JPS5880535A - 内燃機関の制御装置 - 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】 ヒの発明は内燃機関の制御装置、より詳しくは機関燃焼
車内圧力の最大となる時点のクランク角度を検出し、そ
の検出信号に基づいて点火時期や空燃比などを調節して
圧力最大時点クランク角度のフィードバック制御を行う
ものに関する。

このような制御装置は、例えば特開昭ｊＪ−＃／４１１
ｔ　４ｉｊ会報に記載されている。そこに開示されてい
る制御装置社、燃焼室内圧力を検出しこれに基づいて圧
力最大時点り２ンタ角度を検出しこれを点火時期を変え
ることによってフィードバック制御する為のであるが、
圧力検出の九めにセライック圧電体からなる指圧ピック
アップを機関燃焼室内に一端が面するように、点火ブラ
ダと並べて併設するものであった丸め機関に輿装すると
きスペースｔＩＩｉ別に要し、また大きい出力をと９出
すことが困難であシ、またさらｋはピックアップのセフ
イック圧電体から安定した出力をとり出す丸めの冷却に
も特別の工夫を要す゛るという欠点があった。

この発明は上記の問題を有利に解決できる新規な内燃機
関の制御装置の提供を目的とする。

すなわち、この発明の内燃機関の制御装置は板状セラミ
ック圧電体をもつ圧電変換素子を機関のヘッド取付ボル
トの座金位置に狭圧介装して圧力検出部を形成し、上記
圧力検出部の出力に基づいて燃焼室内圧力最大時点クラ
ンク角度を検出制御することを特徴とするものであシ、
以下実施例に基づいて説明する。

図中、ｌは後で詳述するように孔あき板状のセツンツタ
圧電体をもつ圧電変換素子を機関ヘッドＪ□機−シリン
ダーブロックコに対する取付ｌルト参の座金位置に挿通
固着して形成した機関燃焼意向圧力検出部を示す。Ｉは
点火栓である。この圧力検出部ｌは、環形状のチタン酸
ジルーン酸鋤系圧電磁器の両面に電圧取出のための金属
を層状に被着するとともに分極処理した圧電変換素子１
／、／／を具える。この２つの圧電変換素子ノｉ、ｔｔ
は中央に出力取出用の電極板／Ｊｌはさんで、かつ分極
方向を逆向きにして重ね舎せにされてメルト参の頭部と
ヘッドＪとの間、すなわち後述するように大きな燃焼室
内圧力資化をと９出すことができ、かつ常時比較的低い
温度条件下におかれ、かつまた充分なスペースを有し脱
着作業も容易なヘッド取付ボルトの座金位置に、例えば
第１図に示したようにボルトの締付力の全部または少な
くとも一部分を受けて圧縮状態で介装される。／Ｊは金
属製で環状のボルト頭部側加圧板、／４Ｃは金属製で孔
あきコツプ状のヘッド側加圧板で一圧電変換嵩子ｉｉ、
ｉｔｔ封烏的に収容するようにしている。すなわち、コ
ツプの深さは電極板を挾んだ圧電素子の重ね合せの高さ
よりも着千大＊ｉｉにされ、しかして側壁部ｌｌａがボ
ルト参の頭部と１１接し、かつその締付力の一部を分担
して圧電変換素子ｌ／に加わる圧力を調整するようにし
ている。／＄ｂは側壁部ｌ参ａＫ書設した孔で、これか
ら圧電変換素子の出力取出用のり一ドｌｌ１ｌｌλｍｌ
外部へ導き出すようにしている。

