダ内の燃焼効率が最大となる時の、各燃焼４ノイ
クルの終了時期と前記内燃機関の回転軸回転角、空然比
などとの相関データと対比させて、最適燃焼効率が１ｑ
られるように前記シリンダ内の混合気の点火時期及び空
然比を制御するための燃焼自動制御回路とからなる構成
を採用した３゜ ［作用１ 上記の構成を備えた内燃（層間用燃焼自動制御装置は、
シリンダ内に吸入された混合気がスパークプラグによっ
て着火されると、シリンダ内に生じた燃焼光は燃焼光導
出手段によって燃焼終了検知手段に送り込まれ、シリン
ダ内での各燃焼サイクル毎の燃焼終了時期がチェックさ
れる。

燃焼自動制御回路には、シリンダ内の燃焼効率が最大と
なる時の、各燃焼サイクルの終了時期と内燃機関の回転
軸回転角、或は空然比などどの相関データが記憶されて
おり、燃焼自動制御回路は、上記のチェックされた燃焼
終了時期を記憶データと対比したうえで、各燃焼力イク
ル毎に最適燃焼効率が得られるように、燃焼終了時にお
ける回転軸回転角を上記の望ましい回転角度にもＩ、：
らすべく、シリンダ内の混合気の着火時期と空然比とを
制御する。

［実施例］ 以下に図に示す実施例に基づいて本発明の構成を具体的
に説明する。

第１図は本発明による内燃機関用燃焼自動制御装置を自
動車の走行用ガソリンニシンに絹み込んだ一実施例を示
した装置のシステム図である。

この実施例装置では、燃焼光導出手段（以下燃焼光セン
サＡと言う）は、ＴンジンシリンダヘッドＣを員いて穿
たれた取付穴にｖＡ看されている。

燃焼光センサＡには後述するように、燃焼光導出手段か
ら伝えられた光エネルギーを電気出力に変換させるため
の光電素子が内蔵されており、センサへの出力取出用コ
ネクタ２０は、エンジン制御［１００（以下ＥＣＵと言
う）内に組み込まれた燃焼終了時期検知回路の入力端子
に接続されている。

図中の他の符号は、Ｂはスパークプラグ、［がシリンダ
ブ［１ツク、Ｆは吸気管、Ｇは燃料インジェクタ、Ｈは
スロワ１ヘルバルブ、■はスロワ１−ルセンサ、Ｊはエ
アー７０−メータ、Ｋは１」１気再循環（Ｅ　Ｇ　Ｒ）
■配管１−に介在させたＥＧＲバルブ、Ｍは排気管であ
り、０はピストン、Ｐはエンジンの回転軸としてのクラ
ンクシャフトであって、シャフトＰには回転軸の回転角
検知用のクランク角センサ１０２のための目測用スケー
ルとしての役目を果す回転盤１０１が軸嵌されている。

スパークプラグＢは、燃焼光センサΔからのフィードバ
ック制御情報の入力を１９だＥＣＵ　１００゜及びこの
装置内に組み込まれている燃焼自動制御回路が判断し指
定した最適点火時期に、イグニッションシステム１０３
によって通電される。

また燃料インジＩクタＧは、同じく燃焼光センサＡから
のフィードバック制御情報に基づいて、燃焼自動制御回
路が判断した最適時期に、最適空然比をもって燃料１４
射を行うように、ＥＣＵｌｏｏによって制御される。

第２図に燃焼光導出手段としての燃焼光センサＡの一実
施例を軸方向断面図として示した。１は導光体であって
光学的特性と耐熱性に優れた石英ガラスなどで作られて
おり、例えば外径が０．３〜３、０ｍｍ内外の棒状体を
なしている。１ａと１ｂはそれぞれ導光体１の受光面と
放光面である。２は絶縁体、３は絶縁体に外嵌された鉄
系金属製の主体金具であってセンサーの取付具となる。

４は絶縁体２とその内空部に挿嵌させた導光体１とを接
合合体させるためのセラミック系接着材、５はガス洩れ
防止とセン勺絹立用のがラスシール材、６は押えリング
、７はシリコンゴム層、８は外筒、９は導光体１の補強
用のステンレススチール製とテフロン製のパイプである
。１０はアルミニウムなどの金属で作られた筒状の受光
素子ホルダであり、１１は受光素子としてのフＡトダイ
オードやフ第１〜］−ランジスタなどである。１２は導
光体１のリード線、１３は絶縁用のテフロン樹脂製スリ
ーブ１４は出力取出用の同軸コネクタを示している。

第３図に、第２図の燃焼光センサの受光面に付着するす
す焼失用ヒータを組付けた他の実施例を示した。２は導
光体１を被包するセラミックに一夕であって、磁器製筒
体に導電性ペーストをヒータ線の形状にパターン印刷し
た後、焼付加−［を施すなどの方法によってヒータが組
付けられている。

このヒータは混合気が不完全燃焼を起こした場合に受光
面１ａに付着したカーボンを焼失させてセンサの感電低
下を防止する役目を果す。１０は上記ヒータ用の給電線
、１８はヒータ用給電線の］ネクタ、１９はピン接触子
である。

次に十記実施例装置の作動を説明する。ＦＣＵｌｏｏの
指示に基づいて燃料インジェクタＧが所定量の燃料を吸
気管Ｆ内に噴射し、次いでスパークプラグＢに通電させ
ることによってシリンダ燃焼室り内に供給された混合気
が着火する。この混合気の燃焼光は燃焼光センサＡの導
光体１の受光面１ａに入用した後、放光面１ｂに至って
放光面１ｂに対置されている受光素子１１を照射するの
で、燃焼光センサＡの出力取出用コネクタ２０の端子に
は燃焼光の強度に比例した電気出力が生ずる。

