JPS614870A - 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（以下これをし機関］という）の燃焼を
適正に行うためには燃料の着火開始時期をクランク軸回
転角度でみた最適位置に合致させるように燃焼を制御す
ることが好ましいことは広く知られている。このために
は本来ならば着火開始時期をまず正しく検知し、かく検
知した着火時期を最適位置に合致するようにいわゆる進
角制御を行うことが望ましい。しかし、高温高圧の燃焼
室で行われる燃焼の実態はもちろんのこと、その着火時
期を検知することすらきわめて困難である。ところが最
近人工サファイア等の通視窓を燃焼室に設け、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
Ｌ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、これによって機関の燃焼実態を把握す
る方法が採られつつありその一例としては特願昭５７−
１６６５３２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はもちろんのこと、燃
焼状況をも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検知レベルが安定しにくい問題が
ある。それらのうちの主なも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低下による検知レベルの低下
］、し燃焼室の火炎像受光面の高温化により、受光面に
付着したすす、又は、光ファイノく自体から発生する赤
外線の受光素子への外乱作用の影響による検知レベルＳ
Ｎ比の低下］、および、し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］などがあげられる。

本発明はこれらの問題を解決するために後述する方法に
よって検知した火炎像のレベルを微分し、方法に関する
ものである。

以１に不発りｊの実施例を述べるに先立って、これらの
外乱に関する間粗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の一例であって、横軸にクラ
ンク角度ＣＡ、縦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を示す。

図に１６いて、線図Ａは今述べた外乱のない状態の下で
燃焼を検知したものとすると、本線図は機関の上死点Ｔ
ＤＣ附近の燃料の着火が予想される時期の直前（以下こ
れをし燃焼開始点１という）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ＢＤＣ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
燃焼状態であってもさきに述べたように、検知レベルが
変化することがある。

線図Ｂ＆［七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、ＳＮ比が低下したものの一例を示す。また、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合して生ずる場合が多い
。このように外乱により検知レベルの絶体値が複雑に変
化するため、この検知レベルをそのまま機関の着火時期
検知に用いることはいろいろと問題が多い。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、燃燃開始点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のに反
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
の絶対値の変化をみるのでな（、単位時外、あるいは、
クランク一定回転角度、又は、ピストン一定格動量（以
下、これらをしタイミング］という）当りの変化量、す
なわち、微分値でみることとすれば、これら外乱に作用
されることなく、レペＡ・の急上昇点（着火点）を検知
できる。しかし、このような方法を実施する場合、実際
にはいろいろな問題が生ずる。１というのは、検知レベ
ルの変化が第１図の線図の線図Ａに示すようになだらか
な上昇及び下降変化を示すものであればよいが一般の燃
焼は線図「に示すように、一旦低下したレベルが再び上
昇するなど複雑な燃焼変化を行う場合があって、このよ
うないわゆる燃焼不整があるときには、前述の単なる微
分のみで検知を行うと錯誤検知を行う恐れがある。かよ
うな場合、錯誤検知を防止するためには燃料の着火開始
時期附近に限って検知を行うか、あるいはさらに特定期
間における燃焼の最初の立上りのみを検知する方法をと
るなどの方法が考えられる。

というのは実際の燃料着火開始時期は正確に予想できる
からである。例えば火花点火機関では点火時期の鼾もで
あり、ディーゼル機関は燃料噴射開始時期の直後、さら
に、より真近を求めるならば自動弁を用いたノズルの場
合には噴射弁ノズルのリフト動作の直後であって、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
、前記の微分検知を燃料着火開始指令時点から一定の期
間内に限ってのみ行うなど機関の行程を参酌して行うこ
ととすれば、第１図の線図Ｂ′に示すような着火開始時
期よりはるかに後に発生する不整燃焼に基く外乱を排除
することができる。そこで、以下には、このような方法
により燃料の着火が予想される期間附近のみに限定して
火炎像の検知レベルが急上昇する現象を検知し、これに
よって着火時期を検知する方法を述べてみよう。

第２図においてディーゼル機関囮に駆動される噴射ポン
プＦＩは図示しないタンクから供給され燃焼室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か設置され
、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１を用いて電気的レベルに変換す
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、公知のゲー至
った旨の情報として行程検知器４に入力される。

一方間検知器には機関クランク軸の微小な一定角度回転
毎にパルスを発生する公知のパルス式発電器ＴＧからの
パルスをも併せ入力し、内蔵のカラ限って動作となって
、前記のゲート２に対し動作指令を行い、同ゲートは動
作指令の行われた期間内に限って公知の微分器３に火炎
像の検知レベルを出力−する。前記微分器にはパルス式
発電器ＴＧ検知器５へ入力される。着火検知器５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
れる微分値をし着火レベル］として内蔵のバタン発生器
に記憶させておく。しかして微分器３がルを超過した時
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。なお、第２図において、パルス
式発電機ＴＧの出力パルスで微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６から出力されるク
ロックパルスを用い時間で微分することとしてもよい。

このような方法を採れば、着火検知のための微分値は燃
焼着火点からきわめて短い期間に限って出方されること
になるので、第１図線図Ｂ′に示したよう不整燃焼に対
して錯誤的な着火検知を防止し得る。

