JPS63302163A

JPS63302163A - リ−ンバ−ン制御装置

Info

Publication number: JPS63302163A
Application number: JP62138071A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kuroiwa; 弘黒岩; Takashige Oyama; 宜茂大山; Toshiji Nogi; 利治野木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-06-03
Filing date: 1987-06-03
Publication date: 1988-12-09
Anticipated expiration: 2010-10-11
Also published as: JPH0794808B2

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制御装置に係り、特にり−ンバーン
機関の空燃比、点火時期を目標の領域に好適に制御する
手法及びそのための手段に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のリーンバーン制御装置は、特開昭６１−２７９７
４７号公報に記載のように、排気ガス中の酸素濃度に対
応した出力信号を生ずるリーンセンサにより制御された
空燃比を検出し、これが目標のリーン空燃比と同じくな
るように閉ループ制御するようになっていた。

この目標のリーン空燃比は、第３図に示すように、機関
の失火限界空燃比と、排気規制値クリアのために必要な
ＮＯｘ限界から定まる空燃比とで狭まれた空燃比域、す
なわち制御目標域内の特定の空燃比に設定していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術においては、機関の経時変化に対しての配
慮が十分でなく、上記の設定したり−ン目標空燃比は経
時変化にかかわらず一定値であった。経時変化、燃料性
状変化、大気条件変化等があると失火限界は濃い空燃比
側に移行することが予測されるので、従来はこの分を見
込んで予めリーン目標空燃比を第３図の制御目標域の左
側よりに設定するようにしていた。そのため、燃費が犠
牲になるとともに、車重量が増加するとＮＯｘの排出量
が大きくなり、規制値のクリアが苦しくなる等の間層が
あった。

本発明の目的は、上記した経時変化等が生じてもつねに
好適に制御目標域を決定でき、そこに制御できるリーン
バーン制御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、失火限界とＮＯｘ限界とを検出することに
より達成される。この両者は空燃比と点火時期に対して
第４図のような特性を有している。

点火時期の遅れ側失火限界（の）と進み側失火限界（■
）とで失火限界は構成され、ＮＯｘ限界は点火時期が進
むほどリーン空燃比側となる。

リーンバーン化して車重量に対する機関トルクが小さく
なるほどＮＯｘ限界は第４図の右方に移行し１両者で囲
まれた制御目標域はより小さくなり、制御が難かしくな
る。

失火サイクルは火花が飛んでも火炎核が生成されない着
火不良サイクル（第４図■）と、着火が行われても火炎
の成長がない火炎伝播不良サイクル（第４図））とがあ
るが、いずれにしても燃焼火炎光はほとんど生じないサ
イクルである。

したがって、燃焼光の強度あるいは燃焼温度より失火サ
イクルは検出できる。一方、ＮＯｘは燃焼温度のパラメ
ータであることが知られている。またＮＯｘの発光スペ
クトルは５．３μｍの波長であり、この波長の光強度が
ＮＯｘの濃度の関数になっていると云われている。

したがって、上記目的は機関の燃焼室内の燃焼光あるい
は燃焼温度より、失火サイクル、ＮＯｘ濃度を検出する
ことにより達成される。

〔作用〕

したがって失火サイクルとＮＯｘ濃度により定まる制御
域に点火時期と空燃比を定めるようにする。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例の詳細を説明する。第１図は本発
明の制御フローの概要図である。ステップ１．ステップ
２で空燃比Ａ／Ｆ、点火時期Ａｄｖ。

失火、ＮＯｘの信号をマイクロコンピュータから成るデ
ィジタル演算装置に入力し、ステップ３で失火限界、Ｎ
Ｏｘ限界から定まる制御目標域に上記失火信号、ＮＯｘ
信号が入っているかどうか判別する。制御目標域外の場
合、ステップ４の補正運転モードに移行し、　Ａ／　Ｆ
　、　Ａｄｖ、を制御し、制御目標域内に入るように制
御する。制御目標域内の場合、ブロック５の通常運転モ
ードに移行し、通常の制御を実行する。

