(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のシリンダを有する４サイクルディーゼル機関の燃焼時期検出方法において、
前記複数のシリンダのいずれか１つのシリンダを基準のシリンダとし、該基準のシリンダにおけるピストン上死点を示すクランク主軸の１回転毎に１つのトップパルス信号を連続して検出し、
該トップパルス信号から前記基準のシリンダの吸気弁あるいは排気弁の着座タイミングを算出し、
該着座タイミングを、前記基準のシリンダより得られる振動信号の計測タイミングとし、前記各シリンダにそれぞれ設けられる振動検出センサのうち、前記基準のシリンダに設けられる振動検出センサから前記各トップパルス信号に対応する前記吸気弁あるいは排気弁の着座時の振動信号として連続して抽出するとともに、
連続する２つの前記トップパルス信号に対応して抽出される２つの前記振動信号を比較して、これら２つの振動信号のうち、該振動信号が小さい方若しくは該振動信号を有さない方の一方のトップパルス信号を燃焼時の振動信号を有するトップパルス信号とし、
該一方のトップパルス信号に対応して前記振動検出センサから得られる振動信号を燃焼時の振動信号と判断して、該一方のトップパルス信号を燃焼トップ信号とし、
該燃焼トップ信号にて前記基準のシリンダの燃焼時期を得ることを特徴とする４サイクルディーゼル機関の燃焼時期検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、４サイクルディーゼル機関おいて、燃焼時期を検出する燃焼時期検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
４サイクルディーゼル機関は、吸入・圧縮・爆発・排気の４工程がピストン２回の往復にて行われていることから、各シリンダの燃焼時期を検出するには、クランク軸の２回転に１パルスの信号を得て、これを基準として燃焼時期を算出する。
【０００３】
従来、この燃焼時期を算出するための２回転に１パルスの信号は、ディーゼル機関には点火プラグがなく、電気的な点火信号を得られないことから、カム軸に取り付けられたセンサ等によって得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の燃焼時期検出方法では、２回転に１パルスの信号を得るために、振動センサ等の検出手段をカム軸等ピストンの近傍に固定させているので、カム軸等のエンジン内部を加工しなければならないという問題があった。
【０００５】
特に既存のエンジンにセンサ等を取り付ける場合には、上記加工のために多くの時間とコストがかかってしまう欠点を有しており、容易に、そのエンジンの燃焼時期を検出することができないという問題を有している。
【０００６】
そこで本発明は、上記課題を解消するために、エンジン内部の機械的な加工を行うことなく、容易に基準の信号を得るとともに、より正確な燃焼時期を検出することができる４サイクルディーゼル機関の燃焼時期検出方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
次に、上記の課題を解決するための手段を説明する。
この発明の４サイクルディーゼル機関の燃焼時期検出方法は、複数のシリンダを有する４サイクルディーゼル機関の燃焼時期検出方法において、
前記複数のシリンダＡ１〜Ａ９，Ｂ１〜Ｂ９のいずれか１つのシリンダＡ１を基準のシリンダとし、該基準のシリンダＡ１におけるピストン上死点を示すクランク主軸６の１回転毎に１つのトップパルス信号を連続して検出し、
該トップパルス信号から前記基準のシリンダＡ１の吸気弁あるいは排気弁の着座タイミングを算出し、
該着座タイミングを、前記基準のシリンダより得られる振動信号の計測タイミングとし、前記各シリンダにそれぞれ設けられる振動検出センサ４のうち、前記基準のシリンダＡ１に設けられる振動検出センサ４から前記各トップパルス信号に対応する前記吸気弁あるいは排気弁の着座時の振動信号として連続して抽出するとともに、
連続する２つの前記トップパルス信号に対応して抽出される２つの前記振動信号を比較して、これら２つの振動信号のうち、該振動信号が小さい方若しくは該振動信号を有さない方の一方のトップパルス信号を燃焼時の振動信号を有するトップパルス信号とし、
