JPS6375360A - 上死点検出装置 - 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、マイクロ波を利用して内燃機関の上死点を検
出する装置に係り、％にディーゼルエンジンなどの自己
着火方式の内燃機関における燃料噴射時期の調整に好適
な上死点検出装置に関する。

〔従来の技術〕

ディーゼルエンジンなどのシリンダ内燃料噴射による自
己着火方式のエンジンでは、燃料噴射タイミングにより
着火タイミングが定まり、このため燃料噴射ポンプによ
る燃料噴射時期を上死点に対して所定の関係となるよう
に調整する必要がある。

ところで、この噴射時期の調整は、従来からクランク軸
に刻まれている上死点マークを基醜にして行なうのが一
般的であったが、この方法では充分な精度を得るのが困
難で、自動車のエンジンとしてみた場合、今後、排気ガ
ス規制がガソリン車並に厳しくなった場合を想定すると
、それに対応できないという問題がある。なお、この噴
射時期については、排気ガス浄化の見地からみて、設定
値に対して±０．５°の精度で調整しなければならない
とされているものである。

そこで、この噴射時期の調整を、クランク軸に刻まれて
いる上死点マークに頼ることなく、実際のピストン位置
による上死点の検出を行ない、この検出結果に基いて行
なえるようにするため、例えば特開昭５８−２０４９７
８号公報に記載のように、マイクロ波の共振を利用して
上死点を検出するようにした調整システムが使用される
ようになって来た。

しかしながら、この従来例では、マイクロ波の共振ビー
クをピークディテクタで検出しているため、ピストンが
移動することによって生じる高次モードの共振ピークを
全て検出してしまい、検波後に生じる複数の共振ピーク
の中から最も上死点に近いピークを判定するという複雑
な処理が必要となり、処理時間がかかり過ぎるという問
題がある。

勿論、測定という面からすると、正確に検出できさえす
れば時間がかかつても良いと言えなくはないが、実験的
に判ることとして、ディーゼルエンジンの実際の着火時
期は±０．３°程度変動しており、このため、正確な着
火時期の判定には統計的に処理して出力する必要があり
、このとき、サンプリング回数は多い程良いので、処理
を速くしてサンプリング周期を短くする必要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、信号処理に時間が多く必要とすると
いう点について配慮がなされておらず、統計的に処理し
て精度を高めようとすると検出遅れがはなはだしいとい
う問題があった。

本発明の目的は、上記従来例の問題に対処でき、充分高
速で上死点の検出を行なうことができ、正確な噴射時期
の調整などに役立つ上死点検出装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、本発明によれば、燃焼室の空洞共振現象に
よって発生するマイクロ波の共振ピークのうちから、最
大振＠値のものを検出して上死点の検出を行なうことに
より達成される。

〔作　用〕

燃焼室内でのマイクロ波の共振ピーク点は、上死点に対
して対称に発生し、かつ、低モード、つまり上死点に近
い共振点でのピーク値程、振幅が大きくなる。

従って、最大共振ピークを検出してやれば、上死点に最
も近い共振ビークが２本、検出されてくることＫなり、
これら２本の共振ピークが現われる時点の中間の時点の
演算により上死点を求めることができる。

〔実施例〕

以上、本発明による上死点検出装置Ｋついて、図示の実
施例により詳細に説明する。

第１図は本発明を着火時期検出装置として具体化した場
合の一実施例で、副燃焼室型のディーゼルエンジンに適
用した場合について示しており、この図において、ディ
ーゼルエンジンのグロープラグ取付穴にセンサ６が装着
され、マイクロ波発振器２４より発生したマイクロ波は
、サーキュレータ２５を通過しセンサ６の先端に位ｉす
るアンテナ５より燃焼室内に送信される。

燃焼室はピストン１とシリンダ内壁とからなる主燃焼室
２とインジェクタ４やセンサ６が取付けられている副燃
焼室３とから成り、マイクロ波に対しては、全体として
複合空洞共掘器を形成する。