第２図は本発明の概念図である。エンジン６の失火状態
を検出する失火検出器７．エンジン６で生成された、あ
るいはエンジンから排出されたＮＯｘの濃度に対応した
信号を出力するＮｏス検出器８、この面検出器の信号を
入力するマイクロコンピュータよりなるディジタル演算
装置９、このディジタル演算装置９には、このほかにエ
ンジン６に供給された混合気の空燃比Ａ／Ｆ信号、点火
時期信号Ａｄｖが入力される。これらの情報より、ディ
ジタル演算装置９では第１図で示したごとき制御フロー
により、通常運転モード１０か補正運転モード１１かを
選択し、いずれかのモードを実行し、それぞれ点火時期
制御手段１２．燃料量又は空気量制御手段１３に制御信
号を出力し、Ａｄｖ、Ａ／Ｆの制御を実行するようにし
て本発明は構成される。

本発明の制御方法を第４図を用いてさらに説明する。失
火限界を考慮すると、第４図失火限界線の左方に、ＮＯ
ｘ限界を考慮すると、図示ＮＯｘ限界線の右方にする必
要があり、結局両者を考慮すると、この両者で囲まれた
制御目標域に制御する必要がある。ここで、前記した失
火検出器で失火状態であると検出し、そのときのＡ／Ｆ
、Ａｄｖ値から図示ＯのＰｌの点であったとすると、Ａ
／Ｆをリッチの方向に制御して２２点にし、失火状態で
なくする。そしてＮＯｘ検出器で検出した値が前記ＮＯ
ｘ限界の許容値以下であれば制御目標域に制御されたと
判断する。一方、図示２３点のごとき位置で、ＮＯｘ検
出器での検出値が許容値以上であった場合、Ａ／Ｆをリ
ーンの方向に制御してＰａ点にし、ＮＯｘを許容値内と
なるよう制御する。この場合、失火検出器で検出した信
号が失火状態でないと判断すると、これによって制御目
標域に制御されたと判断し、以後の補正制御を中断する
。

次に図示Ｐ２１の点のような位置で、ＮＯｘ検出器での
検出値が許容値以上であった時、前記と同様にＡ／Ｆを
リーンの方向に制御してＰａ点にし、ＮＯｘを許容値内
に入れる。しかし、この場合失火検出器で失火状態であ
ると判断するので、両者の条件を満足しなくなる。この
場合、いったん２６点にもどって、点火時期Ａｄｖを遅
らせる方向に、Ａ／Ｆをリーンの方向に制御してＰ７の
点に到達させる制御、あるいはＰａの点からＰ７の点に
移行する制御を行わせる必要がある。

次に図示Ｐ８の点のような位置で、ＮＯｘは許容値内で
あるが、失火限界を越えていると判断した場合、Ａ／Ｆ
をリッチ化してＰ９にし、失火限界から脱出する。しか
し、この場合Ｐａ点ではＮＯｘが許容値以上となるので
、いったんＰａにもどって点火時期Ａｄｖを所定値進め
、同時にＡ／Ｆをリッチ化してＰｌｏの点に到達させ、
失火、ＮＯｘの両者を満足させる制御を行う必要がある
。

この他ｐｅからＰｌｏに移行する制御でも良いことは先
に述べた通りである。

第５図は本発明になるリーンバーン制御装置の全体構成
図である。エンジンの失火状態、ＮＯｘ濃度を検出する
機能を有した燃焼センサは、エンジン２２の燃焼室２３
に開口する形で取り付けられた燃焼検出端２１．燃焼検
出端２１と光信号処理回路２５の間の光伝送を司どる光
フアイバケーブル２４．光信号処理回路２５より構成さ
れている。

燃焼検出端２１は第６図に示すような点火プラグと一体
となったタイプものでも、第７図に示すようなスタンド
アロンタイプのものでも良い、第５図では前者の検出端
を装着した場合を例にとっている。この場合、燃焼検出
端２１には点火装置２６を介してマイコンコンピュータ
内蔵のコントローラ２７より点火パルスが与えられ、点
火プラグとしての機能ももたせている。

光信号処理回路２５で光電変換、信号処理された燃焼光
信号あるいは燃焼温度信号はコントローラ２７に導びか
れる。コントローラ２７にはその他に、空燃比センサ２
８で検出した空燃比信号（酸素センサでも可）、絞り弁
開度センサ２９あるいは絞り弁開度スイッチ２９からの
絞り弁開度情報信号、エアフローセンサ３０で検出した
空気流量信号、水温センサ３１で検出したエンジン冷却
水温信号、回転センサ３２で検出したエンジン回転数信
号、クランク角度信号１等が入力される。