該一方のトップパルス信号に対応して前記振動検出センサから得られる振動信号を燃焼時の振動信号と判断して、該一方のトップパルス信号を燃焼トップ信号とし、
該燃焼トップ信号にて前記基準のシリンダの燃焼時期を得ることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の４サイクルディーゼル機関の燃焼時期検出方法で用いられる燃焼時期検出装置の構成について説明する。
【０００９】
図１に示すように、本実施の形態における４サイクルディーゼル機関は、Ａ１〜Ａ９の各番号が付されて直列に配置された９のシリンダと、Ｂ１〜Ｂ９の各番号が付されて直列に配置された９のシリンダとが、それぞれ対向して並ぶ１８シリンダ（１８気筒）４サイクルのディーゼルエンジン１（以下エンジン１と称す）である。
【００１０】
このようなエンジン１に関して設けられる燃焼時期検出装置２は、トップ位置検出センサ３と、振動検出センサ４とで構成され、これらトップ位置検出センサ３及び振動検出センサ４からの信号を基に燃焼時期を検出する。
【００１１】
まず、トップ位置検出センサ３は、例えば非接触型センサよりなり、クランク室よりエンジン１の外部に延出し、発電機５等に連結されるクランク主軸６の中途に設けられる回転盤７に近接して設けられ、基準とする所定のシリンダ、本実施の形態ではシリンダＡ１におけるピストン上死点を示すトップ位置に対応した前記回転盤７の一部に配設される被検知部７ａを検出するようになっており、すなわち、この回転盤７の１回転毎の被検知部７ａを検出して、クランク主軸６の１回転に１パルスのトップパルス信号を得て、出力するようになっている。
【００１２】
なお、このトップ位置検出センサ３は、エンジン１の外部において、シリンダＡ１のクランク軸の１回転に１パルスのトップパルス信号を出力することができれば、この構成に限定されることはない。
【００１３】
次に、振動検出センサ４は、上記各シリンダＡ１〜Ａ９，Ｂ１〜Ｂ９に対応してそれぞれに設けられ、エンジン１の稼働時に、各シリンダＡ１〜Ａ９，Ｂ１〜Ｂ９における振動信号を検出し出力するようになっている。
【００１４】
そして、これらトップ位置検出センサ３，各振動検出センサ４からの各信号は、燃焼時期検出部８に入力される。
【００１５】
燃焼時期検出部８は、図２に示すように、タイミング信号演算手段９と、マルチプレクサ回路１０と、ピークホールド回路１１と、Ａ／Ｄ変換部１２と、比較演算手段１３と、メモリ１４とで略構成されている。
【００１６】
タイミング信号演算手段９は、トップ位置検出センサ３のトップパルス信号から、機関回転数Ｒを演算するとともに、吸気弁および排気弁の着座するタイミングを算出する。
そして、タイミング信号演算手段９での演算結果は、所定の振動信号を取り出すためのタイミング信号として出力され、マルチプレクサ回路１０へ入力される。
【００１７】
マルチプレクサ回路１０は、タイミング信号演算手段９からのタイミング信号に基づき、振動検出センサ４から入力される振動信号の中から所定の振動信号を取り出す選択手段である。
そして、マルチプレクサ回路１０において選択された振動信号は、ピークホールド回路（最大値検出回路）１１に入力される。
【００１８】
なお、マルチプレクサ回路１０へ入力される各振動検出センサ４からの振動信号は、アンプ１５およびフィルタ１６を介して入力される。
【００１９】
ピークホールド回路１１は、取り出された所定の振動信号における最大値を検出して出力し、１個の振動信号を得る。
ピークホールド回路１１が出力したシリンダの振動信号の最大値は、Ａ／Ｄ変換部１２を介して、比較演算手段１３に入力される。
【００２０】
比較演算手段１３は、シリンダにおける上記所定の振動信号の最大値を所定回数比較し、連続して得られる比較結果から燃焼トップ信号を判定する。
【００２１】
上記比較演算手段１３での基準となる値は、メモリ１４に記憶されている。
【００２２】
次に、上述のように構成された燃焼時期検出装置２における燃焼時期検出方法を説明する。
【００２３】
燃焼時期検出装置２の燃焼時期検出部８にトップ位置検出センサ３からのシリンダＡ１における１パルス／１回転のトップパルス信号と、シリンダＡ１に取り付けた振動検出センサ４からの振動信号を取り込む。
