JP2008196337A - 内燃機関のノッキング検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な検出精度でノッキングを検出することが可能な内燃機関のノッキング検出装置を提供する。
【解決手段】内燃機関のノッキング検出装置は、ノッキングの発生を検出するために好適に利用される。具体的には、ノッキング検出装置は、シリンダブロック内に設けられた気筒と、ノッキングセンサと、導波路と、を備える。ノッキングセンサは、気筒内に発生した振動を検出するためのものである。導波路は、振動を伝達するためのものであり、気筒の外壁面と前記ノッキングセンサとを結んで設けられている。これにより、気筒内に発生したノッキングによる振動を効率よく検出することができ、端気筒一律遅角といった無駄な遅角を省ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、ノッキングを検出するための内燃機関のノッキング検出装置に関する。

内燃機関のノッキングは、燃焼室内の未燃ガスの自己発火により燃焼室内のガスが振動を起こし、この振動がシリンダブロック等の機関全体に伝わる現象である。このようなノッキングが激しく発生すると、不快な振動を生じるとともに、エンジン本体の損傷を招く。そのため、内燃機関のＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉ）は、ノッキングの発生を正確に検出する必要がある。

従来は、シリンダブロックの側面にノッキングセンサを取り付け、気筒内に生じたノッキングを検出することとしていた。しかし、ノッキングセンサに近い中央の気筒に生じた振動と比較して、ノッキングセンサから遠い端の気筒（端気筒）に生じた振動は、ノッキングセンサに到着するまでに殆ど減衰してしまい、ノッキングセンサによって検出され難かった。そのため、従来は、端気筒については、ノッキング制御を行わず、中央の気筒よりも点火時期が遅角されている場合が多かった。

なお、ノッキングを検出する方法として、特許文献１には、シリンダブロック側壁から側方へ張り出しつつ、複数の気筒にわたって気筒列方向へ伸びる筒状リブを設け、当該筒状リブにノッキングセンサを取り付ける技術が記載されている。また、特許文献２には、Ｖ型エンジンにおいて、各バンク間に連結部材が装架され、当該連結部材にノッキングセンサを取り付ける技術が記載されている。

特開２００５−１１３８４９号公報 特開平３−１２４９２８号公報

しかしながら、端気筒の点火時期が遅角されていると、トルク制御を行う場合におけるトルク推定の精度の低下、燃費の増大、トルク損失を引き起こす。

また、特許文献１に記載の技術では、シリンダブロックにリブを取り付ける構成となっているため、ノッキングセンサは、シリンダブロックで減衰した振動を検出することとなり、十分な検出精度でノッキングを検出することができない。特許文献２に記載の技術においても、ノッキングセンサは、連結部材を伝達してきた振動を検出するため、十分な検出精度でノッキングを検出することができない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、十分な検出精度でノッキングを検出することが可能な内燃機関のノッキング検出装置を提供することを課題とする。

本発明の１つの観点では、シリンダブロック内に設けられた気筒と、前記気筒内に発生した振動を検出するためのノッキングセンサと、を有する内燃機関のノッキング検出装置は、前記気筒の外壁面と前記ノッキングセンサとを結んで設けられた、振動を伝達するための導波路を備える。

上記の内燃機関のノッキング検出装置は、ノッキングの発生を検出するために好適に利用される。具体的には、ノッキング検出装置は、シリンダブロック内に設けられた気筒と、ノッキングセンサと、導波路と、を備える。ノッキングセンサは、前記気筒内に発生した振動を検出するためのものである。前記導波路は、振動を伝達するためのものであり、前記気筒の外壁面と前記ノッキングセンサとを結んで設けられている。これにより、気筒内に発生したノッキングによる振動を効率よく検出することができ、端気筒一律遅角といった無駄な遅角を省ける。

上記の内燃機関のノッキング検出装置の好適な実施例は、前記導波路は、中空となっている。これにより、前記気筒に発生した振動は、導波路の中空部分の空気などの気体を伝達することができる。

上記の内燃機関のノッキング検出装置の他の一態様は、前記ノッキングセンサは、振動を検出する検出面が前記シリンダブロックから離されて設置されている。これにより、ノッキングセンサは、シリンダブロックを伝達してきた振動を検出することなく、導波路を伝達してきた振動のみを検出することができる。

上記の内燃機関のノッキング検出装置の他の一態様は、前記気筒の外壁面の所定の範囲と接触している振動伝達部材を備え、前記導波路は、前記振動伝達部材と前記ノッキングセンサとを結んで設けられている。これにより、気筒内で発生したノッキングによる振動をさらに効率よく検出することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

[ノッキング検出装置の構成]
図１は、本発明の実施形態に係るノッキング検出装置が適用された内燃機関１の概略構成を示す概念図である。図１（ａ）は、内燃機関１の平面図を示し、図１（ｂ）は、内燃機関１の切断線Ａ−Ａ´に沿った断面図を示す。以下、本実施形態に係る内燃機関１について、図１（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