従ってエンジンが回転し、ピストン１と、これにより空
洞共振器の容舜が変化し、マイクロ波の周波数と共振す
るピストン位置ではマイクロ波は吸収され、共振しない
位置では全反射してマイクロ波ケーブル８に戻る。そこ
で、この戻ってくるマイクロ波をサーキュレータ２５を
経て検波器２６で受けると、その検波後の検出信号は第
２図の１１のようＫなる。この信号は検波器の特性にも
よるが、この実施例では全反射の時にＯボルトを示し、
共振時には負の電圧を示すようになる◇このとき検出さ
れてくる共振ピークはピストンが移動することで高次モ
ードのものも発生するが、感度の高いものは第２図の１
３に示すように上死点に対して最も近い時点で対称的に
、つまり内側に発生する。なお、周波数などの条件にも
よるが、更に内側に小さな共振点か発生することもある
が、とにかく見損周波数を高くするに従い、この最も感
度の高い共振ピークが現われる点は内側へ発生するよう
になる。そして、本実施例の場合では、発振周波数を１
１ＧＨｚＳ度とすることにより、クランクＭＫして上′
死点の±４００の位ｆｌ′ｉに発生するようにしである
。

ところで、この実施例では、上述のように、着火も検出
するようになっているが、この着火の、検出は、センサ
６の中心のマイクロ波アンテナ内に投げた光ファイバー
により副燃焼室内の着火光をセンナ上部のフォトトラン
ジスタ７まで導いて電気的な形の光信号に変換すること
により行なわれる。その光信号１２は第２図に示す様に
なり、着火光１４が検出できる。

光信号１２及びマイクロ波検出信号１１は各々信号処理
回路ｌＯに入力され、２つのマイクロ波共振ピーク１３
の中心に位置する点を上死点とし、その点から光信号１
２が着火光１４により立上る点までの時間差１５をエン
ジンのクランク角θとして求め、表示部２３へ出力する
。

次に、第３図は信号処理回路１０の一実施例でマイコン
（マイクロコンピュータ）３ｏｔ［ｔｆｔ、このマイコ
ン３０がマイクロ波検出信号１１と光信号１２を、それ
ぞれＡ／Ｄ　（アナログディジタル変換器）３２．３３
を介して取り込み、所定の処理を行なってデータθの算
定を行なうようになっている。

そして、このとき、マイクロ波検出信号１１の取り込み
にはコンパレータ〆を用い、ポテンションメータ３４か
ら与えられる所定のコンパレートレベル（スレッシュホ
ールドレベル）Ｅｓｚと比較してから取り込むようにな
っている。

次に、このマイコン３０による光信号１２とマイクロ波
検出信号１１から着火時期を検出するまでの一連の処理
を第４図を用いて説明する。

本実施例では、まず表示出力のタイミングで一連のデー
タをリセットしてから処理が始まり２（Ｓｌ）／、Ｘ８
信号パルスｔｐ（ｎ）を検出すると次の２種の動作に並
行して入る（Ｓ２）。

１つはマイクロ波共振ビーク１３により上死点を求め（
Ｓ３）、今取込んだ光信号パルスｔｐ（ｎ）と１回前に
計測した上死点ＴＴＤｅ（ｎ　１）との時間差を外部ク
ロックで計測する（Ｓ４）。そのカウント数Ｎｐｔ（ｎ
）は、外部クロックの周波数をｆとすると Ｎｐｔ（ｎ）＝　（ｔｐ（ｎ）　　ＴＴｎｃ（ｎ−１）
　）　Ｘ　ｆとなる。

もう１つの動作は、今取込んだ光信号ｔｐ（ｎ）と１回
前の光信号ｔｐ（ｎ　１）との時間差も外部クロックで
計測する（Ｓ５）。この光信号の間隔がクランク角で７
２００に相当するものと仮定する。そのカウント数Ｎ、
、　（ｎ　）は、 Ｎｐｐ（ｎ）　＝　（ｔｐ（ｎ）−ｔｐ（ｎ−１）　）
　ｘ　ｆとなり、この２つの値より着火時期△ｔｐを求
めると より算出できる（Ｓ６）。この値を表示出力タイミング
が来るまで加算して（ｓ７）、出力には、その平均値を
出力する（Ｓ９）。