コントローラ２７ではこれら複数の信号の演算処理によ
り最適燃料量、最適点火時期等を決定し。

インジェクタ３３１点火装置２６にそれぞれ制御信号を
出力する。インジェクタ３３ではこの制御信号により最
適燃料量を噴射し、エンジンに供給する。一方、点火装
置１２６では上記制御信号によって点火プラグ２１に火
花放電を最適点火時期で行われる。

第５図の場合、マルチポイント燃料噴射システムを例に
とっているが１本発明はこれに限定されることなく、気
化器、シングルポイン燃料噴射システム等のいずれでも
良い。また、エアフローセンサ３０を用いた空気流量直
接計量方式を例にとっているが、エンジン回転数と吸入
負圧より空気流量を算出するスピードデンスイテイ方式
、エンジン回転数と絞り弁開度より空気流量を算出する
方式等、その空気計量方式はいずれでも良い。

第６図は点火プラグ一体型の燃料検出端の要部断面図で
ある。点火プラグの中心電極３４．高電圧ターミナル３
５の中心軸上を貫通する形で先導体である直径１．０〜
１．５＋ｎｍ程度の石英ガラスファイバ３６が配設され
ている。これら王者と電気的絶縁碍子３７との固着はシ
ール部３８で導電性ガラスシール材の加熱溶融封着によ
ってなされている。火花放電のための高電圧は、高電圧
ターミナル３５．導電性ガラスシール部３８を介して中
心電極３４に導びかれ、接地用電極３９との間で火花放
電を行わせる。燃焼室側の石英ガラスファイバ先端部３
６ａは突レンズ状あるいはフラット状、テーパ状等各種
の形状が考えられるが、燃焼室形状と燃焼検出端２１の
設置角度等から適宜最適のものを選べば良い。

第７図はスタンドアロン型の燃焼検出端の要部断面図で
ある。エンジンへの装着ねじ部４０を有する金属ハウジ
ング４１及び、光フアイバガイド端子４２の中心軸部を
貫通する形で石英ガラスファイバ３６が配設されている
。この王者の固着は第６図の場合と同様、シ・−ル部３
８でガラスシール材によって加熱溶融封着で行っている
。なお第４図の説明では省略したが、このシール材は６
００〜８００℃程度に融点があるものを使用し、このシ
ール部がエンジンからの伝熱、放射等により高温となっ
ても十分シール性、固着性が確保できるようにしている
。また、石英ガラスファイバ先端部３６ａは第６図の場
合と同様に構成すれば良いので、ここでは説明を省略す
る。

失火検出の方法としては、従来、エンジンの回転変動の
大きさから推定して求めるものが一般的であったが、本
発明では燃焼に伴う燃焼火炎光の強度あるいは燃焼に伴
う燃焼温度の大きさより失火を検出する方法を採用して
いる。

ＮＯｘの濃度の検出方法としては、本発明では燃焼室内
の燃焼温度とＮＯｘ濃度とが対応関係にあることに着目
し、燃焼温度からＮＯｘを求める手法を用いている。ま
た、他の方法として、ＮＯｘの発光スペクトルが５．３
μｍであることに着目し、この波長帯の燃焼光強度から
ＮｏＸ濃度を求める手法も用いている。さらに他の方法
として燃焼室直後の排気ガス温度が燃焼温度とほぼ対応
することに清目し、この排気ガス温度よりＮＯｘ濃度を
類推する手法も有効である。

以上の失゛火、ＮＯｘの検出手法を整理すると、（１）
燃焼光の強度より失火、ＮＯＸを検出する方法（２）燃焼温度検出により失火、ＮＯｘを求める方法に分類できる。

まず（１）の燃焼光の強度より失火、ＮＯｘ検出を行う
方法について述べる。この方法の場合、燃焼検出端２１
の先端部３６ａは第６図、第７図のごとく、その表面は
研磨等を施こして透光性を十分確保するように構成する
。

第８図はこの場合の光信号の伝送、信号処理の概念的構
成図である。燃焼光検出端２１はエンジンの各燃焼室２
３に開口する形で装着される０本発明は特定の１つの燃
焼室のみを検出する方式でも′良い、各燃焼光検出端２
１ａ、２１ｂ、２１ｃ。

