(57)【要約】【課題】内燃機関の筒内の温度を燐光観測に基づいて精度良く測定する技術及びこれによって測定した筒内の温度を用いて内燃機関を制御する技術を提供する。【解決手段】燃料を溶媒として燐光体を分散させた燐光体溶液を収容するとともに、排気によって燐光体溶液を霧化させ、燃料を蒸発させて燐光体粒子を分離する機能を有する蒸発装置１１を備え、蒸発装置１１から供給される燐光体を吸気通路２に流入させることで気筒４内に燐光体を均一に分散供給し、点火プラグ４と一体に構成された紫外光発生装置によって点火プラグ４の気筒内の部分から筒内の燐光体に紫外光を照射し、筒内の燐光体から発せられる燐光を点火プラグ４に内蔵された光ファイバによって点火プラグ４の気筒内の部分から取り込んで燐光観測部に導き、燐光観測部において燐光の特定の２波長の強度を測定し、２波長の強度比に基づいて燐光体の温度を算出し、筒内温度を測定する。【選択図】図１
2009097970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の筒内ガス中に燐光体を供給する燐光体供給手段と、
前記筒内ガス中の燐光体に該燐光体を励起させる光を照射する照射手段と、
前記燐光体から発せられる燐光を観測する燐光観測手段と、
を備え、
前記燐光体供給手段によって供給される前記筒内ガス中の燐光体に前記照射手段によって光を照射した際に該燐光体から発せられる燐光の前記燐光観測手段による観測結果に基づいて前記筒内の温度を測定する内燃機関の筒内温度測定システムであって、
前記燐光体供給手段は、燐光体粒子を溶媒中に分散させたコロイド溶液の状態で収容する燐光体収容手段を有し、該コロイド溶液を霧化分散させることで該コロイド溶液中の燐光体粒子を溶媒から分離させるとともに、該分離させた燐光体粒子を前記内燃機関の吸気系に流入させることを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記燐光体供給手段は、
前記燐光体収容手段に収容された前記コロイド溶液を噴出させる噴出手段と、
前記噴出手段により噴出される前記コロイド溶液を衝突させる壁部材と、
を有し、前記コロイド溶液を前記壁部材に衝突させることによって前記コロイド溶液を霧化分散させることを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記溶媒は、前記内燃機関の燃料であることを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項４】
請求項１−３のいずれか１項において、
前記噴出手段は、高圧ガスによって前記コロイド溶液を噴出させることを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項５】
請求項４において、
前記高圧ガスとして、前記内燃機関のターボチャージャによって加圧された吸気又は前記内燃機関からの排気を用いることを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項６】
請求項１−５のいずれか１項において、
前記燐光体供給手段は、前記噴出手段によって噴出される前記コロイド溶液を加熱する加熱手段を有することを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項７】
請求項１−６のいずれか１項において、
前記内燃機関は前記筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を気筒に備え、
前記照射手段は、前記燃料噴射弁の気筒内の部分から前記筒内に光を照射する手段であり、
前記燐光観測手段は、前記燃料噴射弁の気筒内の部分から前記筒内の燐光体が発する燐光を取り込んで観測する手段であることを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項８】
請求項１−７のいずれか１項において、
前記内燃機関は前記筒内の混合気に点火する点火プラグを気筒に備え、
前記照射手段は、前記点火プラグの気筒内の部分から前記筒内に光を照射する手段であり、
前記燐光観測手段は、前記点火プラグの気筒内の部分から前記筒内の燐光体が発する燐光を取り込んで観測する手段であることを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項９】
請求項１−８のいずれか１項において、
前記燐光観測手段は、前記燐光の所定の２波長の成分の強度を測定する手段であり、
前記燐光観測手段によって測定される前記２波長の成分の強度比に基づいて前記筒内の温度を測定することを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項１０】
請求項９において、
前記燐光観測手段は、
入射する燐光を２つに分割するスプリッタと、
前記点火プラグ又は前記燃料噴射弁の内部に設けられ前記筒内の燐光を前記点火プラグ又は前記燃料噴射弁の気筒内の部分から取り込み前記スプリッタに導く燐光導波路と、
前記スプリッタによって分割された燐光の一方から前記所定の２波長のうち一方の波長を取り出す第１のフィルタと、
前記スプリッタによって分割された燐光の他方から前記所定の２波長のうち他方の波長を取り出す第２のフィルタと、
前記第１のフィルタを通過した燐光の強度を測定する第１の受光部と、
前記第２のフィルタを通過した燐光の強度を測定する第２の受光部と、
を有することを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項１１】
請求項９において、
前記燐光観測手段は、
回折格子と、
前記点火プラグ又は前記燃料噴射弁の内部に設けられ前記筒内の燐光を前記点火プラグ又は前記燃料噴射弁の気筒内の部分から取り込み前記回折格子に導く燐光導波路と、
前記燐光導波路によって導かれる燐光の前記回折格子への入射角を、前記回折格子による反射光の波長が前記所定の２波長となるように変更する入射角変更手段と、
前記回折格子で反射された燐光の強度を測定する受光部と、
を有することを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項１２】
請求項１−１１のいずれか１項において、
前記燐光観測手段は、前記照射手段によって前記筒内に光を照射してから所定期間は燐光を観測しないことを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項１３】
請求項７−１２のいずれか１項において、
前記照射手段は、前記筒内に光を発する発光手段を前記点火プラグ又は前記燃料噴射弁の気筒内の部分に備えることを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項１４】
請求項７−１３のいずれか１項において、
前記照射手段は、
光を発する発光手段と、
前記点火プラグ又は前記燃料噴射弁の内部に設けられ、前記発光手段によって発せられた光を前記点火プラグ又は前記燃料噴射弁の気筒内の部分に導く光導波路と、
を有し、前記光導波路によって導かれた光を前記点火プラグ又は前記燃料噴射弁の気筒内の部分から筒内に照射することを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記照射手段は、筒内の所定の位置を焦点とする集光手段を更に有し、前記光導波路によって導かれた光を前記集光手段によって前記焦点に集束させて照射する手段であって、
前記筒内ガス中の燐光体に前記照射手段によって光を前記焦点に集束させて照射した際に該燐光体から発せられる燐光の前記燐光観測手段による観測結果に基づいて該焦点の位
置における温度を測定することを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記集光手段による焦点の位置を変更可能な焦点変更手段を更に備えることを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記焦点変更手段は、前記点火プラグ又は前記燃料噴射弁の前記気筒内の部分における前記集光手段の位置及び／又は角度を変化させることによって、前記焦点の位置を変更することを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項１８】
請求項１６又は１７において、
前記照射手段は、前記焦点変更手段によって前記焦点の位置を変更させて、気筒の中心軸からの径方向距離が異なる複数の位置を焦点として前記光を集束させて照射し、当該複数の位置における温度を測定することを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記複数の位置は、前記燃料噴射弁の燃料噴霧軸線上の異なる複数の位置であることを特徴とする内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項２０】
請求項１８又は１９の内燃機関の筒内温度測定システムによって前記内燃機関の温間運転時の前記複数の位置における温度を測定し、
前記気筒の中心軸からの径方向距離が比較的遠い位置における温度が、比較的近い位置における温度より低い場合、前記燃料噴射弁による燃料噴射圧力を増加させる補正及び／又は前記燃料噴射弁によるパイロット噴射量を増加させる補正を行うことを特徴とする内燃機関の制御システム。
【請求項２１】
請求項１８又は１９の内燃機関の筒内温度測定システムによって前記内燃機関の温間運転時の前記複数の位置における温度を測定し、
前記気筒の中心軸からの径方向距離が比較的遠い位置における温度が、比較的近い位置における温度より高い場合、前記燃料噴射弁による燃料噴射圧力を減少させる補正及び／又は前記燃料噴射弁によるパイロット噴射量を減少させる補正を行うことを特徴とする内燃機関の制御システム。
【請求項２２】
請求項１８又は１９の内燃機関の筒内温度測定システムによって前記複数の位置における温度を測定し、
前記気筒の中心軸からの径方向距離に対する温度の変化度合が所定の基準値より小さい場合、前記燃料噴射弁による燃料噴射圧力を増加させる補正及び／又は前記燃料噴射弁によるパイロット噴射量を増加させる補正を行う内燃機関の制御システム。
【請求項２３】
請求項１８又は１９の内燃機関の筒内温度測定システムによって前記複数の位置における温度を測定し、
前記気筒の中心軸からの径方向距離に対する温度の変化度合が所定の基準値より大きい場合、前記燃料噴射弁による燃料噴射圧力を減少させる補正及び／又は前記燃料噴射弁によるパイロット噴射量を減少させる補正を行う内燃機関の制御システム。
【請求項２４】
請求項２２又は２３において、
前記基準値は、前記内燃機関の温間運転時においてはゼロ近傍の値に設定される内燃機関の制御システム。
【請求項２５】
請求項２２又は２３において、
前記基準値は、前記内燃機関の冷間運転時又は始動時においては所定の負の値に設定される内燃機関の制御システム。
【請求項２６】
請求項１８又は１９の内燃機関の筒内温度測定システムによって前記複数の位置における温度を測定し、
当該温度の時間推移を測定し、当該時間推移に基づいて当該位置におけるスワール比を算出し、スワール比のより高い位置に前記燃料噴射弁による燃料噴霧がより多く到達するように燃料噴射弁を制御する内燃機関の制御システム。
【請求項２７】
請求項２６において、
