JP2016180343A - Internal combustion engine combustion state determination method and internal combustion engine combustion state determination device - Google Patents

Internal combustion engine combustion state determination method and internal combustion engine combustion state determination device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine combustion state determination method and an internal combustion engine combustion state determination device capable of making a size of the determination device into compact one and reducing its cost in which complex calculation processing using a high-speed CPU or a memory is not required for determining whether or not irregular combustion occurs at the time of combustion of the internal combustion engine and a time duration for the determination is short.SOLUTION: In this invention, a normal combustion state light emission intensity EIn(α) and a determination combustion state light emission intensity EId(β) of substance having spectrum of flame selected are measured under a normal combustion state and a determination combustion state of an internal combustion engine E, a normal combustion state crank rotation angle width Dn and a determination combustion state crank rotation angle width Dd are calculated in reference to these measured values and compared with each other, thereby it is determined whether or not the combustion state of the internal combustion engine E under the determination combustion state is an irregular combustion state.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、内燃機関の燃焼状態が異常であるか否かを、特にノッキングが発生している状態であるか否かを判定する内燃機関燃焼状態判定方法および、内燃機関燃焼状態判定装置に関するものである。   The present invention relates to an internal combustion engine combustion state determination method and an internal combustion engine combustion state determination device that determine whether or not the combustion state of an internal combustion engine is abnormal, in particular, whether or not knocking has occurred. It is.

従来、火炉におけるバーナの火炎に含まれる燃焼生成物の発光するスペクトルを分析することにより燃焼状態を判断、診断する方法が、特許文献1に開示されている。前記文献では、基準物質となる1つの物質から発光されるスペクトルを対象として、2種以上の波長に分けて計測し、その物質の輝度を分析して火炎の温度とその物質の発光率を求め、予め求めた燃焼状態を示す指標との関係から火炎の燃焼状態を診断することで、燃焼異常を検出するだけでなく、燃焼火炎から発生するNOx、CO、煤塵の量を予測することも可能にした燃焼状態診断方法に関する技術が開示されている。   Conventionally, Patent Document 1 discloses a method for judging and diagnosing a combustion state by analyzing a spectrum of light emitted from combustion products contained in a flame of a burner in a furnace. In the above-mentioned document, the spectrum emitted from one substance as a reference substance is measured and divided into two or more wavelengths, and the brightness of the substance is analyzed to determine the flame temperature and the emission rate of the substance. In addition to detecting combustion abnormalities by diagnosing the combustion state of the flame from the relationship with the index indicating the combustion state obtained in advance, it is also possible to predict the amount of NOx, CO, and dust generated from the combustion flame A technique related to the combustion state diagnosis method is disclosed.

上述した燃焼状態診断方法に関する技術思想は、内燃機関の研究開発においても燃焼室内の火炎を分析することで、燃焼状態を可視化することを可能にして、その結果を内燃機関の研究開発にフィードバックするなど活かすことができる。   The technical idea regarding the above-described combustion state diagnosis method is that, even in the research and development of internal combustion engines, it is possible to visualize the combustion state by analyzing the flame in the combustion chamber and feed back the results to the research and development of internal combustion engines. Etc. can be utilized.

しかしながら、内燃機関の場合には火炉とは異なり排気ガスの状態を他の検出装置により診断する装置が設けられている理由などから、研究開発においてはNOx、CO、煤塵の量を予測することよりも、むしろ燃焼状態、特に異常燃焼状態いわゆるノッキングが発生した状態か否かの診断に活かすことが期待される。しかし、先行技術の燃焼状態の診断方法においては、関数を伴う複雑な計算が必要となるので、高速なCPUやメモリを用いた複雑な演算処理が必要となり、ひいては判定までに長時間が必要とされ、また判定装置の大型化や高コスト化などの難点があった。   However, in the case of an internal combustion engine, unlike a furnace, a device for diagnosing the state of exhaust gas with another detection device is provided. For this reason, in research and development, the amount of NOx, CO, and dust is predicted. However, it is expected to be utilized for diagnosis of whether or not the combustion state, particularly the abnormal combustion state, or the state where knocking has occurred. However, the prior art method for diagnosing the combustion state requires complicated calculations with functions, and thus requires complex arithmetic processing using a high-speed CPU and memory, which in turn requires a long time to make a determination. In addition, there are problems such as an increase in size and cost of the determination device.

特公平2−27571号公報Japanese Patent Publication No. 2-27571

本願はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃焼状態判定方法において、内燃機関の燃焼時に異常燃焼いわゆるノッキングが発生している状態か否かを判定し、高速なCPUやメモリを用いた複雑な演算処理を必要とせず、判定までの時間が短く、判定装置の小型化およびコスト低減を図ることのできる内燃機関燃焼状態判定方法および内燃機関燃焼状態判定装置を提供することにある。   The present application has been made in view of such circumstances, and its purpose is to determine whether or not abnormal combustion, so-called knocking, has occurred during combustion of the internal combustion engine in the combustion state determination method, and to perform high-speed CPU and memory The present invention provides an internal combustion engine combustion state determination method and an internal combustion engine combustion state determination device that do not require complicated arithmetic processing using an engine, can be performed in a short time until determination, and can reduce the size and cost of the determination device. is there.