／ｊは素子とヘッド側加圧板との空１１に充填され九可
撓性のモールド樹脂などの絶縁物、ノーはボルドーのス
テムｔ−囲繞して設けた可撓性樹脂などの筒状絶縁物で
あゐ、ｔたこの圧力検出部は第３図および第参図に示す
ように、圧電素子ｉｔ、ｉｉ（、孔あきコツプ状または
孔あき皿状のボルト頭部側加圧板１７と、同じく孔あき
；＄ ツブ状または孔あき皿状のヘッド側加圧板ｉｔとの間に
ボルトの締付力の全部を受けて狭圧介鋏するとともに上
記一つの加圧板は、互いの回転方向の変位が束ばくされ
るように、互いに相手側と係会しあり回動拘束手段を具
えるようにされて取付けにさいし圧電変換素子／／、／
／や電極板／Ｊなどに過度ｔｋ吻断力が加わるのを防止
するようにすることができる。／７．は上記回動拘束手
段の一方を形成する軸方向に延びる凸部でこむで紘＝ツ
ブ形状としたボルト側加圧板の該コツプの側壁内面の奥
に１つ以上設けたもの、／ｒ、は上記回動拘束手段の他
方を形成し上記凸部と係会する軸方向に延びる溝部で、
とこでは＝ツブ湿状としたヘッド側加圧板の該コツプの
側壁頂部にＩり以上設けたものである。

／７ｂは出力取出用リード＠／２ｇを外方に導出するた
めに設けた溝孔である。

仁のようにして形成し九圧力検出部は、機関（）１つの
気筒の燃焼室において爆発燃焼を起した場合、その圧力
はヘッドＪにそのまま伝えられそれが１九ヘツドをシリ
ンダープルツクに締め付は一定する多数のヘッド取付ボ
ルト参の頭＠＃ｈに分散して伝えられるが、通常１本の
取付ボルトの負担する爆発力は大金な値がとられるので
、圧力検出部ｌにも大きな加圧力が伝えられ、それを検
出することになるので燃焼室内圧力の変化を大きな出力
で得ることができる。

しかもヘッド取付ボルトの座金位置に設けるので、最も
加熱を受けることが少なく特別に冷却を行うことが不要
となり、安定に出力がえられる。実験の結果、一つの気
筒（／気筒当９のボルト数参個）毎に１本の割合で取付
ボルトを選びこれに圧力検出部を形成し、しかして形成
した圧力検出部の出力は並列に接続して用いることがで
きることが判った。このようＫした圧力検出部を用いて
、例えば第５図に示したような回路装置と表して、燃焼
室内圧力の最大時点クランク角度のフィードバック制御
を行わせる仁とができる。

第５図において、ｌは圧力検出部、１０コは増巾器で入
力インピーダンスが充分高いものを使用することによ）
出力液形（第１図の１）として、気筒内圧力変化の様子
を遅れなしに知ることがで自る。１０Ｊは低周波フィル
タでありとれに過すととにより第４図のｂに示すように
滑らか１に賦形にする。１０参は主として微分１路から
な）圧力波形の最大となる時点を検出する回路であゐ、
ｌＯ！は圧力最大時点のクランタ角度を検出する回路で
ある。これは、上記の圧力最大時点検出回路１０１の出
力（第４図のＣ）を入力とすゐ外、通常クランクシャフ
トに直結したディスクの外周に１．コまたは３等分に設
叶た央起に近接して配設した基準クランク角度位置セン
サ（上死点検知センナ）からの出力（＃Ｉ４図Ｏｄ）と
、上記ディスクの外周にｌ・ごとに設は九央起に近接し
て設けた角度センナの出力（パルスの時間巾は常に一定
）と七入力とし、そして上記人力ｄでスタートし上記人
力Ｃでリセットされるフリップフロップと峡フリツプフ
四ツブの出力をゲート信号として上記角度センナの出力
が入力されるゲート回路と該ゲート回路の出力を積分す
る積分回路とｔ主として具え、そＯ出力（、積分回路の
出力）の波高示す（第４１〇〇）、ｉｏｔは圧力最大時
点の角度信号＜８４図の・）を設定器１０７によ）設定
される限界値ＶＨと比較し、もし角度が限界値を越え九
ときにはパルスの形で点火時期の補正用信号（ことでは
進角補正用信号）を出力（第４図のｆ）する圧力最大時
点の角度比較検出回路である。ｉｏｔは点火時期設定（
もしくは計算）装置で機関０１転速度七ンサ、負荷セン
サ（ブースト圧力センナ）、および冷却水温センナから
の信号に基づいてその時の適正点火時期をディジタルも
しく紘アナログ計算して瞬時に設定し、その設定点火時
期で点火；イルへ点火信号を送出する機能をもつ点火時
期設定装置であるが、更にこの装置は設定点火時期に対
する補正−の回路１０ｆを備えて点火時期の進負補正ま
たは遅角補正を行なう機能をもたせる　　　　□もので
ある。菖４　＃Ａ　Ｏｇは補正用信号ｔ％とにその発生
Ｓｔに応じた量の補正を行なわせるようにするものの点
火時期の補正後の信号を例示し、ヒＯ１ｊ奇によって点
火コイルによる次の燃焼Ｏ点火時期が決められるように
する。

