JP2004068775A - 内燃機関の異常燃焼検知方法、異常燃焼調整方法、及びその装置 - Google Patents
内燃機関の異常燃焼検知方法、異常燃焼調整方法、及びその装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】燃焼室でノッキング等の異常燃焼が発生した際、異常燃焼の位置（異常燃焼発生部位）を容易に検知する。
【解決手段】燃焼室内において第１〜第３の測定位置▲１▼〜▲３▼で燃焼に起因する圧力を測定する。第１〜第３の測定結果の二つ毎にそれぞれ到達時間の差を求めて第１〜第３の到達時間差を得て、第１〜第３の到達時間差に基づいて第１〜前記第３の測定位置の二つ毎にその距離差を第１〜第３の距離差として求める。これら第１〜第３の距離差のそれぞれに対応する測定位置の一方を中心とする半径ｒの球を形成するとともに他方の測定位置を中心とする半径（ｒ＋第１〜第３の距離差のいずれか）の球を形成して、これら二つの球同士が交わる交線の集合である面をそれぞれ求めて第１〜第３の面とする。そして、これら第１〜第３の面が交わる交点を異常燃焼発生位置とする。
【選択図】 図２
【解決手段】燃焼室内において第１〜第３の測定位置▲１▼〜▲３▼で燃焼に起因する圧力を測定する。第１〜第３の測定結果の二つ毎にそれぞれ到達時間の差を求めて第１〜第３の到達時間差を得て、第１〜第３の到達時間差に基づいて第１〜前記第３の測定位置の二つ毎にその距離差を第１〜第３の距離差として求める。これら第１〜第３の距離差のそれぞれに対応する測定位置の一方を中心とする半径ｒの球を形成するとともに他方の測定位置を中心とする半径（ｒ＋第１〜第３の距離差のいずれか）の球を形成して、これら二つの球同士が交わる交線の集合である面をそれぞれ求めて第１〜第３の面とする。そして、これら第１〜第３の面が交わる交点を異常燃焼発生位置とする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関、特に、ガスエンジンの燃焼室（シリンダ）におけるノッキング等の異常燃焼を検知する内燃機関の異常燃焼検知方法及びその装置に関し、特に、燃焼室で異常燃焼が発生した箇所（位置）を特定することのできる異常燃焼検知方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、トーチ点火ガスエンジンにおいては、予混合燃焼であるため燃焼室内における混合ガスの濃度分布の不均一等に起因するノッキングが発生し易い。そして、このようなノッキングの発生を抑制して、燃焼効率の低下を回避するとともに、ノッキングに伴う燃焼室周り構成部材の破損の発生を防止することが大きな課題の一つとなっている。かかるノッキングを抑制する際には、エンジン運転中においてノッキングが発生していることを正確に検知し、迅速にノッキングを防止する処置を講ずる必要がある。
【０００３】
従来、ガスエンジンにおいて、ノッキングの発生を検知する手法として、例えば、特開平８−１２８３５４号に記載されたノッキング判定方法が知られている（以下従来例と呼ぶ）。
【０００４】
従来例では、加速度センサによりエンジンの振動を検出し、この検出振動データに所定の処理を施して、処理検出データを作成して連続的に記憶させておき、該処理検出データのそれぞれをこれらの閾値と比較し、所定数の処理検出データのうちで前記閾値を超えたデータの割合を算出し、この割合が一定値を超えたときノッキングが発生しているものと判定している。
【０００５】
ところで、ガスエンジン等の予混合内燃機関（エンジン）では、予混合気が急激に燃焼する上述のようなノッキングが発生することが多く、このノッキングがエンジンの効率限界となっている。そして、上述のようにして、ノッキングが検知されると、例えば、点火時期等を遅延させてノッキングを抑える燃焼制御（以下単にノッキング制御と呼ぶ）を行っている（つまり、効率を低下させてノッキングを抑える）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ノッキング制御を行う際には、従来例のように、燃焼室でノッキングが発生したか否かを判定して、ノッキングが発生したと判定すると、ノッキング制御に移行するようにしており、燃焼室内におけるノッキングが発生した箇所、つまり、異常燃焼が発生した箇所（位置）を特定することは行っておらず、単に、燃焼室でノッキングが発生したか否かを判定して、ノッキング制御を行っただけでは、精度よくノッキング制御を行うことが難しいという課題がある。
【０００７】
言い換えると、単にノッキングの有無を検知して、ノッキングの発生を検知すると、ノッキング制御に移行しただけでは、ノッキングの抑制のみに注目して、不必要に効率を低下させてしまうことになって、精度よくノッキング制御ができないという課題がある。
【０００８】
いずれにしても、従来例では、単に燃焼室におけるノッキングの有無を判定しているだけであって、燃焼室中のいずれの箇所でノッキングが発生したかを検出することはできない。
【０００９】
本発明の目的は、燃焼室でノッキング等の異常燃焼が発生した際、異常燃焼の位置（異常燃焼発生部位）を容易に検知することのできる内燃機関の異常燃焼検知方法及びその装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、精度よく異常燃焼を調整することのできる内燃機関の異常燃焼調整方法及びその装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、内燃機関の燃焼室で異常燃焼が発生した際該異常燃焼を検知するための内燃機関の異常燃焼検知方法であって、前記燃焼室内において互いに異なる少なくとも第１〜第３の測定位置で前記燃焼室内における燃焼に起因する圧力又は発光を同時に測定して第１〜第３の測定結果を得る計測ステップと、異常燃焼が発生すると前記第１〜前記第３の測定結果に応じて前記異常燃焼が発生した前記燃焼室内の位置を異常燃焼発生位置として特定する異常燃焼発生位置特定ステップとを有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼検知方法が得られる。
【００１２】
このようにして、燃焼室内において互いに異なる少なくとも第１〜第３の測定位置で燃焼室内における燃焼に起因する圧力又は発光を同時に測定して第１〜第３の測定結果を得て、異常燃焼が発生すると、第１〜第３の測定結果に応じて燃焼室内の異常燃焼が発生した位置を異常燃焼発生位置として特定するようにしたから、燃焼室でノッキング等の異常燃焼が発生した際、異常燃焼の位置を容易に検知することができることになる。
【００１３】
本発明では、例えば、前記異常燃焼位置特定ステップは、前記第１〜前記第３の測定結果に応じて前記異常燃焼が発生した際該異常燃焼に係る圧力又は発光が前記第１〜前記第３の測定位置に到達する時間差を、前記第１の測定位置と前記第２の測定位置、前記第２の測定位置と前記第３の測定位置、及び前記第３の測定位置と前記第１の測定位置との間でそれぞれ求めて第１〜第３の到達時間差とする到達時間差算出ステップと、前記第１〜前記第３の到達時間差に基づいてそれぞれ前記第１の測定位置と前記第２の測定位置、前記第２の測定位置と前記第３の測定位置、及び前記第３の測定位置と前記第１の測定位置との間の距離差を第１〜第３の距離差として求める距離差算出ステップと、前記第１の測定位置と前記第２の測定位置、前記第２の測定位置と前記第３の測定位置、及び前記第３の測定位置と前記第１の測定位置との間においてそれぞれ前記第１〜前記第３の距離差に応じた三次元曲面を複数形成して、複数の三次元曲面が交わる交点を前記異常燃焼発生位置として検知する異常燃焼位置検知ステップとを有している。
【００１４】
