JPS60233374A - 往復動内燃機関の着火時期検知方法 - 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】 往復動内燃機関（以下これをＬ機関］という）燃焼室内
の燃料が着火する時期を検知の方法として最近、人工サ
ファイア等°の通視窓を炉焼室に設置し、あるいは耐熱
性の光ファイバ等を燃焼室に挿入することによって燃焼
室の燃焼により生ずる光エネルギー（以下これをし火炎
像］という）をとらえ、これを外部へ伝播させ公知の受
光素子受光面に導くことによって、火炎像を電気レベル
に変換したのち、このレベルの状況からその時期を検知
する方法があり、その−例としては特願昭！り−ＩＡＡ
ｊＪλなどが知られる。この方法は従前検知困難とされ
た機関燃焼室内の着火時期を容易に知り得る利点がある
反面、以下に述べるような理由によってその検知が安定
しにくい問題がある。

というのは、し燃焼室に挿入した光ファイバ等の受光面
に付着するすす等の汚損によって火炎像の外部への伝播
特性の獄下による検知レベルの舒下］、１燃焼室の火炎
像受光面の高湯化により、受光面に付着したすす、又は
、光フアイバ自体から発生する赤外線の受光素子に対す
る外乱の影響による検知レベルＳＮ比の以下］、および
、［外気温などの影響を受けての受光素子検知レベルの
特性変化１などによって、火炎像のレベルが変化しこれ
にともなって着火時期の検知が不安定になるためである
。

これらのいわゆる外乱に対する解決策としているいろな
方法が採られている。例えば、受光面の高湯化の影響は
受光すべき火炎像の波長帯によりどの方法が考えられ、
すすの影響が著しい場合ＩＫは、すすの影響を比較的受
けにくい赤外線領域の波長を検知する方法がある。また
受光素子の外気温によるレベル変化に対して、その影響
を大きく受ける赤外線検知用素子の使用をさけるなどの
方法があり、また、やむを得ず赤外線域のそれを用いる
必要が生じた場合には受光素子を冷却装置等を用い温度
管理するなどの方法が考えられる。しかし、いずれにせ
よ外乱防止法について伺らかの措置が一般には必要で、
これを用いた場合種々の技術的制限を受けるなどの問題
があった。

本発明はこのような問題を解決するため、後述の方法に
より、たえず火炎像の検知レベルを校正し、これによっ
て受光素子を用いて機関の常火時期を検知するに際し、
外乱の影響を排除することにある。以下に本発明の実施
例を述べるに先立って、これら問題点の詳細を述べよう
。

第１図は機関燃焼室の火炎像を前記の方法で外部へ伝播
させ受光素子で捕えた状況を示し、横軸にクランク角度
ＣＡ、、Ｊ＠’軸に受光素子の電気的レベルでみた燃焼
室火炎像検知レベルである。

図において、線図Ａは今述べた外乱のない状態の下で岸
φを検知したものとすると、本線図は機関の上死点附近
の燃料の着火が予想される時期の直前（以下これを［燃
焼開始点１とい５）Ｆに至った直後から燃焼レベルは上
昇しおおむね下死点ｔＪＤｃに至るまでの間に図示のよ
うな変化を行う。

同一のモードで、同一燃焼レベルを機関が保持した場合
に、検知した燃焼レベルは燃焼の不整がない場合、本来
同一の燃焼レベルを維持するが、実際には前記の外乱の
影響でたとえ燃焼不整のない炉焼状態であってもつぎに
述べるように、検知レベルが変化することがある。

線図Ｂはその一例として燃焼室火炎像受光面へのすす等
の付着により、レベルが低下した例を示し、線図Ｃは受
光面附近の高温化により附近から放射される赤外線を受
光素子が検知し、これによって全体のレベルが上昇しＳ
Ｎ比が低下したものの例を示す。線図りは外気温の影響
を受け、受光素子の検知レベルの特性自体が変化した一
例を示す。実際の外乱はこれらの状態が複信して生ずる
場合が多〜・０このように外乱により検知レベルの絶体
値が祷雛に変化するため、この検知レベルをそのまま機
関の備火時期検知に用いることはいろいろと難点がある
。

