JP2014084800A - エンジン着火検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン着火検出装置に関し、簡素な構成で、燃焼室内に噴射された燃料の着火時期を効果的に検出する。
【解決手段】シリンダヘッド１１に形成された貫通穴１１ａに挿通されると共に、その先端側をシリンダブロック１２に形成された挿入穴１２ａに挿入されて、少なくともその一部を挿入穴１２ａに固定されるロッド部２１と、ロッド部２１の基端側に設けられると共に、少なくともその一部をシリンダヘッド１１に固定もしくは接触させて、シリンダヘッド１１をシリンダブロック１２の上部に着座させるヘッド部２２と、ロッド部２１に設けられ、少なくとも燃料の着火により生じるロッド部２１の軸方向の歪み量を検出可能なストレインゲージ２３とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン着火検出装置に関し、特に、シリンダヘッドをシリンダブロックに取り付けるための締結手段を用いたエンジン着火検出装置に関する。

近年、排気ガス規制の強化により、筒内圧力や燃料着火時期を高精度で検出して、エンジンの燃焼状態を最適に制御する要請が高まっている。例えば、特許文献１には、エンジンの気筒に筒内圧力を検出する筒内圧センサを設け、この筒内圧センサの検出値に基づいてエンジンの燃焼状態を制御する技術が開示されている。

特開２０１２−１４５０４２号公報

ところで、筒内圧力が高くなるディーゼルエンジンにおいては、高価かつ耐久性が低い筒内圧センサを量産エンジンに適用することは困難である。また、ガソリンエンジンにおいては、エンジンブロックの振動から異常燃焼（ノッキング）を検出するノッキングセンサを用いたものが知られている。しかしながら、エンジンブロックの振動が複雑なディーゼルエンジンに、振動を検出するノッキングセンサを適用して燃料着火時期等を検出することは困難である。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡素な構成で、燃焼室内に噴射された燃料の着火時期を効果的に検出することができるエンジン着火検出装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明のエンジン着火検出装置は、シリンダヘッドをシリンダブロックに取り付けるための締結手段を用いたエンジン着火検出装置であって、前記締結手段は、前記シリンダヘッドに形成された貫通穴に挿通されると共に、その先端側を前記シリンダブロックに形成された挿入穴に挿入されて、少なくともその一部を前記挿入穴に固定されるロッド部と、前記ロッド部の基端側に設けられると共に、少なくともその一部を前記シリンダヘッドに固定もしくは接触させて、前記シリンダヘッドを前記シリンダブロックの上部に着座させるヘッド部と、前記ロッド部に設けられ、少なくとも燃料の着火により生じる前記ロッド部の軸方向の歪み量を検出可能な歪み量検出手段と、を備えることを特徴とする。

また、前記歪み量検出手段で検出される前記ロッドの歪み量に基づいて、燃料着火時期を演算する着火時期演算手段をさらに備えてもよい。

また、前記着火時期演算手段は、前記歪み量検出手段が歪み量のピーク値を検出した時期から、予め記憶した燃料着火後に前記歪み量検出手段が歪み量のピーク値を検出するまでの時間を減算することで、燃料着火時期を演算するものであってもよい。

また、前記ロッド部の基端側に雌ネジ部を形成すると共に、前記ヘッド部に前記雌ネジ部と螺合する雄ネジ部を形成して、前記ロッド部と前記ヘッド部とを別体に形成してもよい。

また、前記挿入穴を前記シリンダブロックに設けられたシリンダライナの下端部よりも深く形成すると共に、前記挿入穴と前記ロッド部の一部との固定部分を前記シリンダライナの下端部よりも下方に位置させてもよい。

本発明のエンジン着火検出装置によれば、簡素な構成で、燃焼室内に噴射された燃料の着火時期を効果的に検出することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジン着火検出装置が適用されたエンジンの全体構成を示す模式的な部分断面図である。 本発明の一実施形態に係るエンジン着火検出装置を示す模式的な平面図である。 燃料着火によりシリンダヘッド及びシリンダブロックに作用する加振力を説明する図である。 実際の燃料着火からストレインゲージが歪み量のピーク値を検出するまでの遅れ時間を説明する図である。 本発明の他の実施形態に係るエンジン着火検出装置を示す模式的な全体構成図である。

以下、図１〜４に基づいて、本発明の一実施形態に係るエンジン着火検出装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に示すように、本実施形態に係るエンジン着火検出装置は、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０に適用されるものである。なお、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他の内燃機関であってもよい。また、気筒数は単気筒であってもよく、複数気筒であってもよい。

