(57)【要約】【課題】内燃機関のピストンのトップランド付近で発生する異常燃焼を確実に検知する技術を提供する。【解決手段】内燃機関１２のシリンダライナ３４において、ピストン２が上死点に位置する時にピストントップランド２２の外周面と対向する位置に設けられ、燃焼室１内の火炎光を検出可能な検出手段３と、前記ピストン２の位置を判別する判別手段８と、前記判別手段８により前記ピストン２が上死点に位置すると判定される時に前記検出手段３により検出される火炎光に基づいて、前記ピストントップランド２２付近における異常燃焼の発生を検知する検知手段１０と、を備える。【選択図】図１
2010275875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダの内壁面において、ピストンが上死点に位置する時に該ピストンのトップランドの外周面と対向する位置に設けられ、燃焼室内の火炎光を検出可能な検出手段と、
前記ピストンの位置を判別する判別手段と、
前記判別手段により前記ピストンが上死点に位置すると判定される時に前記検出手段により検出される火炎光に基づいて、前記ピストンのトップランド付近における異常燃焼の発生を検知する検知手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃焼状態検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼状態を検出するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のノッキングを検知してこれを回避するための技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、シリンダ内壁面に燃焼室内の火炎光を検出する窓を設け、燃焼状態についての光学情報を取得し、それに基づいてノッキングを検知する技術が記載されている。なお、ノッキングは燃焼室内の未燃のエンドガスが火炎伝播によらずに自己着火する異常燃焼現象である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公平３−６８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ピストンのトップランド付近に存在するエンドガスに異常燃焼が生じた場合、ピストンの信頼性や耐久性を大きく低下させる原因となり得る。しかしながら、上記特許文献１に記載された技術によっては、ピストン冠面より上側の燃焼状態に関する光学情報を取得することはできるものの、ピストンのトップランド付近における燃焼状態に関する光学情報を取得することができない。従って、ピストンの信頼性や耐久性に大きな影響をもたらす虞のあるピストンのトップランド付近での異常燃焼を検知することができない。
【０００５】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関のピストンのトップランド付近で発生する異常燃焼を確実に検知する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の燃焼状態検出システムは、
内燃機関のシリンダの内壁面において、ピストンが上死点に位置する時に該ピストンのトップランドの外周面と対向する位置に設けられ、燃焼室内の火炎光を検出可能な検出手段と、
前記ピストンの位置を判別する判別手段と、
前記判別手段により前記ピストンが上死点に位置すると判定される時に前記検出手段により検出される火炎光に基づいて、前記ピストンのトップランド付近における異常燃焼の発生を検知する検知手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記の構成を有する内燃機関の燃焼状態検出システムによれば、ピストンが上死点に位置する時のピストンのトップランド付近における燃焼状態の光学情報を取得することができる。従って、ピストンの信頼性や耐久性に大きな影響を有するピストンのトップランド付近での異常燃焼が発生した場合には、それを確実に検知することが可能となる。
【０００８】
本発明によれば、ピストンのトップランド付近での異常燃焼の発生を確実に検知することができるので、例えば点火時期を遅角させる等の異常燃焼抑制策を適時に講じることが可能となる。従って、ピストンのトップランド付近における異常燃焼に起因してピストンの信頼性や耐久性が低下することを好適に抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内燃機関のピストンのトップランド付近で発生する異常燃焼を確実に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例に係る火花点火式内燃機関及び燃焼状態検出システムの概略構成を示す図である。