しかし、これらの各状態のレベル変化をみると、いずれ
も共通の特徴、すなわち、燃焼開始点Ｆに至るまではそ
れ以前の吸入、圧縮の行程を通じほとんどレベルが同一
であるに反し、燃焼開始点をすぎ機関の燃焼が開始され
ると急激にレベルが上昇する現象が見られる。従って火
炎像の検知レベルによって機関の着火時期を検知する場
合、レベルのム識な上昇が予想される附近を基準として
いわゆる校正を行い、かく校正されたレベルにより着火
時期の検知を行うこととすれば、たとえ検知レベルが外
乱の影響をうけて第２図に示すように変動しても、これ
ら外乱を大巾に排除することができる。そしてこのよう
な方法をとった場合、外乱による検知レベルの変化が、
第１図ＡｐＤに示すように上下方向に平行移動する場合
（このようなケースは受光素子が温度の影響をうけ特性
が変化した場合に生ずることが多い。〕には外乱の影響
をほぼ完全に排除し、燃焼レベル変化を正確に把握でき
る。また、外乱を完全に排除するに至らない場合でも、
校正が行われることによって、開始点Ｆ附近の検知レベ
ルは常に同一レベルを保持することになり、着火時期検
知を行う上で好都合である。しかも、校正を行うべき時
点であるレベルの急上昇が予想される時点、すなわち燃
料着火時期の直前は、クランク角度や燃料制御機構、例
えば、点火装置や燃料噴射装置の作動状況からきわめて
容易に検知し得る。

つ升ディ了１致属し機関の燃焼室に耐熱性の光レアイバ
を挿入することによって機関燃焼室の火炎像を外部へ伝
播させ、これを光ファイバの他端に設けた受光用素子を
用い火炎像を電気的レベルに変換し、かく変換したレベ
ルを用いて本発明を実施した場合の一寅施例を第一図に
示すブロック図に基づいて述べてみよう。図においてデ
柔−ゼル機関ＥＮに駆動される噴射ポンプＦｌは図示し
ないタンクから供給される燃料Ｑを行程毎に圧縮し、噴
射管ＦＰを介しノズルＮＺから燃焼室ＣＣへ噴射する。

かく噴射された燃料が燃焼する燃焼室ＣＣの隔壁を貫通
して設置された耐熱性の光ファイバＯＦの先端にある受
光部ＯＤは燃焼室ＣＣ内の火炎像を検知しやすい箇所を
選んで設置されている。

同ファイバの他端には公知の光電変換素子ＯＥが設置さ
れ、本素子は定められた波長域にある受光エネルギーを
公知の手段により増幅器ｌを用いて電り的レベルに変換
する機能を有し光ファイバＯＦを経由して入力される燃
焼室ＣＣの火炎像を電気レベルに変換し公知のゲートコ
に出力する。機関情報を入力する行稈検知器ダはこれら
コつの情報を入力し、内蔵するカウンタ等を用い、機関
ＥＮが燃焼を行い得る最大期間、すなわち、第７図に示
すところの開始点Ｆ附近からおおむねクランク角度の下
死点ＵＤＣ附近までの開動作となってその旨の情報をゲ
ートコに出力し、これを受けてゲートコは増幅器ｌで雷
り的レベルに変換された火炎像をゲートコが動作となっ
た期間だけ公知のレベル変換器を含む校正器３に出力す
る。機関ＥＮの燃焼期間附近に限ってかような方法によ
り校正器３に出力される火炎像は、燃焼開始点、すなわ
ち入力が開始された時点でレベルを予め定められた特定
のレベル、例えば０に公知の方法で変換・校正し、かく
校正されたレベルを基準として、その時点以後はゲート
コが動作となっている間に限りゲートを経由して入力さ
れる入力レベル全てを変換して出力する。かような方法
によりレベルの校正が行われた場合、例えば第７図に示
すレベルを校正ｌ場合号ら３図に示すごとく第１図のレ
ベルＡがＡ′に、ＣがＣ′に、さらにＤがびに校正出力
される。このように校正がなされた火炎像の検知レベル
はその校正がなされる以前のものに比べると外乱の影響
を排除したものとなっているので格段信頼性が向上した
ものとなる。前記の実施例では第一図におけるゲートコ
が動作を開始する燃焼開始点はクランク角度検知器ＣＡ
、Ｄにより検知されるため、モードのいかんにかかわら
ず一定である。