ζＯ発ＩＩＯ内燃機関の制御装置は、例えば希薄拠金気
ｔＩＩＡ鉤を行なわせる機関の燃焼時期のばらつ！１を
適時に修正してゆき燃焼効率を向上させようとする場会
などに有用であるが、燃焼室内圧力の最大時点クランク
角１１検知し、かつ制御する０Ｋｌｉ来の方式に比べて
大きな出力で安定・正確に、かつ簡便に検出することが
できるという大暑な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

嬉／ｌ１ｔｉこの発明の圧力検出Ｓを説明するための図
、第一図は本発＠Ｏ圧力検出部の１つの喪施簡様例を示
す閣、第１図　ｇ参図ムおよびＳ参１１Ｂは本発明の圧
力検出部の他の実施一様例を示す図である。第３図と第
１図は本発明の圧力検出Ｓを適用して燃焼室内圧力の最
大時点クランク角度の検出制御するための回路装置例會
説明す為九めｏＷＡである。 １１・圧力検出部、Ｊ・・・ヘッド、ｌ・・・ヘラＶ砲
付ｄｌｋ） 第１図 第２図 第３図 第４図Ａ 第４図Ｂ 第６図 手　　続　　補　　正　　書　（自発）特許庁兼盲　若
　杉　和　夫　殿 を事件の表示 昭和ｊ４年特許願　第１’１９９１２号１発明の名称 内燃機関の制御装置 ま補正をする看 事件との関係　特許出願人 （遣繍先東車雪東嘴ｒｏｔ−ｔコｊ／）虞補正の内容 に）全文明細書は別紙の通り提出します。 （訂正）　明　　　　細　　　　書 を発明の名称 内燃機関の燃焼制御のための燃焼圧力最大時点検出器 １特許請求の範囲 （１）孔あき板状セラ々ツク圧電体からなる圧電変換素
子を機関のヘッド散村ポル）０座金位置に挟圧介装した
ことを特徴とする、内燃機関の燃焼制御のための燃焼圧
力最大時点検出器。 に）圧電変換素子は、金属製で孔あきの皿状もしくはコ
ツプ状のボルト頭部側加圧板と、同じく金属製で孔あき
のコツプ状もしく紘皿状のヘッド側加圧板との間にはさ
まれて装着され、かつ上記２つの加圧板は軸方向に当接
してボルトの軸方向の力の一部分を分担するようにした
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
の燃焼制御のための燃焼圧力最大時点検出器。 （Ｊ）　　圧電変換素子は、金属製で孔Ｔｏ！１の皿状
もしくはコツプ状Ｏボルト馴部側加圧板と、同じく金属
製で孔あきの；ツブ状もしくは皿状のヘッド側加圧板と
の間にはさまれて装着され、かつ上記１つの加圧板は互
いに相手側と係会しあう相対的回動拘束手段を具えたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の内燃機関Ｏ
燃焼制御の丸めの燃焼圧力最大時点検出器。 五発明の詳細な説明 ヒの発明は内燃機関の制御のための、より詳しく拡機関
燃焼室内圧力の最大となる時点のクランク角度を検出し
、その検出信号に基づいて点火時期や空燃比などを調節
して圧力最大時点クランク角度の負帰還閉ループ制御を
行うための、上記圧力最大時点検出器に関する。 このような制御装置は、例えば特開昭１１−参ノ４参１
４に会報に記載されている。そこに開示されているかか
る制御装置は、燃焼室内圧力を検出しこれに基づいて圧
力最大時点クランク角度を検知し、これを目標値と比較
しその差がゼロになるように点火時期を刻々調整するこ
とによって圧力最大時点クランク角度の閉ループ制御を
するものであるが、圧力検出のためにセラミック圧電体