例えば、前記三次元曲面は球であり、この際には、前記１の測定位置を中心とする半径ｒの第１の球と前記第２の測定位置を中心とする半径（ｒ＋第１の距離差）の第２の球とにおいて前記半径ｒ＝（１／２）×｛（前記第１及び前記第２の測定位置間の距離）−前記第１の距離差｝を初期値として前記半径ｒを増加した際前記第１の球と前記第２の球との交線の集合である第１の面を求め、前記第２の測定位置を中心とする半径ｒの第３の球と前記第３の測定位置を中心とする半径（ｒ＋第２の距離差）の第４の球とにおいて前記半径ｒ＝（１／２）×｛（前記第２及び前記第３の測定位置間の距離）−前記第２の距離差｝を初期値として前記半径ｒを増加した際前記第３の球と前記第４の球との交線の集合である第２の面を求めて、さらに、前記３の測定位置を中心とする半径ｒの第５の球と前記第１の測定位置を中心とする半径（ｒ＋第３の距離差）の第６の球とにおいて前記半径ｒ＝（１／２）×｛（前記第３及び前記第１の測定位置間の距離）−前記第３の距離差｝を初期値として前記半径ｒを増加した際前記第５の球と前記第６の球との交線の集合である第３の面を求める。そして、前記第１〜前記第３の面のうちいずれか二つの面の交線を算出交線として求めて該算出交線と前記第１〜前記第３の面のうち残りの面と交点を前記異常燃焼検出位置として判定する。
【００１５】
また、本発明では、前記第１〜前記第３の測定結果のうち少なくとも一つが予め設定された閾値レベルを越えると異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼検知ステップを有している。なお、前記燃焼室で発生する振動を検知して該振動のレベルが予め規定された振動閾値レベルを越えると前記異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼検知ステップを有するようにしてもよい。
【００１６】
さらに、本発明では、上述のようにして得られた異常燃焼検出位置を受けると前記異常燃焼検出位置に向けて異常燃焼を抑制するための抑制流体を噴射する噴射ステップを有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼調整方法が得られる。このようにすれば、上述のようして検出された異常燃焼位置に向けて抑制流体を噴射することができ、精度よく異常燃焼を調整することができることになる。
【００１７】
本発明によれば、内燃機関の燃焼室で異常燃焼が発生した際該異常燃焼を検知するための内燃機関の異常燃焼検知装置において、前記燃焼室内において互いに異なる少なくとも第１〜第３の測定位置で前記燃焼室内における燃焼に起因する圧力又は発光を同時に測定して第１〜第３の測定結果を得る計測手段と、異常燃焼が発生すると前記第１〜前記第３の測定結果に応じて前記異常燃焼が発生した前記燃焼室内の位置を異常燃焼発生位置として特定する異常燃焼発生位置特定手段とを有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼検知装置が得られる。
【００１８】
例えば、前記異常燃焼位置特定手段は、前記第１〜前記第３の測定結果に応じて前記異常燃焼が発生した際該異常燃焼に係る圧力又は発光が前記第１〜前記第３の測定位置に到達する時間差を、前記第１の測定位置と前記第２の測定位置、前記第２の測定位置と前記第３の測定位置、及び前記第３の測定位置と前記第１の測定位置との間でそれぞれ求めて第１〜第３の到達時間差とする到達時間差算出手段と、前記第１〜前記第３の到達時間差に応じて前記異常燃焼発生位置を求める異常燃焼発生位置算出手段とを有しており、前記異常燃焼位置算出手段は、前記第１〜前記第３の到達時間差に基づいてそれぞれ前記第１の測定位置と前記第２の測定位置、前記第２の測定位置と前記第３の測定位置、及び前記第３の測定位置と前記第１の測定位置との間の距離差を第１〜第３の距離差として求める距離差算出手段と、前記第１の測定位置と前記第２の測定位置、前記第２の測定位置と前記第３の測定位置、及び前記第３の測定位置と前記第１の測定位置との間においてそれぞれ前記第１〜前記第３の距離差に応じた三次元曲面を複数形成して、複数の三次元曲面が交わる交点を前記異常燃焼発生位置として検知する異常燃焼位置検知手段とを有している。
【００１９】
本発明では、例えば、前記第１〜前記第３の測定結果のうち少なくとも一つが予め設定された閾値レベルを越えると異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼検知手段を有している。また、前記燃焼室で発生する振動を検知する加速度センサと、該加速度センサで検知された振動のレベルが予め規定された振動閾値レベルを越えると前記異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼検知手段とを有するようにしてもよい。
【００２０】
本発明では、上述のようにして得られた異常燃焼検出位置を受けると前記異常燃焼検出位置に向けて異常燃焼を抑制するための抑制流体を噴射する噴射手段を有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼調整装置が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施の形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２２】
ここでは、トーチ点火式ガスエンジンに用いられる異常燃焼（ノッキング）検知装置について説明する。まず、図１を参照して、図示のトーチ点火式エンジン（以下単にエンジンと呼ぶ）１００は、ピストン１０２、シリンダヘッド１０３ａ、及びシリンダ部１０３ｂを有しており、ピストン１０２、シリンダヘッド１０３ａ、及びシリンダ部１０３ｂによって燃焼室１０１が区画形成されている。さらに、図示のエンジン１００にはトーチ着火用のトーチ副室１０４が備えられている。
【００２３】
シリンダ部１０３ｂの側面には、燃焼室１０１に臨んで、少なくとも３つの圧力センサがそれぞれ互いに異なる箇所に取り付けられており（図１には、一つの圧力センサ１ａのみが示されている）、これら圧力センサはコントローラ１０に接続されている。圧力センサの取付けに当たっては、シリンダ部１０３ｂにおける気密性が損なわれないようにする必要がある。なお、圧力センサはシリンダヘッド１０３ａに取り付けるようにしてもよい。
【００２４】
コントローラ１０は、後述するようにして、圧力センサで検出された燃焼室１０１内圧力に応じて異常燃焼（ノッキング）位置（部位）を検知・特定して、この検知結果に応じてノッキング制御を実行する。つまり、コントローラ１０は圧力センサで検知した圧力信号に応じて、後述する流体噴射装置２０及び弁回転装置２２を制御する。
【００２５】
図１に示すように、シリンダヘッド１０３ａには、流体噴射弁２６が取り付けられており、流体制御弁２６の弁棒２６１がシリンダヘッド１０３ａ内に回動可能かつ上下動可能に嵌合されている。流体噴射弁２６の詳細を示す図１（Ｂ）において、流体噴射弁２６の弁棒２６１の外周面にシール部材２６ａを摺接して、燃焼室１０１内のガスをシールしている。
【００２６】
流体噴射弁２６は、コントローラ１０からの制御操作信号を受けて燃焼室１０１内において回動され、後述するようにして、ノッキングが発生している部位に水、蒸気等のノッキングの抑制流体を噴射する。
【００２７】
流体噴射弁２６内には流体通路２６２が貫設されており、２６３は該流体噴射弁２６内の先端部には、燃焼室１０１内に向けて開口するように噴孔２６３が穿孔されている。２６４は流体通路２６２と噴孔２６３との間には逆止弁２６４が設けられ、流体通路２６２側から噴孔２６３側、つまり燃焼室１０１側に向かう流れのみを可能とするように構成され、燃焼室１０１内からの燃焼ガスの逆流を防止している。
【００２８】
回転装置０２６は流体噴射弁２６を回転駆動し、コントローラ１０により制御される弁回転装置２２からの回転力を歯車２４及び弁棒２６１に相対対回転不能かつ軸方向に相対移動可能に嵌合された歯車２５を介して、流体噴射弁２６に伝達し、流体噴射弁２６をノッキング発生位部位に向けて抑制流体を噴射すべく回動せしめるように構成されている。
【００２９】
流体噴射装置２０には、抑制流体供給管２７を通して水、蒸気等のノッキングの抑制流体が供給され、流体噴射装置２０は抑制流体を加圧し、流体噴射弁２６の上部に装着された流体継手２１を通して流体噴射弁２６に圧送する。
【００３０】
図２を参照して、いま、シリンダ部１０３ｂの側面において、互いに異なる位置に３つの圧力センサ１ａ〜１ｃが取り付けられ（図２において、圧力センサ１ａ〜１ｃの取付け位置をそれぞれ▲１▼〜▲３▼で示す）、これら圧力センサ１ａ〜１ｃは燃焼室１０１に臨んでいる。圧力センサ１ａ〜１ｃの取付けに当たっては、図２に示すように、３次元空間において圧力センサ１ａ〜１ｃが同一平面内に配置されるように取り付けることが望ましい。
