JPH0629822B2

JPH0629822B2 - 気筒内圧検出式エンジン制御装置

Info

Publication number: JPH0629822B2
Application number: JP58220514A
Authority: JP
Inventors: 弘黒岩; 大須賀　　稔; 宜茂大山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-11-25
Filing date: 1983-11-25
Publication date: 1994-04-20
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPS60113126A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、ガソリンエンジン，ディーゼルエンジンなど
内燃機関の気筒内圧力を常時検出し、それに基づいて燃
料供給量などの制御を行なうようにしたエンジン制御装
置に係り、特に、そのために新規な気筒内圧センサを用
いるようにしたエンジン制御装置に関する。

〔発明の背景〕

運転中の内燃機関における気筒（以下、単に筒という）
内圧力を常時検出し、その変化状態を知ると、これによ
り空燃比、点火時期（又は燃料噴射時期），ＥＧＲ（排
気ガス還流）量などの情報を正確に、かつ迅速に求める
ことができ、従って、これらの情報により制御目標との
偏差が減小する方向にフィードバック制御することによ
って、正確に応答性良く動作する制御システムを得るこ
とができる。

そこで、このような筒内圧力検出による制御システムが
種々提案されている。

例えば、特開昭57−153966号公報では、筒内圧力センサ
とクランク角センサの出力に基づいて燃焼機関を求め、
目標値に対する偏差をなくすようにＥＧＲ量を制御する
構成を開示している。

また、特開昭57−163128号公報では、筒内圧力センサと
クランク角センサの出力より空燃比を演算して求め、目
標空燃比との偏差がなくなるように燃料量をフィードバ
ック制御する構成を開示している。

ところで、このようなシステムの構成に際してキーコン
ポーネントとなるのは筒内圧力センサであるが、このセ
ンサとして従来から用いられているのは、歪ゲージ式，
圧電式などによるものである。

しかしながら、内燃機関，特にガソリン機関のごとき火
花点火式機関では、点火プラグで放電するための高電圧
エネルギの供給がシステム中で必要であり、このため、
上記した従来の筒内圧力センサでは電波ノイズが圧力信
号に重畳し易いという問題点を有している。さらに、歪
ゲージ式の場合、出力が少ない，寿命が短かいなど
の欠点を有しており、圧電式の場合、精度が不十分，
静的検定が困難，零点の移動大，防湿保管の要あ
り，機械的外乱振動を拾いやすいなどの欠点を有して
おり、両者とも、実機システムに実装するセンサとして
は不充分で、筒内圧検出方式の利点を充分に活かすこと
ができないという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的とするところは、上記した従来の筒内圧力
検出手段の有していた不具合い点を解消し、実機に実装
しても充分耐え得る高精度，高信頼性の新規な筒内圧力
検出手段を提示し、これを用いて燃焼を左右する諸量の
フィードバック制御を好適に行うシステム構成を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、本発明では、気筒内圧力によ
って変形する可撓性部材のわん曲量を光ファイバにより
検出する方式のセンサ手段において、このセンサ手段を
構成する可撓性部材を薄板円板状の部材で形成すると共
に、上記光ファイバ部材を、同心円状をなして３重の環
状に配列したファイバ素線で形成し、これら３重の環状
に配列したファイバ素線の中間に配置されているファイ
バ素線を照明用として用い、内周側のファイバ素線と外
周側のファイバ素線を反射光採集用として用いるように
し、これにより上記従来の筒内圧力センサの不具合い点
を解消した点にある。