本発明は前記目的を達成するために、
内燃機関の正常燃焼状態において、前記内燃機関の燃焼室内の火炎に含まれる燃焼生成物の発光するスペクトルを、前記燃焼生成物の内から選択した1つの物質のラジカル発光の波長領域に分光し、
前記内燃機関のそれぞれのクランク回転角に対して、選択された前記物質のラジカル発光強度である正常燃焼状態発光強度を測定し、
前記内燃機関の1サイクル中における前記正常燃焼状態発光強度の最大値である最大正常燃焼状態発光強度を求め、
前記正常燃焼状態発光強度を、前記最大正常燃焼状態発光強度を100%としたピーク比値である正常燃焼状態発光強度ピーク比値に換算し、
前記正常燃焼状態発光強度ピーク比値が、所定の基準発光強度ピーク比値以上となるクランク回転角の第1領域を求め、
前記第1領域の両端となる第1クランク回転角および第2クランク回転角を求め、
前記第1クランク回転角と前記第2クランク回転角との幅である正常燃焼状態クランク回転角度幅を算出し、
前記内燃機関の燃焼状態の判定を求める判定燃焼状態において、前記内燃機関の燃焼室内の火炎に含まれる燃焼生成物の発光するスペクトルを、選択した前記物質のラジカル発光の波長領域に分光し、
前記判定燃焼状態における前記内燃機関のそれぞれのクランク回転角に対して、選択された前記物質のラジカル発光強度である判定燃焼状態発光強度を測定し、
前記判定燃焼状態における前記内燃機関の1サイクル中における前記判定燃焼状態発光強度の最大値である最大判定燃焼状態発光強度を求め、
前記判定燃焼状態発光強度を、前記最大判定燃焼状態発光強度を100%としたピーク比値である判定燃焼状態発光強度ピーク比値に換算し、
前記判定燃焼状態発光強度ピーク比値が、前記基準発光強度ピーク比値以上となるクランク回転角の第2領域を求め、
該第2領域の両端となる第3クランク回転角および第4クランク回転角を求め、
前記第3クランク回転角と前記第4クランク回転角との幅である判定燃焼状態クランク回転角度幅を算出し、
前記正常燃焼状態クランク回転角度幅と、前記判定燃焼状態クランク回転角度幅の大きさを比較することにより、
判定燃焼状態における内燃機関の燃焼状態が異常燃焼状態であるか否かを判定することを特徴とする内燃機関燃焼状態判定方法である。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
In the normal combustion state of the internal combustion engine, the spectrum of the emission of the combustion products contained in the flame in the combustion chamber of the internal combustion engine is spectrally divided into the wavelength range of radical emission of one substance selected from the combustion products,
For each crank rotation angle of the internal combustion engine, measure the normal combustion state emission intensity, which is the radical emission intensity of the selected substance,
Obtaining a maximum normal combustion state emission intensity which is the maximum value of the normal combustion state emission intensity in one cycle of the internal combustion engine;
The normal combustion state luminescence intensity is converted into a normal combustion state luminescence intensity peak ratio value which is a peak ratio value with the maximum normal combustion state luminescence intensity being 100%,
Obtaining a first region of a crank rotation angle at which the normal combustion state emission intensity peak ratio value is equal to or greater than a predetermined reference emission intensity peak ratio value;
Obtaining a first crank rotation angle and a second crank rotation angle which are both ends of the first region;
Calculating a normal combustion state crank rotation angle width that is a width between the first crank rotation angle and the second crank rotation angle;
In the determination combustion state for determining the combustion state of the internal combustion engine, the spectrum of emission of the combustion products contained in the flame in the combustion chamber of the internal combustion engine is spectrally divided into the wavelength region of radical emission of the selected substance,
A determination combustion state luminescence intensity that is a radical luminescence intensity of the selected substance is measured for each crank rotation angle of the internal combustion engine in the determination combustion state;
Obtaining a maximum judgment combustion state luminescence intensity which is a maximum value of the judgment combustion state luminescence intensity in one cycle of the internal combustion engine in the judgment combustion state;
The determination combustion state luminescence intensity is converted into a determination combustion state luminescence intensity peak ratio value that is a peak ratio value with the maximum determination combustion state luminescence intensity being 100%,
Obtaining a second region of crank rotation angle at which the determined combustion state emission intensity peak ratio value is equal to or greater than the reference emission intensity peak ratio value;
Obtain the third crank rotation angle and the fourth crank rotation angle that are both ends of the second region,
A determination combustion state crank rotation angle width that is a width between the third crank rotation angle and the fourth crank rotation angle is calculated;
By comparing the magnitude of the normal combustion state crank rotation angle width and the determined combustion state crank rotation angle width,
An internal combustion engine combustion state determination method characterized by determining whether or not a combustion state of an internal combustion engine in a determination combustion state is an abnormal combustion state.

このような構成によれば、内燃機関の燃焼状態が異常であるか否かを判定する方法において、内燃機関の正常燃焼状態と、判定を求める判定燃焼状態において、それぞれ、内燃機関の燃焼室内の火炎に含まれる燃焼生成物の内から選択した1つの物質のラジカル発光強度をクランク回転角ごとに計測し、該ラジカル発光強度を1サイクル中における最大値の最大ラジカル発光強度で除して、ラジカル発光強度ピーク比値に換算し、該ラジカル発光強度ピーク比値が所定の基準発光強度ピーク比値以上となるクランク回転角の領域を求め、その領域の両端のクランク回転角の幅を求め、正常燃焼状態クランク回転角度幅と、判定燃焼状態クランク回転角度幅とを比較して、その大きさの比較により、判定を求める燃焼状態が異常燃焼であるか否かいわゆるノッキングが発生した状態であるか否かを判定するので、従来のような複雑な計算を伴わず内燃機関の燃焼状態の判定が可能となり、判定結果までの演算時間の短縮が図ることができ、さらに高速なCPUやメモリを用いた複雑な演算処理が不要となり、内燃機関燃焼状態判定方法に用いられる判定装置の小型化およびコスト低減を図ることができる。   According to such a configuration, in the method for determining whether or not the combustion state of the internal combustion engine is abnormal, in the normal combustion state of the internal combustion engine and the determination combustion state for which determination is sought, respectively, The radical emission intensity of one substance selected from the combustion products contained in the flame is measured for each crank rotation angle, and the radical emission intensity is divided by the maximum radical emission intensity of the maximum value in one cycle to obtain radicals. Converted to a luminescence intensity peak ratio value, a crank rotation angle region where the radical luminescence intensity peak ratio value is equal to or greater than a predetermined reference luminescence intensity peak ratio value is determined, and a crank rotation angle width at both ends of the region is determined. The combustion state crank rotation angle width is compared with the determined combustion state crank rotation angle width, and whether or not the combustion state to be determined is abnormal combustion by comparing the magnitudes. Since it is determined whether or not so-called knocking has occurred, it is possible to determine the combustion state of the internal combustion engine without complicated calculations as in the prior art, and the calculation time until the determination result can be shortened. In addition, complicated arithmetic processing using a higher-speed CPU and memory is not required, and the determination device used in the internal combustion engine combustion state determination method can be reduced in size and cost.