からなる指圧ピックアップを機関燃焼車内に一端が面す
るように、点火コツプと並べて併設するものであるため
構造が複雑にな９、機関に実績するときスペースを特別
に要しまた大きい出力をと９出すことが困離でＴｏｌ）
、またさらにはピックアップのセラミック圧電体から安
定した出力をと９出すための冷却に４４１１別の工夫を
要するという欠点があった。 この発明は上記の問題を有利に解決した新規な内燃機関
の燃焼制御の丸めの燃焼圧力最大時点検出器の提供を目
的とする。 すなわち、この発明の内燃機関の燃焼制御のための燃焼
圧力最大時点検出器は孔あき板状としたセラミック圧電
体をもつ圧電変換素子を機関のヘッド取付ボルトの座金
位置に挟圧介装したことを特徴とするものであり、以下
実施例に基づいて説明する。 図中、ｌは後で詳述するように孔あき板状のセッセツタ
圧電体をもつ圧電変換素子を機関ヘッドＪの機関シリン
ダーブロックコに対する取付ポル）Ｉ１ｍＤ塵金位座金
挿通固着して形成した機関燃焼型内圧力最大時点検出器
を示す。この検出器ｌは、環形状のチタン酸鉛系焼結体
をセラミック圧電体としその両面に電圧散出のための金
属（銀）を層状に被着するとともに分極処理した圧電変
換素子／’／、／’／を具える。一方、取付ボルト＃Ｏ
ねじはそのステムの先端側に設けられていてシリンダー
ブロック部側のポル）孔に設けたねじと騨合し、ヘッド
Ｊの孔にはステムが単に緩るく挿通するだけとされてい
る。前記１つの圧電変換素子／／　、／／は中央に出力
取出用の金属製の電極板ｌコをはさんで、かつ分極方向
を逆向きＫして重ね合せにされてボルト参の頭部とヘッ
ド３との間に、例えば第２図に　　　１示したようにメ
ルトの締付力の全部または少なくとも一部分を受けて圧
縮状態で介装される。 ヒのようにすることにより後述するようＫ［接的でかつ
大きな出力として燃焼室内圧力変化をとり出すことがで
きて広範囲な運転条件下で他の雑音成分と区別して容易
に燃焼圧力最大時点の検出ができ、かつ常時比較的低い
温度条件下におかれかつまた充分なスペースを有して脱
着作業も容易となり、長期間にわたシ安定な検出器が得
られることがわかった。なお、／Ｊは金属製で環状のボ
ルト頭部側加圧板、／＃は金属製で孔あきコツプ状のヘ
ッド側加圧板で圧電変換素子ｔｉ、ｉｉを封塞的に収容
するようにしている。すなわち、コツプの深さ社電極板
をはさ゛んだ圧電素子の重ね合せの高さよりも若干太き
目にされ、しかして側壁部ｌＵ＆がボルト参の頭部と密
接し、かつその締付力の一部を分担して圧電変換素子／
／に加わる圧力を調整するようにしている。／＄ｂは側
壁部／参、に穿設した孔で、これから圧電変換素子の出
力取出用のリードｌａｌλａを外部へ導き出すようにし
ている。 ｌｊ社素子とヘッド側加圧板との空隙に充填され九可撓
性のモールド樹脂表どの絶縁物、ｉｔはｌル）ＩＩＯス
テムを囲−して設けた可撓性樹脂などの筒状絶縁物であ
る。なお、ｊは点火栓である。 またこの検出器は第３図および第参図に示すように、圧
電素子／／、／／を、孔あきコツプ状また拡孔あ龜皿状
のボルト頭部側加圧板／７と同じく孔あきコツプ状ｔ−
＃−拡孔あき皿状のヘッド側加圧＠ｉｔとの間にボルト
の締付力の全部を受けて挟圧介装するとともに上記一つ
の加圧板は、互いの回転方向の変位が束ばくされるよう
に、互いに相手側と係会しあう回動拘束手段を具えるよ
うに−ｆｉれ、しかして堰付けに“さいし圧電変換素子