前記気筒の中心軸からの径方向距離が比較的遠い位置におけるスワール比が、比較的近い位置におけるスワール比より大きい場合、前記燃料噴射弁による燃料噴射圧力を増加させる補正及び／又は前記燃料噴射弁によるパイロット噴射量を増加させる補正を行う内燃機関の制御システム。
【請求項２８】
請求項２６において、
前記気筒の中心軸からの径方向距離が比較的近い位置におけるスワール比が、比較的遠い位置におけるスワール比より大きい場合、前記燃料噴射弁による燃料噴射圧力を減少させる補正及び／又は前記燃料噴射弁によるパイロット噴射量を減少させる補正を行う内燃機関の制御システム。
【請求項２９】
請求項１６又は１７において、
前記照射手段は、前記焦点変更手段によって前記焦点の位置を変更させて、前記筒内の燃焼室内壁面上の異なる複数の位置を焦点として前記光を集束させて照射し、当該複数の位置における温度を測定する内燃機関の筒内温度測定システム。
【請求項３０】
請求項２９の内燃機関の筒内温度測定システムによって前記複数の位置における温度を測定し、
所定の許容上限温度より高い温度が測定された位置がある場合、前記燃料噴射弁による燃料噴射量を減少させる補正を行う内燃機関の制御システム。
【請求項３１】
請求項２９の内燃機関の筒内温度測定システムによって前記複数の位置における温度を測定し、
前記燃料噴射弁の気筒内の部分からの気筒の中心軸方向距離が比較的遠い位置における温度が、比較的近い位置における温度より高い場合、前記燃料噴射弁による燃料噴射圧を減少させる補正を行う内燃機関の制御システム。
【請求項３２】
請求項２０−２８、３０、３１のいずれか１項において、
前記内燃機関が定常運転状態の時に、前記内燃機関の筒内温度測定システムによって前記温度を測定し、前記補正を行う内燃機関の制御システム。
【請求項３３】
請求項２０−２８、３０、３１のいずれか１項において、
前記内燃機関用の燃料タンクに新たな燃料が給油された後に、前記内燃機関の筒内温度測定システムによって前記温度を測定し、前記補正を行う内燃機関の制御システム。
【請求項３４】
請求項２０−２８、３０、３１のいずれか１項において、
前記内燃機関の排気通路に燃料を添加する制御の実行後に、前記内燃機関の筒内温度測定システムによって前記温度を測定し、前記補正を行う内燃機関の制御システム。
【請求項３５】
請求項２０−２８、３０、３１のいずれか１項において、
前記内燃機関のエンジン回転数の変動が所定の基準より大きい場合に、前記内燃機関の筒内温度測定システムによって前記温度を測定し、前記補正を行う内燃機関の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の筒内温度測定システム及びそれを用いた内燃機関の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の筒内温度を測定する技術として、圧力センサによって筒内の圧力を測定して熱力学に基づく計算によって筒内のガス温度を算出する技術や、熱電対を用いて筒内のガス温度を測定する技術や、シリンダやピストンの表面に燐光体を接着し、この燐光体に紫外光を照射し、その際に燐光体から発せられる燐光を観測して、燐光体が接着された表面の温度を算出する技術等が知られている。なお、関連する技術が特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００４−３２５１１１号公報
【特許文献２】特開２００４−３２５１１２号公報
【特許文献３】特開２００２−３４０６９８号公報
【特許文献４】特公昭６３−０６３８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の技術において、筒内の圧力から熱力学に基づく計算によって算出されるガス温度は、筒内のガスの平均的な温度であって、この技術によって筒内のガスの局所的な温度を得ることは難しかった。また、燃料性状の変化や、燃料噴射弁等の機器の経時的な特性変化やばらつき等に柔軟に対応することが難しかった。また、熱電対は測定対象の温度変化に対する応答性が悪く、急激な温度変化に追従できない場合があった。また、燐光を利用した温度測定では、シリンダやピストンの表面温度を測定することはできるものの、筒内ガス中に均一に分散した状態の燐光体粒子を供給することが難しく、燐光観測によって筒内のガス温度を測定することは難しかった。また、筒内の燐光を観測するためには、ガラスピストンやガラスシリンダライナ等を設けて紫外光導入用及び燐光計測用の窓を設ける必要があった。
【０００４】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の筒内の温度を燐光観測に基づいて精度良く測定する技術及びこれによって測定した筒内の温度を用いて内燃機関を制御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】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明は、
内燃機関の筒内ガス中に燐光体を供給する燐光体供給手段と、
前記筒内ガス中の燐光体に該燐光体を励起させる光を照射する照射手段と、
前記燐光体から発せられる燐光を観測する燐光観測手段と、
を備え、
前記燐光体供給手段によって供給される前記筒内ガス中の燐光体に前記照射手段によって光を照射した際に該燐光体から発せられる燐光の前記燐光観測手段による観測結果に基づいて前記筒内の温度を測定する内燃機関の筒内温度測定システムであって、
前記燐光体供給手段は、燐光体粒子を溶媒中に分散させたコロイド溶液の状態で収容する燐光体収容手段を有し、該コロイド溶液を霧化分散させることで該コロイド溶液中の燐光体粒子を溶媒から分離させるとともに、該分離させた燐光体粒子を前記内燃機関の吸気系に流入させることを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、固体の燐光体粒子が溶媒中に分散したコロイド溶液状態で燐光体収容手段に収容されているため、燐光体粒子同士が凝集してしまうことを抑制できる。そして、このコロイド溶液を霧化分散させて燐光体粒子を分離し、このようにして得られた燐光体粒子を吸気系に流入させるので、内燃機関の筒内ガス中に均一に燐光体粒子が分散した状態を実現できる。これにより、筒内ガス中の燐光体の発する燐光の観測に基づいて筒内ガスの温度を測定することが可能となる。
【０００７】
ここで、光は紫外光その他燐光体を励起可能な電磁波であればどのようなものであっても良い。
【０００８】
本発明において、燐光体供給手段は、
前記燐光体収容手段に収容された前記コロイド溶液を噴出させる噴出手段と、
前記噴出手段により噴出される前記コロイド溶液を衝突させる壁部材と、
を有し、前記コロイド溶液を前記壁部材に衝突させることによって前記コロイド溶液を霧化分散させるように構成することができる。
【０００９】
壁部材は、例えば、噴出手段からの燐光体コロイド溶液の噴出方向に対向するように設けられた平面状又は球面状の部材によって構成することができる。
【００１０】
本発明において、燐光体粒子を分散させる溶媒（液体分散媒）としては、内燃機関の燃料を用いることができる。溶媒として燃料を用いることにより、燐光体供給手段によって燐光体を吸気系に流入させる際に、蒸発した溶媒が吸気系に流入した場合においても、内燃機関の燃焼に与える影響を少なくすることができる。
【００１１】
上記燐光体供給手段の構成において、噴出手段は、高圧ガスによって燐光体コロイド溶液を噴出させるように構成することができる。ここで、高圧ガスとしては、ターボチャージャによって加圧された吸気や内燃機関からの排気を用いることもできる。この場合、ターボチャージャのコンプレッサより下流の吸気通路から吸気の一部を取り出して噴出手段に導く通路や、排気通路から排気の一部を取り出して噴出手段に導く通路を設け、これら吸気や排気のエネルギーによって燐光体コロイド溶液を噴出させる。
【００１２】
上記燐光体供給手段の構成において、噴出手段によって噴出される燐光体コロイド溶液を加熱する加熱手段を有していても良い。これにより、溶媒の蒸発が促進されるので、燐光体粒子の分離を促進させることができる。
【００１３】
本発明の筒内温度測定システムは、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を気筒に備えたエンジン又は筒内ガスに点火する点火プラグを気筒に備えたエンジンに適用することができる。この場合、本発明における照射手段は、燃料噴射弁又は点火プラグの気筒内の部分から筒内に光を照射する手段とすることができる。また、本発明における燐光観測手段は、燃料噴射弁又は点火プラグの気筒内の部分から筒内の燐光体が発する燐光を取り込んで観測する手段とすることができる。
【００１４】
ここで、燃料噴射弁の気筒内の部分とは、例えば、燃料噴射弁の燃料噴射口近傍の箇所である。また、点火プラグの気筒内の部分とは、例えば、点火プラグの電極部近傍の箇所である。このように、照射手段及び燐光観測手段を点火プラグ又は燃料噴射弁と一体に構成することによって、筒内の燐光体に照射すべき光を筒内に入れるためにガラスシリンダやガラスピストン等の装置を備えたり、筒内の燐光を観測するための窓をシリンダ等に設けたりする必要がなく、より簡易な構造によってシステムを構成することができる。
【００１５】
本発明の筒内温度測定システムは、燐光観測手段によって燐光の所定の２波長の強度を測定し、当該２波長の強度比に基づいて筒内の温度を測定する構成とすることができる。これは、波長によって温度依存性が異なるという燐光のスペクトルの温度特性を利用したものである。例えば、ある波長λ１のスペクトル強度Ｉ１は燐光体の温度によらず略一定であるが、波長λ２のスペクトル強度Ｉ２は燐光体の温度によって大きく異なる、という温度特性を有する燐光体を用いる場合、波長λ１と波長λ２の強度比Ｉ２／Ｉ１と燐光体の温度との間に対応関係が成り立つので、この２波長の強度比に基づいて燐光体の温度を測定することができる。
【００１６】
その他、燐光観測による温度測定技術として、燐光の寿命が温度依存性を有する性質を利用し、燐光の寿命に基づいて温度を測定する方法を用いることもできるが、この測定方法の場合、内燃機関の筒内のような高圧環境下では圧力の影響によって燐光の寿命を精度良く測定することが難しいため、筒内温度の推定精度が制限される場合がある。
【００１７】
燐光の２波長の強度比を測定するために、本発明の燐光観測手段は、
入射する燐光を２つに分割するスプリッタと、
前記点火プラグ又は前記燃料噴射弁の内部に設けられ前記筒内の燐光を前記点火プラグ又は前記燃料噴射弁の前記気筒内の部分から取り込み前記スプリッタに導く燐光導波路と、
前記スプリッタによって分割された燐光の一方から前記所定の２波長のうち一方の波長（例えば上記のλ１）を取り出す第１のフィルタと、
前記スプリッタによって分割された燐光の他方から前記所定の２波長のうち他方の波長（例えば上記のλ２）を取り出す第２のフィルタと、
前記第１のフィルタを通過する燐光の強度を測定する第１の受光部と、
前記第２のフィルタを通過する燐光の強度を測定する第２の受光部と、
を有する構成とすることができる。
【００１８】