本発明は前記目的を達成するために、
内燃機関の燃焼状態の判定を求める判定燃焼状態において、前記内燃機関の燃焼室内の火炎に含まれる燃焼生成物の発光するスペクトルを、前記燃焼生成物の内から選択した1つの物質のラジカル発光の波長領域に分光し、
前記判定燃焼状態における前記内燃機関のそれぞれのクランク回転角に対して、選択された前記物質のラジカル発光強度である判定燃焼状態発光強度を測定し、
前記判定燃焼状態における前記内燃機関の1サイクル中における前記判定燃焼状態発光強度の最大値である最大判定燃焼状態発光強度を求め、
前記判定燃焼状態発光強度を、前記最大判定燃焼状態発光強度を100%としたピーク比値である判定燃焼状態発光強度ピーク比値に換算し、
前記判定燃焼状態発光強度ピーク比値が、所定の基準発光強度ピーク比値以上となるクランク回転角の第2領域を求め、
該第2領域の両端となる第3クランク回転角および第4クランク回転角を求め、
前記第3クランク回転角および第4クランク回転角との幅である判定燃焼状態クランク回転角度幅を算出し、
前記判定燃焼状態クランク回転角度幅を、所定の基準クランク回転角度幅に対しての大小を比較することにより、
判定燃焼状態における内燃機関の燃焼状態が異常燃焼状態であるか否かを判定することを特徴とする内燃機関燃焼状態判定方法である。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
In the determination combustion state for determining the combustion state of the internal combustion engine, the emission spectrum of the combustion product contained in the flame in the combustion chamber of the internal combustion engine is the radical emission of one substance selected from the combustion products. Spectroscopy into the wavelength region,
A determination combustion state luminescence intensity that is a radical luminescence intensity of the selected substance is measured for each crank rotation angle of the internal combustion engine in the determination combustion state;
Obtaining a maximum judgment combustion state luminescence intensity which is a maximum value of the judgment combustion state luminescence intensity in one cycle of the internal combustion engine in the judgment combustion state;
The determination combustion state luminescence intensity is converted into a determination combustion state luminescence intensity peak ratio value that is a peak ratio value with the maximum determination combustion state luminescence intensity being 100%
Obtaining a second region of the crank rotation angle at which the determined combustion state emission intensity peak ratio value is equal to or greater than a predetermined reference emission intensity peak ratio value;
Obtain the third crank rotation angle and the fourth crank rotation angle that are both ends of the second region,
A determination combustion state crank rotation angle width that is a width between the third crank rotation angle and the fourth crank rotation angle is calculated;
By comparing the determined combustion state crank rotation angle width with respect to a predetermined reference crank rotation angle width,
An internal combustion engine combustion state determination method characterized by determining whether or not a combustion state of an internal combustion engine in a determination combustion state is an abnormal combustion state.

このような構成によれば、内燃機関の燃焼状態が異常であるか否かを判定する方法において、内燃機関の判定を求める判定燃焼状態において、内燃機関の燃焼室内の火炎に含まれる燃焼生成物の内から選択した1つの物質のラジカル発光強度をクランク回転角ごとに計測し、このラジカル発光強度を1サイクル中における最大値の最大ラジカル発光強度で除してラジカル発光強度ピーク比値に換算し、所定の基準発光強度ピーク比値以上となるクランク回転角の領域を求め、その領域の両端のクランク回転角の幅を求め、判定燃焼状態クランク回転角度幅と、所定の基準クランク回転角度幅とを比較して、その大きさの比較により、判定を求める燃焼状態が異常燃焼であるか否かを判定することができるので、従来のような複雑な計算を伴わず内燃機関の燃焼状態の判定が可能となり、判定結果までの演算時間の短縮を図ることができ、さらに高速なCPUやメモリを用いた複雑な演算処理が不要となり、内燃機関燃焼状態判定方法に用いられる判定装置の小型化およびコスト低減を図ることができる。   According to such a configuration, in the method for determining whether or not the combustion state of the internal combustion engine is abnormal, the combustion product contained in the flame in the combustion chamber of the internal combustion engine in the determination combustion state for determining the internal combustion engine The radical emission intensity of one substance selected from the above is measured at each crank rotation angle, and this radical emission intensity is divided by the maximum radical emission intensity of the maximum value in one cycle and converted to a radical emission intensity peak ratio value. Determining a crank rotation angle region that is equal to or greater than a predetermined reference emission intensity peak ratio value, determining a crank rotation angle width at both ends of the region, determining combustion state crank rotation angle width, and predetermined reference crank rotation angle width; Can be determined by comparing the magnitudes and whether or not the combustion state to be determined is abnormal combustion. The combustion state of the internal combustion engine can be determined, the calculation time until the determination result can be shortened, and complicated calculation processing using a high-speed CPU and memory is not required. Downsizing and cost reduction can be achieved.

燃焼生成物の内から選択した前記物質をOHとし、
前記基準発光強度ピーク比値を85%以上95%以下の値としてもよい。
The substance selected from the combustion products is OH,
The reference light emission intensity peak ratio value may be 85% or more and 95% or less.