ｌ／、ｌｌ中電極板／Ｊなどに過度な剪断力が加わるの
をより確実に防止することができる。チタン駿鉛系のセ
ラミック圧電体には長期間にわたり許容できる許容圧縮
応力があるが、ヘッド締付ボルトの頭部と座面間に介装
する本発明の検出器のセラミック圧電体は、例えばその
平ＷＩｉ形状寸法をおおよそ通常用いるボルトの平座金
の程度にするとともにボルトの軸方向締付力がセラミッ
ク圧電体の上面と下面とに均一に分布して作用するよう
にすることにより、上記ボルトの軸方向締付力とこれに
加えて燃焼による圧力等による付加的な力が加わっても
上記許容圧縮応力の範囲内に収めて安定なものとするこ
とは比較的容易であるが、ボルトの締付時にセラミック
圧電体に加わるねじ９カは許容剪断応力を越え易く、時
に内部に破断を生ぜしめて安定性を阻害することが判明
した。ｒｃ。 の点の対策としては、この第３図および第参図に示した
実施例のものが前に説明した第１図の実施例のものに比
べてより確夾な効果を奏する。 ／７ｍは上記回動拘束手段の一方を形成する軸方向に延
びる凸部でここではコツプ形状としたボルト側加圧板の
該コツプの側壁内面の奥に１つ以上設けたもの、／１．
は上記回動拘束手段の他方を形成し上記凸部と係容゛す
る軸方向に延びる構部で、ここではコツプ形状としたヘ
ッド憫加圧板の該コツプの側壁頂部に１つ以上設けたも
のである。／７ｂは出力取出用リード纏／Ｊｌを外方に
導出するために設けた溝孔である。 ヒのようにして形成した検出＊Ｆｉ、機関の１つの気筒
の燃焼１１において爆発燃焼を起した場合、その圧力は
ヘッドＪにその１１伝えられそれがまたヘッドをシリン
ダブロックに締め付は固定する多数のヘッド堆付ボルト
参の頭部−ａに分散して伝えられるが、通常１本の取付
ボルトの負担する爆発力は大きな値がとられるので検出
器／に％大きな加圧力が伝えられ、それを検出するとと
になるので燃焼車内圧力の変化を大きな出力として得る
ヒとができる。しかもヘッド龜付〆ル）０座金位置に設
けるので、最も加熱を受けることが少なく特別に冷却を
行うことが不要となル、安定に出力かえられる。実験の
結果、コつの気筒毎に咳コつの気筒間に位置する取付ボ
ルトを１本選びこれに検出器を堆り付け、しかして形成
したｌ′）または複数の検出器を並列に接続して用いる
ことができることが判った。このようにした圧力最大時
点検出器を用いて、例えば第３図に示したような回路装
置となして、燃ｔＩ８室内圧力の最大時点クランク角度
の負帰還閉ループ制御を行わせることができる。 １１７図において、ｌは圧力最大時点検出器、１０コは
増巾器で入力インピーダンスが充分高いものを使用する
ことにより出力波形（第４図のａ）として、気筒内圧力
変化の様子、特に最大値をとる時点を実用上遅れなしに
知ることができる。１０Ｊは低周波フィルタで６９、こ
れに通すことにより第１図のｂに示すように滑らかな波
形にする。ｌｏ亭は主として微分回路からなり圧力波形
の最大となる時点を検出する回路である。１０１は圧力
最大時点のクランク角度を検出する回路である。これは
上記Ｏ圧力最大時点検出回路１００の出力（第を図のＣ
）を入力とする外、通常クランクシャフトに直結したデ
ィスクの外周に／ｆｉたは２等分に設けた突起に近接し
て配設した基準クランク角度位置センナ（上死点検知セ
ンナ）からの出力（第６図の４）と、上記ディスクの外