【００２４】
ここで、シリンダＡ１の１パルス／１回転のトップパルス信号は、図３に示すように、４サイクル機関でのピストン２回の往復によって繰り返し入力される▲１▼、▲２▼の信号がある。そして、この▲１▼、▲２▼何れかの信号が燃焼時のトップパルス信号（燃焼トップ信号）となる。
【００２５】
ゆえに、上記▲１▼、▲２▼何れかの信号が燃焼トップ信号であるかを、振動検出センサ４が検出する排気弁または吸気弁の着座振動の有無で確認する。なお本実施の形態では、吸気弁の着座振動の有無で確認する。
【００２６】
シリンダＡ１からのトップパルス信号はタイミング信号演算手段９に入力される。
タイミング信号演算手段９は、１パルス／１回転から機関回転数Ｒを下記のように演算する。
１パルス／１回転信号の間隔をＴ（ｓ）とすると、４サイクルエンジンの機関回転数Ｒは、Ｒ＝１／Ｔ（ｒｐｓ）＝６０／Ｔ（ｒｐｍ）で表せる。
【００２７】
さらに、タイミング信号演算手段９は、シリンダＡ１のトップ位置をあらわすトップパルス信号から、シリンダＡ１の吸気弁の着座するタイミングを算出する。
本実施の形態のエンジン１では、図３に示すように、シリンダＡ１において、１パルス／１回転の信号、すなわちトップパルス信号が入力されてから、クランク角度Ａ°回転後のクランク角度Ｂ°回転の間に吸気弁が着座しており、これらクランク角度Ａ°，Ｂ°はエンジン１の設計上予め設定されている値である。
【００２８】
そして、タイミング信号演算手段９によるシリンダＡ１における吸気弁の着座タイミングの演算結果は、吸気弁着座時の振動を取り出すためのタイミング信号として、マルチプレクサ回路１０に出力される。
【００２９】
ここで、振動検出センサ４からのシリンダＡ１の振動信号は、アンプ１５とフィルタ１６を介してマルチプレクサ回路１０に入力される。
【００３０】
マルチプレクサ回路１０は、タイミング信号演算手段９より入力されたシリンダＡ１の吸気弁の着座タイミングに基づき、シリンダＡ１の１パルス／１回転毎の２つの吸気弁着座時の振動を取り出す。
【００３１】
本実施の形態では、図３に示すように、トップ位置検出センサ３の▲１▼の信号からクランク角度Ａ°過ぎた後のクランク角度Ｂ°の振動信号を取り出す。また同様に、トップ位置検出センサ３の▲２▼の信号からクランク角度Ａ°過ぎた後のクランク角度Ｂ°の間の振動信号を取り出す。
【００３２】
取り出された各振動信号は、それぞれピークホールド回路１１に入力される。そして、ピークホールド回路１１は、クランク角度Ｂ°中（数ｍｓｅｃ）における振動信号の最大値を出力する。
これにより、シリンダＡ１において、エンジン１回転中（１パルス／１回転中）に各１個の振動信号が得られる。
【００３３】
なお、シリンダＡ１の１パルス／１回転のトップパルス信号からエンジン１回転中に各１個の振動信号が得るにあたり、上述の方法では、吸気弁着座時の振動に基づいているが、排気弁着座時の振動を基準としてもよい。
【００３４】
ピークホールド回路１１が出力した振動信号の最大値は、Ａ／Ｄ変換部１２においてＡ／Ｄ変換され比較演算手段１３に入力される。
【００３５】
比較演算手段１３は、図４に示すように、シリンダＡ１における吸気弁着座時と考えられる▲１▼の信号に対応する振動信号の最大値Ｖi1と、▲２▼の信号に対応する振動信号の最大値Ｖi2とをそれぞれ得る（ＳＴ１、ＳＴ２）。
【００３６】
そして、これら２つの振動信号の最大値Ｖi1、Ｖi2の比較を複数回行う（ＳＴ３）。
【００３７】
続いて、最大値Ｖi1、Ｖi2の比較において、Ｖi1＝Ｖi2の比較結果がでた場合はさらに比較を行う。
また、Ｖi1＞Ｖi2の比較結果がでた場合には、この比較結果が連続して所定回数でたか否かを判断する（ＳＴ４）。
さらに、Ｖi1＜Ｖi2の比較結果がでた場合には、この比較結果が連続して所定回数でたか否かを判断する（ＳＴ５）。
【００３８】
そして、Ｖi1＞Ｖi2あるいはＶi1＜Ｖi2の比較結果が連続で所定回数来れば燃焼トップ信号の判定を行う（ＳＴ６）。
【００３９】