【００３１】
いま、図２にＰで示す位置で異常燃焼、つまり、ノッキングが発生したとする。ノッキングが発生すると、急激な燃焼による圧力波（衝撃波）が生じて、燃焼室１０１内を伝搬する（Ｌ１〜Ｌ３はそれぞれ圧力センサ１ａ〜１ｃからノッキング発生位置Ｐまでの距離を便宜上表しているが、この距離は当然のことながらノッキング発生位置Ｐに応じて変わる）。
【００３２】
圧力センサ１ａ〜１ｃは常に燃焼室１０３内圧力を検出しており、その検出結果をコントローラ１０に送出している。図３に示すように、コントローラ１０はノッキング発生検出部１１ａ、ノッキング位置検出部１１ｂ、流体噴射方向算出部１２、及び流体噴射量算出部１３を備えており、圧力センサ１ａ〜１ｃからの圧力信号（電気信号：以下圧力センサ１ａ〜１ｃから与えられる圧力信号をそれぞれ第１〜第３の圧力信号と呼ぶことにする）はノッキング発生検出部１１ａに与えられる。ノッキング発生検出部１１ａでは、第１〜第３の圧力信号のうち少なくとも一つが予め設定された閾値レベル（ノッキングが発生したか否かを判定するための閾値レベル）を越えると、ノッキングが発生したと判定して、ノッキング検知信号をノッキング位置検出部１１ｂに送る。
【００３３】
図４及び図５も参照して、ノッキング位置検出部１１ｂには第１〜第３の圧力信号が与えられており、ノッキング検知信号を受けると（図４：ステップＳ１）、以下のようにしてノッキング位置検出を実行する。
【００３４】
いま、ノッキングによって、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すタイミングで第１〜第３の圧力信号がノッキング位置検出部１１ｂに与えられたとすると、第１〜第３の圧力信号（ピーク又はエッジ）間の到達時間差を求める（図４：ステップＳ２）。具体的には、ノッキング位置検出部１１ｂでは、第１の圧力信号（の立ち上がりエッジ）を受けた時間と第２の圧力信号（の立ち上がりエッジ）を受けた時間との差を、時間Δｔ１２として求める（第１の到達時間差）。
【００３５】
同様にして、第２の圧力信号（の立ち上がりエッジ）を受けた時間と第３の圧力信号（の立ち上がりエッジ）を受けた時間との差を、時間Δｔ２３として求める（第２の到達時間差）。そして、第３の圧力信号（の立ち上がりエッジ）を受けた時間と第１の圧力信号（の立ち上がりエッジ）を受けた時間との差を、時間Δｔ３１として求める（第２の到達時間差）。なお、これら時間差Δｔ１２、Δｔ２３、及びΔｔ３１は絶対値である（単位秒）。
【００３６】
次に、ノッキング位置検出部１１ｂでは、上述の時間差に基づいて各圧力センサ１ａ〜１ｃとノッキング発生位置までの距離の差を求める（図４：ステップＳ３）。具体的には、いま、ノッキング発生位置と圧力センサ１ａ〜１ｃまでの距離をそれぞれＬ１〜Ｌ３と仮定すると（ノッキング位置検出部１１ｂには圧力センサ１ａ〜１ｃの取付け位置（３次元座標の位置）が予め設定されている）、音速をＣ（ｍ／秒）とすれば、絶対値（Ｌ１−Ｌ２）＝ΔＬ１２＝Ｃ×Δｔ１２である。同様に、絶対値（Ｌ２−Ｌ３）＝ΔＬ２３＝Ｃ×Δｔ２３、絶対値（Ｌ３−Ｌ１）＝ΔＬ３１＝Ｃ×Δｔ３１である。
【００３７】
このようにして、圧力センサ１ａ〜１ｃ（取付け位置）毎に距離差を求めた後、圧力センサ１ａ〜１ｃの一つを基準位置として、ノッキング位置検出部１１ｂでは、次のようにしてノッキング発生位置が属する面を規定する（図４：ステップＳ４）。なお、ノッキング位置が発生する面を規定する際には、三次元曲面を形成するが、ここでは、三次元曲面として球を例にあげて説明する。
【００３８】
まず、ノッキング位置検出部１１ｂでは、燃焼室１０１を含む直交座標系（３次元）を規定して、この直交座標系に圧力センサ１ａ〜１ｃの取付け位置▲１▼〜▲３▼をプロットする。そして、圧力センサ１ａを基準位置として、半径ｒ（ｒは任意の数）の球（第１の球）を規定する。一方、圧力センサ１ｂを基準位置として、半径（ｒ＋ΔＬ１２）の球（第２の球）を規定する。
【００３９】
図６（Ａ）に示すように、ｒ＝（１／２）（Ｌ１２−ΔＬ１２）の際には、半径ｒの球と半径（ｒ＋ΔＬ１２）の球とは交点のみを形成することになるが（Ｌ１２は圧力センサ１ａと圧力センサ１ｂとの距離であり、ノッキング位置検出部１１ｂには圧力センサ１ａ〜１ｃの取付け位置が予め設定されているから、距離Ｌ１２を求めることができる）、半径ｒ＞（１／２）（Ｌ１２−ΔＬ１２）であると、半径ｒの球と半径（ｒ＋ΔＬ１２）の球とは交線（円）ができる（図６（Ｂ）参照）。ノッキング発生位置は少なくともこの円上に存在することになるが、半径ｒは任意の値であるため、ｒ＝（１／２）（Ｌ１２−ΔＬ１２）を起点として、半径ｒを徐々に増加させて、交線の集合である面（第１の面）ＣＡを規定する（図７参照）。
【００４０】
同様にして、圧力センサ１ｂを基準として、半径ｒの球（第３の球）を規定する。一方、圧力センサ１ｃを基準位置として、半径（ｒ＋ΔＬ２３）の球（第４の球）を規定する。ｒ＝（１／２）（Ｌ２３−ΔＬ２３）から（Ｌ２３は圧力センサ１ｂと圧力センサ１ｃとの距離である）半径ｒを徐々に増加させて、図８に示す交線の集合である面（第２の面）ＣＢを規定する。
【００４１】
さらに、圧力センサ１ｃを基準位置として、半径ｒの球（第５の球）を規定する。一方、圧力センサ１ａを基準位置として、半径（ｒ＋ΔＬ３１）の球（第６の球）を規定する。ｒ＝（１／２）（Ｌ３１−ΔＬ３１）から（Ｌ３１は圧力センサ１ｃと圧力センサ１ａとの距離である）半径ｒを徐々に増加させて、図９に示す交線の集合である面（第３の面）ＣＣを規定する。（図４のステップ４）
【００４２】
次に、ノッキング位置検出部１１ｂでは、上述のようにして規定された第１及び第２の面ＣＡ及びＣＢに応じて、第１及び第２の面とが交わる交線（第１の交線ＬＡ）を求める（図４のステップＳ５：図８参照）。
【００４３】
さらに、ノッキング位置検出部１１ｂでは、第１の交線ＬＡと第３の面ＣＣとに応じて、第１の交線ＬＡと第３の面ＣＣとが交わる交点ＰＡを求める（図４のステップＳ６：図９参照）。つまり、第１の交線ＬＡと第３の面ＣＣとの交点が全ての条件を満たし、ノッキング発生位置となる。そして、ノッキング位置検出部１１ｂはこの交点ＰＡをノッキング発生位置Ｐとすることになる（図４：ステップＳ７）。
【００４４】
上述のようにして、求められたノッキング発生位置は流体噴射方向算出部１２に与えられる。なお、第１〜第３の面を求める順序は特に規定されず、最終的に、第１〜第３の面が交わる交点ＰＡを求めるようにすればよい。
【００４５】
流体噴射方向算出部１２では、ノッキング検出位置を受けると、流体噴射弁２６の設置位置とノッキング検出位置との相対関係に基づいて、抑制流体噴射方向を求める。そして、この算出抑制流体噴射方向は流体噴射制御部１４に与えられる。
【００４６】
図３に示すように、流体噴射量算出部１３には、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器１５とエンジン出力（エンジン負荷）を検出するエンジン出力検出器１６が接続されており、流体噴射量算出部１３には、エンジン回転数検出器１５及びエンジン出力検出器１６からそれぞれエンジンの回転数及びエンジン出力の検出値が与えられる。
【００４７】
流体噴射量算出部１３においては、エンジン回転数及びエンジン出力の検出値が示されるエンジン運転状態検出値に基づいて、エンジン運転状態に対応するノッキング抑制流体の噴射量を算出して、流体噴射制御部１４に与える。これにより、エンジン回転数、エンジン出力で表されるエンジン運転状態の検出値に適合した抑制流体の噴射量に制御することができる。
【００４８】
流体噴射制御部１４では、流体噴射方向算出部１２から与えられたノッキング抑制流体噴射方向に応じて、弁回転装置２２を制御して、流体噴射弁２６の噴孔２６３の方向をノッキング流体噴射方向に向ける。さらに、流体噴射制御部１４では、流体噴射量選出部１３から与えられたノッキング抑制流体の噴射量に基づいて、流体噴射装置２０を動作する。
【００４９】
上述のようにして、流体噴射装置２０及び弁回転装置２２を制御すると、流体噴射弁２６からの抑制流体は、エンジン運転状態に対応する噴射量で、ノッキング発生位置に向けて噴射されることになり、ノッキング発生点近傍における燃焼温度が、低下して急激な圧力上昇が抑制され、正常燃焼に復元することができることになる。