エンジン１０は、シリンダヘッド１１と、シリンダブロック１２とを備えている。なお、図１中において、符号１３はシリンダライナ、符号１４はシリンダライナ１３内を摺動移動するピストン、符号１５はクランクシャフト、符号１６はピストン１４とクランクシャフト１５とを連結するコンロッド、符号１７はシリンダヘッド１１とシリンダブロック１２との間に介在するガスケット、符号１８はオイルパンを示している。

シリンダヘッド１１には、後述するロッド２１を挿通させる一対の貫通穴１１ａが設けられている。また、貫通穴１１ａと対応するシリンダブロック１２には、ロッド２１を挿入する一対の挿入穴１２ａが設けられている。さらに、ロッド２１の先端側に対応する挿入穴１２ａの下端側には、雌ネジ部１２ｂが設けられている。

次に、図２に基づいて、本実施形態に係るエンジン着火検出装置の全体構成を説明する。

本実施形態のエンジン着火検出装置は、ロッド２１と、ヘッドボルト２２と、ストレインゲージ２３と、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）４０とを備え構成されている。

ロッド２１の先端側には、シリンダブロック１２の挿入穴１２ａに形成された雌ネジ部１２ｂ（図１参照）と螺合する雄ネジ部２１ａが設けられている。すなわち、これら雌ネジ部１２ｂと雄ネジ部２１ａとを螺合させることで、ロッド２１はシリンダブロック１２の挿入穴１２ａに締結固定される。

ロッド２１の基端側には、後述するヘッドボルト２２の雄ネジ部２２ａが螺合される雌ネジ部２１ｂが設けられている。さらに、ロッド２１内には、ロッド２１の軸方向への歪み量を検出可能なストレインゲージ２３が内蔵されている。このストレインゲージ２３で検出される歪み量は、電気的に接続されたＥＣＵ４０に入力される。

ヘッドボルト２２は、ロッド２１の雌ネジ部２１ｂと螺合する雄ネジ部２２ａと、貫通穴１１ａの内径よりも大きく形成されたヘッド部２２ｂとを備えている。すなわち、ヘッドボルト２２は、その雄ネジ部２２ａをシリンダブロック１２に締結固定されたロッド２１の雌ネジ部２１ｂに螺合させると、ヘッド部２２ｂの下面をシリンダヘッド１１の上面に接触させる。これにより、シリンダヘッド１１は、ガスケット１７を介してシリンダブロック１２の上部に固定（着座）されるように構成されている（図１参照）。

ＥＣＵ４０は、エンジン１０の燃料噴射等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。この各種制御を行うために、ＥＣＵ４０には何れも図示しないエンジン回転センサやアクセル開度センサ等の各種センサの出力信号が入力される。

また、ＥＣＵ４０は、ストレインゲージ２３から入力されるロッド２１の歪み量に基づいて、エンジン１０の燃料着火時期を演算する。以下、燃料着火時期の演算について具体的に説明する。

エンジン１０の燃焼室内に噴射された燃料が着火すると、シリンダブロック１２にはピストン１４、コンロッド１６、クランクシャフト１５を介して図３中に矢印Ａで示す方向の加振力が作用する。また、燃料着火により筒内圧力が上昇すると、シリンダヘッド１１には、図３中に矢印Ｂで示す方向の加振力が作用する。その結果、ロッド２１は矢印Ａ及びＢの双方向に伸ばされて軸方向に歪みが生じる。一方、図４に示すように、実際に燃料が着火する時期と、ストレインゲージ２３が燃料着火による歪み量のピーク値を検出する時期との間には、遅れによる時間差が生じる。

ＥＣＵ４０には、予め作成した、実際の燃料着火からストレインゲージ２３が歪み量のピーク値を検出までの遅れによる時間差が記憶されている。そして、ＥＣＵ４０は、ストレインゲージ２３が歪み量のピーク値を検出した時期から、予め記憶した遅れによる時間差を減算することで、燃焼室内に噴射された燃料の着火時期を演算するように構成されている。演算された燃料着火時期は、エンジン１０の燃料噴射等、ＥＣＵ４０によるエンジン１０の各種制御に用いられる。

次に、本実施形態に係るエンジン着火検出装置の組み付け手順を説明する。

まず、シリンダブロック１２の挿入穴１２ａにロッド２１を挿入して締結する（ステップ１）。次に、シリンダブロック１２上にガスケット１７を置き、さらに、ロッド２１の上端側をシリンダヘッド１１の貫通穴１１ａに挿通させる（ステップ２）。そして、シリンダヘッド１１がシリンダブロック１２にガスケット１７を介して置載された状態で、ヘッドボルト２２の雄ネジ部２２ａをロッド２１の雌ネジ部２１ｂに締結させて組み付けを終了する（ステップ３）。すなわち、本実施形態のエンジン着火検出装置の組み付け手順は、通常のボルトのみを用いてシリンダブロック及びシリンダヘッドを組み付ける従来構造と同様の手順で行うことが可能に構成されている。