燐光観測手段をこのように構成した場合、筒内の燐光体から発せられた燐光は、点火プラグ又は燃料噴射弁の気筒内の部分から燐光導波路に入射してスプリッタまで導かれ、スプリッタに入射して２つに分割される。分割された燐光の一方は第１のフィルタを通過して波長λ１の成分を取り出され、第１の受光部によってその強度Ｉ１が測定される。また、分割された燐光の他方は第２のフィルタを通過して波長λ２の成分を取り出され、第２の受光部によってその強度Ｉ２が測定される。これにより、２波長の強度比が得られるので、強度比と燐光体温度との対応関係に基づいて、燐光体の温度、すなわち筒内の温度を測定することができる。
【００１９】
燐光の２波長の強度比を測定するために、本発明の燐光観測手段は、
回折格子と、
前記点火プラグ又は前記燃料噴射弁の内部に設けられ前記筒内の燐光を前記点火プラグ又は前記燃料噴射弁の気筒内の部分から取り込み前記回折格子に導く燐光導波路と、
前記燐光導波路によって導かれる燐光の前記回折格子への入射角を、前記回折格子による反射光の波長が前記所定の２波長となるように変更する入射角変更手段と、
前記回折格子で反射された燐光の強度を測定する受光部と、
を有する構成とすることができる。
【００２０】
燐光観測手段をこのように構成した場合、筒内の燐光体から発せられた燐光は、点火プラグ又は燃料噴射弁の気筒内の部分から燐光導波路に入射して回折格子まで導かれる。そして、入射角変更手段によって、燐光の回折格子への入射角を、回折格子による反射光の波長が例えば上記の波長λ１となるような入射角θ１とし、その時の反射光の強度Ｉ１を受光部によって測定する。さらに、入射角変更手段によって、燐光の回折格子への入射角
を、回折格子による反射光の波長が上記の波長λ２となるような入射角θ２とし、その時の反射光の強度Ｉ２を受光部によって測定する。これにより、２波長の強度比が得られるので、強度比と燐光体温度との対応関係に基づいて、燐光体の温度、すなわち筒内の温度を測定することができる。
【００２１】
上記のような燐光観測手段の各構成において、燐光導波路は、例えば点火プラグ又は燃料噴射弁の内部に埋め込まれた光ファイバー等によって構成することができる。
【００２２】
ところで、燃料の燃焼に伴う化学発光や蛍光等の寿命が１０−２０ｎｓのオーダーであるのに対し、燐光の寿命は１μｓｅｃ−１ｍｓｅｃのオーダーであり、化学発光や蛍光の寿命と比較して著しく長い。この性質に鑑み、照射手段によって筒内に光を照射してから、化学発光や蛍光の寿命と同程度の期間として定められる所定期間、燐光観測手段は燐光を観測しないようにしても良い。例えば、受光部の直前に開閉可能なシャッターを設け、照射手段によって筒内に光を照射してから前記所定期間は当該シャッターと閉じて受光部への燐光その他の光の入射を遮断するようにしても良い。これにより、化学発光や蛍光等が燐光観測におけるノイズとなることを抑制することができる。これにより、燐光の観測を精度良く行うことが可能になる。
【００２３】
本発明において、照射手段は、例えば、光を発するＬＥＤやレーザ発生装置等の発光手段を点火プラグ又は燃料噴射弁の前記気筒内の部分に備えた構成とすることができる。
【００２４】
あるいは、点火プラグ又は燃料噴射弁の前記気筒内の部分以外の場所に発光手段を備え、発光手段によって発せられた光を点火プラグ又は燃料噴射弁の気筒内の部分に導く光ファイバー等の光導波路を点火プラグ又は燃料噴射弁の内部に埋め込み、当該光導波路によって点火プラグ又は燃料噴射弁の気筒内の部分に導かれた光を当該気筒内の部分から筒内に照射するように構成することができる。この構成において、光導波路は、上記の燐光観測手段の構成における燐光導波路と共通の構成要素としても良い。
【００２５】
ところで、燐光体に照射される光をレンズ等の集光手段によって集光させると、その集光された位置（焦点）における燐光体から発せられる燐光の強度が非常に強くなるので、この燐光を観測することによって当該焦点位置における局所的な温度を測定することができる。このような燐光観測による筒内の局所温度の測定を行うために、前記照射手段を、筒内の所定の位置を焦点とする集光手段を更に備え、前記光導波路によって導かれた光を前記集光手段によって前記焦点に集束させて照射する構成としても良い。
【００２６】
さらに、この集光手段による焦点の位置を変更可能な焦点変更手段を備えることによって、筒内の様々な位置における局所的な温度を測定することが可能になる。
【００２７】
焦点変更手段は、例えば、集光手段を点火プラグ又は燃料噴射弁の気筒内の部分に設け、該気筒内の部分における集光手段の位置及び／又は角度を変化させる構成とすることができる。例えば、点火プラグ又は燃料噴射弁の気筒内の部分に設けられるレンズを、モータ等の駆動手段によって移動させ、及び／又はその角度を変化させることで、筒内の所望の位置を焦点として光を集束させて照射することができる。
【００２８】
焦点変更手段を備えた構成の本発明のシステムによれば、照射手段により気筒の中心軸からの径方向距離の異なる複数の位置を焦点として光を集束させて照射し、当該複数の位置における局所的な温度を測定することができる。このように本発明のシステムを構成した場合、筒内温度の径方向分布を測定することができる。
【００２９】
ここで、気筒に燃料噴射弁を備えた構成の内燃機関の場合には、「気筒の中心軸からの
径方向距離の異なる複数の位置」として、特に「燃料噴射弁による燃料噴霧軸線上の異なる複数の位置」としても良い。このような構成とすれば、燃料噴霧軸線に沿った筒内温度分布を測定することができる。燃焼後のこの温度分布は、燃料噴霧の濃度分布を反映していると考えられるので、この温度分布に基づいて燃料噴霧の濃度分布を推定することができる。
【００３０】
このような筒内温度の径方向分布の測定により、気筒の中心軸からの径方向距離が比較的遠い位置（すなわち燃焼室内の外側の領域）における温度が、比較的近い位置（すなわち燃焼室内の内側の領域）における温度より低い場合、燃焼室内の外側で十分に燃料が燃焼していないことが予想される。この場合、燃料噴射弁による燃料噴射圧を増加させる補正を行うと良い。これにより燃料噴霧の到達距離が伸び、燃焼室内における燃料噴霧の分布が均一になり、好適に希薄燃料が行われるようになるので、ＮＯｘやスモークの発生を抑制することができる。
【００３１】
なお、この時、燃料噴射弁がパイロット噴射噴射を行うことが可能な構成の場合には、パイロット噴射量を増加させる補正を行っても良い。パイロット噴射の場合、噴射量を増加させることによって好適に噴霧到達距離を伸ばすことができる。また、燃料噴射圧の増加補正を行っても燃料噴霧軸線上の温度分布が均一にならない場合に、パイロット噴射量の増加補正を行うようにしても良い。
【００３２】
同様に、筒内温度の径方向分布の測定により、気筒の中心軸からの径方向距離が比較的遠い位置（すなわち燃焼室内の外側の領域）における温度が、比較的近い位置（すなわち燃焼室内の内側の領域）における温度より高い場合は、燃料噴射圧を減少させる補正及び／又はパイロット噴射量を減少させる補正を行い、燃料噴霧の到達距離を短くして、燃料噴霧の分布が均一になるようにしても良い。
【００３３】
なお、このような燃料噴射の補正は、燃料噴霧形成前（例えば、ＢＴＤＣ９０−５０ｄｅｇ）に筒内温度分布の測定を行い、当該測定結果に基づいてそのサイクルにおける燃料噴射を補正する構成とすることができる。或いは、燃焼直後に筒内温度分布の測定を行い、当該測定結果に基づいて次回以降のサイクルにおける燃料噴射を補正する構成としても良い。
【００３４】
また、上記のような筒内温度の径方向分布の測定により、気筒の中心軸からの径方向距離の変化に対する筒内温度の変化の度合（例えば、気筒の中心軸からの径方向距離に対する筒内温度の測定値の関係を直線回帰した場合の回帰係数）が、所定の基準値より小さい場合に、燃料噴射弁による燃料噴射圧力を増加させる補正及び／又はパイロット噴射量を増加させる補正を行うようにしても良い。逆に、当該変化度合が所定の基準値より大きい場合には、燃料噴射弁による燃料噴射圧力を減少させる補正及び／又はパイロット噴射量を減少させる補正を行うようにしても良い。
【００３５】
ここで、所定の基準値とは、内燃機関の運転状態に応じて最適な燃料噴霧の分布に基づいて定められる。例えば、内燃機関の通常運転時（温間運転時）には、燃料噴霧をなるべく筒内に均一に分布させ、均一な希薄燃焼を行うことによって、ＮＯｘやスモークの発生を抑制することができる。従って、内燃機関の通常運転時における前記基準値はゼロ近傍の値とすることができる。つまり、内燃機関の通常運転時には、気筒の中心軸からの径方向距離によらずに筒内の温度が略一様となるように燃料噴射を制御すると良い。
【００３６】
一方、内燃機関の冷間運転時や始動時には、燃料噴霧が筒内に分散しすぎるとオーバーリーンとなってＨＣが発生し易くなるため、気筒中心軸からの径方向距離が比較的短い領域、すなわち燃焼室の内側の領域に燃料噴霧をある程度集中させることが好ましい。つま
り、内燃機関の冷間運転時や始動時における前記基準値は所定の負の値とすることができる。つまり、内燃機関の冷間運転時又は始動時には、燃焼室中央付近の温度が高く、燃焼室外側の領域ほど温度が低くなるように燃料噴射を制御すると良い。但し、燃焼室中央付近に燃料噴霧を集中させ過ぎると逆にスモークが発生し易くなるので、ＨＣ及びスモークの両方の発生が好適に抑制可能な燃料噴霧の分布を定めることができる。前記所定の負の値は、このような理想的な分布に基づいて定めることができる。
【００３７】
また、上記のように気筒の中心軸からの径方向距離の異なる複数の位置における局所的な温度を測定し、さらに各位置における温度の時間推移を測定することによって、当該位置におけるスワール比を算出することができる。例えば、燃料噴霧軸線上のある位置における温度を一定時間測定すると、まず燃料噴射弁からの燃料噴霧の火炎が当該位置に到達した時点で温度が上昇し、その燃料噴霧の火炎が筒内のスワールによって流されると、当該位置における温度は低下する。そして、当該燃料噴霧の隣の燃料噴霧の火炎がスワールによって当該位置まで流れてくると再び温度が上昇する。このような温度の時間推移を観測し、この温度上昇のピークの時間間隔に基づいてスワール比を算出することができる。
【００３８】
本発明のシステムにおいて、上記のように径方向温度分布の時間推移に基づいてスワール比を算出可能な構成とした場合には、スワール比のより高い位置における燃料噴霧がより濃くなるような燃料噴射制御を行うことができる。こうすることで、より確実に燃料噴霧を筒内に分散させることができるので、好適な均一希薄燃焼を実現することが可能になる。
【００３９】
例えば、気筒の中心軸からの径方向距離が比較的遠い位置におけるスワール比が、比較的近い位置におけるスワール比より大きい場合、燃料噴霧到達距離を長くすることによってスワールの強い領域により多くの燃料噴霧を到達させることができる。燃料噴霧到達距離を長くする手段としては、上述の各場合と同様に、燃料噴射弁による燃料噴射圧力を増加させる補正や、パイロット噴射量を増加させる補正を行う手段を用いることができる。
【００４０】
また、気筒の中心軸からの径方向距離が比較的近い位置におけるスワール比が、比較的遠い位置におけるスワール比より大きい場合、燃料噴霧到達距離を短くすることによってスワールの強い領域により多くの燃料噴霧を到達させることができる。燃料噴霧到達距離を短くする手段としては、上述の各場合と同様に、燃料噴射弁による燃料噴射圧力を減少させる補正や、パイロット噴射量を減少させる補正を行う手段を用いることができる。
【００４１】