このような構成によれば、OHラジカル発光の発光強度ピーク比値が85%以上95%以下の領域における発光強度ピーク比値のクランク回転角に対する変化量は、内燃機関に異常燃焼が発生している場合は点火プラグからの火炎の伝播による発光に加えて自着火による発光との合成光を検出するが、一方、内燃機関に異常燃焼が発生していない場合には点火プラグからの火炎の伝播による発光のみを検出するので、異常燃焼状態の場合は正常燃焼状態の場合に比べて大きくなる。すなわち、異常燃焼状態の判定燃焼状態クランク回転角度幅は、正常燃焼状態の燃焼状態クランク回転角度幅よりも小さくなるので、判定燃焼状態クランク回転角度幅を算出して大小を判別することにより、内燃機関に異常燃焼が発生しているか否かを判定することが容易になり、内燃機関の燃焼状態が異常であるか否かの判定の精度を向上させることができる。   According to such a configuration, the change amount of the emission intensity peak ratio value with respect to the crank rotation angle in the region where the emission intensity peak ratio value of OH radical emission is 85% or more and 95% or less is caused by abnormal combustion occurring in the internal combustion engine. If it is detected, the combined light with the light emitted by the self-ignition in addition to the light emitted by the flame propagation from the spark plug is detected. On the other hand, if no abnormal combustion has occurred in the internal combustion engine, the flame propagation from the spark plug Since only the light emission due to is detected, the abnormal combustion state becomes larger than the normal combustion state. That is, the determination combustion state crank rotation angle width in the abnormal combustion state is smaller than the combustion state crank rotation angle width in the normal combustion state. It becomes easy to determine whether or not abnormal combustion has occurred in the engine, and the accuracy of determining whether or not the combustion state of the internal combustion engine is abnormal can be improved.

前記判定燃焼状態において、前記第2領域が二つ以上ある場合には、
複数の前記第2領域のうち、内燃機関の1サイクル中における最初の第2領域の両端の第3クランク回転角および第4クランク回転角との幅を、前記判定燃焼状態クランク回転角度幅としてもよい。
In the determination combustion state, when there are two or more second regions,
Of the plurality of second regions, the width between the third crank rotation angle and the fourth crank rotation angle at both ends of the first second region in one cycle of the internal combustion engine may be used as the determined combustion state crank rotation angle width. Good.

このような構成によれば、内燃機関の1サイクル中に、基準発光強度ピーク比値以上となるクランク回転角の第2領域が2つ以上ある場合では、最初に発生する第2領域の両端の第3クランク回転角および第4クランク回転角との幅を、前記判定燃焼状態クランク回転角度幅としたので、内燃機関が異常燃焼であるか否かの判定時間を短縮できるとともに、その判定精度を向上することができる。   According to such a configuration, when there are two or more second regions of the crank rotation angle that are equal to or greater than the reference light emission intensity peak ratio value in one cycle of the internal combustion engine, the two ends of the second region that are generated first are Since the width between the third crank rotation angle and the fourth crank rotation angle is the determined combustion state crank rotation angle width, it is possible to reduce the determination time as to whether or not the internal combustion engine is in abnormal combustion, and to improve the determination accuracy. Can be improved.

前記基準クランク回転角度幅を、0°より大きく6°以下の範囲内とし、
前記判定燃焼状態クランク回転角度幅が、前記基準クランク回転角度幅以下の場合には、判定燃焼状態における内燃機関の燃焼状態が異常燃焼状態であると判定してもよい。
The reference crank rotation angle width is within a range of more than 0 ° and not more than 6 °,
When the determined combustion state crank rotation angle width is equal to or smaller than the reference crank rotation angle width, it may be determined that the combustion state of the internal combustion engine in the determination combustion state is an abnormal combustion state.

このような構成によれば、内燃機関の燃焼状態が異常燃焼状態であるか否かの判定が容易になり、判定に要する時間をさらに短縮することができるとともに、判定精度をより向上させることができる。   According to such a configuration, it is easy to determine whether or not the combustion state of the internal combustion engine is an abnormal combustion state, the time required for the determination can be further shortened, and the determination accuracy can be further improved. it can.

前記基準クランク回転角度幅を0°より大きく4°以下としてもよい。   The reference crank rotation angle width may be greater than 0 ° and not greater than 4 °.

このような構成によれば、内燃機関の燃焼状態が異常燃焼状態であるか否かの判定の精度をより向上させることができる。   According to such a configuration, it is possible to further improve the accuracy of determining whether or not the combustion state of the internal combustion engine is an abnormal combustion state.