しかし、校正を行う時点は本来の主旨からもなるべく実
際の燃焼がなされる直前が好ましい。ところ力（４Ｓ、
関の燃料着火時期は機関回転数に応じいわゆる進角制御
が行われるので、前記実施例の如く炉焼開始点をモード
ＫＰＡ係なく一定とした場合には実際の燃料着火開始時
期と燃焼開始点との間に相当の差異が生じ、校正が必ず
しも実際の燃料の着火開始時期直前になされないという
問題が生ずる。しかし、実際の燃料着火開始時期は機関
によってかなり正確に予想できる。例えば火花点火機関
でのその時期は膚火時期の直りであり、ディ°−ゼルー
円は燃−門ｆ開始時期の直後、さらにより真近をめるな
らば噴射弁ノズルのリフト動作開始の直後であって、し
かもこれらの時点、すなわち機関の燃料着火開始指令時
点はいずれも公知の手段で容易に検知し得る。従って、
火炎像検知レベルの校正を着火が予想される直前の時点
に行えば、モードのいがんにかがゎらず、常に好ましい
時点で校正を行うことができる。

この方法を第２図に示すディーゼル機関ＥＮＫ適用した
場合の一例について辻べてみると、ノズルＮＺの針弁動
作をとらえるなど公知の方法を用いてノズルＮＺの燃料
噴射の時期を検知する噴射時期検知器ＮＴ）が捕えた情
報はクランク角度検知器ＣＡＤから出力される情報に代
えて機関ＥＮが燃焼開始点に至った旨の情報として行程
検知器４ＩＶＣ入力され、以下さきに述べたと同様にし
て、ゲートλを動作させる。この方法を採れば、ゲート
コの動作開始時点は、ノズルＮＺの噴射開始時期、すな
わち、着火開始指令時点である。この時点にゲートを動
作させることにより、火炎像の検ｆする着火検知器！へ
入力する。着火検知器Ｓは予め試験等を行って燃焼室で
実際に着火状態となった際得られる検知レベルをＬ着火
レベル］として内蔵のバタン発生器に記憶させておく。

しかして、校正器３がら出力された情報を入力した着火
検知器ｊはその情報を前記のバタン発生器のバタンと比
較し、その例を第３図に示すように出力が着火レベルを
超過した時点を検知し、その時点においてその旨を着火
時期検知情報ＦＤとして出方する。

以上のべた方法で着火検知を実施した場合、第３図に示
すように校正かれた火炎像の検知レベルがなだらかに上
昇した場合には着火検知の信頼度についてあまり問題は
ないが、しかし検知レベルが乱れたもの例えば瞬時のレ
ベル急上昇などがあった場合、着火検知が必ずしもうま
く行かないケースがある。このような場合、検知レベル
を時間、又はクランク角度で積分し、かくして得た値が
ある一定値に達したことをもって着火゛−を検知すれば
、検知レベルの乱れの影響をある程度まで排除し得る。

第ヂ図はそＱご実施例を示すブロック図で、第一図と重
複した構成については説明上特に必要なもの以外は図示
しない。公知の積分器６は行程検知器ダがらの情報を入
力し、機ｒｙＡＥＮの燃焼が予想される期間内だけ動作
となってパルス式速度発ｓｊ機ＴＧがらのパルスにより
校正器３がら入力される検知レベルを積分し、これを第
２図に示したとほぼ同じ構成からなる着火検知器ｒ／に
出方する。同検知器は入力の積分されたレベルが予め定
められた値を超過したことを検知して着火がなされた旨
の着火時期検知情報ＦＤを出方する。なお、第９図にお
いて、パルスで積分することに代えて、図示点線で示す
ように公知のクロック７から出力されるクロックパルス
を用いて時間で積分することとしてもよい。つぎにこの
ようにして得た機関の着火時期検知情報１”　Ｄを用い
、燃焼室に供給され燃料が所定のタイミングで着火した
ことを検知する方法を示したブロック図が第５図である
。図において、前記情報を入力する公知のアンドグー）
　ＡＮＤの他方には機関の燃料着火開始指令時点を告知
す工蒼報として第一図の噴射時期検知器ＮＤからのノズ
ルＮＺから燃焼室ＣＣへ燃料噴射をなした旨の情報が公
知の遅延回路ｔを介して入力される。当該遅延回路には
着火開始指令がなされた時点から燃焼室ＣＣで燃料が定
められたレベルでの燃焼が開始されるまでの時点、すな
わち着火時期検知情報ＦＤが出力される時点までの間の
いわゆる着火遅れ時間が遅延時素として設定されている
。か（構成において、着火開始指令時点（本機関におい
ては燃料噴射が行われた時点）から所定時間が経過した
徒に、着火時期検知情報ＦＤが出力されたことをもって
燃焼室で所定レベルの炉焼がなされた旨の情報（燃料着
火時期に異常のない旨を告知する情報）ＦＭが出力され
、本情報を単独に、あるいは機関の行程や燃料噴射のタ
イミングなどと組み合せることによって機関の運転状態
の監視などに用いることができる。また本発明の他の実
施例として本実施例と逆に燃料着火開始指令時点から一
定時間経過後、着火時期検知情報ＦＤが出力されないこ
とを公知のオアゲートなどを斥込ニ検ｑうこれをもって
燃焼に異常がある旨を検知する方法などが考えられる。