さらに、多気筒機関の場合、各気筒の筒内圧力を上記光
ファイバによるセンサで検出し、その信号を処理するに
好適な信号処理構成にある。

さらに、上記処理した信号を用いて、燃焼を左右する諸
量のフィードバック制御を行う全体構成にある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明で用いる筒内圧力センサの原理図で、ま
ず、第１図(a)はその断面図であり、円周方向に環状に
配列した複数個のファイバ素線からなる照明用ファイバ
１，その内周にそって配列した複数個のファイバ素線か
らなる内側採集用ファイバ２，同様に外周面に配列した
外側採集用ファイバ３，そして、これらのファイバ束の
軸と直角に対向した形で支持部材５によって円周端面を
全周支持されたダイヤフラム４でこの圧力センサが構成
されていることを示している。このように構成したもの
において、圧力Ｐが大気圧の場合、第１図(c)のごとく
ダイヤフラム４は湾曲せずフラットな状態を維持する。
したがって、照明用ファイバ１から導かれた光i₀は、内
側採集用ファイバ２，外側採集用ファイバ３にそれぞれ
均等にi₁，i₂の光が反射し導びかれる。したがってこの
場合i₁＝i₂である。次に、第１図(b)のごとくＰ＞０と
圧力が大気圧より大きい場合、ダイヤフラム４は図の下
方に湾曲する。したがってこの場合、内側採集用ファイ
バ２にダイヤフラム４から反射して導びかれる光i₁は少
なくなり、逆に外側採集用ファイバ３に導びかれる光i₂
は多くなる。一方、これとは逆に、第１図(d)のごとく
圧力が大気圧より小さい場合（Ｐ＜０）、ダイヤフラム
４は図の上方に湾曲する。したがってこの場合は第１図
(b)の場合と反対にi₁＞i₂の状態となる。すなわち圧力
Ｐの大きさによってi₁とi₂は反比例の関係を示す。

第２図はこの両者の比i₂／i₁と圧力の関係を示したもの
であり、ほぼ一次の比例関係にあることがわかる。ダイ
ヤフラム径φ２mm程度のものを用いた場合、ダイヤフラ
ム４の厚さを任意に選定することにより、測定する圧力
範囲を任意にとることができる。また、ダイヤフラム４
の材質の選定によっても、この範囲を変えることができ
る。

第３図はこの原理を応用して具体化した筒内圧力センサ
の一実施例である。センサハウジング６の一方の端面に
は高精度に肉厚，平面度等が管理されて製作された金属
製の薄いダイヤフラム４が固着してある。さらにこの金
属ダイヤフラム４の内側の端面からの距離を高精度に管
理した点にファイバ束７の端面が位置している。このフ
ァイバ束７は、照明用ファイバ１，内側採集用ファイバ
２，外側採集用ファイバ３とこれらの境界部に充てんさ
れている充てん材８（この充てん材としては数 100度の
高温に耐え、かつ適度の弾性を備えたものが望ましく、
例えばシリコン系，ふっ素系のプラスチック，半田ガラ
ス，金属粉含有セラミックなどを用いればよい。）とか
ら構成されており、従って、光ファイバ束７は耐熱性の
充てん材８により弾性的に保持されていることになり、
運転中、１００℃以上の高温になることがあり、且つ、
激しく振動することの多いエンジンに取付けても、光フ
ァイバ束７に余分な力が掛ったり、取付け状態が変化し
たりする虞れがなく、常に確実に圧力を検出することが
できる。

そして、この光ファイバ束８は接着部９で高温にも耐え
得る強力な接着材で接着されている。また、ダイヤフラ
ム４とファイバ束７の端面で構成された空間部であるダ
イヤフラム室10は圧力導入孔11によって大気と導通する
構成としている。この場合には相対圧力を検出する相対
圧式筒内圧力センサとして機能する。一方、この圧力導
入孔11よりダイヤフラム室10内の空気を吸引し、ダイヤ
フラム室10内を真空状態にした後に圧力導入孔11を閉鎖
した構成をとると、絶対圧力を検出する絶対圧式筒内圧
力センサとして機能する。したがって用途によってこの
両者は任意に選定することができる。なおファイバ束７
のもう一方の端面は、センサハウジング６のもう一方の
端面12より奥まった位置で、軸０−０と直角でその切断
面の平面度が高精度に管理された形でセットされてい
る。またセンサハウジング６の内周面13はコネクタと高
精度に接続するために、軸０−０と高精度な平行度、お
よび内径精度を保持した構成としている。なお、センサ
全体を14で表わしてある。

第４図は第３図に示した筒内圧力センサ14をファイバ用
コネクタ15で接続する場合の実施例を示したものであ
る。

ファイバ用コネクタ15内のファイバ束20もその位置構成
は第３図に示した筒内圧力センサ14と同様であるが、充
てん材21としてはポリエチレンなどの変形性に富んだも
のでも良い。ただし、まだこの付近では燃焼室側の高温
の熱が伝達する可能性があるので、第３図の場合と同様
に耐熱性の充てん材で所定の長さのファイバケーブル22
を構成し、その後さらにファイバ用コネクタを設けてそ
れ以後のファイバケーブル変形性に富んだ充てん材にす
ることも推奨できる。