内燃機関１は、複数の気筒（シリンダ）が設けられたエンジンである。例えば、図１（ａ）に示す例では、内燃機関１は、４つの気筒が設けられた４気筒のエンジンである。

図１（ａ）に示すように、内燃機関１は、主に、シリンダブロック２と、ピストン３と、ウォータジャケット４より構成されている。シリンダブロック２には、４つのシリンダ壁２ａが直列に設けられている。シリンダ壁２ａには、ピストン３が昇降可能に嵌合するシリンダボアが形成されている。また、シリンダ壁２ａの周囲を囲うようにブロック側壁２ｂが形成されている。シリンダブロック２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）などで形成されている。シリンダ壁２ａとブロック側壁２ｂとの間には、ウォータジャケット４が形成されている。ウォータジャケット４を循環する冷却水により、シリンダ壁２ａの放熱及び冷却が行われる。

図１（ｂ）に示すように、内燃機関１のヘッド部１９には、点火プラグ１３が設けられている。また、内燃機関１の燃焼室１８には、吸気通路１４と、排気通路１６とが接続されている。

吸気通路１４は、内燃機関１に供給するための吸気（空気）が流通する。燃焼室１８内では、点火プラグ１３の点火により着火されることによって、供給された吸気（空気）と燃料との混合気が燃焼される。この燃焼によってピストン３が往復運動する。この往復運動がコンロッド１１を介してクランク軸１２に伝達され、クランク軸１２が回転する。燃焼室１８内の燃焼によった発生した排気ガスは、排気通路１６に排出される。

燃焼室１８には、吸気弁１５と排気弁１７が設けられている。吸気弁１５は、開閉することによって、吸気通路１４と燃焼室１８との導通／遮断を制御する。また、排気弁１７は、開閉することによって、排気通路１６と燃焼室１８との導通／遮断を制御する。

ここで、燃焼室１８内の温度、圧力が上昇し過ぎると、未燃ガスは自己発火する。このとき、燃焼室１８内のガスは振動を起こし、この振動はシリンダブロック２等の機関全体に伝わる。このような現象をノッキングという。ノッキングが発生するのは、一般的には、クランク角が２０〜５０[°ＡＴＤＣ]となるときである。このとき、ピストン３の位置は、ヘッド部１９とシリンダブロック２との境目からおよそ２５［ｍｍ］離れた位置となっている。ノッキングが激しく発生すると、不快な振動を生じるとともに、エネルギーの損失による出力低下を招いたり、燃費の低下を招いたりする。従って、内燃機関を制御するＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、ノッキングの発生を正確に検出する必要がある。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係るノッキング検出装置は、ノッキングを検出するためのノッキングセンサ６を有している。ノッキングセンサ６は、振動を検出するための検出面６ａを有している。また、各気筒のシリンダ壁２ａの外面上（ピストン３が嵌合していない側の面上）と、ノッキングセンサ６の検出面６ａとが、導波路５によって結ばれている。導波路５は、大部分がウォータジャケット４内に配置されている。導波路５の一部は、シリンダブロック２より引き出され、ノックセンサ６と接続されている。ノッキングセンサ６は、検出面６ａが感知した振動を制御信号に変換し、ＥＣＵに当該制御信号を供給する。

図２は、シリンダ壁２ａを示す模式図である。図３は、導波路５を示す模式図である。

図２に示すように、導波路５は、例えば、チューブや金属管などの中空の管である。導波路５の中空部分５ａには空気などの振動伝達性の高い気体が封入されている。なお、導波路５は、中空でない振動伝達性の高い金属などの材質で作製されるとしてもよい。

図２に示すように、シリンダ壁２ａの外面上には、ボス２ｃが設けられている。ボス２ｃが設けられる位置は、振動発生部位、即ち、クランク角が２０〜５０［°ＡＴＤＣ］となるときのピストン３の位置に対応するシリンダ壁２ａの外面上の位置が望ましい。導波路５の一端は、ボス２ｃにはめ込まれる。

また、図３に示すように、導波路５の一端は、複数に分岐している。図３に示す例では、導波路５の一端は、４つのシリンダ壁２ａに取り付けられるので、４つ又に分岐している。

図３に示すように、分岐している導波路５の一端の夫々は、ボス２ｃに嵌め込まれる。これにより、導波路５は、各気筒のシリンダ壁２ａと接続される。一方、導波路５の他端は、チューブアダプタ８を介してノッキングセンサ６の検出面６ａと接続される。チューブアダプタ８は、一方の面に導波路５の他端が嵌め込まれ、他方の面にノッキングセンサ６の検出面６ａが取り付けられる。チューブアダプタ８は、金属などの振動伝達性の高い材質で作製され、導波路５の中空部分５ａの気体を伝達してきた振動を、ノッキングセンサ６の検出面６ａの全面に伝達する機能を有する。このようにすることで、各気筒のシリンダ壁２ａに発生した振動は、導波路５の中空部分５ａの気体を伝達して、ノッキングセンサ６の検出面６ａに到達することができる。つまり、各気筒のシリンダ壁２に発生した振動は、導波路５の中空部分５ａの気体を伝達するので、ウォータジャケット４やシリンダブロック２を伝達する場合と比較して、減衰せずに済む。