２１ｄからの光信号は光フアイバケーブル２４ａ。

２４ｂ、２４ｃ、２４ｄで光信号処理回路２５に導びか
れる。ここで光フアイバケーブル２４としては耐熱温度
が１４０〜１５０℃程度以上の高耐熱性プラスチックフ
ァイバが望ましい。プラスチックファイバの場合、各フ
ァイバを第８図のごとく溶融させて一本に合成した単芯
統合ファイバ４３を容易に作りやすい、四サイクルエン
ジンの燃焼行程は４サイクル中の１サイクルであり、４
気筒（燃焼室）エンジンの場合、各燃焼室の燃焼行程は
約１８００ごとに順次繰り返えされる。また６気筒エン
ジンでも１２０°ごとであり、各燃焼室間の燃焼行程の
オーバーラツプは６０６とわずかである。したがって、
単芯統合ファイバ４３としても、各燃焼室からの光信号
はほとんどオーバーラツプせず１時間的に間欠で光信号
処理回路２５に導びかれるので、どの気筒（燃焼室）の
光信号かの識別は容易に行える。もちろん、ファイバを
統合せず、各気筒ごとに単独に光伝送する方法でも良い
ことは云うまでもない。第９図は光信号処理回路２５の
構成図である。単芯統合ファイバ４３によって導びかれ
た燃焼光は再び二分岐され、ＮＯｘ濃度検知用４４と失
火サイクル検知用ファイバ４５に導びかれる。ＮＯｘ濃
度検知用の光は５．３μｍの波長帯のみを通過させる光
学フィルタ４６を介して第１の光電変換素子４７に導び
かれる。ＮＯｘ濃度に対応した光強度を検出し電気変換
する。一方、失火サイクル検知用の光は直接筒２の光電
変換素子４８に導びかれ電気変換される。電気変換され
た信号は電気信号処理部４９．５０によって処理されコ
ントローラ２７に送られる。ここで、この方式の場合５
．３μｍという赤外域の光を伝送する必要があるので、
前記したプラスチックファイバのごとく光導体では伝送
損失が大きくて十分な光が光信号処理回路２５まで導び
かれない可能性がある。したがってその場合、赤外域の
光透過性に優れたフッ素系の光ファイバを用いれば良い
、そして、プラスチックファイバのごとく溶融させて複
数本を一本にすることができない場合、光信号処理回路
部で光学素子によって一本化するか、気筒（燃焼室）に
対応して各々光電変換素子を設けるかのいずれかの方策
をとれば良い。

このようにして得られた失火信号、ＮＯｘ信号は第８図
に示すようにコントローラ２７に導びかれ、他の複数の
エンジンパラメータ信号５１とともに、演算処理が行わ
れ、空燃比５２２点火時期５３の制御が行われる。

第１０図は第８．第９図に示した方式を用いた場合のＮ
Ｏｘ濃度と５．３μｍ帯の燃焼光強度信号の関係であり
、はぼ比例関係にあるので、第９図の信号出力端４９ａ
から出力される電気信号はＮＯＸ濃度とほぼ対応した値
となる。

第１１図は第８．第９図に示した方式を用いた場合の失
火状態の検出波形例である。第９図の信号出力端５０ａ
から出力される燃焼光強度の電気信号と燃焼圧力信号と
を同時に検出し、失火の判別を行った０図からも明らか
なように失火すると燃焼光強度はゼロとなり山状の波形
は生じない。

一方、燃焼圧力もコンプレッション圧だけとなり燃焼に
伴う圧力上昇がみられなくなる。したがって、第１１図
のＳのごとくスライスレベルを設け、この値以下の信号
時は失火であるとして、この失火サイクルだけ失火信号
パルスを形成してコントローラ２７に伝送することによ
り失火情報は逐次コントローラに送られる。

第１２図は第１１図に示した燃焼光強度信号の各サイク
ルごとのピーク値Ｖｐの数サイクル分の平均値Ｖｐを空
燃比１点火時期に対して等高線で表わした図である９図
示のＶｐｉのごとく添字の数が小さいものほどそのビー
ン値が大きく、Ｖｐ−が最も小さい、第１２図から明ら
かなように、ｖＰの等高線は失火限界（破線部）の曲線
と良く対応した形であり、この数サイクル分の平均値Ｖ
ｐを用いて失火判定を行っても良い。