焦点変更手段を備えた構成の本発明のシステムによれば、照射手段により筒内の燃焼室内壁面上の異なる複数の位置を焦点として光を集光させて照射し、当該複数の位置における局所的な温度を測定することができる。このように本発明のシステムを構成した場合、燃焼室内壁面上の温度分布を測定することができる。これにより、燃焼室内壁面上の局所的な温度の情報に基づいて、燃料噴射を制御することが可能になる。
【００４２】
例えば、このような温度分布の測定によって、燃焼後の燃焼室内壁面上に所定の許容上限温度を越える高温となっている箇所が存在する場合、当該箇所に溶損等の過度の熱劣化が生じる可能性がある。従って、このような場合は、燃料噴射弁による燃料噴射量を減少させる補正を行うと良い。これにより、燃焼温度を抑制することができるので、当該箇所における温度が許容上限温度を超えることを抑制できる。従って、当該個所の過度の熱劣化を抑制することができる。ここで、許容上限温度とは、燃焼室内壁に溶損等の過度な熱劣化が生じない上限温度に基づいてあらかじめ定められる温度である。ピストンやシリンダの材料の耐熱性能に基づいて定めても良い。
【００４３】
また、上記のような温度分布の測定によって、燃料噴射弁の気筒内の部分からの気筒の
中心軸方向距離が遠い位置における温度が、近い位置における温度より高くなっている温度分布が測定された場合、燃料噴霧の貫徹力が強過ぎることが予想される。このような燃料噴霧が形成されていると、燃焼室下部において局所的に過度な温度上昇が生じて燃焼室内壁面に熱劣化を生じさせる可能性がある。従って、このような場合は、燃焼噴射弁による燃料噴射圧力を減少させる補正を行うと良い。これにより、燃料噴射の貫徹力が適正となるので、燃焼室下部において局所的に燃焼噴霧の過剰に濃くなる個所が生じて過昇温することを抑制できる。
【００４４】
燃料噴射弁の経時的な特性変化や製造時のばらつき、燃料の性状変化、排気系やＥＧＲ系におけるスートや排気添加燃料等の付着による過給特性やＥＧＲ量特性の変化といった、事前の適合作業によってカバーしきれない諸要因によって、目標の燃料噴射と実際の燃料噴射との間にずれが生じる場合がある。これに対し、本発明の筒内温度測定システムを備えた内燃機関においては、上述のように筒内のガス温度分布や燃焼室内壁面上の温度分布の測定に基づいて燃料噴射の補正を行うことにより、このようなずれが生じた場合においても、燃料噴射弁の現状の特性や現在使用中の燃料の性状等に応じて燃料噴射制御を補正し、これを学習してそれ以降の燃料噴射制御を適切に行うことが可能になる。
【００４５】
本発明のシステムによる筒内温度の測定及び当該測定結果に基づく燃料噴射制御の補正は、例えば、給油直後に行うことが好ましい。こうすることで、給油によって性状の異なる燃料が供給された場合であっても、当該給油された燃料の性状に応じて燃料噴射制御を補正することができる。
【００４６】
また、排気通路に燃料を添加する制御の実行後に上記補正を行うことが好ましい。排気燃料添加は、排気浄化装置として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関において吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ還元処理や硫黄被毒回復処理を行う場合や、パティキュレートフィルタ（以下、フィルタ）を備えた内燃機関において、フィルタの再生処理を行う場合等に実行される。排気燃料添加によって排気系に多量の燃料が添加された場合、例えばターボチャージャの可変ノズルやＥＧＲ弁等に添加燃料が付着して、過給特性やＥＧＲ量が変化する可能性がある。このような場合であっても、当該特性変化に応じて燃料噴射制御を補正することができる。
【００４７】
また、車両が一定距離走行するごとに上記補正を行うことが好ましい。走行距離が伸びると、内燃機関におけるカーボンの付着や排気系におけるスートの堆積等による機関特性の経時変化が現れる。このような機関特性の変化が現れた場合であっても、上記補正を行うことにより、このような機関特性の経時変化に応じて燃料噴射制御を補正することができる。
【００４８】
また、内燃機関のエンジン回転数の変動が所定の基準より大きい場合に上記補正を行うことが好ましい。エンジン回転数の変動が大きい場合、何らかの原因で燃料噴射が目標の燃料噴射からずれている可能性がある。このような場合においても、上記補正を行うことにより、燃料噴射を補正することができる。
【００４９】
また、このような補正を行うために本発明の筒内温度測定システムによる筒内の温度の測定は、内燃機関の運転状態が定常運転状態の時に行うのが好ましい。これにより、安定した環境で燐光計測による筒内温度測定を行うことができ、より精度良く筒内の温度を測定することができる。定常運転状態としては、例えば、アイドル運転状態を例示できる。
【００５０】
なお、上記説明では、本発明の筒内温度測定システムによって測定された筒内温度に基づいて燃料噴射制御を補正することについて説明したが、測定された温度に基づいて燃料噴射以外の機関制御の補正を行うこともできる。
【発明の効果】
【００５１】
本発明により、内燃機関の筒内の温度を燐光観測に基づいて精度良く測定することが可能になる。また、このようにして測定された筒内温度に基づいて、燃料噴射その他の機関特性の変化やばらつきを補正及び学習し好適に内燃機関の制御を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。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】
【００５３】
図１は、本実施例に係る筒内温度測定システムを備えた内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す図である。内燃機関１は４つの気筒４を有するガソリンエンジンである。各気筒４には筒内の混合気に点火する点火プラグ５が備えられている。各気筒４には吸気通路２及び排気通路３が接続されている。排気通路３には排気を浄化する排気浄化触媒６が備えられている。
【００５４】
本実施例の内燃機関１には、吸気通路２を流れる吸気中に燐光体を供給するシーディング装置１０が備えられている。シーディング装置１０は、燃料を溶媒として燐光体粒子を分散させた燐光体コロイド溶液を収容すると共に、排気のエネルギーによって燐光体コロイド溶液を霧化させ、燃料を蒸発させて燐光体粒子を分離する機能を有する複数個の蒸発装置１１、蒸発装置１１を設置すると共に蒸発装置１１によって燃料から分離された燐光体粒子が一時的に存在する空間を内部に有するボックス２２、ボックス２２と吸気通路２とを接続しボックス２２内の燐光体粒子を吸気通路２に導く燐光体導入通路９、排気通路３から排気の一部を取り出す排気導入通路８、排気導入通路８を開閉するシーディングバルブ２１、排気導入通路８によって排気通路３から取り出された排気を各蒸発装置１１に分配する分配通路２３を有する。シーディングバルブ２１はＥＣＵ７と電気配線によって接続され、ＥＣＵ７によって開閉制御される。ＥＣＵ７は内燃機関１を制御する電子制御コンピュータである。ＥＣＵ７には内燃機関１に備えられた各種センサ（図示省略）からの出力信号が入力され、その信号に基づいてＥＣＵ７に接続されたシーディングバルブ２１その他の各種機器の動作が制御される。
【００５５】
図２は、蒸発装置１１の構造を模式的に示す図である。容器１４には燐光体コロイド溶液１５が貯留されている。容器１４の中には、容器１４内の燐光体コロイド溶液１５を容器１４の上方に導く通路１６を有するガイド１８が設けられている。ガイド１８は複数個の球状の脚部１７によって容器１４の底面に固定されており、各脚部１７の間の隙間から燐光体コロイド溶液がガイド１８の底部と容器１４の底部との間の空間に流れ込む。また、ガイド１８の通路１６には分配通路２３によって導かれる排気が導入される。シーディングバルブ２１が開弁されると、排気が分配通路２３を通ってガイド１８の通路１６に導入される。排気が通路１６に導入されると、通路１６下部は負圧状態となり、この負圧により矢印Ｃで示すように燐光体コロイド溶液が通路１６内に引き込まれる。そして、通路１６内の燐光体コロイド溶液は分配通路２３によって導入される排気によって通路１６から噴出される。ガイド１８内部の通路１６周囲には、電源２０を電源とするヒータ１９が備えられている。シーディングバルブ２１が開弁されて蒸発装置１１に排気が導入される時には、ヒータ１９による通路１６の加熱が同時に行われる。
【００５６】
ガイド１８の上方には、ガイド１８の通路１６の開口部に対向する球面を有する壁面１２が設けられている。排気のエネルギーによって通路１６からガイド１８の上方に噴出する燐光体コロイド溶液は、この壁面１２に衝突し、その衝突のエネルギーによって霧化し
、燐光体粒子が溶媒である燃料から分離する。この時、ヒータ１９による加熱が行われるので、燃料の蒸発が促進され、燐光体粒子の分離が促進される。燃料から分離した燐光体粒子は、矢印Ｂに示すように、通路１３を通ってボックス２２の空間領域に浮遊していく。一方、十分小さな粒子に霧化せず、燐光体粒子が燃料から分離しなかったり、燃料が蒸発しなかったものは、重力によって矢印Ａに示すように落下し、再び容器１４に貯留している燐光体コロイド溶液１５に戻る。こうして、燐光体粒子と蒸発した燃料の一部がボックス２２の空間部分に供給され、燐光体導入通路９を通って吸気通路２に流入する。吸気通路２に流入した燐光体は、吸気とともに気筒４内に吸入される。
【００５７】
このように、本実施例のシーディング装置１０によって、筒内ガス中に均一に燐光体を供給することができる。本実施例におけるシーディング装置１０が、本発明における燐光体供給手段に相当する。
【００５８】
図３は、点火プラグ５の構造を模式的に示す図である。図３（Ａ）は点火プラグ５を側面から見た図であり、図３（Ｂ）は点火プラグ５を下から見た図である。点火プラグ５の気筒内の部分には、筒内にスパークを発生する電極２４が備えられている。また、点火プラグ５の上部には、紫外光を発する紫外光発生部と、筒内の燐光体から発せられる燐光を観測する燐光観測部と、から成るセンサ部４０が備えられている。点火プラグ５には、センサ部４０と点火プラグ５の端部に設けられた開口部２６、２７とを光学的に接続する光ファイバ２８、２５が埋め込まれている。図３（Ｂ）に示すように、点火プラグ５の端部において、開口部２６、２７は、それぞれ筒内への光の照射及び筒内の光の取り込みが電極２４によって遮られない位置に設けられている。
【００５９】
図４は、点火プラグ５の内部構造とセンサ部４０の詳細な構成について模式的に示す図である。センサ部４０の紫外光発生部４２は、紫外レーザを発する紫外レーザ発生装置３０を有する。紫外レーザ発生装置３０と開口部２６とは光ファイバ２８によって接続されており、紫外レーザ発生装置３０から発せられた紫外レーザ３６は光ファイバ２８を通って点火プラグ５の端部の開口部２６に導かれる。開口部２６には紫外レーザ３６を筒内に散乱させるレンズ４１が設けられており、光ファイバ２８によって開口部２６に導かれた紫外レーザは、レンズ４１によって筒内の広範囲に散乱照射される。
【００６０】