この燃焼トップ信号の判定において、振動検出センサ４からの振動信号は、図３に示すように、トップ位置検出センサ３の１パルス／１回転の各トップパルス信号（▲１▼、▲２▼）に起因して、一方では（本実施の形態では▲１▼の信号）、クランク角度Ｂ°の間に吸気弁着座時の振動が得られ、他方では（本実施の形態では▲２▼の信号）、クランク角度Ｂ°の間に吸排気弁着座時の振動は得られない。
したがって、振動値の小さい方若しくは吸気弁着座時の振動がない方が信号が燃焼トップ信号と判定される。本実施の形態では▲２▼の信号となる。
【００４０】
そして、上記シリンダＡ１における燃焼トップ信号の判定により、選択されたトップパルス信号（▲２▼の信号）のみを用いて１パルス／２回転とし、シリンダＡ１の燃焼時期が算出される。
【００４１】
なお、上述のように得られた燃焼時期を基に、以下のように燃焼時の振動のみを抽出して燃焼状態の監視を行うことが可能である。
【００４２】
まず、上述のように、トップ位置検出センサ３からのシリンダＡ１の１パルス／１回転のトップパルス信号から燃焼トップ信号を判定した後、この燃焼トップ信号（図３中▲２▼の信号）のみを１パルス／２回転のタイミング信号として用いる。
【００４３】
そして、燃焼時期検出装置２の燃焼時期検出部８にトップ位置検出センサ３からのシリンダＡ１における１パルス／２回転の燃焼トップ信号と、各シリンダＡ１〜Ａ９，Ｂ１〜Ｂ９に取り付けた振動検出センサ４からの振動信号を取り込む。
【００４４】
シリンダＡ１からの燃焼トップ信号はタイミング信号演算手段９に入力される。
タイミング信号演算手段９は、１パルス／２回転から機関回転数Ｒを下記のように演算する。
１パルス／２回転信号の間隔をＴ（ｓ）とすると、４サイクルエンジンの機関回転数Ｒは、Ｒ＝２／Ｔ（ｒｐｓ）＝６０・２／Ｔ＝１２０／Ｔ（ｒｐｍ）で表せる。
【００４５】
タイミング信号演算手段９は、着火される各シリンダＡ１〜Ａ９、Ｂ１〜Ｂ９の着火順序と燃焼トップ角度間隔から、各シリンダＡ１〜Ａ９、Ｂ１〜Ｂ９の燃焼トップタイミングを算出する。
【００４６】
本実施の形態のエンジン２における各シリンダの着火順序は、図５に示すように、Ａ１、Ｂ１、Ａ７、Ｂ７、Ａ４、Ｂ４、Ａ２、Ｂ２、Ａ８、Ｂ８、Ａ６、Ｂ６、Ａ３、Ｂ３、Ａ９、Ｂ９、Ａ５、Ｂ５の順で繰り返されるようになっている。
【００４７】
また、本実施の形態では、１パルス／１回転信号が入力されてから（６０＋２０）＝８０°毎にＡ列のシリンダの燃焼トップがくる。Ｂ列のシリンダは、Ａ列の対応するシリンダよりもそれぞれ６０°ずつ遅れて燃焼トップとなる。
【００４８】
タイミング信号演算手段９による各シリンダＡ１〜Ａ９，Ｂ１〜Ｂ９の着火タイミングの演算結果は、燃焼時の振動を取り出すためのタイミング信号としてマルチプレクサ回路１０に出力される。
【００４９】
ここで、振動検出センサ４からの振動信号は、アンプ１５とフィルタ１６を介してマルチプレクサ回路１０に入力される。
【００５０】
マルチプレクサ回路１０は、入力された各シリンダＡ１〜Ａ９、Ｂ１〜Ｂ９の着火タイミングに基づき、各シリンダＡ１〜Ａ９、Ｂ１〜Ｂ９の燃焼時の振動信号を取り出す。
【００５１】
取り出された振動信号は、ピークホールド回路１１に入力され、各シリンダＡ１〜Ａ９，Ｂ１〜Ｂ９毎の燃焼時間（数ｍｓｅｃ）中の振動信号の最大値を検出する。
これにより、各シリンダＡ１〜Ａ９，Ｂ１〜Ｂ９毎において、エンジン２回転中（１パルス／１回転中）に各１個の振動信号が得られる。
【００５２】
ピークホールド回路１１が出力した振動信号の最大値は、Ａ／Ｄ変換部１２においてＡ／Ｄ変換され比較演算手段１３に入力される。
【００５３】
比較演算手段１３では、各シリンダＡ１〜Ａ９，Ｂ１〜Ｂ９の燃焼時における振動信号の最大値を所定回数ずつサンプリングして所定個数の最大値を求め、これらの平均値を算出して、各シリンダＡ１〜Ａ９，Ｂ１〜Ｂ９毎の燃焼時の振動値を求める。
【００５４】
そして、比較演算手段１３にて求められた各シリンダＡ１〜Ａ９，Ｂ１〜Ｂ９毎の燃焼時の振動値を以て、このエンジン１における各シリンダＡ１〜Ａ９，Ｂ１〜Ｂ９の燃焼状態を監視することが可能となる。
【００５５】
したがって、上述した４サイクルディーゼル機関の燃焼時期検出方法では、シリンダＡ１の１回転に１パルスのトップパルス信号を基準としているので、クランク主軸６に対応してトップ位置検出センサ３を設けられるようになり、エンジン１内部の加工を不要とすることができる。
