(57)【要約】【課題】内燃機関の燃焼室の状態を好適に検出可能な内燃機関の筒内検出装置を提供する。【解決手段】内燃機関の筒内検出装置は点火プラグ１Ａが設けられる内燃機関である内燃機関Ｅに設けられる。内燃機関の筒内検出装置はプリズム７と、プリズム７が受光する光を透過させる光透過媒体８とを備えている。プリズム７は内燃機関Ｅの燃焼室に突出しないように設けられ、且つ受光した光を屈折および透過させて光透過媒体８に導く受光面Ｒ１を備えている。受光面Ｒ１は放電ギャップ部Ｇを含む光の検出範囲Ｂ１を有している。受光面Ｒ１は点火プラグ１Ａの中心軸線から径方向に沿ってプリズム７を見た場合に、裏側でプリズム７の中心軸線と傾斜して交わる面となっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ギャップ部を形成する中心電極および接地電極と、前記接地電極が設けられているハウジング部とを備える点火プラグが設けられる内燃機関に設けられ、
受光部と前記受光部が受光する光を透過させる透過部とを備えるとともに、前記受光部が受光した光を屈折および透過させて前記透過部に導く受光面を備える内燃機関の筒内検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の筒内検出装置であって、
前記受光面が前記放電ギャップ部を含む光の検出範囲を有する内燃機関の筒内検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の筒内検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼室の燃焼過程を光によって検出する技術が知られている。特許文献１では燃焼室に入り込んだ円柱状の部品に光センサを配置した光電子測定装置が開示されている。特許文献２では点火プラグの中心電極を貫通し、外部電極と中心電極の間のギャップ部に光導入口を有する光ファイバを備える燃焼制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４７１５７号公報
【特許文献２】特開平６−１６７２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図６は点火プラグの一例である点火プラグ１Ｘを示す図である。点火プラグ１Ｘは受光部であるプリズム７Ｘと、プリズム７Ｘが受光する光を透過させる透過部である光透過媒体８とを備えている。プリズム７Ｘはサファイア製のミラープリズムであり、受光した光を反射によって屈折させて光透過媒体８に導く受光面Ｒ１´を備えている。光透過媒体８は例えば光ファイバである。
【０００５】
点火プラグ１Ｘでは放電ギャップ部Ｇを光の検出範囲Ｂ１´に含めるために、プリズム７Ｘが放電ギャップ部Ｇの周囲に配置され、内燃機関の燃焼室に突出するように設けられている。このため、点火プラグ１Ｘではプリズム７Ｘが点火不良を招く原因となったり、火炎伝播を阻害したりすることで、燃焼を悪化させる虞がある。また、点火プラグ１Ｘではプリズム７Ｘが温度上昇によって破損したり、プレイグニッション等の異常燃焼を引き起こす原因になったりする虞もある。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑み、内燃機関の燃焼室の状態を好適に検出可能な内燃機関の筒内検出装置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】
【０００７】
本発明は放電ギャップ部を形成する中心電極および接地電極と前記接地電極が設けられているハウジング部とを備える点火プラグが設けられる内燃機関に設けられ、受光部と前記受光部が受光する光を透過させる透過部とを備えるとともに、前記受光部が前記内燃機関の燃焼室に突出しないように設けられ、且つ受光した光を屈折および透過させて前記透過部に導く受光面を備える内燃機関の筒内検出装置である。
【０００８】
本発明は前記受光面が前記放電ギャップ部を含む光の検出範囲を有する構成とすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内燃機関の燃焼室の状態を好適に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の点火プラグを示す図である。
【図２】実施例１の点火プラグの要部を示す図である。
【図３】大気中での光透過媒体の光の検出可能角度を示す図である。
【図４】プリズム内部での光透過媒体の光の検出可能角度および光の限界検出角度を示す図である。
【図５】実施例２の点火プラグの要部を示す図である。