以上のことから分かるように、本実施形態に係るノッキング検出装置では、気筒のシリンダ壁２ａの外面、即ち、気筒の外壁面とノッキングセンサ６とを結んで設けられた、振動を伝達する導波路５を備える。これにより、気筒内に発生したノッキングによる振動を効率よく検出することができ、端気筒一律遅角といった無駄な遅角を省ける。

一般的な内燃機関では、シリンダブロックの側面にボスが設けられ、当該ボスに検出面が接するように、ノッキングセンサが取り付けられている。しかし、この場合には、シリンダブロックやウォータジャケット、当該ボスの剛性が、振動の減衰の要因となる。

本実施形態に係るノッキング検出装置では、先にも述べたように、ノッキングセンサ６は、保持具７によって、シリンダブロック２に取り付けられている。

具体的には、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ノッキングセンサ６は、保持具７によって、検出面６ａがシリンダブロック２から離されて取り付けられている。それに伴い、導波路５の他端も、シリンダブロック２から引き出されて、チューブアダプタ８を介して、ノッキングセンサ６の検出面６ａに接続されている。このように、ノッキングセンサ６は、振動を検出する検出面６ａがシリンダブロック２から離されて設置されていることで、シリンダブロック２を伝達してきた振動を検出することなく、導波路５を伝達してきた振動のみを検出することができる。

［変形例］
次に、上述の実施形態の変形例について述べる。図４は、変形例に係るノッキング検出装置におけるシリンダ壁２ａを示す模式図である。

図４に示すように、変形例に係るノッキング検出装置では、振動伝達部材２ｄが、シリンダ壁２ａの所定の範囲と接触して設置され、ボス２ｃは、当該振動伝達部材２ｄに接続して形成されている。例えば、図４に示す例では、振動伝達部材２ｄが、シリンダ壁２ａを囲むように接触して設置されている。この振動伝達部材２ｄとしては、アルミニウム（Ａｌ）などの振動伝達性の高い材質が用いられる。従って、振動伝達部材２ｄは、シリンダブロック２が成型される際、シリンダ壁２ａと一体成型されるとしてもよい。

そして、上述の実施形態と同様、導波路５の一端は、ボス２ｃに嵌め込まれ、導波路５の他端は、チューブアダプタ８を介して、ノッキングセンサ６の検出面６ａと接続される。

このように、変形例に係るノッキング検出装置では、シリンダ壁２ａの所定の範囲と接触している振動伝達部材２ｄを備え、導波路５は、振動伝達部材２ｄとノッキングセンサ６とを結んで設けられている。このようにすることで、ノッキングセンサ６は、振動伝達部材２ｄが接触している範囲に発生したシリンダ壁２ａの振動を精度良く検出することができる。

従って、変形例に係るノッキング検出装置では、上述の実施形態に係るノッキング検出装置と比較して、気筒内で発生したノッキングによる振動をより効率的に検出することができる。

また、上述の実施形態では、全ての気筒のシリンダ壁２ａに、導波路５が取り付けられるとしているが、これに限られるものではなく、代わりに、一部の気筒のシリンダ壁２ａに、導波路５が取り付けられるとしても良いのは言うまでもない。例えば、ノッキングセンサ６から遠い位置にある気筒にのみ、導波路５が取り付けられるとしても良い。

さらに、上述の実施形態では、図１（ｂ）に示すように、各気筒のシリンダ壁２ａの吸気通路１４側に、導波路５が取り付けられるとしているが、これに限られない。その代わりに、各気筒のシリンダ壁２ａの排気通路１６側に、導波路５が取り付けられるとしても良いし、又は、各気筒のシリンダ壁２ａの排気通路１６側と吸気通路１４側の両方に、導波路５が取り付けられるとしても良い。

ノッキング検出装置が適用された内燃機関の概略構成を示す図である。 導波路の概略構成を示す平面図である。 本実施形態に係るシリンダ壁を示す模式図である。 変形例に係るシリンダ壁を示す模式図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２ シリンダブロック
２ａ シリンダ壁
３ ピストン
４ ウォータジャケット
５ 導波路
６ ノッキングセンサ

Claims (4)

1. シリンダブロック内に設けられた気筒と、前記気筒内に発生した振動を検出するためのノッキングセンサと、を有する内燃機関のノッキング検出装置であって、
   前記気筒の外壁面と前記ノッキングセンサとを結んで設けられた、振動を伝達する導波路を備えることを特徴とする内燃機関のノッキング検出装置。
2. 前記導波路は、中空となっていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のノッキング検出装置。
3. 前記ノッキングセンサは、振動を検出する検出面が前記シリンダブロックから離されて設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のノッキング検出装置。
4. 前記気筒の外壁面の所定の範囲と接触している振動伝達部材を備え、
   前記導波路は、前記振動伝達部材と前記ノッキングセンサとを結んで設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関のノッキング検出装置。

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