【００５０】
ところで、上述の例では、圧力センサ１ａ〜１ｃから受ける圧力信号（第１〜第３の圧力信号）のうちの少なくとも一つの予め定められた閾値レベルを越えた際、ノッキング発生検出部１１ａでノッキングが発生したと判定したが、別に振動センサ等の加速度センサをシリンダヘッド等に取り付けて、加速度センサで検出される加速度を加速度検出信号としてノッキング発生検出部１１ａに与えて、この加速度検出信号のレベルが所定の閾値レベルを越えた際ノッキング発生と認定して、ノッキング発生検出部１１ａからノッキング位置検出部１１ｂにノッキング検出信号を与えるようにしてもよい。
【００５１】
さらに、上述の例では、圧力センサを用いてノッキングによる圧力波（衝撃波）を検出するようにしたが、圧力センサの代わりに、光センサを用いるようにしてもよい。つまり、ノッキング等の異常燃焼が発生した際には、通常の燃焼と比べて、ノッキングが発生した位置においては、輝度等が異なるから、光センサで輝度の変化を検出して（輝度が予め設定された輝度閾値レベルを越えた際）、ノッキングが発生したと判定する。そして、上記の輝度の変化が到達する時間差を求めて、上述したような演算を行えば、燃焼室内のノッキング発生位置を特定することができる。
【００５２】
いずれにしても、ノッキングに応じて変化する圧力又は発光による輝度等の変化を検知して、前述のようにして、ノッキング発生位置を特定するようにすればよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内燃機関の燃焼室で異常燃焼が発生した際該異常燃焼を検知する際、燃焼室内において互いに異なる少なくとも第１〜第３の測定位置で、燃焼室内における燃焼に起因する圧力又は発光を同時に測定して第１〜第３の測定結果を得て、異常燃焼が発生すると第１〜第３の測定結果に応じて、異常燃焼が発生した燃焼室内の位置を異常燃焼発生位置として特定するようにしたから、燃焼室でノッキング等の異常燃焼が発生した際、異常燃焼の位置を検知することができるという効果がある。
【００５４】
本発明では、異常燃焼位置を特定する際、第１〜第３の測定結果に応じて、異常燃焼が発生した際異常燃焼に係る圧力又は発光が第１〜第３の測定位置に到達する時間差を、第１の測定位置と第２の測定位置、第２の測定位置と第３の測定位置、及び第３の測定位置と第１の測定位置との間でそれぞれ求めて第１〜第３の到達時間差として、第１〜第３の到達時間差に基づいてそれぞれ第１の測定位置と第２の測定位置、第２の測定位置と第３の測定位置、及び第３の測定位置と第１の測定位置との間の距離差を第１〜第３の距離差として求め、第１の測定位置と第２の測定位置、第２の測定位置と第３の測定位置、及び第３の測定位置と第１の測定位置との間においてそれぞれ第１〜前記第３の距離差に応じた三次元曲面を複数形成して、複数の三次元曲面が交わる交点を異常燃焼発生位置として検知するようにしたから、容易に異常燃焼発生位置を特定できるという効果がある。
【００５５】
さらに、本発明では、上述のようして検出された異常燃焼位置に向けて抑制流体を噴射するようにしたから、精度よく異常燃焼を調整することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による異常燃焼検知装置の一例をトーチ点火式ガスエンジンととも示す図であり、（Ａ）はその全体構成図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＺ部拡大断面図である。
【図２】図１に示す圧力センサの配置関係を示す平面図である。
【図３】図１に示すコントローラを詳細に示す制御ブロック図である。
【図４】図３に示すノッキング位置検出部の動作を説明するためのフロー図である。
【図５】圧力センサで検出される衝撃波のタイミングを示す図である。
【図６】ノッキング位置を検出する際の演算を説明するための図であり、（Ａ）は二つの球が接した状態を示す図、（Ｂ）は半径ｒを増加して二つの球が交わった状態を示す図である。
【図７】図６において半径ｒを増加していった際二つの球の交わりによって形成される面を示す図である。
【図８】図７で示すようにして形成された二つの面の交線を示す図である。
【図９】図７に示す交線と別の面との交点が異常燃焼位置となる状態と示す図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｃ 圧力センサ
１０ コントローラ
１１ａ ノッキング発生検出部
１１ｂ ノッキング位置検出部
１２ 流体噴射方向算出部
１３ 流体噴射量算出部
１４ 流体噴射制御部
１５ エンジン回転数検出器
１６ エンジン出力検出器
２０ 流体噴射装置
２２ 弁回転装置
２６ 流体噴射弁
１００ トーチ点火式エンジン
１０１ 燃焼室
１０２ ピストン
１０４ トーチ副室
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関、特に、ガスエンジンの燃焼室（シリンダ）におけるノッキング等の異常燃焼を検知する内燃機関の異常燃焼検知方法及びその装置に関し、特に、燃焼室で異常燃焼が発生した箇所（位置）を特定することのできる異常燃焼検知方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、トーチ点火ガスエンジンにおいては、予混合燃焼であるため燃焼室内における混合ガスの濃度分布の不均一等に起因するノッキングが発生し易い。そして、このようなノッキングの発生を抑制して、燃焼効率の低下を回避するとともに、ノッキングに伴う燃焼室周り構成部材の破損の発生を防止することが大きな課題の一つとなっている。かかるノッキングを抑制する際には、エンジン運転中においてノッキングが発生していることを正確に検知し、迅速にノッキングを防止する処置を講ずる必要がある。
【０００３】
従来、ガスエンジンにおいて、ノッキングの発生を検知する手法として、例えば、特開平８−１２８３５４号に記載されたノッキング判定方法が知られている（以下従来例と呼ぶ）。
【０００４】
従来例では、加速度センサによりエンジンの振動を検出し、この検出振動データに所定の処理を施して、処理検出データを作成して連続的に記憶させておき、該処理検出データのそれぞれをこれらの閾値と比較し、所定数の処理検出データのうちで前記閾値を超えたデータの割合を算出し、この割合が一定値を超えたときノッキングが発生しているものと判定している。
【０００５】
ところで、ガスエンジン等の予混合内燃機関（エンジン）では、予混合気が急激に燃焼する上述のようなノッキングが発生することが多く、このノッキングがエンジンの効率限界となっている。そして、上述のようにして、ノッキングが検知されると、例えば、点火時期等を遅延させてノッキングを抑える燃焼制御（以下単にノッキング制御と呼ぶ）を行っている（つまり、効率を低下させてノッキングを抑える）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ノッキング制御を行う際には、従来例のように、燃焼室でノッキングが発生したか否かを判定して、ノッキングが発生したと判定すると、ノッキング制御に移行するようにしており、燃焼室内におけるノッキングが発生した箇所、つまり、異常燃焼が発生した箇所（位置）を特定することは行っておらず、単に、燃焼室でノッキングが発生したか否かを判定して、ノッキング制御を行っただけでは、精度よくノッキング制御を行うことが難しいという課題がある。
【０００７】
言い換えると、単にノッキングの有無を検知して、ノッキングの発生を検知すると、ノッキング制御に移行しただけでは、ノッキングの抑制のみに注目して、不必要に効率を低下させてしまうことになって、精度よくノッキング制御ができないという課題がある。
【０００８】
いずれにしても、従来例では、単に燃焼室におけるノッキングの有無を判定しているだけであって、燃焼室中のいずれの箇所でノッキングが発生したかを検出することはできない。
【０００９】
