(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼室内のノッキング型の自己点火の発生源の位置を特定する方法において、
いくつかの圧力検出器を前記燃焼室内に配置する段階と、
前記各検出器が受けた圧力波を記録する段階と、
前記燃焼室内における前記圧力波の伝播速度を求める段階と、
前記各検出器間の前記圧力波の到着時間差を測定する段階と、
前記ノッキングの発生源と個々の前記検出器との間の距離の差を求め、それから前記燃焼室内の前記ノッキングの発生源の空間的な位置を推定する段階と、
が実行されることを特徴とする、エンジンの燃焼室内のノッキング型の自己点火の発生源の位置を特定する方法。
【請求項２】
前記各圧力検出器はシリンダヘッドの接続面に配置されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記いくつかの検出器のうちの少なくとも１つが、他の検出器によって形成された平面の外側に位置している、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
ノッキングの発生が既知の平面において起こる場合には３つの検出器が用いられる、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも４つの検出器が用いられる、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の方法を火花点火燃焼エンジンに適用する方法。
【請求項７】
自己点火箇所の位置を特定するために、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法を、均質または不均質のディーゼル型の給気圧縮燃焼エンジンに適用する方法。
【請求項８】
自己点火箇所の位置を特定するために、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法を、制御式の自己点火燃焼エンジンに適用する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼エンジン、一般的には火花点火エンジンにおけるノッキングの発生源を解析する方法に関する。この方法の目的は、各エンジンサイクル中の各シリンダにおけるノッキングの開始箇所を、燃焼室内の圧力などの、燃焼に関するパラメータの測定値から特定することを可能にすることである。そのため、本発明は、予め定められたエンジンの構成および燃焼パラメータについて、ノッキングが最もよく現れる箇所を統計的に評価することが可能である。
【０００２】
【従来の技術】
「ノッキング」という用語が、プラグを点火させた結果として生じる炎の前面が到達する前に、給気された空燃混合気の一部が多かれ少なかれ突然に自己点火することを表すことを思い起こされたい。火花点火エンジンの場合、この望ましくない自己点火は局部的な圧力増加を招き、その結果、燃焼室の固有振動数でのガス塊の振動を生じる。そのような現象が激しく、かつ繰り返される場合には、破壊作用を生じる可能性がある。
【０００３】
本明細書で用いる「ノッキング」という用語は、一般に、火花点火エンジンの場合のように望ましくない自己点火を表すこともあるし、あるいは、ディーゼルエンジン、すなわち放電無しで制御される自己点火燃焼段階を有するエンジンの場合のように望ましい自己点火を表すこともある。
【０００４】
加速度測定またはイオン化測定の原理によって作動する、周知のノッキング検出装置がある。しかしながら、これらの装置では、正確なノッキング発生箇所を特定することができない。
【０００５】
アメリカ自動車技術者協会（ＳＡＥ）の出版物であるＳＡＥ９５０，６８１およびＳＡＥ２０００−０１−０２５２には、光センサーによってノッキングの位置を特定する種々の方法が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンの研究および調整を行うためには、特に火花点火エンジンの場合、影響力の大きい幾何学的な要因、およびこれらの要因と燃焼調節パラメータとの結び付きを検討するためにノッキングの発生領域を求める必要がある。これにより、燃焼室の構造を最適化することができ、また、ノッキングの発生をできるだけ遅らせるために調節パラメータを用いることができ、また、ノッキングが発生しうる、すなわち主として高負荷である動作段階の空燃混合気の燃焼によってもたらされるエネルギーの大部分を得ることが可能になる。ノッキングに関してエンジンを最適化することにより、例えば、より高い燃焼効率を実現する、より高い圧縮比を用いることを可能にすることによって、低負荷時にも良好な結果を得ることができる。
【０００７】
ディーゼルで、かつ制御式の自己点火式のエンジンの場合、点火箇所を特定することにより、燃焼およびエンジンの動作をより最適化させることができる。
【０００８】
したがって、本発明は、エンジンの燃焼室内に発生する、圧力勾配が大きい自己点火、主にノッキングの発生源の位置を特定する方法に関する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本方法によれば、
いくつかの圧力検出器を燃焼室内に配置する段階と、
各検出器が受けた圧力波を記録する段階と、