【図２】クランク角度に対する筒内圧力の関係及び本実施例の燃焼状態検出システムにより火炎光の検出を行うクランク角度範囲を示す図である。
【図３】本実施例に係る燃焼状態検出システムによる異常燃焼検知処理及び異常燃焼抑制処理を表すフローチャートである。
【図４】サイクル数と本実施例の燃焼状態検出システムにより検出される火炎光の放射輝度との関係を示す図である。
【図５】本実施例の異常燃焼検知処理において用いられるばらつき学習マップの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本実施例に係る燃焼状態検出システムの概略構成を示す図である。また、図１中枠で囲った図Ａは、後述する火炎光検出部３の部分拡大図である。
【００１３】
図１において、エンジン１２は火花点火式内燃機関であり、燃焼室１の頭頂部に点火プラグ１１が取り付けられている。シリンダ１３内にはピストン２が挿入されている。ピストン２はコネクティングロッド（図示省略）を介してクランクシャフト（図示省略）に連結され、ピストン２の上下往復運動がクランクシャフトの回転運動に変換される。エンジン１２には、クランクシャフトの回転角度を検出するクランク角度センサ８が設けられている。
【００１４】
ピストン２には、シリンダライナ３４に摺接する３本のピストンリング２５が取り付けられている。このうち最も燃焼室１側に取り付けられたピストンリング２５を特にトップリング２３と称する。ピストン２のうち、特にピストン冠面２１からトップリング２３が取り付けられた位置までの部分がピストントップランド２２である。
【００１５】
シリンダライナ３４には燃焼室１内の火炎光を検出可能な火炎光検出部３が設けられている。火炎光検出部３の構成について部分拡大図Ａに基づいて説明する。部分拡大図Ａは、ピストン２が上死点に位置する時の様子を示している。火炎光検出部３は検出窓３１及び光伝送路３２をホルダ３３により固定して構成されており、シリンダライナ３４における、ピストン２が上死点に位置する時のピストントップランド２２の外周面と対向する位置に設けられる。検出窓３１はボールレンズで構成される。また、光伝送路３２は耐熱性能及び火炎光のスペクトルに鑑み、０〜１１μｍの透過特性を有するカルコゲナイドガラス材料の光ファイバーを用いる。
【００１６】
光伝送路３２は、赤外光を透過する光学バンドパスフィルタ４を介して受光素子５に火炎光を伝送するよう構成される。光学バンドパスフィルタ４としては、既燃ガス中のＨＣ及びＣＯによる赤外光吸収を鑑み、３．９μｍ近傍の波長を通すフィルタを用いる。これ
により、火炎光検出精度を高めることができる。受光素子５は、クランク角度センサ８から入力される上死点信号及びクランク角度信号に基づいて、ピストントップランド２２が圧縮上死点付近において火炎光検出部３を通過する時期を判別し、当該時期に火炎光検出部３から伝送される光のみを受光する。図２に示すように、ピストン２の位置が圧縮上死点前後２０°ＣＡの位置にある時期を判別し、当該時期における光のみを受光する。図２は、横軸が圧縮上死点を０°ＣＡとしたクランク角度を表し、縦軸は筒内圧力を表す。曲線はクランク角度に応じた筒内圧力の変動の一例を示すグラフである。
【００１７】
このように構成された火炎光検出部３により、ピストントップランド２２付近における燃焼により発生した火炎光を検出することができる。
【００１８】
受光素子５で受光した光はケーブル６を介して出力装置７に入力される。出力装置７は、受光素子５から入力される光信号を電気信号へ変換するとともに、当該電気信号をＥＣＵ１０に送出する機能を有する。ＥＣＵ１０はエンジン１２の運転状態を制御するコンピュータユニットであり、出力装置７の他、クランク角度センサ８及び吸気通路１４に設けられた流量計９から測定信号が入力される。ＥＣＵ１０は入力されるこれらの信号に基づいて、ピストントップランド２２付近における異常燃焼の発生を判定する。異常燃焼の発生を検知した場合、ＥＣＵ１０は点火プラグ１１による点火タイミングを遅角させることにより、異常燃焼の発生を抑制する処理を行う。ＥＣＵ１０によって実行されるこの異常燃焼検知処理及び異常燃焼抑制処理について、図３に基づいて説明する。
【００１９】
図３は、上述した異常燃焼検知処理及び異常燃焼抑制処理を表すフローチャートである。このフローチャートはＥＣＵ１０によって所定間隔毎に繰り返し実行される。