本発明の目的は、燃焼室でノッキング等の異常燃焼が発生した際、異常燃焼の位置（異常燃焼発生部位）を容易に検知することのできる内燃機関の異常燃焼検知方法及びその装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、精度よく異常燃焼を調整することのできる内燃機関の異常燃焼調整方法及びその装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、内燃機関の燃焼室で異常燃焼が発生した際該異常燃焼を検知するための内燃機関の異常燃焼検知方法であって、前記燃焼室内において互いに異なる少なくとも第１〜第３の測定位置で前記燃焼室内における燃焼に起因する圧力又は発光を同時に測定して第１〜第３の測定結果を得る計測ステップと、異常燃焼が発生すると前記第１〜前記第３の測定結果に応じて前記異常燃焼が発生した前記燃焼室内の位置を異常燃焼発生位置として特定する異常燃焼発生位置特定ステップとを有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼検知方法が得られる。
【００１２】
このようにして、燃焼室内において互いに異なる少なくとも第１〜第３の測定位置で燃焼室内における燃焼に起因する圧力又は発光を同時に測定して第１〜第３の測定結果を得て、異常燃焼が発生すると、第１〜第３の測定結果に応じて燃焼室内の異常燃焼が発生した位置を異常燃焼発生位置として特定するようにしたから、燃焼室でノッキング等の異常燃焼が発生した際、異常燃焼の位置を容易に検知することができることになる。
【００１３】
本発明では、例えば、前記異常燃焼位置特定ステップは、前記第１〜前記第３の測定結果に応じて前記異常燃焼が発生した際該異常燃焼に係る圧力又は発光が前記第１〜前記第３の測定位置に到達する時間差を、前記第１の測定位置と前記第２の測定位置、前記第２の測定位置と前記第３の測定位置、及び前記第３の測定位置と前記第１の測定位置との間でそれぞれ求めて第１〜第３の到達時間差とする到達時間差算出ステップと、前記第１〜前記第３の到達時間差に基づいてそれぞれ前記第１の測定位置と前記第２の測定位置、前記第２の測定位置と前記第３の測定位置、及び前記第３の測定位置と前記第１の測定位置との間の距離差を第１〜第３の距離差として求める距離差算出ステップと、前記第１の測定位置と前記第２の測定位置、前記第２の測定位置と前記第３の測定位置、及び前記第３の測定位置と前記第１の測定位置との間においてそれぞれ前記第１〜前記第３の距離差に応じた三次元曲面を複数形成して、複数の三次元曲面が交わる交点を前記異常燃焼発生位置として検知する異常燃焼位置検知ステップとを有している。
【００１４】
例えば、前記三次元曲面は球であり、この際には、前記１の測定位置を中心とする半径ｒの第１の球と前記第２の測定位置を中心とする半径（ｒ＋第１の距離差）の第２の球とにおいて前記半径ｒ＝（１／２）×｛（前記第１及び前記第２の測定位置間の距離）−前記第１の距離差｝を初期値として前記半径ｒを増加した際前記第１の球と前記第２の球との交線の集合である第１の面を求め、前記第２の測定位置を中心とする半径ｒの第３の球と前記第３の測定位置を中心とする半径（ｒ＋第２の距離差）の第４の球とにおいて前記半径ｒ＝（１／２）×｛（前記第２及び前記第３の測定位置間の距離）−前記第２の距離差｝を初期値として前記半径ｒを増加した際前記第３の球と前記第４の球との交線の集合である第２の面を求めて、さらに、前記３の測定位置を中心とする半径ｒの第５の球と前記第１の測定位置を中心とする半径（ｒ＋第３の距離差）の第６の球とにおいて前記半径ｒ＝（１／２）×｛（前記第３及び前記第１の測定位置間の距離）−前記第３の距離差｝を初期値として前記半径ｒを増加した際前記第５の球と前記第６の球との交線の集合である第３の面を求める。そして、前記第１〜前記第３の面のうちいずれか二つの面の交線を算出交線として求めて該算出交線と前記第１〜前記第３の面のうち残りの面と交点を前記異常燃焼検出位置として判定する。
【００１５】
また、本発明では、前記第１〜前記第３の測定結果のうち少なくとも一つが予め設定された閾値レベルを越えると異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼検知ステップを有している。なお、前記燃焼室で発生する振動を検知して該振動のレベルが予め規定された振動閾値レベルを越えると前記異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼検知ステップを有するようにしてもよい。
【００１６】
さらに、本発明では、上述のようにして得られた異常燃焼検出位置を受けると前記異常燃焼検出位置に向けて異常燃焼を抑制するための抑制流体を噴射する噴射ステップを有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼調整方法が得られる。このようにすれば、上述のようして検出された異常燃焼位置に向けて抑制流体を噴射することができ、精度よく異常燃焼を調整することができることになる。
【００１７】
本発明によれば、内燃機関の燃焼室で異常燃焼が発生した際該異常燃焼を検知するための内燃機関の異常燃焼検知装置において、前記燃焼室内において互いに異なる少なくとも第１〜第３の測定位置で前記燃焼室内における燃焼に起因する圧力又は発光を同時に測定して第１〜第３の測定結果を得る計測手段と、異常燃焼が発生すると前記第１〜前記第３の測定結果に応じて前記異常燃焼が発生した前記燃焼室内の位置を異常燃焼発生位置として特定する異常燃焼発生位置特定手段とを有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼検知装置が得られる。
【００１８】
例えば、前記異常燃焼位置特定手段は、前記第１〜前記第３の測定結果に応じて前記異常燃焼が発生した際該異常燃焼に係る圧力又は発光が前記第１〜前記第３の測定位置に到達する時間差を、前記第１の測定位置と前記第２の測定位置、前記第２の測定位置と前記第３の測定位置、及び前記第３の測定位置と前記第１の測定位置との間でそれぞれ求めて第１〜第３の到達時間差とする到達時間差算出手段と、前記第１〜前記第３の到達時間差に応じて前記異常燃焼発生位置を求める異常燃焼発生位置算出手段とを有しており、前記異常燃焼位置算出手段は、前記第１〜前記第３の到達時間差に基づいてそれぞれ前記第１の測定位置と前記第２の測定位置、前記第２の測定位置と前記第３の測定位置、及び前記第３の測定位置と前記第１の測定位置との間の距離差を第１〜第３の距離差として求める距離差算出手段と、前記第１の測定位置と前記第２の測定位置、前記第２の測定位置と前記第３の測定位置、及び前記第３の測定位置と前記第１の測定位置との間においてそれぞれ前記第１〜前記第３の距離差に応じた三次元曲面を複数形成して、複数の三次元曲面が交わる交点を前記異常燃焼発生位置として検知する異常燃焼位置検知手段とを有している。
【００１９】
本発明では、例えば、前記第１〜前記第３の測定結果のうち少なくとも一つが予め設定された閾値レベルを越えると異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼検知手段を有している。また、前記燃焼室で発生する振動を検知する加速度センサと、該加速度センサで検知された振動のレベルが予め規定された振動閾値レベルを越えると前記異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼検知手段とを有するようにしてもよい。
【００２０】
本発明では、上述のようにして得られた異常燃焼検出位置を受けると前記異常燃焼検出位置に向けて異常燃焼を抑制するための抑制流体を噴射する噴射手段を有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼調整装置が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施の形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２２】
ここでは、トーチ点火式ガスエンジンに用いられる異常燃焼（ノッキング）検知装置について説明する。まず、図１を参照して、図示のトーチ点火式エンジン（以下単にエンジンと呼ぶ）１００は、ピストン１０２、シリンダヘッド１０３ａ、及びシリンダ部１０３ｂを有しており、ピストン１０２、シリンダヘッド１０３ａ、及びシリンダ部１０３ｂによって燃焼室１０１が区画形成されている。さらに、図示のエンジン１００にはトーチ着火用のトーチ副室１０４が備えられている。