第一図の実施例はディーゼル機関についてのものである
が本発明は他の往復動機関、具体的には火花点火機関な
どにおいても火花点火時期をもって燃料の着火が予想さ
れる時点、又は、燃料着火開始指令時点とすれば全く同
じ考え方で本発明が実施できる。以上述べたように本方
法により、往彷動内燃機関の燃焼室の着火時期を各種外
乱を排除し、高い信頼度をもって検知し得る。

【図面の簡単な説明】

算１図は機関炉焼室の火炎像を受光素子で電気的レベル
に変換検知した状況の例を示し、第２図は本発明の実施
例を示す機関の構造概念図を含む１１２２図である。第
３図は第１図を本発明の方法により校正した場合の例を
示し、φ 参図、及び、第３図は本発明の実施例を示１０ツク図で
ある。 ＥＮ・・・機関、ＣＣ・・・燃焼室、ＯＤ・・・受光部
、ＯＦ・・・光ファイバ、’ＣＡＤ・・・クランク角度
検知器、ＯＥ・・・光電変換素子、ｌ・・・増幅器、コ
・・・ゲート、Ｊ・・・校正器、ダ・・・行程検知器、
ｒ、ｓｉ・・・着火検知器、ＮＤ・・・噴射時期検知器
、６・・積分器、り・・・クロック、ｔ・・・遅延回路
。 オ　１　図 、ｆ２　図 、ｌＴ３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）往復動内燃機関燃焼室の燃焼火炎像を外部へ伝播す
   る手段を設けるとともに、当該手段の他端に設けた受光
   用素子を用い外部へ伝播した火炎像を電気的レベルに変
   換することにより燃焼室の燃焼状況を検知するものにお
   いて、機関の行程を検知することによって燃焼室の燃料
   着火が予想される時点より前の時点において検知レベル
   を校正し、かく校正されたレベルを用い、当該レベルが
   特に定められたレベルを超過したことをもって、往復動
   内燃機関燃焼室の燃料が着火したことを検知することを
   特徴とする往復動内燃機関の着火時期検知方法。 コ）往復動内Ｐ機関燃焼室の燃焼火炎像を外部−へ伝−
   播する手段を設けるとともに、当該手段の他端に設けた
   受光用素子を用い外部へ伝播した火炎像を電気的レベル
   に変換することにより燃焼室の燃焼状況を検知するもの
   において、機関の行程を検知することによって燃焼室の
   燃料着火が予想される時点より前の時点において、検知
   レベルを校正し、かく校正されたレベルを経過時間で積
   分し、当該積分値が定められたレベルを超過したことを
   もって、往復動内燃機関燃焼室の燃料が着火したことを
   検知することを特徴とする往復動内燃機関の着火時期検
   知方法。 Ｊ）校正されたレベルを経過時分で積分することに代え
   て機関の回転角度で積分することを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の往復動内燃機関の着火時期検知方法
   。 ＩＩ）往復動内燃機関燃焼室の燃焼火炎像を外部へ伝播
   する手段を設けるとともに、当該手段の他端に設けた受
   光用素子を用い外部へ伝播した火炎像を電気的レベルに
   賛換することに→燃焼室の燃焼状況を検知するものにお
   いて、機関の行程を検知することによって燃焼室の燃料
   着火が予想される時点以前において検知レベルを校正し
   、かく校正されたレベルを用い当該レベルが定められた
   レベルを超過したことをもって燃料が着火したことを検
   知する情報が、燃料着火開始指令がなされた時点から定
   められた時間内に出力されたことをもって機関の燃料着
   火時期に異常がないことを検知することを特徴とする往
   復動内燃機関の着火時期検知方法。 ３）燃料が着火したことを検知する情報が燃料着火開始
   指令がなされた時点から定められた時間内に出力される
   ことに代えて出力されないことをもって機関の燃料着火
   時期が異常なことを検知することを特徴とする特許請求
   の範囲第参項記載の往復動内燃機関の着火時期検知方法
   。