本発明は、
内燃機関の所定の燃焼状態の燃焼室内の火炎に含まれる燃焼生成物からの発光が入射される光学プローブと、
前記光学プローブに接続され、前記燃焼生成物の内から選択した1つの物質のラジカル発光の波長領域の波長に分光する分光器と、
前記分光された光の発光強度を電気信号に変換し出力する発光強度検出器と、
前記内燃機関のクランク軸の回転に伴って、所定のクランク回転角ごとに信号を発信するクランク回転角検出器と、
前記クランク回転角および前記クランク回転角における前記発光強度が入力されて記録するデータ記録装置と、
前記データ記録装置から、前記クランク回転角および前記クランク回転角ごとの前記発光強度が入力され、前記内燃機関の燃焼状態が異常燃焼状態であるか否かを判定する解析処理装置を備え、
前記解析処理装置は、
燃焼状態の判定を求める前記内燃機関の1サイクル中における前記発光強度の最大値である判定燃焼状態最大発光強度を求め、
前記発光強度を、前記判定燃焼状態最大発光強度を100%としたピーク比値である判定燃焼状態発光強度ピーク比値に換算し、
前記判定燃焼状態発光強度ピーク比値が、所定の基準発光強度ピーク比値以上となるクランク回転角の第2領域を求め、
該第2領域の両端となる第3クランク回転角および第4クランク回転角を求め、
前記第3クランク回転角と前記第4クランク回転角との幅である判定燃焼状態クランク回転角度幅を算出し、
前記判定燃焼状態クランク回転角度幅と、あらかじめ入力されている基準クランク回転角度幅との大きさを対比することにより、内燃機関の燃焼状態が異常燃焼状態であるか否かを判定することを特徴とする内燃機関燃焼判定装置である。
The present invention
An optical probe that receives light emitted from a combustion product contained in a flame in a combustion chamber of a predetermined combustion state of the internal combustion engine;
A spectroscope connected to the optical probe and performing spectroscopy on a wavelength in a wavelength region of radical emission of one substance selected from the combustion products;
A light emission intensity detector that converts the light emission intensity of the dispersed light into an electrical signal and outputs the electrical signal;
A crank rotation angle detector that transmits a signal for each predetermined crank rotation angle as the crankshaft of the internal combustion engine rotates.
A data recording device for inputting and recording the light emission intensity at the crank rotation angle and the crank rotation angle;
An analysis processing device that receives the crank rotation angle and the emission intensity for each crank rotation angle from the data recording device, and determines whether or not the combustion state of the internal combustion engine is an abnormal combustion state;
The analysis processing apparatus includes:
Determining a determination combustion state maximum light emission intensity which is a maximum value of the light emission intensity in one cycle of the internal combustion engine for determining a combustion state;
The emission intensity is converted into a determination combustion state emission intensity peak ratio value which is a peak ratio value where the determination combustion state maximum emission intensity is 100%,
Obtaining a second region of the crank rotation angle at which the determined combustion state emission intensity peak ratio value is equal to or greater than a predetermined reference emission intensity peak ratio value;
Obtain the third crank rotation angle and the fourth crank rotation angle that are both ends of the second region,
A determination combustion state crank rotation angle width that is a width between the third crank rotation angle and the fourth crank rotation angle is calculated;
It is determined whether or not the combustion state of the internal combustion engine is an abnormal combustion state by comparing the magnitude of the determined combustion state crank rotation angle width with a reference crank rotation angle width input in advance. Is an internal combustion engine combustion determination device.

このような構成によれば、内燃機関の燃焼状態が異常であるか否かを判定する内燃機関燃焼状態判定装置において、内燃機関の所定の燃焼状態の燃焼室内の火炎に含まれる燃焼生成物からの発光が光学プローブから入射され、分光器により燃焼生成物の内から選択した1つの物質のラジカル発光の波長領域の波長に分光され、発光強度測定装置により、分光された光のうち、ラジカル発光強度が、クランク回転角ごとに電気信号に変換し出力され、解析処理装置により、該ラジカル発光強度が1サイクル中における最大値の最大ラジカル発光強度で除されてラジカル発光強度ピーク比値に換算され、該ラジカル発光強度ピーク比値が所定の基準発光強度ピーク比値以上となるクランク回転角の領域を求め、その領域の両端のクランク回転角の幅を求め、該判定燃焼状態クランク回転角度幅と、あらかじめ入力されている基準クランク回転角度幅とを比較して、その大きさの比較により、判定を求める燃焼状態が異常燃焼であるか否かを判定するので、従来のような複雑な計算を伴わず内燃機関の燃焼状態の判定が可能となり、判定結果までの演算時間の短縮を図ることができ、さらに高速なCPUやメモリを用いた複雑な演算処理が不要となり、内燃機関燃焼状態判定装置の小型化およびコスト低減を図ることができる。   According to such a configuration, in the internal combustion engine combustion state determination device that determines whether or not the combustion state of the internal combustion engine is abnormal, the combustion product contained in the flame in the combustion chamber of the predetermined combustion state of the internal combustion engine Is emitted from the optical probe, and is dispersed into the wavelength of the radical emission wavelength region of one substance selected from the combustion products by the spectrometer, and the radical emission of the light separated by the emission intensity measuring device. The intensity is converted into an electrical signal for each crank rotation angle and output, and the radical emission intensity is divided by the maximum radical emission intensity of the maximum value in one cycle and converted into a radical emission intensity peak ratio value by an analysis processing device. , A crank rotation angle region where the radical emission intensity peak ratio value is equal to or greater than a predetermined reference emission intensity peak ratio value is determined, and the crank rotation angle at both ends of the region is determined. The determined combustion state crank rotation angle width is compared with a reference crank rotation angle width input in advance, and by comparing the magnitudes, it is determined whether or not the combustion state to be determined is abnormal combustion. As a result, it is possible to determine the combustion state of an internal combustion engine without complicated calculations as in the past, and it is possible to shorten the calculation time to the determination result, and to use a faster CPU and memory. Arithmetic processing is not required, and the internal combustion engine combustion state determination device can be reduced in size and cost.