また、筒内の燐光体から発せられる燐光は点火プラグ５の端部の開口部２７に入射し、光ファイバ２５を通ってセンサ部４０の燐光観測部４３に導かれる。光ファイバ２５によって燐光観測部４３に導かれた燐光はミラー２９で反射してハーフミラー３１に入射する。ハーフミラー３１は入射する燐光３７を２つの燐光３８、３９に分割するビームスプリッタである。燐光観測部４３は、ハーフミラー３１によって分割された一方の燐光３８の強度を測定する第１受光部３５と、他方の燐光３９の強度を測定する第２受光部３４とを有する。そして、第１受光部３５の直前には、燐光３８から波長λ１（４５５ｎｍ）の成分を取り出す第１フィルタ３３が配置され、第２受光部３４の直前には、燐光３９から波長λ２（４９３ｎｍ）の成分を取り出す第２フィルタ３２が配置されている。また、第１受光部３５と第１フィルタ３３との間には第１シャッタ４４が配置され、第２受光部３４と第２フィルタ３２との間には第２シャッタ４５が配置されている。第１シャッタ４４及び第２シャッタ４５は、それぞれＥＣＵ７によって開閉駆動される。第１シャッタ４４が閉じられると、第１受光部３５への光の入射が遮断され、第２シャッタ４５が閉じられると、第２受光部３４への光の入射が遮断される。
【００６１】
図５は、本実施例で用いる燐光体に紫外光を照射した際に当該燐光体から発せられる燐光のスペクトルを示す図である。図５の横軸は燐光の波長を表し、縦軸は強度を表す。図５に示すように、燐光のスペクトルは燐光体の温度に依存して変化する。図５に示す燐光スペクトルから、波長λ１の成分の強度は温度によって大きく異なるのに対し、波長λ２
の成分の強度は温度依存性が殆ど無いことが分かる。このことから、波長λ１の成分の強度Ｉ１と波長λ２の成分の強度Ｉ２との強度比と、燐光体の温度と、の間には対応関係が成り立つ。
【００６２】
図６は、燐光体の温度と、燐光の波長λ１の成分の強度Ｉ１及び波長λ２の成分の強度Ｉ２の比と、の対応関係を示す図である。図６の横軸は燐光体の温度を表し、縦軸は強度比Ｉ１／Ｉ２を表す。上記のように、本実施例の燐光観測部４３によれば、燐光の波長λ１の成分の強度Ｉ１は第１受光部３５によって測定され、波長λ２の成分の強度Ｉ２は第２受光部３４によって測定されるので、強度比Ｉ１／Ｉ２を算出することができる。従って、図６に示す対応関係に基づいて、この強度比Ｉ１／Ｉ２の測定値から、燐光体の温度を推定することができる。
【００６３】
筒内においては、燐光体から発せられる燐光の他にも、燃料の燃焼に伴う化学発光や、紫外光の照射によって発せられる蛍光等が存在する。これらの光も開口部２７から入射して燐光観測部４３に導かれ、燐光観測におけるノイズの原因となる。ところで、燐光と、蛍光や化学発光とは、その寿命が大きく異なる。図７は、燐光の寿命と化学発光や蛍光の寿命とを示す図である。図７に示すように、化学発光や蛍光の寿命が１０−２０ｎｓｅｃのオーダーであるのに対し、燐光の寿命は１μｓｅｃ−１ｍｓｅｃのオーダーであり、燐光の寿命は極めて長い。この特性を利用して、本実施例では、筒内の燐光体に紫外光を照射してから、化学発光や蛍光の寿命程度の期間は、第１シャッタ４４及び第２シャッタ４５を閉じて、第１受光部３５及び第２受光部３４への光の入射を遮断するようにした。これにより、蛍光や化学発光がノイズとして観測にかかってしまうことを抑制でき、燐光観測の精度を高めることができる。
【００６４】
次に、以上のように構成された本実施例の筒内温度測定システムによって筒内温度の測定を行う手順について図８に基づいて説明する。図８は、ＥＣＵ７によって行われる筒内温度測定ルーチンを示すフローチャートである。
【００６５】
ステップＳ１０１において、燐光体を筒内に供給する。具体的には、ＥＣＵ７は、シーディングバルブ２１を開弁するとともに、ヒータ１９の電源を入れる。これにより、排気通路３を流れる排気の一部が排気導入通路８及び分配通路２３を介して蒸発装置１１に供給され、蒸発装置１１に収容された燐光体コロイド溶液がこの排気によって噴射され、またヒータ１９によって加熱される。噴射された燐光体コロイド溶液は壁面１２に衝突し、霧化分散し、燐光体粒子が溶媒である燃料から分離し、ボックス２２及び燐光体導入通路９を介して吸気通路２に流入する。吸気通路２に流入した燐光体粒子は、吸気の流れに乗って気筒４に吸入される。こうして、筒内ガス中に均一に燐光体が供給される。
【００６６】
ステップＳ１０２において、筒内に紫外光を照射する。具体的には、ＥＣＵ７は、紫外レーザ発生装置３０から紫外レーザを発生させる。これにより、紫外レーザが光ファイバ２８によってレンズ４１に導かれ、点火プラグ５の端部の開口部２６から筒内に照射される。こうして、筒内の燐光体に紫外光が照射され、燐光体から燐光が発せられる。この燐光は点火プラグ５の端部の開口部２７に入射して光ファイバ２５によって燐光観測部４３に導かれる。燐光観測部４３に導かれた燐光は、第１受光部によって波長λ１の強度が測定されるとともに、第２受光部によって波長λ２の強度が測定される。
【００６７】
ステップＳ１０３において、燐光の２波長強度比を算出する。具体的には、ＥＣＵ７は、ステップＳ１０２において燐光観測部４３によって測定された波長λ１の強度Ｉ１と波長λ２の強度Ｉ２とから、強度比Ｉ１／Ｉ２を計算する。
【００６８】
ステップＳ１０４において、筒内温度を算出する。具体的には、ＥＣＵ７は、ステップ
Ｓ１０３において算出した２波長強度比Ｉ１／Ｉ２から、図６に示した２波長強度比と燐光体温度との対応関係に基づいて、燐光体の温度を算出し、これを以て筒内のガス温度の測定値とする。
【００６９】
以上説明したように、本実施例の構成によれば、燐光体粒子の凝集を抑制して筒内ガス中に均一に分散供給することができるので、燐光観測に基づいて筒内のガス温度を測定することが可能となる。また、点火プラグ５に紫外光発生部４２と燐光観測部４３とが内蔵されて一体型の構成となっているので、筒内への紫外光の照射や筒内の燐光の観測のためにガラスピストンやガラスシリンダライナ等の装置を設ける必要が無く、簡易な構成によって燐光観測を行うことが可能となる。また、燐光の特定の２波長の強度比に基づいて燐光体の温度を推定するので、燐光の寿命に基づく温度推定と比較して、エンジン筒内のような高圧環境下でも十分な推定精度を確保することが可能となる。このように、本実施例の構成によれば、燐光観測に基づいて筒内のガス温度測定を十分な精度を以て行うことができるので、例えば熱電対を利用したガス温度測定と比較して極めて応答性の良い測定を行うことができる。
【実施例２】
【００７０】
次に、実施例１で概略構成を説明した燐光観測による筒内温度測定システムによって測定された筒内温度に基づいて内燃機関の制御を行う実施例について説明する。本実施例は、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を気筒に備えたエンジンに本発明の筒内温度測定システムを適用した例である。本実施例では、さらにこの筒内温度測定システムによって測定される筒内温度に基づいて機関制御を行う例について説明する。なお、実施例１の構成と実質的に同一の構成要素には同一の名称及び符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７１】
図９は、本実施例に係る筒内温度測定システムを備えた内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す図である。内燃機関５０は４つの気筒４を有するディーゼルエンジンである。各気筒４には筒内に直接燃料を噴射供給する燃料噴射弁４７が備えられている。各気筒４には吸気通路２及び排気通路３が接続されている。排気通路３には排気を浄化する排気浄化触媒６が備えられている。内燃機関５０にはターボチャージャ５１が備えられている。ターボチャージャ５１は、排気浄化触媒６より下流の排気通路３に設けられたタービン４９と、吸気通路２の途中に設けられたコンプレッサ４８と、を有して構成される。
【００７２】
本実施例のシーディング装置１００は、蒸発装置１１に供給する高圧ガスとしてターボチャージャ５１によって加圧された吸気を利用する点が実施例１におけるシーディング装置１０と異なる。このため、本実施例のシーディング装置１００は、コンプレッサ４８より下流の吸気通路２から吸気の一部を取り出す吸気導入通路４６、吸気導入通路４６を開閉するシーディングバルブ５２を、実施例１のシーディング装置１０における排気導入通路８及びシーディングバルブ２１の代わりに有する構成とされる。その他の構成は実施例１のシーディング装置１０と同様である。シーディングバルブ５２はＥＣＵ５３と電気配線によって接続され、ＥＣＵ５３によって開閉制御される。
【００７３】
図１０は、燃料噴射弁４７の構造を模式的に示す図である。燃料噴射弁４７の気筒内の部分には、筒内に燃料を噴射する燃料噴射ノズル５４が配置されている。燃料噴射ノズル５４から燃料が噴射されると、筒内に燃料噴霧５５が形成される。また、燃料噴射弁４７の上部には、紫外光発生部と燐光観測部とを有するセンサ部５７が備えられている。燃料噴射弁４７には、センサ部５７と燃料噴射弁４７の端部に設けられた開口部７１とを光学的に接続する光通路５６が埋め込まれている。
【００７４】
図１１は、燃料噴射弁４７の内部構造とセンサ部５７の詳細な構成について模式的に示
す図である。センサ部５７の紫外光発生部４２は紫外レーザ発生装置３０を有する。紫外レーザ発生装置３０から発せられた紫外レーザ６９は、燃料噴射弁４７の内部に埋め込まれた光ファイバ６２によって燃料噴射弁４７の端部に配置されたミラー６１に導かれる。ミラー６１によって紫外レーザ６９は進行方向を変更し、光ファイバ７２によって開口部７１に導かれる。すなわち、光通路５６は光ファイバ６２、７２、ミラー６１を有して構成されている。光ファイバ７２の光路の途中には紫外レーザ６９を筒内の焦点５９に集束させるレンズ６０が配置されている。レンズ６０は、その位置及び角度が矢印Ｂ、矢印Ａで示されるように変更可能に構成されている。レンズ６０の位置及び角度を変更するための駆動装置（図示省略）はＥＣＵ５３によって制御される。レンズ６０の位置及び角度を変更することによって、筒内における焦点５９の位置を変更することができる。例えば、図１１では燃料噴霧５５の噴霧軸線上中央付近に焦点５９が設定されているが、レンズ６０の位置及び角度を変更することによって、燃料噴霧軸線上の他の点（例えば点５９Ａ、点５９Ｂ等）や、燃料噴霧軸線から外れた筒内の所定の点（例えば点５９Ｃ、点５９Ｄ）を焦点として紫外レーザ６９を集束させて照射することができる。
【００７５】
このように筒内の所定の位置に紫外光を集束させて照射すると、当該位置における燐光体から発せられる燐光の強度が非常に強くなる。従って、この燐光を観測することによって、当該焦点位置における局所的な温度を測定することができる。焦点位置の燐光体から発せられた燐光は、開口部７１に入射して、紫外レーザ６９と同一の光路を逆にたどり、ハーフミラー６３によって反射されて燐光観測部５８に導かれる。燐光観測部５８に導かれた燐光７０は、回折格子６５に入射し、その際の入射角θに応じて定まる波長の燐光７３として反射される。回折格子６５で反射された燐光７３は受光部６８によってその強度が測定される。
【００７６】