このように、ファイバ用コネクタ１５を用いることによ
り、まず、筒内圧力センサ１４だけを、エンジンの例え
ば気筒に取り付け、その後、このセンサ１４にファイバ
用コネクタ１５を、センサハウジング６に接続させるこ
とができ、このため、センサ取付時にコネクタ側のファ
イバ束２０に余分な力が掛ってファイバが切れてしまう
虞れが無く、従って、高い検出精度を容易に得ることが
できる。

ところで第４図の実施例ではセンサ側のファイバ束７と
コネクタ側のファイバ束20の同軸度を高精度に確保する
ために円周面23，24により両者をかん合して合致させる
構成をとっている。そして、この場合の両者の固定はね
じ部25により行っている。しかしこの場合は、各ファイ
バ素線（第１図(a)を参照のこと）が円周方向で完全に
合致させることが難かしく、ファイバ光の伝送損失がこ
の接続部で生ずる。したがって、この損失を極力抑えよ
うとする場合には、円周方向に制限部を設け、センサ，
コネクタの両者をスラスト方向の動きのみで接続し、上
記円周方向のずれを防止する方策が必要である。その構
成も通常の技術で充分達成可能であるので本明細書で
は、これについては省略する。

さて、上記した筒内圧力センサはダイヤフラム径φ２〜
φ15mm程度と任意の大きさを選定することができ、長さ
方向も自由に選定することができる。したがって、第３
図で示したごとき構成のセンサを機関の燃焼室（筒内）
に直接配置する構成をとっても良い。周知のようにファ
イバ用材料としては、石英が一般的であり、多成分ガラ
スのものも多用されている。石英の場合、軟化温度は17
00℃と非常に高く、燃焼室の極く近傍に付設しても何ら
影響を受けない。また石英は電気の伝導体でないため、
外部誘導，電波干渉などの問題がないので、点火のため
の電気ノイズを受ける心配が全くないので燃焼室近傍の
悪条件の環境下でも充分耐え得る特性を有している。

しかし、機関に上記筒内圧力センサ取付け用の孔を新た
に設けるのが望ましくない場合には、第５図に示したよ
うに、点火プラグの一部に上記センサを装着する構成を
とっても良い。すでに述べたように、本発明になる筒内
圧力センサはφ２mm程度と非常に小径で構成できるの
で、従来の点火プラグの構造を大幅に変更することな
く、これに装着が可能である。

第５図において30は中心電極、31は外部電極であり、こ
の両者は磁器絶縁体32によって電気的に絶縁されてい
る。この磁器絶縁体32は金属製胴体33によって固着され
ており、その下端部には機関燃焼室に取り付けるための
ねじ部34が設けてある。また中心電極30は接続端子35に
より高圧コードと接続できるようになっている。

以上の構成は通常の点火プラグの構造そのものである
が、この点火プラグにおいて、第５図の破断面で示した
ごとく圧力孔36を金属製胴体33に貫通し、ねじ部34の一
部にのごとく矩形状溝を形成させ、その溝の開口端
が、燃焼室（筒内）と上記圧力孔36とを導通するように
構成する。さらに圧力孔36のもう一方の開口端には筒内
圧力センサ14が装着されている。

以上の構成において、圧力孔36の孔径はφ１mm程度でも
良いが、デボジットによる目づまり、圧力応答感度の低
下等に問題が生ずる虞れがある場合にはφ２〜φ３mm程
度以上に大きくすることが望ましい。また、筒内圧力セ
ンサ14の感圧部であるダイヤフラム面38は、燃焼室（筒
内）に近い程、応答性の面から有利となるので構造上許
し得る限り、圧力孔36が短くなるように設置することが
望ましい。また、機関に上記点火プラグを装着する場合
には、第５図に示した様に、筒内圧力センサ14には第４
図で示したファイバ用コネクタ15を接続しない状態で装
着し、装着し終ってから上記コネクタを接続することが
望ましい。

次に、以上説明してきた筒内圧力センサを用いて、多気
筒機関の各気筒の筒内圧力を検出する場合のファイバ、
および光学系の結合方法について述べる。なお、ここで
は一例として四サイクル４気筒機関について詳述する。

さて、ファイバ、光学系の結合方法としては種々な方法
が考えられるが、ここでは代表的なもののみについて数
種類提示する。

まず第６図の方法について説明すると、この図において
40，41，42，43は各気筒であり、それぞれ筒内圧力セン
サ44，45，46，47が設けられている。これらの筒内圧力
センサにはそれぞれ光源48からの光が光分岐器49によっ
て等しく分岐されて導入される。これが第１図で述べた
照明用ファイバ１で導入される照明光i₀である。また、
筒内圧力センサからは内側採集用ファイバ２からの光i₁
と外側採集用ファイバ３からの光i₂とが出力される。i₁
の光は４気筒分並列に光結合器50に導びかれ、結合した
光は受光器51により光電変換される。同様に、i₂の光も
光結合器52を介して受光器53により光電変換される。