前記基準クランク回転角度幅は、あらかじめ前記内燃機関の正常燃焼状態において算出されて解析処理装置に入力されたものであって、
該基準クランク回転角度幅は、
前記内燃機関の正常燃焼状態における前記内燃機関の燃焼室内の火炎に含まれる燃焼生成物の発光するスペクトルを、選択した前記物質のラジカル発光の波長領域に分光し、
前記内燃機関のそれぞれのクランク回転角に対して、選択された前記物質のラジカル発光強度である正常燃焼状態発光強度を測定し、
前記内燃機関の1サイクル中における前記正常燃焼状態発光強度の最大値である最大正常燃焼状態発光強度を求め、
前記正常燃焼状態発光強度を、前記最大正常燃焼状態発光強度を100%としたピーク比値である正常燃焼状態発光強度ピーク比値に換算し、
前記正常燃焼状態発光強度ピーク比値が、前記基準発光強度ピーク比値以上となるクランク回転角の第1領域を求め、
前記第1領域の両端となる第1クランク回転角および第2クランク回転角を求め、
前記第1クランク回転角と前記第2クランク回転角との幅として算出してもよい。
The reference crank rotation angle width is calculated in advance in the normal combustion state of the internal combustion engine and input to the analysis processing device,
The reference crank rotation angle width is
Spectral emission spectrum of combustion products contained in a flame in a combustion chamber of the internal combustion engine in a normal combustion state of the internal combustion engine in a wavelength region of radical emission of the selected substance,
For each crank rotation angle of the internal combustion engine, measure the normal combustion state emission intensity, which is the radical emission intensity of the selected substance,
Obtaining a maximum normal combustion state emission intensity which is the maximum value of the normal combustion state emission intensity in one cycle of the internal combustion engine;
The normal combustion state luminescence intensity is converted into a normal combustion state luminescence intensity peak ratio value which is a peak ratio value with the maximum normal combustion state luminescence intensity being 100%,
Obtaining a first region of a crank rotation angle at which the normal combustion state emission intensity peak ratio value is equal to or greater than the reference emission intensity peak ratio value;
Obtaining a first crank rotation angle and a second crank rotation angle which are both ends of the first region;
It may be calculated as a width between the first crank rotation angle and the second crank rotation angle.

このような構成によれば、あらかじめ内燃機関の正常燃焼状態において選択された前記物質のラジカル発光強度である正常燃焼状態発光強度を測定した値より前記基準クランク回転角度幅が算出されて解析処理装置に入力されており、この基準クランク回転角度幅と、判定を求める判定燃焼状態クランク回転角度幅とを比較して、その大きさの比較により、判定を求める燃焼状態が異常燃焼であるか否かを判定することができるので、判定結果までの演算時間の短縮をより図ることができ、高速なCPUやメモリを用いた複雑な演算処理が不要となり、内燃機関燃焼状態判定方法に用いられる判定装置の小型化およびコスト低減をさらに図ることができる。   According to such a configuration, the reference crank rotation angle width is calculated from the value obtained by measuring the normal combustion state emission intensity, which is the radical emission intensity of the substance selected in advance in the normal combustion state of the internal combustion engine, and the analysis processing device. Whether or not the combustion state to be determined is abnormal combustion by comparing the reference crank rotation angle width with the determined combustion state crank rotation angle width to be determined and comparing the magnitudes Therefore, the calculation time until the determination result can be further shortened, complicated calculation processing using a high-speed CPU or memory is not required, and the determination device used in the combustion state determination method for the internal combustion engine Can be further reduced in size and cost.

燃焼生成物の内から選択した前記物質をOHとし、
前記基準発光強度ピーク比値を85%以上95%以下の値としてもよい。
The substance selected from the combustion products is OH,
The reference light emission intensity peak ratio value may be 85% or more and 95% or less.

このような構成によれば、OHを燃焼生成物の内から選択した1つの物質とし、基準発光強度ピーク比値を85%以上95%以下の値としたので、OHラジカル発光の発光強度ピーク比値が85%以上95%以下の領域における発光強度ピーク比値のクランク回転角に対する変化量は、内燃機関に異常燃焼が発生している場合は点火プラグからの火炎の伝播による発光に加えて自着火による発光との合成光を検出するが、一方、内燃機関に異常燃焼が発生していない場合には点火プラグからの火炎の伝播による発光のみを検出するので、異常燃焼状態の場合は正常燃焼状態の場合に比べて大きくなる。すなわち、異常燃焼状態の判定燃焼状態クランク回転角度幅は、正常燃焼状態の燃焼状態クランク回転角度幅よりも小さくなるので、判定燃焼状態クランク回転角度幅を算出して大小を判別することにより、内燃機関に異常燃焼が発生しているか否かを判定することが容易になり、内燃機関の燃焼状態が異常であるか否かの判定の精度を向上させることができる。   According to such a configuration, since OH is one substance selected from the combustion products and the standard emission intensity peak ratio value is 85% or more and 95% or less, the emission intensity peak ratio of OH radical emission The amount of change in the emission intensity peak ratio value relative to the crank rotation angle in the region where the value is 85% or more and 95% or less is not only the light emission due to the propagation of the flame from the spark plug when abnormal combustion occurs in the internal combustion engine. Although the combined light with the light emission due to ignition is detected, on the other hand, when there is no abnormal combustion in the internal combustion engine, only light emission due to the propagation of flame from the spark plug is detected, so normal combustion in the abnormal combustion state It becomes larger than the case of the state. That is, the determination combustion state crank rotation angle width in the abnormal combustion state is smaller than the combustion state crank rotation angle width in the normal combustion state. It becomes easy to determine whether or not abnormal combustion has occurred in the engine, and the accuracy of determining whether or not the combustion state of the internal combustion engine is abnormal can be improved.

前記クランク回転角の第2領域が二つ以上ある場合には、
複数の前記第2領域のうち、内燃機関の1サイクル中における最初の第2領域の両端の第3クランク回転角および第4クランク回転角との幅を、前記判定燃焼状態クランク回転角度幅としてもよい。
When there are two or more second regions of the crank rotation angle,
Of the plurality of second regions, the width between the third crank rotation angle and the fourth crank rotation angle at both ends of the first second region in one cycle of the internal combustion engine may be used as the determined combustion state crank rotation angle width. Good.

このような構成によれば、内燃機関の1サイクル中に、基準発光強度ピーク比値以上となるクランク回転角の第2領域が2つ以上ある場合では、最初に発生する第2領域の両端の第3クランク回転角および第4クランク回転角との幅を、前記判定燃焼状態クランク回転角度幅としたので、内燃機関が異常燃焼であるか否かの判定時間を短縮できるとともに、その判定精度を向上することができる。   According to such a configuration, when there are two or more second regions of the crank rotation angle that are equal to or greater than the reference light emission intensity peak ratio value in one cycle of the internal combustion engine, the two ends of the second region that are generated first are Since the width between the third crank rotation angle and the fourth crank rotation angle is the determined combustion state crank rotation angle width, it is possible to reduce the determination time as to whether or not the internal combustion engine is in abnormal combustion, and to improve the determination accuracy. Can be improved.