【００２０】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１０は、クランク角度センサ８及び流量計９から入力される測定信号からエンジン１２の回転数Ｎｅ及び体積効率ＫＬを算出し、回転数Ｎｅ及び体積効率ＫＬに基づいてピストン負荷増大条件の成立判定を行う。本実施例では、回転数Ｎｅが５６００ｒｐｍより高く、且つ、体積効率ＫＬが９０％より大きい場合に、ピストン負荷増大条件が成立していると判定し、続くステップＳ１０２の処理に移る。それ以外の場合、ピストン負荷増大条件が成立していないと判定し、本フローチャートの処理を一旦抜ける。
【００２１】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１０は、所定期間にわたって出力装置７からの測定信号を取得し、火炎光検出部３により検出された火炎光の輝度を演算する。例えば、１００サイクルにわたって出力装置７からの測定信号に基づいて演算された火炎光の輝度データの一例を図４に示す。図４の矢印Ｂで示すように、ピストントップランド２２付近で異常燃焼が生じた場合、火炎光検出部３により検出された火炎光の輝度として極端に大きな値が得られる。これにより、ピストントップランド２２付近における異常燃焼の発生を検知することができる。なお、ピストントップランド２２付近の火炎光を検出することができない従来技術の火炎光検出装置では、ピストントップランド２２付近で異常燃焼が生じても、このような大きな輝度の値が得られないため、ピストントップランド２２付近において発生した異常燃焼を見逃してしまう虞があったのである。
【００２２】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０２で取得した火炎光の輝度値のばらつきσを計算する。
【００２３】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１０は、図５に示すような、回転数Ｎｅと体積効率ＫＬに応じた輝度値のばらつきの学習値σ’を読み込む。
【００２４】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０３で算出したばらつきσと
、ステップＳ１０４で読み込んだ学習値σ’とを比較する。ばらつきσの方が学習値σ’より大きい場合、ＥＣＵ１０はステップＳ１０６の処理に進み、点火プラグ１１による点火タイミングを現状より０．５°ＣＡ遅角させる。そして、今後の点火制御においては、当該遅角させた点火タイミングを最大進角値とする。これにより、それ以降、ピストントップランド２２付近での異常燃焼の発生を回避することができる。
【００２５】
ステップＳ１０５において、ばらつきσが学習値σ’以下の場合、ＥＣＵ１０はステップＳ１０３で算出したばらつきσを新たな学習値σ’として更新し、記憶する（ステップＳ１０７）。そして、当該更新された学習値σ’（＝σ）を、以降本フローチャートが実行される場合にステップＳ１０４で読み込まれる学習値σ’とする。このような学習値の更新を行うことにより、検出窓３１の経時劣化による火炎光検出部３により検出される火炎光の輝度の低下にも対応し、異常燃焼の検知精度の低下を抑制することが可能となる。
【００２６】
本実施例における火炎光検出部３が、本発明における検出手段に相当する。また、クランク角度センサ８が本発明における判別手段に相当する。また、受光部５、出力装置７、上記フローチャートの処理を行うＥＣＵ１０が、本発明における検知手段に相当する。
【００２７】
なお、ステップＳ１０１におけるノッキング発生条件、ステップＳ１０６における点火時期の遅角量、火炎光検出部３を構成する光伝送路３２の材質、光学バンドパスフィルタ４の透過特性、等は上記数値に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１     燃焼室
２     ピストン
３     火炎光検出部
４     光学バンドパスフィルタ
５     受光素子
６     ケーブル
７     出力装置
８     クランク角度センサ
９     流量計
１０   ＥＣＵ
１１   点火プラグ
１２   エンジン
１３   シリンダ
１４   吸気通路
２１   ピストン冠面
２２   ピストントップランド
２３   トップリング
２５   ピストンリング
３１   検出窓
３２   光伝送路
３３   ホルダ
３４   シリンダライナ
【図１】
2010275875.tif 000003
【図２】
2010275875.tif 000004
【図３】
2010275875.tif 000005
【図４】
2010275875.tif 000006
【図５】
2010275875.tif 000007