【図６】点火プラグの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は点火プラグ１Ａを示す図である。図１（ａ）は点火プラグ１Ａの正面図である。図１（ｂ）は点火プラグ１Ａを接地電極５側から軸線方向に沿って見た図である。点火プラグ１Ａはハウジング部２と碍子３と中心電極４と接地電極５と高電圧端子６とプリズム７と光透過媒体８と光検出器９とを備えている。ハウジング部２は碍子３を収容している。碍子３は中心電極４の周囲に設けられている。中心電極４は軸線方向に沿って延伸している。そして、点火プラグ１Ａが設けられる内燃機関（以下、内燃機関Ｅと称す）の燃焼室側に配置される側である先端側で碍子３から露出するとともに、燃焼室の反対側に配置される側である後端側で高電圧端子６に接続されている。接地電極５はハウジング部２に設けられている。中心電極４と接地電極５とは放電ギャップ部Ｇを形成している。放電ギャップ部Ｇの中心は点火プラグ１Ａの中心軸線上に位置している。
【００１３】
プリズム７は受光部であり、ハウジング部２に設けられている。プリズム７は内燃機関Ｅの燃焼室で発生する光を受光する。プリズム７は具体的にはハウジング部２のうち、内燃機関Ｅの燃焼室側に配置される側の端部である先端部に自身の先端部を露出させた状態で設けられている。プリズム７は内燃機関Ｅの燃焼室に突出しないように設けられている。この点、プリズム７は具体的には先端部が軸線方向においてハウジング部２よりも突出しないように設けられており、ハウジング部２は内燃機関Ｅの燃焼室に突出しないように内燃機関Ｅに設けられる。
【００１４】
プリズム７は円柱の一端部を面で斜めに切除したような形状を有している。プリズム７は点火プラグ１Ａの中心軸線に沿って中心軸線が延伸するように設けられており、先端部に受光面Ｒ１を備えている。また、内燃機関Ｅの燃焼室側に配置される側とは反対側の端部である後端部で光透過媒体８に接続されている。プリズム７は光透過媒体８や光検出器９とともに複数（ここでは２つ）設けられている。２つのプリズム７は軸線方向に沿って見た場合に接地電極５を間に挟んで互いに対向する位置に設けられている。プリズム７は周方向に沿って均等に複数設けることができる。一燃焼室あたりのプリズム７（および対応する光透過媒体８や光検出器９）の個数は複数でなくてもよい。
【００１５】
光透過媒体８は透過部であり、先端側でハウジング部２に設けられるとともに、後端側でハウジング部２から外部に取り出されるように設けられている。光透過媒体８は例えば光ファイバである。光透過媒体８は先端部でプリズム７に接続されるとともに、後端部でコネクタを介して光検出器９に接続されている。光透過媒体８はプリズム７が受光する光を透過させる。
【００１６】
光透過媒体８の先端部は軸線方向に沿って延伸した状態でプリズム７の後端部に接続されている。光透過媒体８の先端部はプリズム７と同心状の配置となるように設けられている。光検出器９は検出部であり、光透過媒体８が透過させる光を検出する。光検出器９はハウジング部２の外部に設けられている。光検出器９はハウジング部２に設けられていてもよい。
【００１７】
図２は点火プラグ１Ａの要部を示す図である。図２に示すように、受光面Ｒ１は受光した光を屈折および透過させて光透過媒体８に導く。したがって、プリズム７は具体的には屈折プリズムとなっている。受光面Ｒ１は点火プラグ１Ａの中心軸線から径方向に沿ってプリズム７を見た場合に、裏側でプリズム７の中心軸線と傾斜して交わる面となっている。さらに具体的には受光面Ｒ１は点火プラグ１Ａの中心軸線とプリズム７の中心軸線とを径方向に沿って結ぶ直線Ｐの延伸方向において、点火プラグ１Ａの中心軸線から遠ざかるほど軸線方向に沿ったプリズム７の長さが短くなるように直線Ｐとの間で鋭角側に先端角αを有して傾斜した面となっている。
【００１８】
次に受光面Ｒ１の光の検出範囲について説明する。図３は大気中での光透過媒体８の光の検出可能角度θ１を示す図である。図４はプリズム７内部での光透過媒体８の光の検出可能角度θ２および光の限界検出角度βを示す図である。検出可能角度θ１、θ２はともに光透過媒体８の中心軸線を含む平面で扇状に広がる光の検出範囲のうち、光透過媒体の中心軸線から一方の側へ広がる光の検出範囲の広がり角を示す。限界検出角度βは点火プラグ１Ａの中心軸線と光透過媒体８の中心軸線とを含む平面上で、光の検出範囲を示す境界線のうち、直線Ｐ寄りの境界線と直線Ｐとがなす角を示す。
【００１９】
受光面Ｒ１は放電ギャップ部Ｇを含む光の検出範囲Ｂ１を有している。受光面Ｒ１は具体的には次の式（１）、式（２）が満たされることで検出範囲Ｂ１を有するように構成されている。但し、検出可能角度θ２は次の式（３）を満たし、限界検出角度βは次の式（４）を満たす。
