JPS61250366A - 燃焼状態センシング方式 - 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、シリンダ内の燃焼・状態を検出するセンシン
グ方式に関するもので、さらに詳しく言うと、複数のセ
ンサを用い、シリンダ内圧極大値に対応する時点及びノ
ッキングなどの燃焼異常を同時に検出できる燃焼状態セ
ンサに関するものである。

（従来の技術） 内燃ｍ関の電気制御システムが成立するためには、エン
ジンの燃焼状態を正確に把握するセンサが必要である。

そのような自動車エンジン制御用センサとして、圧力、
特にシリンダ内圧極大値を検出するセンサ及びノックセ
ンサは、エンジン制御において重要なものである。この
目的に対して、濃度センサ、圧力センサ。光センサ、加
速度センサ、イオンセンサ、音響センサなど多種多様の
センサが用いられている。

従来の圧カセンサ、ノックセンサについて簡単に説明す
る。

従来の圧力センサは、容量形、半導体ピエゾ抵抗形１表
面弾性波形などがあるが、多くはダイヤフラムなどを設
は圧力をダイヤフラムなどの歪に変換し電気信号にて取
出されている。ｆｅｉ方ノックセンサとしては、シリン
ダ圧、エンジンブロックの振動、燃煉音などにて検出す
るものが多い。

（解決しようとする問題点］ 上記従来の圧カセンサ、ノックセンサにおいて機械的変
化量を検出するものは、暗騒音レベルが高く、特に多気
筒の場合、別気筒から発生するノイズの混入が避けられ
ない。このために、目的とする信号を選別するための手
段が必要となり、この手段が複雑になることと、信号対
雑音比の点で問題がある。

また、圧力とノッキングは別の＠置で検出するため、多
くの場合複雑高価になる点で問題がある。

本発明は上記問題点を改善するためになされたもので、
圧力とノッキングを同時に検出でき、耐久性、取付容易
性などの問題点を改良し、応答性及び精度の向上をはか
った燃焼状態センシング方式を提供することを目的とす
る。

（ＩｐＨ１！ｉ点を解決するための手段）本発明による
燃焼状態センシング方式は、シリンダ内の相異なる空間
の燃焼状態を個別に検知する燃焼状態検知手段と、燃焼
状態の進行にともない前記燃焼状態検知手段より出力さ
れる個別の信号の時差変化に基づいてシリンダ内圧極大
値に対応する時点を検知する圧力時差検出手段とより構
成し、圧力時差検出手段は個別の信号の時差及び相対値
の変化の相違によりノッキングなどの異常燃焼を検出す
るように構成した。

〔作用〕

シリンダ内の燃焼状態を複数の個別空間の燃焼状態の検
知信号を処理して判定することにより、最大圧力対応角
度ならびにノッキングなどの異常燃焼の同時検知を可能
とするとともに、信号対雑音比を改善し、その結果燃焼
の検知に対する信頼性。

応答性を改善して最適な点火角度の算出を可能とする燃
焼データを出力することができる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。

第１図は、本発明の詳細な説明するための構成ブロック
図である。

図において１は模式的に描いた内燃機関のシリンダ、２
，３は第１及び第２センサで！！燻焼時発生する物理Ｉ
（イオン、光、ｔ！Ａ度など）を検出する。

４は点火プラグ１１にて成虫された点火火花、５ａ、５
ｂは点火により発生する火炎の伝播方向を示す矢印で、
５ａは正常燃焼時の火炎伝播方向、５ｂは異常燃焼時の
火炎伝播方向を示す。