この方法の場合、第７図で示す様に、i₁，i₂の出力は各
気筒の圧力をあたかも平滑化したごとき波形となる。す
なわち、第１気筒の圧力波形54，第２気筒の圧力波形5
5，第３気筒の圧力波形56，第４気筒の圧力波形57をそ
れぞれの気筒圧力センサ44，45，46，47では忠実に検知
し、光結合器50，51にそれぞれi₁₁，i₁₂，i₁₃，i₁₄およ
びi₂₁，i₂₂，i₂₃，i₂₄の光を導入するが、光結合器では
これらの光を結合し、加算した形で出力するのでi₁につ
いては58，i₂については59のごとき波形となる。したが
って、i₂／i₁の出力波形60は０点レベルより上方で振幅
する波形が得られる。したがって、このi₂／i₁の波形の
平均値はあたかも４気筒分の平均有効圧のごとき特性と
なる。

次に第８図の方法について説明する。

照明光i₀の導入光学系は第６図の場合と同様であり、光
源48からの光を光分岐器49で等しく分岐し、筒内圧力セ
ンサにそれぞれ導びく。

しかして、この方法では、採集光i₁，i₂の光学系との結
合法が第６図の場合と異なっている。すなわち、第１気
筒の内側採集光i₁₁，外側採集光i₂₁はそれぞれ別個に受
光器61ａ，61ｂで受光され、同様に第２気筒分は受光器
62ａ，62ｂ，第３気筒分は受光器63ａ，63ｂ，第４気筒
分は受光器64ａ，64ｂでそれぞれ別個に受光される。し
たがって、この方法の場合には、筒内圧力センサから得
られる情報は第７図の54，55，56，57の波形と同様なも
のがそれぞれの気筒の圧力波形として得られる。

最後に第９図に示す方法について説明する。

この方法の場合、光源として波長の異なるものを４種類
それぞれ70，71，72，73のごとく設け、導入用のファイ
バを介してそれぞれの筒内圧力センサに導びく。各筒内
圧力センサからはそれぞれの波長λ₁，λ₂，λ₃，λ
₄で、第１気筒からはλ₁の波長でi₁₁とi₂₁が、また、第
２気筒からはλ₂の波長でi₁₂とi₂₂が、そして、第３気
筒からはλ₃の波長でi₁₃とi₂₃が、さらに、第４気筒か
らはλ₄の波長でi₁₄とi₂₄が出力され、i₁の光群は光結
合器73に、i₂の光群は光結合器74に導びかれる。この両
結合器73，74により、λ₁〜λ₄のi₁およびi₂はそれぞれ
一つの光路となり、ファイバケーブル75，76を介してそ
れぞれ光分波器77、光分波器78に導かれる。そしてこの
両光分波器77，78によりそれぞれ一つの光路となってい
たものを各波長成分ごとに分岐する。すなわち、各気筒
ごとのi₁，i₂に分岐する。この分岐した光は第８図の61
ａ〜64ａ，61ｂ〜64ｂで示した各受光器によって受光す
る。したがって最終的に受光器より得られる圧力波形情
報は第８図に示した方法と同様となる。しかしこの方法
の場合、第８図の方法に比べてファイバケーブルの本数
を75，76のケーブル間で大幅に削減できるので、簡素化
された構成を得ることができる。

次に、第６図，第８図，第９図で用いる光源としては、
半導体レーザ，発光ダイオードなど、どのようなもので
も良いが、コヒーレント光の得られる半導体レーザを用
いることがより望ましい。

さて、以上の説明から明らかなように、受光器から得ら
れる筒内圧力情報は (1)４気筒分の平均的，平滑的な１つの信号（第７図60
が相当） (2)各気筒ごとの波形がそれぞれの４つの信号（第７図
の54，55，56，57が相当）のいずれかとなる。