ｄ＞Ｈ×ｓｉｎθ２／２                            ・・・（１）
Ｄ＞（Ｌ−Ｈ×ｓｉｎθ２）×ｓｉｎβ              ・・・（２）
θ２＝ｓｉｎ−１（ｎ１×ｓｉｎθ１／ｎ２）            ・・・（３）
β＝９０°−ｓｉｎ−１{ｎ１／ｎ２×ｓｉｎ（θ２−α）}・・・（４）
【００２０】
ｄはプリズム７の直径を示す。Ｈはプリズム７の軸線方向に沿った全長を示す。Ｄはプリズム７先端および接地電極５間の軸線方向に沿った距離を示す。Ｌは点火プラグ１Ａの中心軸線およびプリズム７の中心軸線の間隔を示す。ｎ１は大気の屈折率を示す。ｎ２はプリズム７の屈折率を示す。
【００２１】
式（１）はプリズム７内部での光の検出範囲がプリズム７の直径の範囲内に収まることを示す。式（２）は光の検出範囲の限界が点火プラグ１Ａの中心軸線上において接地電極５よりも後端側になることを示す。
【００２２】
式（１）、式（２）が満たされることで、光透過媒体８の中心に光を導くことが可能な検出範囲内に放電ギャップ部Ｇを含むことを可能にすることができる。結果、プリズム７を内燃機関Ｅの燃焼室に突出させることなく、放電ギャップ部Ｇからの放電光を検出できる。この場合、光検出器９は光のスペクトル分析を行うことで、放電・燃焼場に特有の複数のラジカル発光ピークを得ることができる。そして、ピーク面積や高さの比から混合気の空燃比を算出することで、放電ギャップ部Ｇにおける混合気の状態を計測することができる。
【００２３】
点火プラグ１Ａは式（２）の代わりに次の式（５）を満たすことで、放電光を検出することなく（すなわち、放電ギャップ部Ｇを検出範囲に含むことなく）燃焼光を検出することもできる。
Ｄ＜（Ｌ−Ｈ×ｓｉｎθ２）×ｓｉｎβ              ・・・（５）
なお、この場合にも検出可能角度θ２は式（３）を満たし、限界検出角度βは式（４）を満たす。本実施例ではプリズム７と光透過媒体８と光検出器９とを備える内燃機関の筒内検出装置（以下、筒内検出装置と称す）が実現されている。この筒内検出装置は点火プラグ１Ａに組み込まれ、点火プラグ１Ａの一部として実現されている。
【００２４】
次に本実施例の筒内検出装置の主な作用効果について説明する。本実施例の筒内検出装置はプリズム７が内燃機関Ｅの燃焼室に突出しないように設けられ、且つ受光した光を屈折および透過させて光透過媒体８に導く受光面Ｒ１を備える構成となっている。
【００２５】
このため、本実施例の筒内検出装置はプリズム７が燃焼を悪化させることを回避しつつ、内燃機関Ｅの燃焼室の状態を検出できる点で、内燃機関Ｅの燃焼室の状態を好適に検出できる。換言すれば、本実施例の筒内検出装置は燃焼状態を特段変化させることなく内燃機関Ｅの燃焼室の状態を検出できる点で、内燃機関Ｅの燃焼室の状態を好適に検出できる。本実施例の筒内検出装置はプリズム７が温度上昇によって破損したり、異常燃焼を引き起こす原因になったりすることを回避しつつ、内燃機関Ｅの燃焼室の状態を検出できる点でも、内燃機関Ｅの燃焼室の状態を好適に検出できる。
【００２６】
本実施例の筒内検出装置は放電ギャップ部Ｇを検出範囲に含むミラープリズムを受光部に用いる場合に燃焼の悪化等を招く虞があることに照らして、受光面Ｒ１が検出範囲Ｂ１を有する構成である場合に好適である。
【００２７】
本実施例の筒内検出装置は受光部としてプリズム７を備えるとともに、受光面Ｒ１が点火プラグ１Ａの中心軸線から径方向に沿ってプリズム７を見た場合に、裏側でプリズム７の中心軸線と傾斜して交わる面となっている構成とすることができる。すなわち、受光部を内燃機関Ｅに突出させることなく、受光した光を屈折および透過させて光透過媒体８に導くには具体的にはかかる構成とすることができる。
【００２８】
この場合、受光面Ｒ１はさらに具体的には点火プラグ１Ａの中心軸線とプリズム７の中心軸線とを径方向に沿って結ぶ直線Ｐの延伸方向において、点火プラグ１Ａの中心軸線から遠ざかるほど軸線方向に沿ったプリズム７の長さが短くなるように直線Ｐとの間で鋭角側に先端角αを有して傾斜した面とすることができる。これにより、先端角αの設定によって検出範囲Ｂ１を含む所望の検出範囲で内燃機関Ｅの燃焼室の状態を検出することを可能にすることができる。この場合、さらに具体的には式（１）、式（２）が満たされることで、放電光および燃焼光の検出を可能にすることができる。また、式（１）、式（５）が満たされることで、燃焼光の検出を可能にすることができる。
【００２９】
この点、受光部をプリズム７とする本実施例の筒内検出装置では具体的には受光面Ｒ１が所定の先端角αを有して傾斜した面となっていることで、さらには式（１）、式（２）が満たされることで、受光面Ｒ１が検出範囲Ｂ１を有することができる。