ＦＣＵｌｏｏには、この燃焼光センサ△の出力が入力さ
れると同時にクランク角センサ１０２から送出されたエ
ンジンの回転軸回転角情報も送り込まれる。

ＥＣＵｌｏｏには、燃焼光センサＡから届けられる、シ
リンダ燃焼室り内の燃焼ザイクルに対応した波動する電
気信号をパルス波信号に変換する回路と、このパルス波
の立ち下がり時期、つまり燃焼室り内で燃焼終了時期を
チェックする回路が組み込まれている。またこの燃焼室
］）が最大の燃焼効率を示す燃焼状態のもとての燃焼終
了時期と、回転軸回転角（クランク角）との間の実測に
基づく相関性データ及び最適空然比の値などが記憶させ
である。

そこでＥＣｔＪｌｏｏは、燃焼光セン４ノＡによって報
知された燃焼室り内での燃焼終了時期において、クラン
ク角が１記の記憶された望ましいクランク角に一致して
いない時には、比較及び判断回路を働かせて、最大燃焼
効率が１けられる時のクランク角対燃焼終了時期成は空
然比と相互関係を実現すべくスパークプラグＢの点火時
期と、燃料インジェクタＧの燃ｎ噴射時期及びｗＡ射吊
の調整を行う。

第４図は第３実施例としての燃焼光センサを示しており
、燃焼光［ンサはスパークプラグの内部に一体的に組み
込まれているので、第１実施例のそれとは異ってシリン
ダ燃焼室１〕内の燃焼のさまたげとなり、またエンジン
の保守を煩雑化させる２つの付設物を１つに減らす効果
かえられる。

図中の１は導光体、１ａと１ｂはそれぞれ導光体１の受
光面と放光面である。４０は点火栓の中心電極であって
ニッケル基合金などからなり、軸芯部を員いて導光体１
の挿通用の軸孔が穿たれている。

４１は中心電極４０を被包する筒状絶縁体で、高アルミ
ナ含有間の磁器や窒化珪素などで作られている。

４３は筒状絶縁体４１に外嵌された鉄系金属製の主体金
具であって、放電側端面に１−字形の接地電極５７が溶
接されており、点火栓の取付取付具の役目を果たす。４
２は取付用ガスケット、４４はパツキン、４５及び５８
は充填粉末、４６は気密シール兼接合用接着材、４７は
中心電極５５の出力側端子、４８はシリコン樹脂製熱収
縮デユープ、４９はベークライト層、５（１１まシリコ
ンゴム層、５１はアルミニウムなどの金属で作られた筒
状の光電素子ホルダ、５２は受光素子としてのフォトダ
イオードやフォトトランジスタなどであり、５３は受光
素子５２の出力端子に接続されたリード線、５４は受光
素子５２の出力取出用端子、５６は高汁給電線５５の入
力側端子である。

［発明の効果］ 上記の如き構成を備える本発明装置は、燃焼自動制御ｌ
装置へのフィードバック制御情報源として、機関のシリ
ンダ内に生ずる燃焼光をシリンダの外に導き出したうえ
、九電変換木子などの燃焼終了検知手段に伝えるように
構成されているので、シリンダ内の燃焼ガス汁を検知す
る圧電変換τ！圧力レしザのように、電気ノイズを拾っ
て正確な燃焼情報が得難くなる恐れを生じない。

又酸素セン→ｊと異なってシリンダ内の燃焼状況を直接
把握できるので、充分（二高いレベルの制御応答性が得
られるし、多シリンダ機関では、各シリンダ毎に個別的
に燃焼制御を行うことができる。

そしてイオンプローブのように、シリンダ内の燃焼条件
や物即的条件の変化に伴ってイオン到達時期（火焔伝播
時期）にバラツキが生ずるといった不具合を牛しること
なく、常に正しい燃焼終了時期を知ることができるし、
イオンはシリンダ内の極部でしか補足し得ないのに対し
て、燃焼光はシリンダ内の全域に亘って容易に捕えられ
るので、燃焼状況の大局的把握が確実に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動車の走行用ガソリンエンジンの電子制御装
置に、本発明装置を組み込んだ事例を示した装置全体の
システム図である。 第２図は燃焼光導出手段と光電変換素子との結合ユニッ
トとしての燃焼光センサを示した軸方向断面図である。 第３図は燃焼光センサの伯の実施例を示した軸方向断面
図である。 第４図は燃焼光センサを一体的に組み込んだスパークプ
ラグを示した軸方向半断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）内燃機関のシリンダ内に生じた燃焼光をシリンダ外
   に導き出すための燃焼光導出手段と、該燃焼光導出手段
   からの光情報に基づいて、前記シリンダ内での各燃焼サ
   イクルの終了時期を知るための燃焼終了検知手段と、 該燃焼終了検知手段からの情報を、前記シリンダ内の燃
   焼効率が最大となる時の、各燃焼サイクルの終了時期と
   前記内燃機関の回転軸回転角、空然比などとの相関デー
   タと対比させて、最大燃焼効率が得られるように前記シ
   リンダ内の混合気の点火時期及び空然比を制御するため
   の燃焼自動制御回路とからなる内燃機関用燃焼自動制御
   装置。 ２）各燃焼サイクルにおいて導光体から入射する燃焼光
   を受光素子により変換されたパルス波信号の立ち下り時
   期をもって、前記燃焼終了時期とすることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の内燃機関用燃焼自動制御装
   置。