そこで次にこの(1)，(2)の信号の処理方法について述べ
る。まず、筒内圧力センサからの内側採集光i₁，外側採
集光i₂を第10図(a)に示すように受光器51，52で受ける
と、第10図(b)の曲線Ａ，Ｂで示すごとき光i₁に比例し
た電圧V₁，光i₂に比例した電圧V₂の出力が得られる。そ
こで、この信号をＡ／Ｄ変換器80に入力し、クランク角
度信号θｃの所定角度Δθｃごとにこの両方の信号を交
互にＡ／Ｄ変換し、その変換された信号は次に変換され
るまで（２Δθｃ間）はホールドされた形で順次ＣＰＵ
81に入力される。ＣＰＵ81ではこの交互に入力された
V₁，V₂のデジタル信号を用いてV_x＝V₂／V₁の演算を行
う。すなわち、第２図に示したi₂／i₁と等価なV₂／V₁の
電圧信号を求める。

次に上記した(2)の信号処理方法について述べる。

この場合は、第11図に示したごとくなる。まず、第11図
(a)に示すように内側採集光群i₁₁〜i₁₄は内側採集光受
光素子群61ａ〜64ａによってそれぞれV₁₁〜V₁₄の電圧波
形に変換され、一方外側採集光群i₂₁〜i₂₄は外側採集光
群61ｂ〜64ｂによってそれぞれV₂₁〜V₂₄の電圧波形に変
換される。そしてこれらの電圧波形群はそれぞれ第１の
Ａ／Ｄ変換器82，第２のＡ／Ｄ変換器83に入力される。
次に、第11図(b)で示すように、例えば第１のＡ／Ｄ変
換器82では、所定のクランク角度ΔθｃごとにV₁₁→V₁₂
→V₁₃→V₁₄→V₁₁………の順にデジタル信号に変換して
行く。したがってV₁₁の信号では、a₁→a₂→a₃→……
…，V₁₂の信号ではb₁→b₂→b₃……、V₁₃の信号ではc₁→
c₂→c₃→……，V₁₄の信号ではd₁→d₂→d₃→……，とな
る。そしてデジタル化された信号は順次ＣＰＵ84に入力
され、V_x1＝V₂₁/₁₁，V_x2＝V₂₂/₁₂，V_x3＝V₂₃/₁₃，V_x4＝
V₂₄/₁₄の順で演算を行ない、それぞれの気筒の圧力信号
V_x1，V_x2，V_x3，V_x4の波形を求める。

以上第10図，第11図のデータ取り込みの説明からも明ら
かなように、データ取り込み間隔Δθｃは小さいほど検
出精度が高まるので、Ａ／Ｄ変換のスピードが許す限
り、このΔθｃは小さくする必要がある。現在入手可能
なＡ／Ｄ変換器の能力からみると、クランク角度２゜ご
と程度が可能と考えられる。ただしこの限界は機関の回
転速度によって変ってくるので、所定の回転数ごと例え
ば1000rpm間隔ごとにΔθｃ₁₀₀₀ _〜 ₁₉₉₉＝１゜，Δθｃ
₂₀₀₀ _〜 ₂₉₉₉＝２゜，Δθｃ₃₀₀₀ _〜 ₃₉₉₉＝４゜，Δθｃ
₄₀₀₀ _〜 ₄₉₉₉＝８゜のように階段状にその取り込み角度を
変更して行くことも効果的である。

以上の信号処理により、(a)４気筒の平均的な筒内圧力
信号、あるいは、(b)各気筒のそれぞれの筒内圧力信号
を検出することができる。

次に、この筒内圧力センサを用いてエンジン制御を行な
うようにした実施例について説明する。

まず、第12図に、このような筒内圧検出型エンジン制御
装置のシステム図を示す。

この第12図において、点火プラグ200に取付けられた筒
内圧力センサ14からの信号は、光電回路等の信号処理回
路201を介して、マイクロコンピューター202に入力され
る。さらに、回転数，クランク角を検出するクランク角
センサ203の信号と、空燃比センサ204の信号も入力され
る。そして、これらの信号により、最適な点火時期と燃
料噴射時期，噴射量の補正量がイグニッションコイル20
5，噴射弁206に出力され、これによりエンジンは最適な
運転状態に制御される。

ここで、筒内圧力センサの出力により空燃比と着火時期
を検出する方法の原理について説明する。

第13図において、同図(a)はクランク角θに対する筒内
圧力Ｐの変化を示したもので、この筒内圧力Ｐのクラン
ク角θに対する変化率dP/dθを示したのが同図(b)であ
る。なお、この筒内圧力Ｐが筒内圧力センサ14の出力か
ら得たものであることはいうまでもないところである。