【００３０】
本実施例の筒内検出装置はプリズム７がハウジング部２に設けられるとともに、プリズム７の先端部が軸線方向においてハウジング部２よりも突出しないように設けられており、ハウジング部２が内燃機関Ｅの燃焼室に突出しないように内燃機関Ｅに設けられる構成とすることができる。すなわち、具体的には例えばこのように構成することで、プリズム７を内燃機関Ｅの燃焼室に突出しないように設けることができる。本実施例の筒内検出装置は点火プラグ１Ａに組み込まれ、点火プラグ１Ａの一部として実現される構成とすることで、内燃機関Ｅへの設置容易化を図ることもできる。
【実施例２】
【００３１】
図５は点火プラグ１Ｂの要部を示す図である。点火プラグ１Ｂはプリズム７の代わりにレンズ１０を備える点以外、点火プラグ１Ａと実質的に同一となっている。点火プラグ１Ｂは点火プラグ１Ａの代わりに内燃機関Ｅに設けることができる。レンズ１０は受光部であり、内燃機関Ｅの燃焼室に突出しないように設けられる。この点、レンズ１０はプリズム７と同様にハウジング部２に設けられている。レンズ１０は先端部に凹レンズからなる受光面Ｒ２を備えるとともに、後端部に平レンズを備える円柱状の形状を有している。
【００３２】
受光面Ｒ２は受光面Ｒ１と同様に受光した光を屈折および透過させて光透過媒体８に導く。受光面Ｒ２は所定の曲率を有することで、放電ギャップ部Ｇを含む光の検出範囲Ｂ２を有するように構成されている。本実施例では光透過媒体８と光検出器９とレンズ１０とを備える筒内検出装置が実現されている。
【００３３】
次に本実施例の筒内検出装置の作用効果について説明する。本実施例の筒内検出装置はレンズ１０が内燃機関Ｅの燃焼室に突出しないように設けられ、且つ受光した光を屈折および透過させて光透過媒体８に導く受光面Ｒ２を備える構成となっている。このため、本実施例の筒内検出装置でも実施例１の筒内検出装置と同様に内燃機関Ｅの燃焼室の状態を好適に検出できる。
【００３４】
本実施例の筒内検出装置は実施例１の筒内検出装置と同様に受光面Ｒ２が検出範囲Ｂ２を有する構成である場合に好適である。この点、本実施例の筒内検出装置では具体的には受光面Ｒ２が所定の曲率を有することで、検出範囲Ｂ２を有することができる。
【００３５】
本実施例の筒内検出装置は実施例１の筒内検出装置と同様にレンズ１０がハウジング部２に設けられるとともに、レンズ１０の先端部が軸線方向においてハウジング部２よりも突出しないように設けられており、ハウジング部２が内燃機関Ｅの燃焼室に突出しないように内燃機関Ｅに設けられる構成とすることができる。また、実施例１の筒内検出装置と同様に点火プラグ１Ｂに組み込まれ、点火プラグ１Ｂの一部として実現される構成とすることことができる。
【００３６】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば受光部にはプリズムやレンズのほか適宜のガラス材が用いられてよい。
【００３７】
一方、本発明は受光部が内燃機関の燃焼室に突出しないように設けられ、且つ受光した光を屈折および透過させて透過部に導く受光面を備える代わりに、受光部が受光した光を屈折および透過させて透過部に導く受光面を備え、且つ受光面が放電ギャップ部を含む光の検出範囲を有する構成であってもよい。すなわち、このように構成することで、放電光を検出するにあたって内燃機関の燃焼室に受光部を突出させないか、或いは極力突出させないようにすることができる。
【００３８】
本発明は受光部が内燃機関の燃焼室に突出しないように設けられる代わりに、受光部がハウジング部に設けられ、且つ受光部の先端部が軸線方向においてハウジング部よりも突出しないように設けられている構成であってもよい。すなわち、このように構成することでも、内燃機関の燃焼室に受光部を突出させないか、或いは極力突出させないようにすることができる。
【符号の説明】
【００３９】
点火プラグ            １Ａ、１Ｂ、１Ｘ
ハウジング部          ２
碍子                  ３
中心電極              ４
接地電極              ５
高電圧端子            ６
プリズム              ７、７Ｘ
光透過媒体            ８
光検出器              ９
レンズ                １０
【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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【図６】
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