燃焼室内における圧力波の伝播速度を求める段階と、
個々の検出器間の圧力波の到着時間差を測定する段階と、
ノッキングの発生源と個々の検出器との間の距離の差を求め、それから燃焼室内のノッキングの発生源の空間的な位置を推定する段階とが実行される。
【００１０】
圧力検出器は、シリンダヘッドの接続面に配置できる。
【００１１】
いくつかの検出器のうちの少なくとも１つを、他の検出器によって形成される面の外側に配置してもよい。
【００１２】
ノッキングの発生が既知の面内で起こる場合には３つの検出器を用いることができる。
【００１３】
少なくとも４つの検出器を用いることができることが好ましい。
【００１４】
本発明による方法は、給気圧縮によるディーゼル型の、均質または不均質の燃焼、すなわち、例えば直前のサイクルの既燃ガスが制御されて高比率で燃焼室内に存在することによる、制御された自己点火燃焼のような、他の燃焼タイプの場合にも、燃焼箇所を特定することに適用できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
提案した、ノッキングの発生位置の特定原理は、角度測定法に基づいている。この特定原理は、燃焼室のさまざまな箇所に分散配置されたいくつか（燃焼室の空間内における満足のいく位置特定精度が得られるように少なくとも４つ、または、位置特定が所定の平面に限定されている場合には少なくとも３つ）の検出器によって、燃焼室内の燃焼に関するパラメータのうちの１つ、例えば圧力、の測定に基づいている。
【００１７】
図１のグラフは、圧力検出器の１つに記録された信号１を示している（横座標はミリセカンド単位の時間を示し、縦座標はパスカル単位の圧力を示している）。
【００１８】
ノッキングによって生じた圧力波が各検出器に到着する時点２は、高周波数で同時に得られたこれらの圧力波の測定値から、例えば圧力信号閾値法によって求められる。この信号は、例えば、例えば３ｋＨｚ未満の低周波数成分と例えば５０ｋＨｚよりも大きい高周波数成分を取り除き、ノッキング波（図２に示されている）に対応する周波数帯域だけを残すことによって、濾波されることが好ましい。
【００１９】
燃焼室における圧力波の平均伝播速度（位相速度Ｃ）は、例えば基準の検出器上にノッキングが現れる時の圧力の測定値から、簡易な計算によって同時に求められる。
【００２０】
【数１】
Ｃ＝γ × .ｒ × Ｔ，
Ｔ＝圧力×容積／許容量／ｒであり、ここで、γは温度Ｔ．の関数に関する簡単な法則によって求められる。
【００２１】
位相速度は、基準の検出器に記録された信号をＦＥＴ（高速フーリエ変換）により解析することによって得られるノッキング信号の固有周波数から求めることもできる。
【００２２】
【数２】
Ｃ＝Ｆn × Ｄ ／ αn，
ここで、Ｆnは固有振動モードと一致する、測定された周波数であり、Ｄはシリンダの直径であり、αnはこの振動モードに対応する、算出された係数である。燃焼室が円筒形の回転体に近い単純な形状の場合、係数αnはベッセル係数に基づくことができる。
【００２３】
図３は、記録された信号１に対してＦＥＴ処理を施した結果を示しており、Ｆ１およびＦ２は、最初の２つのモードの固有周波数である。
【００２４】
図４は、燃焼室１０に４つの圧力検出器１１，１２，１３，１４を設置する方法を示している。これらの４つの検出器は、同一の平面、例えばシリンダヘッドの接続面に配置することができる。他の変形例では、これらの検出器のうちの少なくとも１つが、他の３つの検出器によって形成される平面の外側に配置される。さらに他の変形例では、この装置は少なくとも５つの検出器を含む。
【００２５】
放出源−受信器（ノッキングの発生源−検出器）の間の距離Ｄの差、すなわちｅ１＝Ｄ１−Ｄ２，ｅ２＝Ｄ１−Ｄ３，ｅ３＝Ｄｌ−Ｄ４が、個々の検出器について、これらの検出器間の圧力波の到着時間差と位相速度とから推定される。これにより、検出器（Ｄｌ，Ｄ２；Ｄ１，Ｄ３；Ｄ１，Ｄ４）を焦点として、距離差ｅ１，ｅ２，およびｅ３をパラメータとしてそれぞれ有する３つの双曲面の交点を求めることから成る三角測量法によって、燃焼室内のノッキングの発生源を求めることが可能である。
【００２６】
再現精度は、検出器の正確な応答時間を求め、取得値の時間分解能を向上させることにより、検出器の個数を乗じた分だけ著しく向上する。
【００２７】
本発明は、位置が特定されるべき燃焼の始まりが比較的高い圧力勾配を生じる場合に適用されるので、本方法の有効性と精度がますます高くなることに注目することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】測定された圧力波の記録段階を示すグラフである。
【図２】測定された圧力波の記録段階を示すグラフである。
【図３】測定された圧力波の処理段階を示すグラフである。
【図４】燃焼室内における検出器の位置を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１      信号
２      時点
１０    燃焼室
１１，１２，１３，１４    圧力検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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