第１３図はＮＯｘ許容限界の判定のためのフローチャー
トである。第９図の光電変換素子４７゜電気信号処理回
路４９を介して光電変換された信号（ステップ５１）は
コントローラ２７に導びかれ、ステップ５２でＮＯｘ信
号として入力される。

ステップ５２では第１０図に示・した特性を考慮してＮ
Ｏｘ濃度を算出する。この場合、燃焼サイクル数十回の
平均値を求めるのが良い６ステツプ５４ではその運転状
態におけるＮＯ！許容値（第４図のＮＯｘ限界線の右側
の領域を満足する値）とステップ５３で算出したＮＯｘ
値とを比較し、許容値内に算出したＮＯｘ値が入ってい
るかどうか判定する。許容値内の場合、通常運転モード
のステップ５５に、また許容値外の場合には、補正運転
モード５６に移行し種々の制御を実行する。

第１４図は失火状態判定のためのフローチャートである
。第９図の光電変換素子４８．１！気信号処理回路５０
を介して光電変換された信号（ステップ５７）は電気信
号処理回路５０でステップ５０の失火パルス形成を行う
、すなわち、ステップ５８では第１１図に示したように
燃焼光強度信号波形が入力され、第１１図に示したよう
な所定のスライスレベルＳに一対して、各燃焼サイクル
に生ずる燃焼光強度信号波形のピーク値が大きいか、小
さいかで判定する。Ｓよりも小さい場合、そのサイクル
は失火であると判定し、そのサイクル内の所定期間、失
火パルスを発生し、出力する。

このようにして得られた失火パルスはコントロ−ラ２７
にステップ５９で入力される。そしてステップ５９から
発生させられた失火パルスはステップ６０で、所定の燃
焼サイクルの回数の間、カウントされステップ６１にそ
のカウント値を送る。

ステップ゛６１ではそのカウント値が所定値以上かどう
か判定し、所定値以上の場合、補正運転モード６２に、
所定値以下の場合には通常運転モード６３に移行する。

第１３図のＡ部、第１４図のＡ′部はコントローラ２７
で実行される。この両者の制御を統合し。

補正運転モードの詳細を記したフローチャートが第１５
図である。

コントローラ２７にはエンジン回転数ＮＢ　、空気流量
Ｑ＾　（負荷情報である吸気管圧力、絞り弁開度等でも
良い）の信号がステップ６４で入力され、さらにステッ
プ６５で空燃比Ａ／Ｆ　（この値をＸとする）、点火時
期Ａｄｖ（この値をＹする）の信号が入力される。

次にステップ６６では、第９図の電気信号処理回路５０
で形成された失火パルス（Ｍ）と、第９図の電気信号処
理回路４９で形成されたＮ０ｘ（Ｎ）の信号が入力され
る。なお、このＮの値は各燃焼サイクルごとにピークホ
ールドされた波形である。

ステップ６７ではＮＯｘの濃度をステップ６６で入力さ
れたＮＯｘ信号（Ｎ）より第１０図の特性を用いて変換
する。さらにこのステップではその変換された各燃焼サ
イクルごとのＮＯｘ濃度値を任意の数十回分で平均化処
理を行い、その平均値Ｎを算出する。ブロック６８では
このＮが、ＮＥ　、Ｑ＾から定まるエンジンの運転状態
に対応して予め定まるＮＯｘ濃度の許容値より大きいか
どうか判定し、大きい場合、ステップ６９とステップ７
０に移行する。また、小さい場合にはステップ７１と７
２に移行する。

一方、失火パルスＭはステップ７３で任意の所定燃焼サ
イクルの回数の間に何回あるかカウントされ、そのカウ
ント数Ｍ８はステップ７４に送られ、この数が予め定め
た数以下かどうか判定し、Ｍｘの方が大きい場合ステッ
プ７２と７１に。