【００２３】
シリンダ部１０３ｂの側面には、燃焼室１０１に臨んで、少なくとも３つの圧力センサがそれぞれ互いに異なる箇所に取り付けられており（図１には、一つの圧力センサ１ａのみが示されている）、これら圧力センサはコントローラ１０に接続されている。圧力センサの取付けに当たっては、シリンダ部１０３ｂにおける気密性が損なわれないようにする必要がある。なお、圧力センサはシリンダヘッド１０３ａに取り付けるようにしてもよい。
【００２４】
コントローラ１０は、後述するようにして、圧力センサで検出された燃焼室１０１内圧力に応じて異常燃焼（ノッキング）位置（部位）を検知・特定して、この検知結果に応じてノッキング制御を実行する。つまり、コントローラ１０は圧力センサで検知した圧力信号に応じて、後述する流体噴射装置２０及び弁回転装置２２を制御する。
【００２５】
図１に示すように、シリンダヘッド１０３ａには、流体噴射弁２６が取り付けられており、流体制御弁２６の弁棒２６１がシリンダヘッド１０３ａ内に回動可能かつ上下動可能に嵌合されている。流体噴射弁２６の詳細を示す図１（Ｂ）において、流体噴射弁２６の弁棒２６１の外周面にシール部材２６ａを摺接して、燃焼室１０１内のガスをシールしている。
【００２６】
流体噴射弁２６は、コントローラ１０からの制御操作信号を受けて燃焼室１０１内において回動され、後述するようにして、ノッキングが発生している部位に水、蒸気等のノッキングの抑制流体を噴射する。
【００２７】
流体噴射弁２６内には流体通路２６２が貫設されており、２６３は該流体噴射弁２６内の先端部には、燃焼室１０１内に向けて開口するように噴孔２６３が穿孔されている。２６４は流体通路２６２と噴孔２６３との間には逆止弁２６４が設けられ、流体通路２６２側から噴孔２６３側、つまり燃焼室１０１側に向かう流れのみを可能とするように構成され、燃焼室１０１内からの燃焼ガスの逆流を防止している。
【００２８】
回転装置０２６は流体噴射弁２６を回転駆動し、コントローラ１０により制御される弁回転装置２２からの回転力を歯車２４及び弁棒２６１に相対対回転不能かつ軸方向に相対移動可能に嵌合された歯車２５を介して、流体噴射弁２６に伝達し、流体噴射弁２６をノッキング発生位部位に向けて抑制流体を噴射すべく回動せしめるように構成されている。
【００２９】
流体噴射装置２０には、抑制流体供給管２７を通して水、蒸気等のノッキングの抑制流体が供給され、流体噴射装置２０は抑制流体を加圧し、流体噴射弁２６の上部に装着された流体継手２１を通して流体噴射弁２６に圧送する。
【００３０】
図２を参照して、いま、シリンダ部１０３ｂの側面において、互いに異なる位置に３つの圧力センサ１ａ〜１ｃが取り付けられ（図２において、圧力センサ１ａ〜１ｃの取付け位置をそれぞれ▲１▼〜▲３▼で示す）、これら圧力センサ１ａ〜１ｃは燃焼室１０１に臨んでいる。圧力センサ１ａ〜１ｃの取付けに当たっては、図２に示すように、３次元空間において圧力センサ１ａ〜１ｃが同一平面内に配置されるように取り付けることが望ましい。
【００３１】
いま、図２にＰで示す位置で異常燃焼、つまり、ノッキングが発生したとする。ノッキングが発生すると、急激な燃焼による圧力波（衝撃波）が生じて、燃焼室１０１内を伝搬する（Ｌ１〜Ｌ３はそれぞれ圧力センサ１ａ〜１ｃからノッキング発生位置Ｐまでの距離を便宜上表しているが、この距離は当然のことながらノッキング発生位置Ｐに応じて変わる）。
【００３２】
圧力センサ１ａ〜１ｃは常に燃焼室１０３内圧力を検出しており、その検出結果をコントローラ１０に送出している。図３に示すように、コントローラ１０はノッキング発生検出部１１ａ、ノッキング位置検出部１１ｂ、流体噴射方向算出部１２、及び流体噴射量算出部１３を備えており、圧力センサ１ａ〜１ｃからの圧力信号（電気信号：以下圧力センサ１ａ〜１ｃから与えられる圧力信号をそれぞれ第１〜第３の圧力信号と呼ぶことにする）はノッキング発生検出部１１ａに与えられる。ノッキング発生検出部１１ａでは、第１〜第３の圧力信号のうち少なくとも一つが予め設定された閾値レベル（ノッキングが発生したか否かを判定するための閾値レベル）を越えると、ノッキングが発生したと判定して、ノッキング検知信号をノッキング位置検出部１１ｂに送る。
【００３３】
図４及び図５も参照して、ノッキング位置検出部１１ｂには第１〜第３の圧力信号が与えられており、ノッキング検知信号を受けると（図４：ステップＳ１）、以下のようにしてノッキング位置検出を実行する。
【００３４】
いま、ノッキングによって、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すタイミングで第１〜第３の圧力信号がノッキング位置検出部１１ｂに与えられたとすると、第１〜第３の圧力信号（ピーク又はエッジ）間の到達時間差を求める（図４：ステップＳ２）。具体的には、ノッキング位置検出部１１ｂでは、第１の圧力信号（の立ち上がりエッジ）を受けた時間と第２の圧力信号（の立ち上がりエッジ）を受けた時間との差を、時間Δｔ１２として求める（第１の到達時間差）。
【００３５】
同様にして、第２の圧力信号（の立ち上がりエッジ）を受けた時間と第３の圧力信号（の立ち上がりエッジ）を受けた時間との差を、時間Δｔ２３として求める（第２の到達時間差）。そして、第３の圧力信号（の立ち上がりエッジ）を受けた時間と第１の圧力信号（の立ち上がりエッジ）を受けた時間との差を、時間Δｔ３１として求める（第２の到達時間差）。なお、これら時間差Δｔ１２、Δｔ２３、及びΔｔ３１は絶対値である（単位秒）。
【００３６】
次に、ノッキング位置検出部１１ｂでは、上述の時間差に基づいて各圧力センサ１ａ〜１ｃとノッキング発生位置までの距離の差を求める（図４：ステップＳ３）。具体的には、いま、ノッキング発生位置と圧力センサ１ａ〜１ｃまでの距離をそれぞれＬ１〜Ｌ３と仮定すると（ノッキング位置検出部１１ｂには圧力センサ１ａ〜１ｃの取付け位置（３次元座標の位置）が予め設定されている）、音速をＣ（ｍ／秒）とすれば、絶対値（Ｌ１−Ｌ２）＝ΔＬ１２＝Ｃ×Δｔ１２である。同様に、絶対値（Ｌ２−Ｌ３）＝ΔＬ２３＝Ｃ×Δｔ２３、絶対値（Ｌ３−Ｌ１）＝ΔＬ３１＝Ｃ×Δｔ３１である。
【００３７】
このようにして、圧力センサ１ａ〜１ｃ（取付け位置）毎に距離差を求めた後、圧力センサ１ａ〜１ｃの一つを基準位置として、ノッキング位置検出部１１ｂでは、次のようにしてノッキング発生位置が属する面を規定する（図４：ステップＳ４）。なお、ノッキング位置が発生する面を規定する際には、三次元曲面を形成するが、ここでは、三次元曲面として球を例にあげて説明する。
【００３８】
まず、ノッキング位置検出部１１ｂでは、燃焼室１０１を含む直交座標系（３次元）を規定して、この直交座標系に圧力センサ１ａ〜１ｃの取付け位置▲１▼〜▲３▼をプロットする。そして、圧力センサ１ａを基準位置として、半径ｒ（ｒは任意の数）の球（第１の球）を規定する。一方、圧力センサ１ｂを基準位置として、半径（ｒ＋ΔＬ１２）の球（第２の球）を規定する。
【００３９】
図６（Ａ）に示すように、ｒ＝（１／２）（Ｌ１２−ΔＬ１２）の際には、半径ｒの球と半径（ｒ＋ΔＬ１２）の球とは交点のみを形成することになるが（Ｌ１２は圧力センサ１ａと圧力センサ１ｂとの距離であり、ノッキング位置検出部１１ｂには圧力センサ１ａ〜１ｃの取付け位置が予め設定されているから、距離Ｌ１２を求めることができる）、半径ｒ＞（１／２）（Ｌ１２−ΔＬ１２）であると、半径ｒの球と半径（ｒ＋ΔＬ１２）の球とは交線（円）ができる（図６（Ｂ）参照）。ノッキング発生位置は少なくともこの円上に存在することになるが、半径ｒは任意の値であるため、ｒ＝（１／２）（Ｌ１２−ΔＬ１２）を起点として、半径ｒを徐々に増加させて、交線の集合である面（第１の面）ＣＡを規定する（図７参照）。
【００４０】
同様にして、圧力センサ１ｂを基準として、半径ｒの球（第３の球）を規定する。一方、圧力センサ１ｃを基準位置として、半径（ｒ＋ΔＬ２３）の球（第４の球）を規定する。ｒ＝（１／２）（Ｌ２３−ΔＬ２３）から（Ｌ２３は圧力センサ１ｂと圧力センサ１ｃとの距離である）半径ｒを徐々に増加させて、図８に示す交線の集合である面（第２の面）ＣＢを規定する。