６は時差検出装置で、第１センサ２．第２センサ３よ出
力された信号を受けて、信号変化の最大出力信ｌ！間の
時差信号を出力する。

７は変曲点検出装置で、時差検出装置６より出力された
検出信号を受け、信号変化の変曲点を検出して対応する
信号を出力する。

８は点火時期可変装置で、時差検出装置６．変曲点検出
装置７より出力された検出信号を受けて最適点火時期を
得るための信号を出力する。

９は高圧系で、シリンダ１内に設けられた点火プラグ１
１にて火花放電を発生させるための高圧電源。

１０は配電系で、高圧系９より出力された高電圧を、そ
れぞれのシリンダへ配電する。

１１は点火プラグで、点火火花４８形成する。

第２図は、クランク角に対する第１センサの出力変化を
示す図である。

図中の実検は、センサとして単一の光センサを用いたと
きの正常燃焼時の火炎伝播方向時におけるシリンダ内の
受光量の変化を表わしたもので、換言すれば燃焼の移動
を第１センサが取付けられた位置で光線にて検出したも
ので、燃焼が進んで光線がセンサに近づくことにより出
力がピーク状に高まる。ことがわかる。さらに、燃焼サ
イクルが進行すると燃焼条件の変化によっては、再び点
火プラグ１１で点火火花４が発生されたとき、ノッキン
グなどシリンダ内で異常燃焼が発生する。ノッキングの
場合、燃焼の着火は点火火花４だけでなく、シリンダ内
の外周部分から始まることが多い。そのために、図中の
破線で示したように、燃焼サイクルの後半にビークわが
出力される。

このことを用い、さらに複数のセンサを用いて燃焼時の
シリンダ内の光線を検出すれば火炎伝播方向及びシリン
ダ内の圧力変化を検出することが可能となる。

すなわち、複数のセンサからの信号出力は、正常燃焼と
異常燃焼の燃焼波の進行方向の変化に対応する。したが
って、その時差の変化と変曲点を求めることにより燃焼
波の進行方向とセンサを通過する時間が分かるから、圧
力と燃焼波透過の相互関係を予め設定しておけば、シリ
ンダ内圧力極大値に対応する時点を求めることができる
。

また、各センサからの同一信号は、同大逆方向の雑音信
号として打消すことができる。

なお、上記では火炎の伝播を、燃焼時の光線を検出する
ことで説明したが、光線に限定するのではなく、イオン
電流、１度などによる検出も可能である。

第３図及び第４図は、一般的な点火位相調整装置に本発
明の燃焼状態センシング方式を光センサを用いて適用し
た場合の第１実施例の説明図を示す。

図において、前出のものと同一符号または同一記号のも
のは同一部分または均等のものを表わすものとし説明は
省略する。

第３図は、本発明の要部の一体化された第１゜第２セン
サの拡大図を示す。図で、１２．１２−は受光部で、１
３．１３′は導光性物質例えば石英ロッドである。１４
は両面焼、１５．１５′はシリンダ１６に取り付けるた
めのねじである。

ロッド１３，１３′の先端部に受光部１２，１２−が固
着され、シリンダ内で起きる燃焼時に発生する光線をロ
ッド１３．１３′に導光しやすいようにしである。

受光部１２．１２＝が固着されたロッド１３゜１３′は
、両面１１４を介して固着され、火炎の進行方向に対し
て指向性を有する。

したがって、燃焼時に発生する光線は、第１センサ２、
第２センサ３にて捉λられ、その光をホトトランジスタ
１７．１７　　にて検出し、斧動増幅器１８にて出力す
ることにより進行方向などを検知できる。

第４図は、第３図のセンサを含む本発明の第１実施例の
構成ブロック図である。

図において、１９は波形成形回路で、差動増幅器１８よ
り出力された波形を整形して変曲点に対応するパルスを
発生する。

２０は高圧電源を形成するためのコイルで、２１はコイ
ル２０より出力された高電圧を各プラグへ配電するため
のディストリビュータ、２２は点火位相検出回路で、デ
ィストリビュータ２１から点火プラグ１１で放電される
点火信号を受けて点火位相を検出する。

２３はクランク角度検出センサで、クランク角度を検出
する。

２４は点火位相調整回路で、波形成形回路１９の出力と
、点火位相検出回路１６の点火位相信号とクランク角度
センサの検出信号を受は最適点火時期を演算し出力する
。

以上の構成によれば、一体化されたセンサ２゜３の指向
性による各センサの出力の時差により、燃焼状態が検出
され、差動増幅器１８の出力の０点通過により火炎が一
体化され、特定位置に設けられたセンサ２，３を通過し
たときがわかり、これから対応する極大圧力対応時点が
得られる。

なお、受光部にエンジンオイルが付着して発生する雑音
は、個別センサの出力の同雑音変化として打消すことが
できる。

第５図は、本出願人の出願（特願昭５９−１５６２２９
など）になる累積点火時期制御装置に本発明の燃焼状態
センシング方式をイオンセンサを用いて適用した第２実
施例を示す構成ブロック説明図である。図において、前
出のものと同一符号または同−号のものは同一部分また
は均等のものを表わすものとし説明は省略する。