ＭＸの方が小さい場合ステップ６９と７１に移行する。

ステップ６９，７０，７０，７２では入力されるそれぞ
れの二つの信号ラインの両者から信号が伝送されてきた
ときのみ動作するようになっている。

ステップ６９はＮ　Ｏｘが許容値外、失火が許容値内の
条件下のときに動作する。第４図で示すＰＲ＋Ｐ８＊Ｐ
６のごとき点が該当する場合である。この場合、Ｘ＝Ｘ
＋１とし、空燃比を所定値だけ大きくして希薄化し、そ
の制御信号をＡ／Ｆ補正制御ステップ７５に送る。ステ
ップ７５ではこの制御信号により空気量あるいは燃料量
を制御し、エンジンに供給様れる混合気の空燃比を前回
より希薄として送り込む。ここで第４図のＰａのような
場合、このモードの繰返しによりＰａ点のように両者を
満足する制御目標域に入り、ステップ７１の通常運転モ
ードへ移行するａ　Ｐ　ａ　ｔ　Ｐ　ｓのような場合、
ブロック６９を介したモードを繰返すとＰｇ　、Ｐａの
とと＜ＮＯｘは許容値内であるが、失火が許容値以上と
なる領域に入ってしまう、すなわち、ステップ７２の条
件となる。この場合ステップ７２では、ＮＥｅ　Ｑ＾か
ら定まるエンジンの運転状態に対応して予め設定した設
定点火時期Ｙｏとこのときの点火時期Ｙの偏差ΔＹをΔ
Ｙ　＝Ｙ　−Ｙ　ｏの形でとり、ブロック７６でΔＹが
正、すなわち、設定点火時期より進んでいるかどうかを
判別する。ΔＹが正すなわち第４図のＰａ点のような状
態であった場合、まず空燃比をステップ７７でＸ＝Ｘ−
０，５の形でＲｉｃｈ側に設定し、この信号をステップ
７５に送りＡ／Ｆ補正制御を実行する。また、これと平
行してステップ７８に移行し１点火時期をＹ＝Ｙ−１の
形で遅らせ側に設定し、この信号をブロック７９に送り
Ａｄｖ補正制御を実行しＰ７のごとき状態になるように
制御する。

一方、ΔＹが負、すなわち第４図のＰａのごとき状態で
あった場合、ステップ８０に移行し、空燃比をＸ＝Ｘ−
０，５の形でリッチ側に設定し、この信号をステップ７
５に送り、Ａ／Ｆ補正制御を実行するとともに、ステッ
プ８１で点火時期をＹ＝Ｙ＋１の形で進ませ側に設定し
、この信号をステップ７９に送りＡｄｖ補正制御を実行
し、Ｐｌｏのごとき状態となるように制御する。

次に、ＮＯｘ、失火とも許容値以上の場合、ステップ７
０に移行し、ΔＹ＝Ｙ−Ｙｏの形で点火時期の偏差を求
め、ステップ８２でΔＹ正かどうか判定する。正の場合
、すなわち第４図のｐＨのような状態の場合、ステップ
８３で空燃比をＸ＝Ｘ−０，１の形でわずかにリッチ側
に設定し、この信号をステップ７５に送りＡ／Ｆ補正制
御を行うとともに、ステップ８４で点火時期をＹ＝Ｙ−
１，５の形で多少大きめに遅らせ側に設定し、その場合
をステップ７９に送りＡｄｖ補正制御を実行し制御目標
域内に入るように制御する。一方。

ΔＹが負の場合、すなわち第４図のＰｘｘのような状態
の場合、ステップ８５に移行し、空燃比をＸ＝Ｘ＋Ｏ，
２の形でわずかにリーン側に設定し、その信号をステッ
プ７５に送りＡ／Ｆ補正制御を実行するとともに、ステ
ップ８６に移行して点火時期をＹ＝Ｙ＋１．５　の形で
大きめに進ませ側に設定し、その信号をステップ７９に
送りＡｄｖ補正制御を実行し制御目標域内に入るように
制御する。

このようにして制御目標域内に入れることができた場合
−ＮＥ　ｔ　Ｑ＾から作成したマツプテーブルにそのと
きのＸ、Ｙを記憶させておき、次回同様の制御を実行し
て新たなｘ、Ｙが得られたらこれを更新して学習する機
能を付加することが有効である。また、第４図のとと＜
、ｘ、ｙのマツプテーブル上で失火限界ライン、Ｎ　Ｏ
ｘ限界ラインを上記した制御の繰返しによって求め、記
憶させておくことも有効である。

次に前記した（２）の方法、すなわち、燃焼温度検出に
より失火、ＮＯｘを検出し制御する方法について述べる
。

第１６図は燃焼温度検出のための燃焼検出端２１の石英
ガラスファイバ先端部３６ａの詳細の一例である。第１
６図（ａ）はその軸方向断面、（ｂ）はｘ−Ｘのカット
新面である０石英ガラスファイバ３６の先端部は熱放射
面が大きくとれるような形状を任意に選定する。その表
面は黒体膜８７で覆い、その外周を耐熱性に優れた部材
１例えば石英ガラス８８、セラミックス８８等で覆い。