【００４１】
さらに、圧力センサ１ｃを基準位置として、半径ｒの球（第５の球）を規定する。一方、圧力センサ１ａを基準位置として、半径（ｒ＋ΔＬ３１）の球（第６の球）を規定する。ｒ＝（１／２）（Ｌ３１−ΔＬ３１）から（Ｌ３１は圧力センサ１ｃと圧力センサ１ａとの距離である）半径ｒを徐々に増加させて、図９に示す交線の集合である面（第３の面）ＣＣを規定する。（図４のステップ４）
【００４２】
次に、ノッキング位置検出部１１ｂでは、上述のようにして規定された第１及び第２の面ＣＡ及びＣＢに応じて、第１及び第２の面とが交わる交線（第１の交線ＬＡ）を求める（図４のステップＳ５：図８参照）。
【００４３】
さらに、ノッキング位置検出部１１ｂでは、第１の交線ＬＡと第３の面ＣＣとに応じて、第１の交線ＬＡと第３の面ＣＣとが交わる交点ＰＡを求める（図４のステップＳ６：図９参照）。つまり、第１の交線ＬＡと第３の面ＣＣとの交点が全ての条件を満たし、ノッキング発生位置となる。そして、ノッキング位置検出部１１ｂはこの交点ＰＡをノッキング発生位置Ｐとすることになる（図４：ステップＳ７）。
【００４４】
上述のようにして、求められたノッキング発生位置は流体噴射方向算出部１２に与えられる。なお、第１〜第３の面を求める順序は特に規定されず、最終的に、第１〜第３の面が交わる交点ＰＡを求めるようにすればよい。
【００４５】
流体噴射方向算出部１２では、ノッキング検出位置を受けると、流体噴射弁２６の設置位置とノッキング検出位置との相対関係に基づいて、抑制流体噴射方向を求める。そして、この算出抑制流体噴射方向は流体噴射制御部１４に与えられる。
【００４６】
図３に示すように、流体噴射量算出部１３には、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器１５とエンジン出力（エンジン負荷）を検出するエンジン出力検出器１６が接続されており、流体噴射量算出部１３には、エンジン回転数検出器１５及びエンジン出力検出器１６からそれぞれエンジンの回転数及びエンジン出力の検出値が与えられる。
【００４７】
流体噴射量算出部１３においては、エンジン回転数及びエンジン出力の検出値が示されるエンジン運転状態検出値に基づいて、エンジン運転状態に対応するノッキング抑制流体の噴射量を算出して、流体噴射制御部１４に与える。これにより、エンジン回転数、エンジン出力で表されるエンジン運転状態の検出値に適合した抑制流体の噴射量に制御することができる。
【００４８】
流体噴射制御部１４では、流体噴射方向算出部１２から与えられたノッキング抑制流体噴射方向に応じて、弁回転装置２２を制御して、流体噴射弁２６の噴孔２６３の方向をノッキング流体噴射方向に向ける。さらに、流体噴射制御部１４では、流体噴射量選出部１３から与えられたノッキング抑制流体の噴射量に基づいて、流体噴射装置２０を動作する。
【００４９】
上述のようにして、流体噴射装置２０及び弁回転装置２２を制御すると、流体噴射弁２６からの抑制流体は、エンジン運転状態に対応する噴射量で、ノッキング発生位置に向けて噴射されることになり、ノッキング発生点近傍における燃焼温度が、低下して急激な圧力上昇が抑制され、正常燃焼に復元することができることになる。
【００５０】
ところで、上述の例では、圧力センサ１ａ〜１ｃから受ける圧力信号（第１〜第３の圧力信号）のうちの少なくとも一つの予め定められた閾値レベルを越えた際、ノッキング発生検出部１１ａでノッキングが発生したと判定したが、別に振動センサ等の加速度センサをシリンダヘッド等に取り付けて、加速度センサで検出される加速度を加速度検出信号としてノッキング発生検出部１１ａに与えて、この加速度検出信号のレベルが所定の閾値レベルを越えた際ノッキング発生と認定して、ノッキング発生検出部１１ａからノッキング位置検出部１１ｂにノッキング検出信号を与えるようにしてもよい。
【００５１】
さらに、上述の例では、圧力センサを用いてノッキングによる圧力波（衝撃波）を検出するようにしたが、圧力センサの代わりに、光センサを用いるようにしてもよい。つまり、ノッキング等の異常燃焼が発生した際には、通常の燃焼と比べて、ノッキングが発生した位置においては、輝度等が異なるから、光センサで輝度の変化を検出して（輝度が予め設定された輝度閾値レベルを越えた際）、ノッキングが発生したと判定する。そして、上記の輝度の変化が到達する時間差を求めて、上述したような演算を行えば、燃焼室内のノッキング発生位置を特定することができる。
【００５２】
いずれにしても、ノッキングに応じて変化する圧力又は発光による輝度等の変化を検知して、前述のようにして、ノッキング発生位置を特定するようにすればよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内燃機関の燃焼室で異常燃焼が発生した際該異常燃焼を検知する際、燃焼室内において互いに異なる少なくとも第１〜第３の測定位置で、燃焼室内における燃焼に起因する圧力又は発光を同時に測定して第１〜第３の測定結果を得て、異常燃焼が発生すると第１〜第３の測定結果に応じて、異常燃焼が発生した燃焼室内の位置を異常燃焼発生位置として特定するようにしたから、燃焼室でノッキング等の異常燃焼が発生した際、異常燃焼の位置を検知することができるという効果がある。
【００５４】
本発明では、異常燃焼位置を特定する際、第１〜第３の測定結果に応じて、異常燃焼が発生した際異常燃焼に係る圧力又は発光が第１〜第３の測定位置に到達する時間差を、第１の測定位置と第２の測定位置、第２の測定位置と第３の測定位置、及び第３の測定位置と第１の測定位置との間でそれぞれ求めて第１〜第３の到達時間差として、第１〜第３の到達時間差に基づいてそれぞれ第１の測定位置と第２の測定位置、第２の測定位置と第３の測定位置、及び第３の測定位置と第１の測定位置との間の距離差を第１〜第３の距離差として求め、第１の測定位置と第２の測定位置、第２の測定位置と第３の測定位置、及び第３の測定位置と第１の測定位置との間においてそれぞれ第１〜前記第３の距離差に応じた三次元曲面を複数形成して、複数の三次元曲面が交わる交点を異常燃焼発生位置として検知するようにしたから、容易に異常燃焼発生位置を特定できるという効果がある。
【００５５】
さらに、本発明では、上述のようして検出された異常燃焼位置に向けて抑制流体を噴射するようにしたから、精度よく異常燃焼を調整することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による異常燃焼検知装置の一例をトーチ点火式ガスエンジンととも示す図であり、（Ａ）はその全体構成図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＺ部拡大断面図である。
【図２】図１に示す圧力センサの配置関係を示す平面図である。
【図３】図１に示すコントローラを詳細に示す制御ブロック図である。
【図４】図３に示すノッキング位置検出部の動作を説明するためのフロー図である。
【図５】圧力センサで検出される衝撃波のタイミングを示す図である。
【図６】ノッキング位置を検出する際の演算を説明するための図であり、（Ａ）は二つの球が接した状態を示す図、（Ｂ）は半径ｒを増加して二つの球が交わった状態を示す図である。
【図７】図６において半径ｒを増加していった際二つの球の交わりによって形成される面を示す図である。
【図８】図７で示すようにして形成された二つの面の交線を示す図である。
【図９】図７に示す交線と別の面との交点が異常燃焼位置となる状態と示す図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｃ 圧力センサ
１０ コントローラ
１１ａ ノッキング発生検出部
１１ｂ ノッキング位置検出部
１２ 流体噴射方向算出部
１３ 流体噴射量算出部
１４ 流体噴射制御部
１５ エンジン回転数検出器
１６ エンジン出力検出器
２０ 流体噴射装置
２２ 弁回転装置
２６ 流体噴射弁
１００ トーチ点火式エンジン
１０１ 燃焼室
１０２ ピストン
１０４ トーチ副室
Claims (14)
- 内燃機関の燃焼室で異常燃焼が発生した際該異常燃焼を検知するための内燃機関の異常燃焼検知方法であって、
前記燃焼室内において互いに異なる少なくとも第１〜第３の測定位置で前記燃焼室内における燃焼に起因する圧力又は発光を同時に測定して第１〜第３の測定結果を得る計測ステップと、