周に１０ごとに設けえ突起Ｋｆｉｍして設は九角度セン
ナの出力（パルスの負直中は常に一定）とを入力とし、
そして上記入力纏でスタートし上記人力Ｃでリセットさ
れるフツッグ７μッグと該シリンダブロックの出力をダ
ート信号として上記角度センサの出力が入力されるダー
ト回路と該ゲート回路の出力を積分する積分回路とを主
として具え、その出力（積分回路の出力）の波高は圧力
最大時点のクランク角ｍ（ＡＴＤＣ）を示す　（第１図
Ｏ・）、／＃４は圧力最大時点の素直信号（第４１ｉの
・）を設定１ｊｋ１０７によシ設定される限界値ｖＨと
比較し、もし角度が限界値を越えたとｉｉＫはパルスの
形で点火時期の補正用信号（ζζでは進角補正用信号）
を出力（第４図のｆ）する圧力最大時点の角度比較検出
回路である。／Ｉｔは点火時期設定（もしくは計算）装
置で機関の間転速度センサ、負荷センサ（ブースト圧力
センナ）、および冷却水温センナからの信号に基づいて
その時の適正点火時期をデイジタルもしくはアナログ計
算して瞬時に設定しその設定点火時期で点火コイルへ点
火信号を送出する機能をもつ点火時期設定装置であるが
、更にこの装置は設定点火時期に対する補正用の回路ノ
０？を備えて点火時期の進角補正または遅角補正を行う
機能をもたせるものである。第４図のｇは補正用信号を
もとにその発生制度に応じた量の補正を行わせるように
するものの点火時期の補正後の信号を例示し、この信号
によって点火コイルによる次の燃焼の点火時期が決めら
れるようにする。 燃焼室内圧力最大時点クランク角度の負帰還閉ループ制
御のための回路装置としては、上記したような補正的な
制御にとどまらず、例えば前記特開昭！Ｊ　−＄７６参
１号に記載されであるような、圧力最大時点クランク角
度の目標値を設定するとともに常時圧力最大時点クラン
ク角度を検出して上記圧力最大時点クランク角度と目標
値との差がゼロになるようにディジタル方式によって点
火時期の調整動作を行うようにするものに対しても、本
発明の検出器を用いることができることは言うまでもな
い。 この発明の内燃機関の燃焼制御のための燃焼圧力最大時
点検出器は、例えば希薄混合気燃焼を行わせる機関の燃
焼時期のばらつきを適時に修正してゆき燃焼効率を向上
させようとする鳩舎などに有用であるが、このように燃
焼室内圧力の最大時点クランク角度を検知し、かつ制御
するのに、従来の方式に比べて大きな出力で簡便・正確
に、かつ安定に検出することができるという大きな効果
を奏する。 偽図面の簡単な説明 第１図はこの発明の圧力検出器を説明するための図、第
１図は本発明の圧力検出器の１つの実施態様例を示す図
、第Ｊ図、第ダ図Ａおよび＃Ｉ参図Ｂは本発明の圧力検
出器の他の実施態様例を示す図である。第３図と第を図
は本発明の　　１圧力検出榔を適用して燃焼室内圧力の
最大時点クランク角度の検出制御するための回路装置例
を説明する丸めの図である。 ／・・・圧力最大時点検出器、３・・・シリン４ヘツド
、ゲ・・・ヘッド取付ボルト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 板状セフイック圧電体をもつ圧電変換素子を機関Ｏヘッ
   ド取付ボルトの座金位置に狭圧介装して圧力検出部を形
   成し、上記圧力検出部の出力に基づいて燃焼室内圧力最
   大時点クランク角度を検出制御することを特徴とする内
   燃機関の制御装置。