そこで、この第13図(b)のdP/dθが最大値を示す点Ｑを
同図(a)に求めると、この点Ｑが着火点である。従っ
て、圧縮工程の始めから爆発行程の終りに到るまでの間
で、点Ｑの前は燃料に着火していないで圧縮によってだ
け圧力Ｐが上昇している領域であることが判る。

まず、空燃比を求めるためには、第13図(a)の特性にお
いて、着火点Ｑの前と後の所定のクランク角位置にそれ
ぞれ特定の位置θ_a，θ_bを設定する。そして、これらの
位置θ_a，θ_bにおけるそれぞれの圧力P_a，P_bを検出し、
これらの比P_b／P_aによって空燃比Ａ／Ｆを求める。即
ち、着火点Ｑの前での筒内圧力Ｐは圧縮によるものであ
り、従って空燃比とは無関係であるが、他方、着火点Ｑ
の後での筒内圧力Ｐは空燃比によって変化するため、こ
れらの比が空燃比を表わすことになる。実際に、これら
の間には第14図のようにほとんど完全な比例関係があ
り、予じめ比例定数を求めておけば、データP_aとP_bから
正確に、しかもほとんど遅れを伴なわずに空燃比Ａ／Ｆ
を知ることができる。なお、第13図(a)の破線で示す特
性は実線の場合とは空燃比Ａ／Ｆが異なったものとなっ
たときのもので、このときにはθ_bでの筒内圧力はθ_b′
となっていることを示している。

そこで、このデータP_aとP_bにより空燃比を求め、それが
所定値に収斂するように噴射弁206による燃料供給量を
制御してやれば、応答性良く空燃比制御を行なわせるこ
とができる。

次に、着火時期による点火制御について説明する。

着火点Ｑが現われるクランク角位置θ₁については、こ
れがどのような値となったときに最大エンジン効率が得
られるかは、予じめ判っている。つまり、この角位置θ
₁には最適値がある。そこで、筒内圧センサ14により着
火クランク角位置θ₁が検出できれば、それが最適値に
収斂するように点火コイル205に対する点火信号Tignを
補正してやれば、最適点火制御が得られることになる。

そこで、第15図によりデータθ₁を求める方法について
説明する。

データθ₁はＴＤＣからの遅れ時間Ｔθで表わされる。
そこで、ＴＤＣをクランク角センサ203の信号から知
り、ＴＤＣに達した時刻から筒内圧力特性上にＱ点が現
われるまでの時間を計測してやればデータＴ_θが求ま
り、データθ₁を得ることができる。このため、第15図
(a)に示すdP/dθ特性に対して同図(b)に示すようなＴＤ
Ｃで立ち上り、dP/dθが最大値を示す時点、つまり第13
図(a)における着火点Ｑが現われた時点で立ち下るゲー
トパルスｇを作り、これにより第15図(c)に示すような
適当なクロックパルスＣＫをゲートして同図(d)に示す
ようなパルスを得、これをカウントしてやればよい。な
お、特性dP/dθが最大値を示す時点を求めるためには、
第15図(a)に示すように変化する信号を微分し、つまり
筒内圧力センサ14から得た第13図(a)に示す信号を２
回、微分してやり、ＴＤＣ以後、それが最初にゼロを示
す時点を検出してやればよい。

第16図に、点火時期補正制御に必要な処理の一例を示
す。

まず、クランク角θと筒内圧力Ｐを読込み、これから
（dP/dθ）_maxを検出し、このときのデータθ₁、つまり
ＴＤＣからのずれの時間Ｔ_θ検出し、これに応じた補正
量Ｔ（Ｔ_θ）を点火時期信号Tignに加え、補正された信
号Tignとするのである。

ここで、第14図に示したP_b／P_aに対するＡ／Ｆ特性にお
ける比例定数、つまり、この特性の校正方法について説
明する。

この実施例においては、第12図に示すように空燃比セン
サ204がシステムに設けられている。そこで、この空燃
比センサ204を用いて校正を行なうのであり、まず、こ
のセンサ204が第17図に示すような本来の意味での空燃
比センサ特性を有するもの、つまりＡ／Ｆをリニヤに検
出できるものであったなら、エンジンの運転状態が定常
状態にあったときにこの空燃比センサ204から得られた
Ａ／Ｆデータを用い、これによって、筒内圧力センサ14
のデータであるP_d／P_aによるＡ／Ｆの値に補正を加えれ
ばよい。