石英ガラスファイバ３６と融着結合する０石英ガラスフ
ァイバ３６先端部への黒体膜形成は、蒸着法あるいはス
パッタリング法等で行い、黒体膜８７および石英ガラス
ファイバ３６の表面への補強体８８の形成もやはり蒸着
法、スパッタリング法等で行えば良い、尚、石英ガラス
ファイバ３６に代えてサファイヤロッドを用いても良い
、黒体膜８７．補強膜８８は２〜５μｍ程度の薄膜が熱
容量の点から望ましい、しかし、十分な結合性が得られ
ない場合、上記より厚い膜とする。

黒体は温度に対して、放射エネルギを発生することが知
られており第１７図は黒体の分光放射エネルギと波長、
温度の関係を示した。ある波長に対して放射エネルギを
検出すれば温度を推定することができる０例えば第１７
図Ｐ点の波長の放射エネルギを検出することにより１０
００〜５０００℃の温度を求めることができる。

第１６図に示す黒体膜８７が燃焼ガスによって温度上昇
すると、すなわち燃焼温度が変化すると、それに伴って
黒体膜８７からはそれに対応した放射エネルギ（放射光
）が放射されるので、これを光学フィルタ（第１７図Ｐ
点の場合５５０ｎｍに透過性のあるもの）を介して光電
変換素子で受光することにより、燃焼温度に対応した電
気信号が得られることになる。

第１８図は光電変換素子の燃焼温度に対する光電流の特
性を示したものである。温度変化に対して光電流はＱｏ
ｇ目盛で変化する。したがって広い温度範囲の検出を行
う場合には、この光電流をｊｌｏｇダイオードを介して
対数圧縮し、線形化する等の手法を加味する。

第１９図は燃焼温度とＮＯｘの関係図である。

温度が高くなるほど、また空気過剰率λが大きくなるほ
ど、すなわち空燃比Ａ／Ｆが大きく１リーン空燃比にな
るほどＮＯｘの濃度は大きくなる。

しかし、燃焼室内の圧力はｌ　ａｔｅと５０ａｔｍ＋′
で大差なく、通常の燃焼状態では圧力の影響は無視でき
ることを示している。したがって、そのときの空燃比が
検出できれば、そのときの燃焼温度からＮＯｘは容易に
算出できることになる。空燃比は第５図に示したように
空燃比センサ２８によってその平均値的なものは検出で
きており、燃焼温度が検出できればＮＯｘ濃度は算出で
きる。

第２０図は燃焼温度検出方式の場合の信号処理回路２５
の構成である。単芯統合ファイバ４３によって導びかれ
た先端部３６ａの黒体膜８７からの熱放射光は特定の波
長（例えば７００ｎｍ）のみを通過させる光学フィルタ
８９を介して光電変換素子９０に導びかれる。この放射
光強度は温度の関数であるのでこの光電変換により燃焼
温度の情報が得られたことになる。失火サイクルの場合
、燃焼温度も当然上昇しない、したがって、所定の電圧
レベル以下の信号の場合、失火サイクルであるとして比
較器、波形整形器を通することにより。

失火信号を出力することができる。また、燃焼温度の絶
対値はＮＯｘ濃度とほぼ比例関係にあるので、光電変換
した掌気信号のピーク値あるいは積分値よりＮＯｘ濃度
に対応した信号を出力することができる。これらは電気
信号処理回路９１で行う。

すなわち、ｉａ気倍信号処理回路９１は各燃焼サイクル
に応じた燃焼温度信号波形を第１７図、第１８図の特性
を利用して形成させ、前記した第１１図の燃焼光強度信
号波形とほぼ同等の信号波形を作る。そして、失火時に
は燃焼温度上昇がないことを利用して、任意のスライス
レベルを設定して、各燃焼サイクルごとの燃焼温度信号
がこれを越えない場合は、失火パルスをその燃焼サイク
ル内で１コ発生させその信号を出力端９２より出力する
。出力端９３からは燃焼温度信号のピーク値を各燃焼サ
イクルごとにピークホール合した信号を出力するように
構成する。