前記基準クランク回転角度幅は、0°より大きく6°以下の範囲内とされ、
前記解析処理装置は、前記判定燃焼状態クランク回転角度幅が、前記基準クランク回転角度幅の範囲内にある場合に、内燃機関の燃焼状態が異常燃焼状態であると判定してもよい。
The reference crank rotation angle width is in the range of more than 0 ° and not more than 6 °,
The analysis processing device may determine that the combustion state of the internal combustion engine is an abnormal combustion state when the determined combustion state crank rotation angle width is within the range of the reference crank rotation angle width.

このような構成によれば、内燃機関の燃焼状態が異常燃焼状態であるか否かの判定が容易になり、判定に要する時間をさらに短縮することができるとともに、判定精度をより向上させることができる。   According to such a configuration, it is easy to determine whether or not the combustion state of the internal combustion engine is an abnormal combustion state, the time required for the determination can be further shortened, and the determination accuracy can be further improved. it can.

前記基準クランク回転角度幅を0°より大きく4°以下としてもよい。   The reference crank rotation angle width may be greater than 0 ° and not greater than 4 °.

このような構成によれば、内燃機関の燃焼状態が異常燃焼状態であるか否かの判定の精度をより向上させることができる。   According to such a configuration, it is possible to further improve the accuracy of determining whether or not the combustion state of the internal combustion engine is an abnormal combustion state.

本願発明では、従来のような複雑な計算を伴わず内燃機関の燃焼状態の判定が可能となり、判定結果までの演算時間の短縮が図ることができ、さらに高速なCPUやメモリを用いた複雑な演算処理が不要となり、内燃機関燃焼状態判定方法に用いられる内燃機関燃焼状態判定装置の小型化およびコスト低減を図ることができる。   In the present invention, it is possible to determine the combustion state of the internal combustion engine without complicated calculation as in the prior art, it is possible to shorten the calculation time until the determination result, and more complex using high-speed CPU and memory Arithmetic processing is not required, and the internal combustion engine combustion state determination device used in the internal combustion engine combustion state determination method can be reduced in size and cost.

内燃機関燃焼状態判定装置の概略図である。It is the schematic of an internal combustion engine combustion state determination apparatus. 本発明に用いられる一例の内燃機関を示した一部を切断した側面図である。It is the side view which cut a part showing an example of an internal-combustion engine used for the present invention. 内燃機関の燃焼室の上壁部をピストン側から視た図である。It is the figure which looked at the upper wall part of the combustion chamber of the internal combustion engine from the piston side. 燃焼室の上壁部の複数個所に取り付けられた光学プローブにおいてそれぞれ計測されたOHラジカルの発光強度ピーク比値および燃焼室内の筒内圧力をクランク回転角ごとに示したグラフである。6 is a graph showing the OH radical emission intensity peak ratio value and the in-cylinder pressure in the combustion chamber measured for each crank rotation angle, respectively, measured by optical probes attached to a plurality of locations on the upper wall of the combustion chamber. 内燃機関の高負荷条件下において非ノッキング状態である場合のOHラジカル発光強度ピーク比値および筒内圧力をクランク回転角ごとに示したグラフである。4 is a graph showing the OH radical emission intensity peak ratio value and in-cylinder pressure for each crank rotation angle when the internal combustion engine is in a non-knocking condition under a high load condition. 内燃機関の高負荷条件下においてトレースノッキング状態である場合のOHラジカル発光強度ピーク比値および筒内圧力をクランク回転角ごとに示したグラフである。4 is a graph showing the OH radical emission intensity peak ratio value and in-cylinder pressure for each crank rotation angle when the internal combustion engine is in a trace knocking state under high load conditions. 内燃機関の高負荷条件下においてヘビーノッキング状態である場合のOHラジカル発光強度ピーク比値および筒内圧力をクランク回転角ごとに示したグラフである。5 is a graph showing the OH radical emission intensity peak ratio value and in-cylinder pressure for each crank rotation angle when the internal combustion engine is in a heavy knocking state under high load conditions. 内燃機関の低負荷条下において非ノッキング状態である場合のOHラジカル発光強度ピーク比値および筒内圧力をクランク回転角ごとに示したグラフである6 is a graph showing the OH radical emission intensity peak ratio value and in-cylinder pressure for each crank rotation angle when the engine is in a non-knock state under a low load condition of an internal combustion engine. 内燃機関の低負荷条件におけるトレースノッキング状態である場合のOHラジカル発光強度ピーク比値および筒内圧力をクランク回転角ごとに示したグラフである。5 is a graph showing the OH radical emission intensity peak ratio value and in-cylinder pressure for each crank rotation angle when the internal combustion engine is in a trace knocking state under low load conditions. 内燃機関の低負荷条件におけるヘビーノッキング状態である場合のOHラジカル発光強度ピーク比値および筒内圧力をクランク回転角ごとに示したグラフである。5 is a graph showing the OH radical emission intensity peak ratio value and in-cylinder pressure for each crank rotation angle when the internal combustion engine is in a heavy knocking state under low load conditions. 内燃機関の所定条件下において、筒内圧力およびOHラジカル発光強度のピーク比値をクランク回転角ごとに表したグラフである。3 is a graph showing the in-cylinder pressure and the peak ratio value of OH radical emission intensity for each crank rotation angle under predetermined conditions of an internal combustion engine. 内燃機関の代表的なノッキング状態と、非ノッキング状態のOH発光強度のピーク比値をクランク回転角ごとに表したグラフである。4 is a graph showing a peak ratio value of OH emission intensity in a typical knocking state and a non-knocking state of an internal combustion engine for each crank rotation angle. 内燃機関の各種燃焼状態における基準ピーク比値以上となる領域の出現率をクランク回転角度幅ごとに示したグラフである。It is the graph which showed the appearance rate of the area | region which becomes more than the reference | standard peak ratio value in the various combustion states of an internal combustion engine for every crank rotation angle width. 内燃機関の各種エンジン速度における判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddが基準クランク回転角度幅B(4度)以下となる累積出現率を各点火タイミングごとに示したグラフである。It is the graph which showed the accumulation appearance rate in which the determination combustion state crank rotation angle width Dd in the various engine speeds of an internal combustion engine becomes below standard crank rotation angle width B (4 degree | times) for every ignition timing. 内燃機関の各種冷却水温度における判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddが基準クランク回転角度幅B(4度)以下となる累積出現率を各点火タイミングごとに示したグラフである。It is the graph which showed the accumulation appearance rate in which the judgment combustion state crank rotation angle width Dd in the various cooling water temperature of an internal combustion engine becomes below the reference | standard crank rotation angle width B (4 degree | times) for every ignition timing. 内燃機関の各種圧縮比における判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddが基準クランク回転角度幅B(4度)以下となる累積出現率を各点火タイミングごとに示したグラフである。It is the graph which showed the accumulation appearance rate in which the judgment combustion state crank rotation angle width Dd in the various compression ratios of an internal combustion engine becomes below the reference | standard crank rotation angle width B (4 degree | times) for every ignition timing.