ここで、Ｓ３におけるマイクロ波共振ビーク１３を用い
て上死点を求める方法は、ピークディテクタを用いたり
、色々と考えられるが、本実施例では第３図に示すよう
に、コンパレータ３１を用い、このコンパレータ３１の
コンパレートレベルＥｌｌＸ。

をポテンションメータ３４により調整して共振ビークの
最も振幅の大きいものを検出１−１これにより直接２点
を求め、その２点間の時間を外部クロック信号でカウン
トし、カウント値のイで与えられる時点から上死点を検
出するようにしている。

従って、この実施例によれば、処理が単線化され、速い
信号処理が得られるので、エンジン回転の各サイクル毎
の演算が容易になり、統計的な平均化処理による正確な
噴射タイミングが検出できる。

次に、この発明の他の実施例について説明する。

上記実施例についての説明から明らかなように、この発
明では、マイクロ波検出信号をコンパレータで、所定の
コンパレートレベルで弁別することにより最大レベルの
共感ピークを検出し、上死点を求めるようになっている
。

従って、本発明では、上記したコンパレートレベルの適
切な設定が必要要件となっている。

しかしながら、マイクロ波検出信号中での共振ビークの
振幅値は種々の理由により変化し、このため、上記した
コンパレートレベルについても、常に適切なレベルとな
るようにしなければならない。

これを第５図によって説明すると、例えば、この共感ビ
ーク１３は第５図の（ａ）〜ｒｅ）に示す様にエンジン
の負荷が高くなるに従い全体のレベルも小さくなり、特
に高負荷の場合には、着火前の共振ピーク１３ａに対し
て着火後の共振ピーク１３ｂのみが更に小さくなること
があり、従って、このときには、コンパレートレベルＥ
８！Ｉを同図（Ｃ）　、　（ｄ）に示す様に再調整し、
これにより常に正しいコンパレート出力信号１７が得ら
れるようにする必要がある。しかし、この状態ではエン
ジン負荷を低負荷に戻した場合に、今度は同図（ｅ）に
示す様に必要としない共振ピークにまでコンパレートレ
ベルＥｓｒ、がかかつてしまうため、コンパレート出力
信号１７のパルスは長目に出力され、このため、再びコ
ンパレートレベルＥＢＸ、を同図（ｆ）に示すように再
調整する必要が生じる。

その他、回転数の変化によっても共振ピークのレベルは
変化するため、ギリギリのレベルにコンパレートレベル
を設定しておくとはずれることがある。

更には、センサ個々に感度差があるので、センサを交換
した場合にも、発振周波数の調整後に共振ピークのコン
パレートレベルを再調整する必要がある。

以上の様に、上記実施例では、様々な条件の変化に応じ
てコンパレートレベルを調整する必要があるのに対して
、信号の状態をモニターできない使用者にとってコンパ
レートレベルをどちらにどのぐらい動かしてよいかは、
難かしい判断のいる内雌な作業であった。

そこで、以下の実施例では、信号処理回路１゜の構成を
第６図（／Ｃ示すように変更し、マイクロ波Ｓｙ出信号
ｚのコンパレートレベルＥＢＬヲマイコン３０によって
決定し、これをＤ／Ａコンバータ３５でアナログ値に変
換し、フィードバックをかげ、常にコンパレートレベル
ｇｓＬが２個の共振ピーク１３を検出する位置に正しく
設定されてゆくようにした。

このマイコン３０内での処理内容は第７図のフローチャ
ートに示すようになっており、第４図に示した処理全体
を測定処理ＳＩＯとしたとき、まず、Ｓ１１で１周期毎
にコンパレート出力信号１７（、■５図）の個数ｎをカ
ウントし、その後、Ｓ１２と８１３の処理でｎが２とな
ったときにだけＳ１０の測定処理が行なわれるようにし
、かつ、ｎが３以上となったときにはＳ１４の処理を実
行し、ｎが２未満のときにはＳ１５の処理が実行される
ようＫしたものである。なお、ここで、Ｓ１１の処理に
おける１週期とはエンジンが１回転する期間のことであ
り、さらに８１４．Ｓ１５におけるコンパレートレベル
の１回の処理当りの可変幅ΔＥｓｚは、系の応答速度や
追従ｆｉｖ度などに応じて所定１直に予め設定されるべ
きものである。