次に、本実施形態に係るエンジン着火検出装置の作用効果を説明する。

本実施形態のエンジン着火検出装置は、燃料着火時にシリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２に作用する加振動によってロッド２１に生じる軸方向の歪み量を、このロッド２１に内蔵したストレインゲージ２３で計測することで燃料着火時期を検出する。すなわち、シリンダヘッド１１をシリンダブロック１２に組み付けるロッド２１及びヘッドボルト２２を用いて、燃料着火時期を容易に検出可能に構成されている。

したがって、本実施形態のエンジン着火検出装置によれば、簡素な構成で、エンジン１０の燃焼室内に噴射された燃料の着火時期を効果的に検出することができる。

また、本実施形態のエンジン着火検出装置は、実際に燃料が着火した時期からストレインゲージ２３が歪み量を検出するまでの遅れ時間をＥＣＵ４０に予め記憶させ、ストレインゲージ２３が歪み量のピーク値を検出した時期から、この遅れ時間を減算することで、燃料着火時期を演算する。

したがって、本実施形態のエンジン着火検出装置によれば、ストレインゲージ２３による歪み量検出の遅れ時間を減算して補正することで、燃料着火時期を正確に演算することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、図５に示すように、挿入穴１２ａの深さを、シリンダライナ１３の下端部よりも下方まで延長して形成し、挿入穴１２ａの雌ネジ部１２ｂとロッド２１の雄ネジ部２１ａとを、シリンダライナ１３の下端部よりも下方に位置させてもよい。これにより、ボルト締結による軸力でシリンダライナ１３が歪む従来構造に比べて、その歪み量を効果的に低減することが可能になり、ピストン１４の摩耗悪化を抑制することができる。

また、ロッド２１とヘッドボルト２２とを別体に設けるものとして説明したが、これらロッド２１及びヘッドボルト２２を一体に形成してもよい。この場合も上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

１０ エンジン
１１ シリンダヘッド
１１ａ 貫通穴
１２ シリンダブロック
１２ａ 挿入穴
１３ シリンダライナ
２１ ロッド（締結手段）
２２ ヘッドボルト（締結手段）
２３ ストレインゲージ（歪み量検出手段）
４０ ＥＣＵ（着火時期演算手段）

Claims (5)

1. シリンダヘッドをシリンダブロックに取り付けるための締結手段を用いたエンジン着火検出装置であって、
   前記締結手段は、
   前記シリンダヘッドに形成された貫通穴に挿通されると共に、その先端側を前記シリンダブロックに形成された挿入穴に挿入されて、少なくともその一部を前記挿入穴に固定されるロッド部と、
   前記ロッド部の基端側に設けられると共に、少なくともその一部を前記シリンダヘッドに固定もしくは接触させて、前記シリンダヘッドを前記シリンダブロックの上部に着座させるヘッド部と、
   前記ロッド部に設けられ、少なくとも燃料の着火により生じる前記ロッド部の軸方向の歪み量を検出可能な歪み量検出手段と、を備える
   ことを特徴とするエンジン着火検出装置。
2. 前記歪み量検出手段で検出される前記ロッドの歪み量に基づいて、燃料着火時期を演算する着火時期演算手段をさらに備える請求項１記載のエンジン着火検出装置。
3. 前記着火時期演算手段は、
   前記歪み量検出手段が歪み量のピーク値を検出した時期から、予め記憶した燃料着火後に前記歪み量検出手段が歪み量のピーク値を検出するまでの時間を減算することで、燃料着火時期を演算する請求項２記載のエンジン着火検出装置。
4. 前記ロッド部の基端側に雌ネジ部を形成すると共に、前記ヘッド部に前記雌ネジ部と螺合する雄ネジ部を形成して、前記ロッド部と前記ヘッド部とを別体に形成した請求項１から３の何れかに記載のエンジン着火検出装置。
5. 前記挿入穴を前記シリンダブロックに設けられたシリンダライナの下端部よりも深く形成すると共に、前記挿入穴と前記ロッド部の一部との固定部分を前記シリンダライナの下端部よりも下方に位置させた請求項１から４の何れかに記載のエンジン着火検出装置。

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