異常燃焼が発生すると前記第１〜前記第３の測定結果に応じて前記異常燃焼が発生した前記燃焼室内の位置を異常燃焼発生位置として特定する異常燃焼発生位置特定ステップとを有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼検知方法。 - 前記異常燃焼位置特定ステップは、前記第１〜前記第３の測定結果に応じて前記異常燃焼が発生した際該異常燃焼に係る圧力又は発光が前記第１〜前記第３の測定位置に到達する時間差を、前記第１の測定位置と前記第２の測定位置、前記第２の測定位置と前記第３の測定位置、及び前記第３の測定位置と前記第１の測定位置との間でそれぞれ求めて第１〜第３の到達時間差とする到達時間差算出ステップと、
前記第１〜前記第３の到達時間差に応じて前記異常燃焼発生位置を求める異常燃焼発生位置算出ステップとを有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の異常燃焼検知方法。 - 前記異常燃焼位置算出ステップは、前記第１〜前記第３の到達時間差に基づいてそれぞれ前記第１の測定位置と前記第２の測定位置、前記第２の測定位置と前記第３の測定位置、及び前記第３の測定位置と前記第１の測定位置との間の距離差を第１〜第３の距離差として求める距離差算出ステップと、
前記第１の測定位置と前記第２の測定位置、前記第２の測定位置と前記第３の測定位置、及び前記第３の測定位置と前記第１の測定位置との間においてそれぞれ前記第１〜前記第３の距離差に応じた三次元曲面を複数形成して、複数の三次元曲面が交わる交点を前記異常燃焼発生位置として検知する異常燃焼位置検知ステップとを有することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の異常燃焼検知方法。 - 前記三次元曲面は球であることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の異常燃焼検知方法。
- 前記異常燃焼位置算出ステップは、前記１の測定位置を中心とする半径ｒの第１の球と前記第２の測定位置を中心とする半径（ｒ＋第１の距離差）の第２の球とにおいて前記半径ｒ＝（１／２）×｛（前記第１及び前記第２の測定位置間の距離）−前記第１の距離差｝を初期値として前記半径ｒを増加した際前記第１の球と前記第２の球との交線の集合である第１の面を求める第１の面算出ステップと、
前記第２の測定位置を中心とする半径ｒの第３の球と前記第３の測定位置を中心とする半径（ｒ＋第２の距離差）の第４の球とにおいて前記半径ｒ＝（１／２）×｛（前記第２及び前記第３の測定位置間の距離）−前記第２の距離差｝を初期値として前記半径ｒを増加した際前記第３の球と前記第４の球との交線の集合である第２の面を求める第２の面算出ステップと、
前記３の測定位置を中心とする半径ｒの第５の球と前記第１の測定位置を中心とする半径（ｒ＋第３の距離差）の第６の球とにおいて前記半径ｒ＝（１／２）×｛（前記第３及び前記第１の測定位置間の距離）−前記第３の距離差｝を初期値として前記半径ｒを増加した際前記第５の球と前記第６の球との交線の集合である第３の面を求める第３の面算出ステップと、
前記第１〜前記第３の面のうちいずれか二つの面の交線を算出交線として求めて該算出交線と前記第１〜前記第３の面のうち残りの面と交点を前記異常燃焼検出位置として判定する判定ステップとを有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼検知方法。 - 前記第１〜前記第３の測定結果のうち少なくとも一つが予め設定された閾値レベルを越えると異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼発生検知ステップを有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の異常燃焼検知方法。
- 前記燃焼室で発生する振動を検知して該振動のレベルが予め規定された振動閾値レベルを越えると前記異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼判定ステップを有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の異常燃焼検知方法。
- 請求項１〜７のいずれかに記載された内燃機関の異常燃焼検知方法とともに用いられ、前記異常燃焼検出位置を受けると前記異常燃焼検出位置に向けて異常燃焼を抑制するための抑制流体を噴射する噴射ステップを有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼調整方法。
- 内燃機関の燃焼室で異常燃焼が発生した際該異常燃焼を検知するための内燃機関の異常燃焼検知装置において、
前記燃焼室内において互いに異なる少なくとも第１〜第３の測定位置で前記燃焼室内における燃焼に起因する圧力又は発光を同時に測定して第１〜第３の測定結果を得る計測手段と、
異常燃焼が発生すると前記第１〜前記第３の測定結果に応じて前記異常燃焼が発生した前記燃焼室内の位置を異常燃焼発生位置として特定する異常燃焼発生位置特定手段とを有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼検知装置。 - 前記異常燃焼位置特定手段は、前記第１〜前記第３の測定結果に応じて前記異常燃焼が発生した際該異常燃焼に係る圧力又は発光が前記第１〜前記第３の測定位置に到達する時間差を、前記第１の測定位置と前記第２の測定位置、前記第２の測定位置と前記第３の測定位置、及び前記第３の測定位置と前記第１の測定位置との間でそれぞれ求めて第１〜第３の到達時間差とする到達時間差算出手段と、
前記第１〜前記第３の到達時間差に応じて前記異常燃焼発生位置を求める異常燃焼発生位置算出手段とを有することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の異常燃焼検知装置。 - 前記異常燃焼位置算出手段は、前記第１〜前記第３の到達時間差に基づいてそれぞれ前記第１の測定位置と前記第２の測定位置、前記第２の測定位置と前記第３の測定位置、及び前記第３の測定位置と前記第１の測定位置との間の距離差を第１〜第３の距離差として求める距離差算出手段と、
前記第１の測定位置と前記第２の測定位置、前記第２の測定位置と前記第３の測定位置、及び前記第３の測定位置と前記第１の測定位置との間においてそれぞれ前記第１〜前記第３の距離差に応じた三次元曲面を複数形成して、複数の三次元曲面が交わる交点を前記異常燃焼発生位置として検知する異常燃焼位置検知手段とを有することを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の異常燃焼検知装置。 - 前記第１〜前記第３の測定結果のうち少なくとも一つが予め設定された閾値レベルを越えると異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼検知手段を有することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の異常燃焼検知装置。
- 前記燃焼室で発生する振動を検知する加速度センサと、
該加速度センサで検知された振動のレベルが予め規定された振動閾値レベルを越えると前記異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼検知手段とを有することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の異常燃焼検知装置。 - 請求項９〜１３のいずれかに記載された内燃機関の異常燃焼検知装置とともに用いられ、前記異常燃焼検出位置を受けると前記異常燃焼検出位置に向けて異常燃焼を抑制するための抑制流体を噴射する噴射手段を有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼調整装置。
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-
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