従って、この実施例によれば、各周期ごとに検出されて
くるコンパレート出力信号１７の個数が常に２に収斂し
てゆくように、コンパレートレベルＥｓｂに対するフィ
ードバック制御面が遂行されてゆくことになり、エンジ
ンの運転条件の変化などと無関係に、常に正確な上死点
の検出が自動的に得られ、＾精度の着火時期を容易に知
ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、マイクロ波信号
により高速で上死点の演出が可能になるので、従来技術
の問題点に充分に対処でき、充分なサンプリング数によ
る正確な上死点の検出を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は不発明による上死点検出装置の一実施例を示す
システム構成図、第２図は本発明の動作原理の説明図、
第３図は信号処理回路の一実施例を示すブロック図、第
４図は動作説明用のフローチャート、第５図はコンパレ
ートレベルの説明図、第６図は信号処理回路の他の一実
施例を示すブロック図、第７図はその動作説明用のフロ
ーチャートである。 ５・・・・・・アンテナ、６・・・・・・センサ、７・
・・・・・フォトトランジスタ、８・・・・・・マイク
ロ波ケーブル、９・・・・・・光信号ケーブル、１０・
・・・・・信号処理回路、２３・・・・・・表示部、２
４・・・・・・マイクロ波発振器、２５・・・・・・サ
ーキュレータ、２６・・・・・・検波器。 代理人　弁理士　武　顕次部（外１名）ｌ−−一一σス
トン　　　　　　　　８−−−−マイクロ遠ケーフ゛ル
２−−−−主、力気力色ｔ　　　　　　　　　　　９−
−−一先イｓ１ビｒ−フ１ル３−−−−創Ｅ焼＊１０−
−−−イ言（）プくシ理Ｃ口よ一ト４−−−イシブエク
ク　　　　　　２３−−−一表示眉ｐ５−−−マイクロ
濱アンテナ　　　２４−−−−マイクロ液＃５侶３６−
−−巳ンサ　　　　　　　　　２５−−−−サーキュレ
ーク７−〜−フオトトうンジ゛スク　　　２６−−−−
績ミ廣１−箒２Ａ ＋１−−−一マイクロ；皮梗工侶号 Ｉ２−−−メ立イ′１号 １３−−一共」永じ−ク １４−一二着史先 ｆ！５３図 第４１コ 第５図 （０）イ氏１拵時　　　　　　　　（ｂ）中負荷時（Ｃ
）高台待時　　　　　　　　　（ｄ）品９伯吟ρ （ｅ）　イＩＭＭ　　　　　　　　　　　　（ｆ）４１
３４第６図 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．　内燃機関の燃焼室の内部にマイクロ波を放射し、
   該マイクロ波に対して上記燃焼室が呈する空洞共振現象
   により上死点タイミングを検出する方式の上死点検出装
   置において、上記燃焼室の円部に、機関の回転周期ごと
   に対称的な２つの群として発生するマイクロ波の共振ピ
   ーク点群のそれぞれから最大振幅値の共振ピーク点を検
   出する手段を設け、これら２つの共振ピーク点に基いて
   上死点検出を行なうように構成したことを特徴とする上
   死点検出装置。
2. ２．　特許請求の範囲第１項において、上記共振ピーク
   点を検出する手段が、その検出のためのスレツシユホー
   ルドレベルを変化させる機能を備え、このスレツシユホ
   ールドレベルの制御により上記共振ピーク点の検出個数
   が２に収斂制御されるように構成したことを特徴とする
   上死点検出装置。
3. ３．　特許請求の範囲第１項において、上記内燃関が自
   己着火方式の内燃機関であり、かつ、記燃焼室の内部で
   の発光を検出する手段を備ていることを特徴とする上死
   点検出装置。