また、空燃比センサ204が第18図(a)に示すように、λ＝
１．０において出力が反転する、いわゆるO₂センサなど
と呼ばれるものであったときには、センサの出力がスラ
イスレベルV_sを横切る毎に同図(b)に示すようにレベル
１とレベル０に変化する信号を得、このときのレベル変
化の回数Ｎを所定の時間幅Tjの間に計測し、この回数Ｎ
が所定値M₂を越えたときにλ＝１．０になったものと
し、これに基づいてＡ／Ｆの補正を行なえばよい。従っ
て、このときの処理としては、例えば第19図のようにな
り、まず、エンジンの運転状態が定常状態にあるか否か
をアクセル操作角Qaの変化量dQa／dtが所定値M₁を超え
たか否かで判断し、ついで上記した回数Ｎ，これをＮ
（Tj）で表わす，が所定値M₂を超えたときをλ＝１．０
とする、そして、このときに記憶したλ＝１．０のとき
のP_b／P_aの値、これを（P_b／P_a）λ＝1.0で表わす、とP
_b／P_aとを比較し、差があったときにはこれらが等しく
なるような補正量（P_b／P_a）′を加えて補正を行なう。

次に、第13図(a)に示す筒内圧特性から空燃比を求める
他の一実施例について第20図によって説明する。

圧縮行程から爆発行程にかけて微小クランク角Δθごと
に筒内圧力Ｐを取り込み、これのΔθでの積分値ΣＰ／
Σ（Δθ）を求める。そして、このとき、着火点Ｑに達
するまでの積分値をA₁，それ以後の積分値をA₂とすれ
ば、空燃比Ａ／ＦはA₂／A₁に比例する。なお、これら
A₁，A₂は第20図から明らかなように、着火点Ｑの前と後
での圧力特性によって囲まれた部分の面積を表わす。こ
のときのA₂／A₁に対するＡ／Ｆの関係を第21図に示す。

従って、このデータA₂／A₁によってＡ／Ｆを検出し、エ
ンジンの制御を行なうようにしてもよい。

次に、第22図はディーゼルエンジンにおける筒内圧特性
を示したもので、同図(a)の(イ)は予燃焼室型のエンジン
の予燃焼室に筒内圧力センサを設けた場合で、同図の
(ロ)は直噴型エンジンの燃焼室に筒内圧力センサを設け
た場合である。

この場合でも空燃比Ａ／Ｆは、着火点Ｑの前後に設定し
た所定のクランク角θ_a，θ_bにおける筒内圧P_aとP_bの比
P_b／P_a，又は積分値A₁，A₂の比A₂／A₁で検出することが
できる。

また、着火点Ｑは（dP／dθ）_maxになる点で検出するこ
とができ、従って、第16図の処理と同様に、点火時期Ti
gnの代りに燃料噴射時期Tingの補正を行ない、ディーゼ
ルエンジンの着火時期制御を行なうことができる。

ところで、この実施例による筒内圧力センサによれば、
ノッキングの検出も可能で、第23図はノッキングが発生
した場合の筒内圧を検出した結果である。第23図におい
て、(a)がガソリンエンジン、(b)がディーゼルエンジン
の場合であり、両者とも最高圧力付近で高周波成分が現
われる。同じく第23図(c)はこの高周波成分のみを拡大
して示したものであり、ノッキングの度合を示すノック
度は、この高周波成分のΔＰを検出すれば良いことにな
る。

24図は、ΔＰを検出する簡単な回路の一実施例であり、
同図において(イ)の部分は高周波成分のみを通し、低周
波成分はカットするフィルター部であり、(ロ)の部分
は、ΔＰの大きさに応じたアナログ出力を出す積分回路
であり、この回路を用いることによって高周波のΔＰに
応じた力が得られる。第25図は、この出力を、横軸にノ
ック度を、取って示したものであり、出力とノック度は
１対１の対応関係にあることが判る。