なお、本実施例では、このような燃焼不整の存在による
着火時期の錯誤検知発生を防止するため、火炎像検知レ
ベルの微分検知の実施は燃焼開始点附近に限定実施する
例について述べたが、このような錯誤検知の恐れのない
場合、あるいは他の手段を併用することによって錯誤検
知を防止し得る場合には微分検知のみを実施することと
してもよい。第２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
火花点孔機関などにおいても火花点火時期をもって燃料
着火開始指令時点とすれば第２図で示したと全く同じ考
え方で本発明を実施できる。また、着火が予想される時
点が機関の運転モードによりあまり変動しない場合には
、第２図に示したような方法、すなわち燃料の噴射時期
を検知することにかえて、クランク軸回転角度や動弁装
置などの動作位置を公知の方法で検知することをもって
、機関の行程を検知し、かく検知した情報によつ【燃焼
開始点を検知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ＦＤ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３図である。図におい
て、前記情報を入力する公知のアントゲ−）ＡＮＤの他
方には機関の燃料着火開始指令時点を告知する情報とし
て第２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
７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
遅れ時間が遅延時系として設定されている。かく構成に
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後に、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
レベルの燃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Ｕ〆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
ゲートなどを用いて検出し、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２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。

以上の実施例は、着火開始指令点から実際に燃焼室で着
火が行われるまでのいわゆる着火遅れを一定の基準の時
間と比較するものについて述べたが、時間に代えて機関
の行程を基準として比較する方法、例えば着火開始指令
点から定められた機関のクランク軸回転角度を経過した
後に燃料着火がなされたことをもって、着火が所定であ
ること、あるい、ハ術定の機関行程−の間に着火がなさ
れないことをもって、燃料着火に異常があることを検知
する方法の実施例について述べてみよう。

第４図はこのような方法の一実施例を示すブロック図で
あって公知のカウンターからなるクランク角度検知器８
はパルス式速度発電機ＴＧからのクランク軸の一定角度
回転毎に出力されるパルスを入力しており、噴射時期検
知器ＮＤから、ノズルから燃焼室へ燃料噴射をなした旨
の情報がクランク角度検知器８をとおして入力される。

クランク角度検知器８には着火開始指令がなされた時点
から燃焼室で燃料が定められたレベルでの燃焼が開始さ
れるまでの機関の行程でみた遅れ、すなわち着火時期検
知情報ＦＤが出力される時期までの間の遅れがクランク
軸回転角度に換算して設定されている。かく構成におい
て、噴射時期検知器器からの着火開始指令点に至った旨
の情報を入力したクランク角度検知器８は機関のクラン
ク軸回転角度が所定の着火遅れに相当する期間だけ経過
すると、動作となって、その旨の情報を公知のアンドゲ
ートＡＮＤに出力する。−しかして当ゲートは、焼室で
所定レベルの燃焼がなされた旨の情報ＦＭが出力される
。

また本実施例とは逆に燃料着火開始指令時点から、所定
のクランク軸回転角度を経過後におい【も着火時期検知
情報ＦＤが出されないことを公知のオアゲートなどを用
いて検出し、これをもって燃焼に異常がある旨を検知す
る方法が考えられる。

以上述べたような方法によって、機関の燃料着火が所定
の時期で行われているか否かをきわめて容易かつ確実に
検知し得る。着火の時期が適切であるか否かを比較検定
する方法として、今述べた２つの方法すなわち時間ある
いは機関の行程のいづれかを差率値として行うべきかに
ついては機関の性能、種別、着火遅れの差異などを考慮
して定めればよく、そのいずれを採る場合でも着火時期
、が所定か否かを検知するという考え方については根本
的社赫同−の思想である。

以上述べたように、本方法により往復動内燃機関の燃焼
室の着火時期が適切であるか否かについてを、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】

第１図は機関燃焼室の火共像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ブロック図である。第３
図は機関の着火時期検知情報を用いて燃焼室で燃料の着
火が所定のタイミングで行われたことを検知する方法を
示したブロック図であり、また第４図は他の実施例で着
火遅れを時間に代えて、機関の行程を基準として比較す
る方法である。 ＥＮ・・・機関、ＣＣ・・・燃焼室、ＯＤ・・・受光部
、ＯＦ・・・光ファイバ、ＯＥ・・・光電変換素子、１
・・・増幅器、２・・・ゲート、３・・・微分器、４・
・・行程検知へ５・・・着火検知器、Ｎ　Ｄ−、噴射時
期検知器、６・・・クロック、７・・・遅延回路、８・
・・クランク角度検知器、ＴＧ・・・バＡＪ域発電機 ／ｆ　　１　　図 ｆ　　２　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）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素
   子を用い外部へ伝播した火炎像を電気レベルに変換する
   ことにより、燃焼室の燃焼状況を検知するものにおいて
   、燃焼レベルを検知し、かく検知したレベルをタイミン
   グで微分し当該レベルがある定められた値を超過したこ
   とをもって、燃料が着火したことを検知する情報を得る
   とともに、当該情報が、燃料着火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か否かをもって機関
   の燃料着火時期の異常の有無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。 ２）タイミングとして、経過時間を用いて、燃焼レベル
   を微分することを特徴とする特許請求範囲第１項記載の
   往復動内燃機関の着火時期検知方法。 ３）タイミングとして、機関のクランク軸回転角度を用
   いて、燃焼レベルを微分することを特徴とする特許請求
   範囲第１項記載の往復動内燃機関の着火時期検知方法。 ４）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
   素子を用い外部へ伝播した火炎像を電気レベルに変換す
   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附近のみにおいて、燃焼レベルを検
   知し、かく検知したレベルをタイミングで微分し、当該
   レベルがある定められた値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を得るとともに、当該
   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か否かをもって、機関の燃料着る
   往復動内燃機関の着火時期検知方法。