回折格子６５は、図示しないモータによって回転駆動される台座６４に設置されており、台座６４を回転させることで燐光７０の回折格子６５への入射角θを変更することができる。本実施例では、燐光７０の回折格子６５への入射角が、反射光の波長がλ１（４５５ｎｍ）となる入射角θ１となるように台座６４を回転駆動することで、燐光７０の波長λ１の成分の強度Ｉ１を測定する。さらに、燐光７０の回折格子６５への入射角が、反射光の波長がλ２（４９３ｎｍ）となる入射角θ２となるように台座６４を回転駆動することで、燐光７０の波長λ２の成分の強度Ｉ２を測定する。これにより、２波長の強度比Ｉ１／Ｉ２を算出することができる。本実施例では、この２波長の強度比に基づいて、焦点５９における局所的な温度を推定する。その際、強度比と温度との対応関係として、実施例１と同様に図６に示した対応関係を用いる。
【００７７】
なお、実施例１と同様に、受光部６８の直前にはＥＣＵ５３によって開閉駆動されるシャッタ６７が配置されている。シャッタ６７が閉じられると、受光部６８への光の入射が遮断される。実施例１と同様に、紫外光発生部４２によって筒内に紫外光を照射してから、筒内の化学発光や蛍光の寿命程度の所定期間が経過するまでは、シャッタ６７が閉じられ、その後シャッタ６７が開かれ、燐光強度の測定が行われる。これにより、化学発光や蛍光が燐光観測においてノイズとなることを抑制でき、燐光観測の精度を高めることができる。
【００７８】
以上のように構成された本実施例の筒内温度測定システムによって筒内温度の測定を行う手順について、図１２に基づいて説明する。図１２は、ＥＣＵ５３によって行われる筒内温度測定ルーチンを示すフローチャートである。
【００７９】
ステップＳ２０１において、燐光体を筒内に供給する。具体的には、ＥＣＵ５３は、シーディングバルブ５２を開弁するとともに、ヒータ１９の電源を入れる。これにより、コンプレッサ４８によって加圧された吸気の一部が吸気導入通路４６及び分配通路２３を介
して蒸発装置１１に供給され、蒸発装置１１に収容された燐光体コロイド溶液がこの吸気によって噴射され、また、ヒータ１９によって加熱される。噴射された燐光体コロイド溶液は壁面１２に衝突し、霧化分散し、燐光体粒子が溶媒である燃料から分離し、ボックス２２及び燐光体導入通路９を介して吸気通路２に流入する。吸気通路２に流入した燐光体粒子は、吸気の流れに乗って気筒４に吸入される。こうして、筒内ガス中に均一に燐光体が供給される。
【００８０】
ステップＳ２０２において、紫外光を集光させる焦点位置を設定する。具体的には、ＥＣＵ５３は、所定の位置が焦点となるようにレンズ６０の位置及び／又は角度を変化させる。所定の位置とは、この温度測定ルーチンによって取得しようとしている筒内温度分布に応じて定められる。
【００８１】
ステップＳ２０３において、筒内に紫外光を照射する。具体的には、ＥＣＵ５３は、紫外レーザ発生装置３０から紫外レーザを発せさせる。これにより、紫外レーザが光ファイバ６２、７２によって開口部７１に導かれ、ステップＳ２０２で設定された焦点に集束し、当該焦点に照射される。こうして、筒内の燐光体に紫外光が照射され、燐光体から燐光が発せられる。特に当該焦点の位置の燐光体からは強い燐光が発せられる。この燐光は燃料噴射弁４７の端部の開口部７１に入射して光ファイバ６２、７２によって燐光観測部５８に導かれる。ここで、燐光の回折格子６５への入射角がθ１となるように台座６４が駆動され、燐光観測部５８に導かれた燐光は波長λ１の燐光として回折格子６５によって反射され、受光部６８によって波長λ１の強度Ｉ１が測定される。続いて、燐光の回折格子６５への入射角がθ２となるように台座６４が駆動され、燐光観測部５８に導かれた燐光は波長λ２の燐光として回折格子６５によって反射され、受光部６８によって波長λ２の強度Ｉ２が測定される。
【００８２】
ステップＳ２０４において、燐光の２波長強度比を算出する。具体的には、ＥＣＵ５３は、ステップＳ２０３において燐光観測部５８によって測定された波長λ１の強度Ｉ１と波長λ２の強度Ｉ２とから、強度比Ｉ１／Ｉ２を計算する。
【００８３】
ステップＳ２０５において、筒内局所温度を算出する。具体的には、ＥＣＵ５３は、ステップＳ２０４において算出した２波長強度比Ｉ１／Ｉ２から、図６に示した２波長強度比と燐光体温度との対応関係に基づいて、燐光体の温度を算出し、これを以て筒内の前記焦点位置における局所温度の測定値とする。
【００８４】
ステップＳ２０６において、この温度測定ルーチンによって測定すべき全ての位置における局所温度が測定されたか否かを判定する。ステップＳ２０６で肯定判定された場合、ＥＣＵ５３は本ルーチンの実行を終了する。ステップＳ２０６で否定判定された場合、ＥＣＵ５３は、温度未測定の位置に関してステップＳ２０２以降の処理を繰り返し実行する。
【００８５】
以上説明したように、本実施例の構成によれば、燐光体粒子の凝集を抑制して筒内ガス中に均一に分散供給することができるので、燐光観測に基づいて筒内の局所温度を測定することが可能となる。また、燃料噴射弁４７に紫外光発生部４２と燐光観測部５８とが内蔵されて一体型の構成となっているので、筒内への紫外光の照射や筒内の燐光の観測のためにガラスピストンやガラスシリンダライナ等の装置を設ける必要が無く、簡易な構成によって燐光観測を行うことが可能となる。レンズ６０によって紫外光を集束照射可能な任意の位置における筒内局所温度を測定することができる。従って、複数の異なる位置における局所温度を測定することで、筒内温度分布を測定することができる。その他、燐光観測による温度測定が可能になることによる実施例１と同様の種々のメリットを享受することができる。
【００８６】
＜燃料噴射制御１＞
次に、この温度分布の測定結果に基づいた内燃機関の制御について説明する。まず、筒内の径方向温度分布の測定結果に基づいて燃料噴射を補正する制御について説明する。図１３は、気筒４内に挿入されたピストン７４の断面図を示している。ピストン７４の上部には燃焼室７５が形成されている。本制御では、レンズ６０の位置を変化させて、気筒４の中心軸７６からの径方向距離ｒが異なる５つの点ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５を焦点として紫外光を集光照射し、前記各点における局所温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５を測定する。これにより、筒内の燃焼室付近の径方向温度分布を測定することができる。
【００８７】
このような径方向温度分布の測定結果から、径方向距離が小さい点における温度（Ｔ１又はＴ２）が、径方向距離が大きい点における温度（Ｔ３又はＴ４）より低いことが判明した場合、筒内の外側の領域で燃料の燃焼が十分でないと考えられる。すなわち、燃料噴霧の貫徹力が不十分で噴霧到達距離が十分でない可能性がある。ディーゼルエンジンの通常運転時（温間運転時）には、なるべく筒内に均一に燃料を分散させて希薄燃焼を行わせることが、ＮＯｘやＰＭのエミッションを低減する観点から好ましい。従って、このような径方向温度分布が測定された場合、本実施例では、燃料噴射弁４７による燃料噴射圧力を増加させる補正を行う。例えば、コモンレール圧力を増加させる。これにより、筒内の外側の領域まで燃料噴霧が到達するようになるので、筒内の外側の領域における燃焼が促進され、好適に均質希薄燃焼を行うことができる。
【００８８】
なお、燃料噴射圧力の増加補正を行っても筒内の外側の領域における温度が低い傾向の径方向温度分布が測定される場合には、パイロット噴射量を増加させる補正を行う。パイロット噴射による噴霧は、噴射量を増加させることによって好適に噴霧到達距離を伸ばすことができる。
【００８９】
図１４は、上記の径方向温度分布の測定結果に基づく燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００９０】
ステップＳ３０１において、ＥＣＵ５３は、径方向温度分布を測定する。具体的には、レンズ６０によって紫外光を集光させるべき点として上記ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５を設定し、上記図１２で説明した温度測定ルーチンを実行し、筒内温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５を測定する。
【００９１】
ステップＳ３０２において、ＥＣＵ５３は、筒内外側の領域における温度が筒内内側の領域における温度より低いか否か判定する。具体的には、Ｔ４，Ｔ５がＴ１，Ｔ２より低いか否か判定する。ステップＳ３０２で肯定判定された場合、ＥＣＵ５３は、ステップＳ３０３に進む。一方、ステップＳ３０２で否定判定された場合、ＥＣＵ５３は本ルーチンを終了する。
【００９２】
ステップＳ３０３において、ＥＣＵ５３は、燃料噴射弁４７による燃料噴射圧力を増加する補正を行う。
【００９３】
ステップＳ３０４において、ＥＣＵ５３は、再度径方向温度分布を測定する。
【００９４】
ステップＳ３０５において、ＥＣＵ５３は、ステップＳ３０２と同様に筒内外側の領域における温度が筒内内側の領域における温度より低いか否か判定する。具体的には、Ｔ４，Ｔ５がＴ１，Ｔ２より低いか否か判定する。ステップＳ３０５で肯定判定された場合、ＥＣＵ５３は、ステップＳ３０６に進む。一方、ステップＳ３０５で否定判定された場合、ＥＣＵ５３は本ルーチンを終了する。
【００９５】
ステップＳ３０６において、ＥＣＵ５３は、燃料噴射弁４７によるパイロット噴射量を増加する補正を行う。
【００９６】
なお、ここでは、筒内外側の領域の温度が低い場合に燃料噴射圧力（及びパイロット噴射量）を増加させる補正を行う制御について説明したが、筒内外側の領域の温度が高い場合に燃料噴射圧力（及びパイロット噴射量）を減少させる補正を行っても良い。こうすることで、筒内により均一の燃料噴霧を供給することができ、より好適に希薄燃焼を行わせることができる。また、ここでは、気筒４の中心軸から径方向距離が異なる複数の点における温度分布を測定する場合について説明したが、燃料噴霧軸線上の異なる複数の点における温度分布を測定するようにしても良い。これにより、燃料噴霧濃度（燃料噴霧到達距離、貫徹力）をより直接的に反映した筒内温度分布を測定することができる。また、以上説明した燃料噴射補正は、燃料噴霧形成前（例えばＢＴＤＣ９０−５０ｄｅｇ）に筒内温度分布の測定を実行し、当該測定が行われたサイクルにおける燃料噴射にその測定結果を反映させて補正を行っても良いし、或いは、燃焼後に筒内温度分布の測定を実行し、当該測定が行われたサイクルの次以降のサイクルにおける燃料噴射にその測定結果を反映させて補正を行っても良い。
【００９７】
＜燃料噴射制御２＞
次に、筒内の径方向温度分布の測定結果に基づいて燃料噴射を補正する制御の別の例について説明する。本制御では、径方向距離ｒに対する温度変化の傾きに基づいて燃料噴射を補正する。図１５は、上記の気筒４の中心軸７６からの径方向距離が異なる５つの点ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５における局所温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５の測定値をプロットしたグラフである。図１５の横軸は径方向距離ｒを表し、縦軸は筒内温度Ｔを表す。図１５に示す例では、径方向距離ｒに対する温度Ｔの変化の傾き、すなわちこれら５点の測定結果から回帰直線Ｒを求めた場合の回帰係数は、ある負の値になっている。これは、筒内の中央付近の温度が高く、筒内の外側の領域になるほど温度が低くなっていることを表す。この測定結果から、燃料噴霧が筒内中央付近において比較的濃く、筒内外側の領域では比較的薄くなっていると考えられる。
【００９８】