そこで、このノック度に応じて、ガソリンエンジンの場
合には点火時期に、ディーゼルエンジンの場合には噴射
時期にそれぞれ補正を加えてやればノック制御が可能に
なり、第25図はこのときに必要な処理の一実施例を示し
たフローチャートで、第24図の回路でΔＰを検出し、こ
れに応じたＩｐを読み込み、ガソリンエンジンの場合に
は点火時期Tign，ディーゼルエンジンの場合には噴射時
期Tinjに対する補正量Ｔ（Ip）を計算するか、あるいは
回転数Ｎと負荷Ｑのパラメーターとして示したマップよ
り検さくするかしてＴ（Ip）を求める。この後、このＴ
（Ip）によりTignやTinjに補正を加え、これを出力す
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明で用いている気筒内圧検出
手段によれば、可撓性部材を薄板円板状の部材で形成す
ると共に、上記光ファイバ部材を、同心円状をなして３
重の環状に配列したファイバ素線で形成し、これら３重
の環状に配列したファイバ素線の中間に配置されている
ファイバ素線を照明用として用い、内周側のファイバ素
線と外周側のファイバ素線を反射光採集用として用いる
ようにしたので、気筒内の圧力に対して、ほぼ一次の比
例関係にある反射光が得られることになり、気筒内圧力
を精度良く検出することができ、従って、本発明によれ
ば、ノイズなどの影響を受けることなく、常に確実に、
しかも正確に筒内圧力を検出し、エンジン制御に適用す
ることができるから、従来技術の欠点を除き、筒内圧力
検出方式の利点を充分に活かして応答性に優れた制御を
行なうことができる気筒内圧検出式エンジン制御装置を
容易に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による筒内圧力センサの原理説明用の図
で、同図(a)は横断面図、(b)、(c)、(d)は動作説明図、
第２図はその特性図、第３図は本発明による筒内圧力セ
ンサの一実施例を示す縦断面図、第４図は同じくコネク
タを含む縦断面図、第５図はセンサ実装の一実施例を示
す説明図、第６図は筒内圧力センサに対する光学系の一
実施例を示す説明図、第７図はその動作説明用の波形
図、第８図及び第９図は同じく他の一実施例をそれぞれ
示す説明図、第10図(a)，(b)は筒内圧力センサからの信
号の取り込み方法の一実施例を示すブロック図とその動
作説明用の波形図、第11図(a)，(b)は同じく他の一実施
例を示すブロック図とその動作説明用の波形図、第12図
は本発明を適用した制御システムの一実施例を示すブロ
ック図、第13図は気筒内圧力変化を示す特性図、第14図
は筒内圧力とＡ／Ｆの関係を表わす特性図、第15図は着
火点検出動作の説明図、第16図は点火時期補正処理の一
実施例を示すフローチャート、第17図はＡ／Ｆセンサの
特性図、第18図はＯ₂センサの動作説明図、第19図はＡ
／Ｆ補正処理の一実施例を示すフローチャート、第20図
は筒内圧力特性からＡ／Ｆを求める他の一実施例の説明
図、第21図は圧力とＡ／Ｆの関係を示す特性図、第22は
ディーゼルエンジンの筒内圧力特性の説明図、第23図は
ノック検出の説明図、第24図はノック検出のための回路
の一実施例を示す回路図、第25図はその動作説明用の特
性図、第26図はノック制御に必要な補正処理の一実施例
を示すフローチャートである。１……照明用ファイバ、２……内側採集用ファイバ、３
……外側採集用ファイバ、４……ダイヤフラム、６……
センサハウジング、７……ファイバ束、８……充てん
材、10……ダイヤフラム室、14……筒内圧力センサ、20
0 ……点火プラグ、201 ……信号処理回路、202 ……マ
イクロコンピュータ、203 ……クランク角センサ、204
……空燃比センサ、205 ……イグニッションコイル、20
6……噴射弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭57−163128（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−29912（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−93958（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−28395（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの気筒内圧に応じてわん曲する可
撓性部材と、この可撓性部材のわん曲に伴なうその表面
での光の反射方向の変化を光量変化として取出す光ファ
イバ部材とを有する気筒内圧検出手段を備え、この気筒
内圧検出手段により検出した気筒内圧に応じてエンジン
の運転を制御するようにしたエンジン制御装置におい
て、上記可撓性部材を薄板円板状の部材で形成すると共
に、上記光ファイバ部材を、同心円状をなして３重の環
状に配列したファイバ素線で形成し、これら３重の環状
に配列したファイバ素線の中間に配置されているファイ
バ素線を照明用として用い、内周側のファイバ素線と外
周側のファイバ素線を反射光採集用として用いるように
構成したことを特徴とする気筒内圧検出式エンジン制御
装置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、上記気筒
内圧検出手段は、エンジンの点火プラグの金属胴部に取
付けられ、この金属胴部に形成されている圧力孔を介し
て気筒内に連通されるように構成されていることを特徴
とする気筒内圧検出式エンジン制御装置。