第１センサ２．第２センサ３は、燃焼時に発生するイオ
ン電流を検出するセンサで、共通電極を介在し対向する
一対の検知１橿が形成される。

２５は差動増幅器で、センサ２．３により検出された信
号を比較し差電圧に比例する信号を出力する。

２６は正常異常判定回路で、燃焼方向の火炎伝播方向が
正常または異常であるかを判定する。

２７は変曲点判定回路で、差動増幅器２５より出力され
た信号にて変曲点を検出しシリンダ内圧を極大値対応時
点を判定する。

マイクロコンピュータμＣＯＭは、入力インタフェース
２８に接続され、入力に応じて内蔵プログラムによって
予測演算を行なうＣＰＬＪ２９、このＣＰＵ２９の演算
に給するための計算の条件や定数等の固定値を格納する
ＲＯＭ３０．各センサからの入力信号によって随時変化
するパラメータを格納するＲＡＭ３１、水晶発動子によ
ってマイクロコンピュータμＣＯＭ全体の動作に必要な
基準クロックパルスを発生するタイマ回路３２及びＣＰ
ＬＪ２９の予測演算の結果を出力するための講！１機能
を有する出力インタフェース３３とから構成されている
。

出力インタフェース３３の導通角信号出力はイグナイタ
３１の入力に接続され、イグナイタ３１の信号出力によ
って高圧回路３２が高電圧を発生し、これがディストリ
ビュータである分１ｉ！！！３３を介し、点火プラグ１
１へ出力されることによりシリンダ内１へ着火が得られ
る。

第２実施例による点火時期予測累積制ｍ装置は、内燃機
関のピストン上支点に対応する第１の角度を検知するク
ランク角度センサ２３と、機関に最適パワータイミング
をもたらす第２の角度を設定するＲＯＭ３０と、機関の
シリンダ内圧極大値に対応する第３の角度を検出するセ
ンシング部分と、第１．第２．第３の角度を記憶するＲ
ＡＭ３１と、機関の回転に応じて前記第１及び第２の角
度の少なくとも一方と第３の角度に記憶基づき、次回の
点火角度を予測算出するＣＰＵ２９などの手段とを有し
、算出された点火角度によって後続点火時期を反復調整
することにより第３の角度にパワータイミングに次第に
近づけるように構成する。

ここで、機関のシリンダ内圧極大値をもたらす第３゛の
角は、シリンダ内の燃焼状態をイオンセンサの出力から
判定することによって検知される。

すなわち、燃焼波の進行にともない、センサ２゜３の電
極に流れるイオン電流の変化により出力される燃焼進行
に対応する複数の信号の時差変化によりシリンダ内圧極
大時点が変曲点判定回路２７から出力され、一方複数の
信号の時差及び相対値の変化によりノッキングの発生が
正常異常判定回路２６から検出される。

〔効果〕

本発明における燃焼状態センシング方式は、燃焼時に発
生する複数の物理量の比較、進行方向及び通過時点の検
出にて、シリンダ内の燃焼状態の興常燃燵やシリンダ内
圧の極大ｆＩＩＦＲ期を判定することができる。

また、雑音に対する選別手段などが削除でき、圧力セン
サとノックセンサを別々に必要としないので、精度及び
応答性が向上するだけでなく、構成が簡単になり、価格
低減が図られる。

なお、各実施例においては複数のセンサを一体化して配
装したが、このは別の位置に配置しても同様の効果が得
られることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する構成ブロック因、第２
図は第１センサのクランク角と出力の関係因、第３図は
第４０に含まれる第１センサ。 −１゜ 第２センサの拡大図、第４図は本発明の第１実施例の全
体構成ブロックａ１第５図は本発明の第２実施例の全体
構成ブロック図である。 １・・・・・・シリンダ、 ２．３・・・・・・燃焼状態検知手段、６・・・・・・
圧力時差検出手段。 出願人　日本電気ホームエレクトロニクス株式会社 代理人　弁理士　増　１）竹　夫 第　イ　図 第２ｍ 第　３　ｍ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．　シリンダ内の相異なる空間の燃焼状態を個別に検
   知する燃焼状態検知手段と、 燃焼状態の進行にともない前記燃焼状態検知手段より出
   力される個別の信号の時差変化に基づいてシリンダ内圧
   変化を検知する圧力時差検出手段とより構成したことを
   特徴とする燃焼状態センシング方式。
2. ２．　前記圧力時差検出手段は、 個別の信号の時差及び相対値の変化の相違によりノッキ
   ングなどの異常燃焼を検出することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の燃焼状態センシング方式。