このように、本制御では、径方向距離の異なる点における局所温度の測定結果に基づいて径方向の温度変化の傾きを算出し、この傾きの値に応じて燃料噴射を補正する。すなわち、内燃機関の運転状態に応じて定まる理想的な傾き（目標傾き）に対して、測定された傾き（回帰係数）が大きい場合は、理想的な燃料噴霧分布に対して外側の燃料噴霧が濃くなっていると考えられるので、燃料噴射圧力及び／又はパイロット噴射量を減少させる補正を行う。一方、目標傾きに対して測定された傾きが小さい場合は、理想的な燃料噴霧分布に対して内側の燃料噴霧が濃くなっていると考えられるので、燃料噴射圧力及び／又はパイロット噴射量を増加させる補正を行う。
【００９９】
上記燃料噴射制御１で説明したように、ディーゼルエンジンの温間運転時は、なるべく均質な燃料噴射が行われることが好ましい。従って、温間運転時の目標傾きは略ゼロの値に設定する。すなわち、図１５の直線Ａで示すような径方向温度変化となることが好ましい。例えば、図１５の例では、測定された径方向温度変化の傾き（回帰直線Ｒの傾き）は直線Ａの傾きより小さいため、燃料噴射圧力及び／又はパイロット噴射量を増加させる補正を行う。
【０１００】
また、ディーゼルエンジンの冷間運転時又は始動時は、筒内の燃料分布が均一になると噴霧がオーバーリーンとなってＨＣが発生し易くなるので、ある程度筒内中央付近に噴霧を集中させることが好ましい。従って、冷間運転時又は始動時の目標傾きは所定の負の値に設定する。すなわち、図１５の直線Ｂで示すような径方向温度変化となることが好まし
い。例えば、図１５の例では、測定された径方向温度変化の傾き（回帰直線Ｒの傾き）は直線Ｂの傾きより大きいため、燃料噴射圧力及び／又はパイロット噴射量を減少させる補正を行う。但し、直線Ｂで示される目標傾きよりさらに径方向温度変化の傾きが小さくなると、逆に筒内中央付近に噴霧が集中し過ぎてスモークが発生し易くなる。冷間運転時又は始動時における目標傾きは、ＨＣ及びスモークの両方のエミッションを好適に抑制可能な燃料噴霧の分布に基づいて定められる。
【０１０１】
図１６は、上記の径方向温度変化の傾き（回帰係数）の算出結果に基づく燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。
【０１０２】
ステップＳ４０１において、ＥＣＵ５３は、径方向温度分布を測定する。具体的には、レンズ６０によって紫外光を集光させるべき点として上記ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５を設定し、上記図１２で説明した温度測定ルーチンを実行し、筒内温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５を測定する。
【０１０３】
ステップＳ４０２において、ＥＣＵ５３は、ステップＳ４０１における測定結果から算出した径方向温度変化の傾きａＲと目標傾きａＴＲＧとを比較する。ａＲ＝ａＴＲＧの場合には、ＥＣＵ５３は本ルーチンの実行を終了する。ａＲ＜ａＴＲＧの場合には、ＥＣＵ５３はステップＳ４０３に進む。ａＲ＞ａＴＲＧの場合には、ＥＣＵ５３はステップＳ４０４に進む。
【０１０４】
ステップＳ４０３において、ＥＣＵ５３は、燃料噴射弁４７による燃料噴射圧力を増加させる補正を行う。
【０１０５】
ステップＳ４０４において、ＥＣＵ５３は、燃料噴射弁４７による燃料噴射圧力を減少させる補正を行う。
【０１０６】
なお、本制御においても、上記燃料噴射制御１と同様に、燃料噴射圧力の補正によって目標傾きを実現できない場合には、パイロット噴射量の補正を行っても良い。
【０１０７】
＜燃料噴射制御３＞ 
次に、燃焼室内壁面上の局所温度分布の測定結果に基づいて燃料噴射を補正する制御について説明する。本制御では、図１７に示すように、レンズ６０の位置及び角度を変化させて、燃焼室７５の内壁面上の点であってピストン頂部７７からの気筒４の中心軸７６方向の距離が異なる複数の点ｚ１、ｚ２、ｚ３を焦点として紫外光を集光照射し、前記各点における局所温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を測定する。これにより、燃焼室内壁面の局所表面温度分布を測定することができる。
【０１０８】
このような燃焼室壁面温度分布の測定結果から、中心軸方向の距離が大きい点における温度（Ｔ３）が、中心軸方向の距離が小さい点における温度（Ｔ１）より高いことが判明した場合、燃焼室の下部で過剰に燃焼が起こっていることが考えられる。すなわち、燃料噴霧の貫徹力が強過ぎて燃焼室下部に燃料噴霧が集中している可能性がある。このような場合、燃料噴霧の濃い場所で過昇温してピストンの耐溶損限界を超えてしまう可能性がある。従って、このような燃焼室壁面温度分布が測定された場合、本実施例では、燃料噴射弁４７による燃料噴射圧力を減少させる補正を行う。これにより、貫徹力が適正となり、燃焼室下部における燃焼が過昇温を招来することを抑制できる。
【０１０９】
その他、燃焼室壁面温度分布の測定結果に基づく燃料噴射補正としては、次のような制御を行うことができる。すなわち、測定された複数の点における局所温度のうち、所定の許容上限温度を超える温度が測定された点が存在する場合、その点においてピストンの溶
損や過度の熱劣化が起こる可能性がある。従って、このような場合には、燃料噴射量を減少させる補正を行うことができる。この場合、目標のトルクに対してトルクが不足する可能性があるが、エンジンの損傷を確実に抑制することができる。従来知られているような筒内圧から筒内平均温度を算出する温度測定技術では、このような局所的な温度を取得することは難しかったため、このような局所的な過剰高温状態を見逃してしまう虞があったが、本実施例の温度測定システムによれば、燃焼室内壁面上の局所的な過剰高温状態を検知することができる。
【０１１０】
上記の燃焼室壁面温度分布の測定結果に基づく燃料噴射制御は、図１４で説明したものと同様のルーチンに従って実行することができるので、本制御ルーチンについての詳細な説明は省略する。また、上記説明した燃料噴射補正についても、燃料噴霧形成前（例えばＢＴＤＣ９０−５０ｄｅｇ）に筒内温度分布の測定を実行し、当該測定が行われたサイクルにおける燃料噴射にその測定結果を反映させて補正を行っても良いし、或いは、燃焼後に筒内温度分布の測定を実行し、当該測定が行われたサイクルの次以降のサイクルにおける燃料噴射にその測定結果を反映させて補正を行っても良い。
【０１１１】
＜燃料噴射制御４＞ 
次に、筒内の径方向温度分布の時間推移を測定し、その測定結果に基づいて筒内のスワール比の分布を算出し、当該径方向スワール比分布に基づいて燃料噴射を補正する制御について説明する。本制御では、レンズ６０の位置を変化させて、図１８に示すように、燃料噴射弁４７の燃料噴霧軸線上の異なる５つの点ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５を焦点として紫外光を集光照射し、前記各点における局所温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５を測定する。これにより、燃料噴霧軸線上の温度分布を測定することができる。さらに、本制御では、この燃料噴霧軸線上の温度分布の時間推移を測定する。燃料噴射弁４７による燃料噴霧が筒内に形成された後、筒内ガスのスワールによって当該燃料噴霧は筒内を流れていく。例えば、図１８に示すように、燃料噴射弁４７のある燃料噴射ノズルＡから燃料が噴射された時点（ｔ＝ｔ１）で、燃料噴霧Ａ１が形成される。この時、燃料噴射ノズルＡの隣の燃料噴射ノズルＢからの燃料噴霧Ｂ１も同時に形成される。そして、時間が経過して時刻ｔ＝ｔ２になると、燃料噴霧Ａ１は筒内のスワールによって流されて燃料噴霧Ａ２となり、燃料噴霧Ｂ１は燃料噴霧Ｂ２に変化する。さらに時間が経過して時刻ｔ＝ｔ３になると、燃料噴霧Ａ２はさらにスワールによって流されて燃料噴霧Ａ３に変化し、同様に燃料噴霧Ｂ２は燃料噴霧Ｂ３に変化する。
【０１１２】
このような筒内の燃料噴霧の時間変化に伴って、測定点ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５における温度も変化する。例えば、点ｒ５における局所温度Ｔ５は、燃料噴射弁４７からの燃料噴霧Ａ１の火炎が点ｒ５に到達した時点ｔ１で上昇する。そして、時刻ｔ２になってこの燃料噴霧Ａ１の火炎が流されると、点ｒ５における局所温度Ｔ５は低下する。さらに、時刻ｔ３になると、隣の燃料噴霧Ｂ３の火炎が点ｒ５に到達するので、点ｒ５における局所温度Ｔ５は再び上昇する。このような点ｒ５における局所温度Ｔ５の時間推移を図１９に示す。図１９の横軸は時刻を表し、縦軸は温度を表す。図１９に示すように、点ｒ５における局所温度Ｔ５の時間推移を測定すると、筒内のスワールによる火炎の位置の変化に伴って複数の温度ピークが現れる。この温度ピークの間の時間間隔Δｔ（＝ｔ３−ｔ１）と、内燃機関５０のエンジン回転数と、に基づいて、スワール比を算出することができる。
【０１１３】
このように、燃料噴霧軸線上の各点ｒｎにおける局所温度Ｔｎの時間推移を測定することによって、各点ｒｎにおけるスワール比Ｓｎを算出することができ、従って当該燃料噴霧軸線上のスワール比分布を得ることができる。本制御では、このようにして得られたスワール比分布に基づいて、スワール比のより高い位置により多くの燃料噴霧を到達させるように燃料噴射制御を行う。こうすることで、より好適に燃料噴霧を筒内に拡散させるこ
とができ、好適な均一希薄燃焼を実現することができる。
【０１１４】
例えば、図２０の直線Ａでのように、燃料噴射ノズルからの噴霧軸線方向距離が遠い位置（ｒ４、ｒ５）におけるスワール比（Ｓ４，Ｓ５）が、近い位置（ｒ１、ｒ２）におけるスワール比（Ｓ１，Ｓ２）より大きい傾向を示すスワール比分布が測定された場合、燃料噴射弁４７による燃料噴射圧力及び／又はパイロット噴射を増加させる。これにより、燃料噴霧到達距離が伸びるので、スワールの強い領域により多くの燃料噴霧を到達させることができる。
【０１１５】
また、図２０の直線Ｂのように、燃料噴射ノズルからの噴霧軸線方向距離が近い位置（ｒ１、ｒ２）におけるスワール比（Ｓ１，Ｓ２）が、遠い位置（ｒ４、ｒ５）におけるスワール比（Ｓ４，Ｓ５）より大きい傾向を示すスワール比分布が測定された場合、燃料噴射弁４７による燃料噴射圧力及び／又はパイロット噴射を減少させる。これにより、燃料噴霧到達距離が短くなるので、スワールの強い領域により多くの燃料噴霧を到達させることができる。
【０１１６】
図２１は、上記の燃料噴霧軸線上スワール比分布の測定結果に基づく燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。
【０１１７】
ステップＳ５０１において、ＥＣＵ５３は、燃料噴霧軸線上温度分布を測定する。具体的には、レンズ６０によって紫外光を集光させるべき点として上記ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５を設定し、上記図１２で説明した温度測定ルーチンを実行し、筒内温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５を測定する。
【０１１８】
ステップＳ５０２において、ＥＣＵ５３は、次の温度分布測定時刻である時刻ｔ２になったか否かを判定する。ステップＳ５０２で肯定判定された場合、ステップＳ５０３に進む。ステップＳ５０２は肯定判定されるまで繰り返す。