【００５６】
特に既存のエンジン１にセンサ等を取り付ける場合、エンジン１内部の加工が不要であるために、コストを低減するとともに、センサ等の取り付け時間を短縮化することができる。
【００５７】
１回転に１パルスのトップパルス信号を用いたことにより、ずれが生じやすい吸排気弁の着座タイミングを的確に算出して吸排気弁の着座時の振動を得るので、より正確な燃焼時期の判定を行うことができる。
【００５８】
また、１回転に１パルスのトップパルス信号から燃焼時のトップパルス信号を抽出し、この燃焼時のトップパルス信号によって得られた２回転に１パルスの燃焼トップ信号によって、全てのシリンダにおける燃焼タイミングを的確に算出して燃焼時の振動を得るので、適宜に燃焼状態の監視を行うことができる。
【００５９】
なお、上述した実施の形態では、複数のシリンダのうち、所定のシリンダとしてシリンダＡ１のシリンダを基準のシリンダとして説明したが、本発明の燃焼時期検出方法においては、これに限定されることはなく、複数の各シリンダの任意のシリンダを選択し基準とすればよく、このシリンダを基準に燃焼時期を検出できるものであり、例えばシリンダＢ１を所定のシリンダとして選択し基準とする場合には、このシリンダＢ１に取り付けられたセンサからの振動信号と、シリンダＢ１におけるピストン上死点を示すクランク軸の１回転に１パルスを装置に取り込むことで、上述したシリンダＡ１を選択し基準とした例と同様に、燃焼時期を検出できるものである。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明による４サイクルディーゼル機関の燃焼時期検出方法は、燃焼時期を算出するために、複数のシリンダのうちのいずれか１つのシリンダを基準のシリンダとし、この基準のシリンダにおけるピストン上死点を示すクランク主軸の１回転毎に１つのトップパルス信号を基準として、このクランク主軸にセンサ等を設けることとしたので、エンジンの外部に配設可能となり、エンジン内部の加工が不要となって、センサ等の取り付けを容易とすることができる。
【００６１】
特に、既存のエンジンにセンサ等を取り付ける場合に、エンジン内部の加工を不要とすることが可能となるとともに、取り付け時間を大幅に短縮することができ、コストを低減することができる効果が得られる。
【００６２】
さらに、クランク主軸の１回転毎の１つのトップパルス信号を用いたことにより、ずれが生じやすい吸気弁あるいは排気弁の着座タイミングを正確に算出でき、これにより吸気弁あるいは排気弁の着座時の振動を得ることができるので、より正確な燃焼時期の判定を行うことができるという効果が得られる。
【００６３】
また、１回転に１パルスのトップパルス信号から燃焼時のトップパルス信号を抽出し、この燃焼時のトップパルス信号によって得られた２回転に１パルスの燃焼トップ信号によって、全てのシリンダにおける燃焼タイミングを的確に算出して燃焼時の振動を得るのことができるで、この燃焼タイミングを用いて適宜にエンジンにおける各シリンダの燃焼状態の監視を行うことが可能となる効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃焼時期検出方法における一実施の形態のエンジン構成および燃焼時期検出装置を示す概略図
【図２】同燃焼時期検出装置の要部を示すブロック図
【図３】所定のシリンダのトップパルス信号と振動との関係を示すタイミングチャート図
【図４】燃焼トップパルス信号の判定手順を示す流れ図
【図５】同一実施の形態のエンジンのシリンダ点火順序を示す図
【符号の説明】
１…エンジン
２…燃焼時期検出装置
３…トップ位置検出センサ
４…振動検出センサ
５…発電機
６…クランク主軸
７…回転盤
８…燃焼時期検出部
９…タイミング信号演算手段
１０…マルチプレクサ回路
１１…ピークホールド回路
１２…Ａ／Ｄ変換部
１３…比較演算手段
１４…メモリ
１５…アンプ
１６…フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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