第２１図はＮＯｘ許容限界の判定のためのフローチャー
トである。第２０図の光電素子９０で光電変換され、電
気信号処理回路９１で各燃焼サイクルごとにピークホー
ルドされた信号（ステップ９４）はコントローラ２７に
伝送され、ブロック９５で燃焼温度信号として入力され
る。またステップ９６で第５図に示した空燃比センサ２
８からの空燃比信号が入力される。ステップ９９では第
１９図に示したような燃焼温度を空燃比（空気過剰率）
に対するＮＯｘの特性曲線を用いてＮＯｘ濃度を算出す
る。さらに、燃焼サイクル数を十回分の平均値を算出し
、平均ＮＯｘ値としてステップ１００にこれを送る。ス
テップ１００ではその運転状態におけるＮＯＸ許容値と
この平均ＮＯｘ値とを比較し、許容値ないかどうか判定
する。許容値内の場合、通常運転モード１０１に、そう
でない場合には補正運転モード１０２に移行し、第１５
図と同様の制御を実行する。

第２２図の失火状態判定のためのフローチャートである
。第２０図の光電変換素子９０で光電変換され（ステッ
プ９４）電気信号処理回路９１で形成された失火パルス
（ステップ１０３）はコントローラ２７に伝送され、ス
テップ１０４で失火パルスとして入力される。ステップ
１０５で所定燃焼サイクル数の間、失火パルス数をカウ
ントし、この数値が予め設定した数値以上かどうか判定
する。所定値以下の場合、失火していないとしてステッ
プ１０１に、所定値以上の場合、失火しているとしてス
テップ１０２に移行し第１５図と同様の制御を実行する
。

第２１図のＢ、第２２図のＢ′部はコントローラ２７で
実行される。

なお、Ｂ、Ｂ’部の制御フローの詳細は第１５図と同様
であるのでここでは説明を省略する。

〔発明の効果〕

以上の本発明により、従来のリーンバーン制御装置のａ
ｈａであったＮＯｘ限界と失火限界から定まる極めて狭
い制御目標域への制御が容易に行えるようになり、エン
ジンの経時変化に伴う失火限界、ＮＯｘ限界の変動、車
重量変化に伴うＮ　Ｏｘ限界の変動、燃料性状変化に伴
う失火限界の変動等が生じても常に最適に制御が行える
。

これによって、燃費、排気（ＮＯｘ　）性能が向上する
ばかりでなく、運転性も向上する。また上記各種条件、
状態変化、大気条件変化等が生じても常に好適なエンジ
ン運転状態が得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例になるフローチャート図、第
２図は第１図のフローチャート図に対応した構成図、第
３図は空燃比、トルク、ＮＯｘの特性図、第４図は空燃
比、点火時期の特性図、第５図はシステム図、第６図、
第７図は燃焼光センサの断面図、第８図は本発明の細部
構成図、第９図は第８図の一部構成図、第１０図、第１
１図。第１２図は特性図、第１３図、第１４図、第１５図は本
発明の詳細フローチャート図、第１６図は黒体センサの
断面図、第１７図、第１８図、第１９図は特性図、第２
０図は処理回路図、第２１図、第２２図は詳細フローチ
ャート図である。６・・・エンジン、７・・・失火検出器、８・・・ＮＯ
ｘ検出第６１第ｑ起躬９図第１０図第１１昭第　／Ｚ　図ｆ、１６図第１７図傭　長（Ａｍ）塩層　じＣ）

Claims

【特許請求の範囲】１、エンジンの運転状態を検知する複数の検知手段及び
空燃比検出手段からの信号を入力するディジタル演算装
置と、このディジタル演算装置からの出力信号で空燃比
、点火時期が制御されるように構成されたものにおいて
、エンジンの失火状態検出器、ＮＯ＿ｘ濃度情報検出器を
設け、両者の信号から定まる許容安定燃焼領域に入るよ
うに空燃比、点火時期を制御するように構成したことを
特徴とするリーンバーン制御装置。２、特許請求の範囲第１項において、前記失火検出器は
エンジン燃焼光の強度を測定する検出器であり、また前
記ＮＯ＿ｘ濃度検出器はエンジン燃焼光の特定波長の燃
焼光の強度を測定する検出器であるリーンバーン制御装
置。３、特許請求の範囲第１項において、前記失火検出器お
よびＮＯ＿ｘ濃度検出器はエンジン燃焼光を温度に変換
する検出器であるリーンバーン制御装置。