【０１１９】
ステップＳ５０３において、ＥＣＵ５３は、再びステップＳ５０１と同様に燃料噴霧軸線上温度分布を測定する。
【０１２０】
ステップＳ５０４において、ＥＣＵ５３は、次の温度分布測定時刻である時刻ｔ３になったか否かを判定する。ステップＳ５０３で肯定判定された場合、ステップＳ５０５に進む。ステップＳ５０４は肯定判定されるまで繰り返す。
【０１２１】
ステップＳ５０５において、ＥＣＵ５３は、再びステップＳ５０１と同様に燃料噴霧軸線上温度分布を測定する。
【０１２２】
ステップＳ５０６において、ＥＣＵ５３は、ステップＳ５０１、ステップＳ５０３、及びステップＳ５０５における温度分布測定結果に基づいて燃料噴霧軸線上スワール比分布を算出する。
【０１２３】
ステップＳ５０７において、ＥＣＵ５３は、ステップＳ５０６で算出したスワール比分布に基づいて、燃料噴射ノズルからの噴霧軸線方向距離が遠い位置におけるスワール比（Ｓ４，Ｓ５）が、近い位置におけるスワール比（Ｓ１，Ｓ２）より大きいか否かを判定する。ステップＳ５０７で肯定判定された場合、ＥＣＵ５３はステップＳ５０８に進む。ステップＳ５０７で否定判定された場合、ＥＣＵ５３はステップＳ５０９に進む。
【０１２４】
ステップＳ５０８において、ＥＣＵ５３は、燃料噴射弁４７からの燃料噴射圧力を増加させる。
【０１２５】
ステップＳ５０９において、ＥＣＵ５３は、燃料噴射弁４７からの燃料噴射圧力を減少させる。
【０１２６】
なお、燃料噴射圧力の補正とともに、パイロット噴射量の補正を行っても良いことは既に説明した各制御の場合と同様である。
【０１２７】
以上説明したように、本実施例の筒内温度測定システムによる筒内温度測定及びその測定結果に基づく燃料噴射の補正を行うことによって、燃料噴射弁４７の経時的な特性変化や製造時のばらつき、燃料の性状変化、排気系やＥＧＲ系におけるスートや排気添加燃料等の付着によるターボチャージャ５１の過給特性やＥＧＲ量特性の変化といった、事前の適合作業によってカバーし切れない諸要因によって、目標の燃料噴射と実際の燃料噴射との間にずれが生じた場合であっても、燃料噴射弁４７の現状の特性や現在使用中の燃料の性状等に応じて最適な燃料噴射特性が得られるように燃料噴射制御を補正し、これを学習してそれ以降の燃料噴射制御を適切に行うことが可能になる。
【０１２８】
従って、本実施例では、上記説明した各種の筒内温度測定及び燃料噴射の補正を、例えば、給油直後に行う。これにより、給油によって性状の異なる燃料が供給された場合であっても、当該給油された燃料の性状に応じて燃料噴射を補正し、最適な燃料噴射を行うことができる。
【０１２９】
また、排気通路３に燃料を添加する制御の実行後に上記補正を行う。排気燃料添加は、排気浄化触媒６として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた構成において、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ還元処理や硫黄被毒回復処理を行う場合や、排気浄化触媒６としてパティキュレートフィルタ（以下フィルタ）を含む触媒を備えた構成において、フィルタの再生処理を行う場合などに実行される。排気燃料添加によって排気通路３に多量の燃料が添加された場合、ターボチャージャ５１のタービン４９が可変容量型の場合にはＶＮノズルや、ＥＧＲシステムを備えた構成においてＥＧＲ弁等に添加燃料が付着し、過給特性やＥＧＲ量制御特性が変化する可能性がある。このような場合であっても、当該特性変化に応じて燃料噴射を補正することができる。
【０１３０】
また、車両が一定距離走行するごとに上記補正を行う。車両の走行距離が伸びると、内燃機関５０におけるカーボンの付着や排気通路３におけるスートの体積等による機関特性の経時変化が現れる。このような機関特性の変化が現れた場合であっても、上記補正を行うことにより、このような機関特性の変化に応じて燃料噴射を補正することができる。
【０１３１】
また、内燃機関５０のエンジン回転数の変動が所定の基準よりも大きい場合に上記補正を行う。エンジン回転数の変動が大きい場合、何らかの原因によって燃料噴射が目標の燃料噴射からずれている可能性がある。このような場合においても、上記補正を行うことにより、燃料噴射を補正することができる。
【０１３２】
また、本実施例では、このような燃料噴射の補正を行うために筒内温度測定システムによって燐光観測による筒内温度測定は、内燃機関の運転状態が定常運転状態の時に行う。特にアイドル運転状態の時に筒内温度測定を行う。これにより、吸入空気量等の環境条件が安定した状態で燐光観測を行うことができるので、筒内温度の測定精度を高めることができる。
【０１３３】
なお、以上述べた実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施例には種々の変更を加え得る。例えば、上記実施例では、燐光観測による筒内温度測定システムによって測定された筒内温度に基づいて燃料噴射
制御を補正する例について説明したが、その他の機関制御であっても、筒内温度に相関する制御であれば本実施例のシステムによる筒内温度の測定結果に基づいて補正することができる。また、上記実施例では、紫外レーザ発生装置によって発生させた紫外レーザを点火プラグや燃料噴射弁の端部まで光ファイバによって導く構成について説明したが、点火プラグや燃料噴射弁の端部に紫外光を発するＬＥＤを取り付けて、筒内に紫外光を照射するようにしても良い。この場合、紫外光を点火プラグや燃料噴射弁の端部まで導くための光ファイバを点火プラグや燃料噴射弁の内部に埋め込む必要がないので、より簡易な構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】実施例１における内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を表す図である。
【図２】実施例における蒸発装置の概略構成を表す図である。
【図３】実施例１における点火プラグの概略構成を表す図である。
【図４】実施例１における点火プラグの内部構造と紫外光発生部及び燐光観測部の構成を表す図である。
【図５】実施例における燐光体の温度毎の燐光のスペクトルを示す図である。
【図６】実施例における燐光体の温度と燐光の２波長強度比との対応関係を示す図である。
【図７】実施例における燐光の寿命と化学発光や蛍光の寿命を示す図である。
【図８】実施例１における筒内温度測定システムによる筒内温度測定ルーチンを表すフローチャートである。
【図９】実施例２における内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を表す図である。
【図１０】実施例２における燃料噴射弁の概略構成を表す図である。
【図１１】実施例２における燃料噴射弁の内部構造と紫外光発生部及び燐光観測部の構成を表す図である。
【図１２】実施例２における筒内温度測定システムによる筒内温度測定ルーチンを表すフローチャートである。
【図１３】実施例２における径方向温度分布を測定する場合の測定点の位置を表す図である。
【図１４】実施例２における径方向温度分布の測定結果に基づく燃料噴射補正制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図１５】実施例２における径方向温度変化の傾きの測定結果の例を示す図である。
【図１６】実施例２における径方向温度変化の傾きの測定結果に基づく燃料噴射補正制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図１７】実施例２における燃焼室内壁面上の温度分布を測定する場合の測定点の位置を表す図である。
【図１８】実施例２における燃料噴霧がスワールによって移動する様子を表す図である。
【図１９】実施例２における燃料噴霧軸線上の特定の点における測定温度の時間推移を表す図である。
【図２０】実施例２における燃料噴霧軸線上のスワール比分布の測定結果の例を示す図である。
【図２１】実施例２における燃料噴霧軸線上のスワール比分布の測定結果に基づく燃料噴射補正制御ルーチンを表すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３５】
１     内燃機関
２     吸気通路
３     排気通路
４     気筒
５     点火プラグ
６     排気浄化触媒
７     ＥＣＵ
８     排気導入通路
９     燐光体導入通路
１０   シーディング装置
１１   蒸発装置
１２   壁面
１３   通路
１４   容器
１５   燐光体コロイド溶液
１６   通路
１７   脚部
１８   ガイド
１９   ヒータ
２０   電源
２１   シーディングバルブ
２２   ボックス
２３   分配通路
２４   電極
２５   光ファイバ
２６   開口部
２７   開口部
２８   光ファイバ
２９   ミラー
３０   紫外レーザ発生装置
３１   ハーフミラー
３２   第２フィルタ
３３   第１フィルタ
３４   第２受光部
３５   第１受光部
３６   紫外レーザ
３７   燐光
３８   燐光
３９   燐光
４０   センサ部
４１   レンズ
４２   紫外光発生部
４３   燐光観測部
４４   第１シャッタ
４５   第２シャッタ
４６   吸気導入通路
４７   燃料噴射弁
４８   コンプレッサ
４９   タービン
５０   内燃機関
５１   ターボチャージャ
５２   シーディングバルブ
５３   ＥＣＵ
５４   燃料噴射ノズル
５５   燃料噴霧
５６   光通路
５７   センサ部
５８   燐光観測部
５９   焦点
６０   レンズ
６１   ミラー
６２   光ファイバ
６３   ハーフミラー
６４   台座
６５   回折格子
６７   シャッタ
６８   受光部
６９   紫外レーザ
７０   燐光
７１   開口部
７２   光ファイバ
７３   燐光
７４   ピストン
７５   燃焼室
７６   気筒中心軸
７７   ピストン頂部
【図１】
2009097970.tif 000003
【図２】
2009097970.tif 000004
【図３】
2009097970.tif 000005
【図４】
2009097970.tif 000006
【図５】
2009097970.tif 000007
【図６】
2009097970.tif 000008
【図７】
2009097970.tif 000009
【図８】
2009097970.tif 000010
【図９】
2009097970.tif 000011
【図１０】
2009097970.tif 000012
【図１１】
2009097970.tif 000013
【図１２】
2009097970.tif 000014
【図１３】
2009097970.tif 000015
【図１４】
2009097970.tif 000016
【図１５】
2009097970.tif 000017
【図１６】
2009097970.tif 000018
【図１７】
2009097970.tif 000019
【図１８】
2009097970.tif 000020
【図１９】
2009097970.tif 000021
【図２０】
2009097970.tif 000022
【図２１】
2009097970.tif 000023