本発明は、内燃機関Eの燃焼状態が異常であるか否かを判定するための方法および装置に関するものであり、具体的には、内燃機関Eの燃焼室内の燃焼光を測定して、内燃機関Eにノッキングが発生するノッキング状態である否かを判定するものである。以下図面を参照して説明する。   The present invention relates to a method and an apparatus for determining whether or not the combustion state of the internal combustion engine E is abnormal. Specifically, the combustion light in the combustion chamber of the internal combustion engine E is measured, and the internal combustion engine E is measured. It is determined whether or not the engine E is in a knocking state where knocking occurs. This will be described below with reference to the drawings.

[内燃機関燃焼状態判定装置の概要]
図1には、本発明の一実施例の内燃機関燃焼状態判定装置1の概略図が示されている。内燃機関燃焼状態判定装置1は、内燃機関Eの燃焼室30内に先端が向けられて取り付けられ燃焼室30内の燃焼光が入射される光学プローブ2と、光学プローブ2から入射された燃焼光を所定の波長の光に分光する分光器4と、内燃機関Eのクランク軸27の端に取り付けられクランク軸27が0.1度回転するごとにクランク回転角信号を送るクランク回転角エンコーダ8と、燃焼室30内の筒内圧力を測定する圧力測定器9と、圧力測定器9から送られる筒内圧力データが記録される燃焼解析装置10と、クランク軸27の端に取り付けら内燃機関Eの動力を計測する動力計測器11と、燃料流量計12と、A/Fセンサ13と、これらの機器から送られたデータが記録されるデータ記録装置15と、データ記録装置15記録された各種データに基いて解析処理し内燃機関の燃焼状態が異常であるか否かを判定する 解析処理装置16を備えている。データ記録装置15と 解析処理装置16は、パーソナルコンピュータ14内に格納されているものである。
[Outline of Internal Combustion Engine Combustion State Judgment Device]
FIG. 1 is a schematic view of an internal combustion engine combustion state determination device 1 according to an embodiment of the present invention. The internal combustion engine combustion state determination apparatus 1 includes an optical probe 2 that is attached with a tip directed into the combustion chamber 30 of the internal combustion engine E and into which combustion light in the combustion chamber 30 is incident, and combustion light incident from the optical probe 2 A spectroscope 4 that splits the light into light of a predetermined wavelength, a crank rotation angle encoder 8 that is attached to the end of the crankshaft 27 of the internal combustion engine E and sends a crank rotation angle signal every time the crankshaft 27 rotates 0.1 degrees, and combustion A pressure measuring device 9 for measuring the in-cylinder pressure in the chamber 30, a combustion analysis device 10 for recording in-cylinder pressure data sent from the pressure measuring device 9, and the power of the internal combustion engine E attached to the end of the crankshaft 27 Power meter 11, fuel flow meter 12, A / F sensor 13, data recording device 15 for recording data sent from these devices, and data recording device 15 Based on the analysis processing, combustion of the internal combustion engine An analysis processing device 16 that determines whether or not the firing state is abnormal is provided. The data recording device 15 and the analysis processing device 16 are stored in the personal computer 14.

図2には、本実施例の内燃機関燃焼状態判定装置1により、燃焼状態が測定される内燃機関Eの一例が図示されている。該内燃機関Eは、クランクケース23の上に、シリンダブロック20、シリンダヘッド21およびヘッドカバー22が順次重ねられて、図示されないボルトで一体に締結されている。シリンダブロック20には、円筒状のシリンダボア24が形成され、該シリンダボア24内にはピストン25が摺動自在に嵌装され、ピストン25は、コンロッド26を介して、クランクケース23に回転自在に支持されたクランク軸27に連結されている。シリンダヘッド21には、燃焼室30が形成され、燃焼室30の上壁部30aには、吸気弁口31と排気弁口32が形成され、吸気弁口31は吸気弁41により、排気弁口32は排気弁42により、開閉されるようになっている。   FIG. 2 shows an example of an internal combustion engine E in which the combustion state is measured by the internal combustion engine combustion state determination device 1 of the present embodiment. In the internal combustion engine E, a cylinder block 20, a cylinder head 21, and a head cover 22 are sequentially stacked on a crankcase 23, and are fastened together with bolts (not shown). The cylinder block 20 is formed with a cylindrical cylinder bore 24, and a piston 25 is slidably fitted in the cylinder bore 24. The piston 25 is rotatably supported on the crankcase 23 via a connecting rod 26. Is connected to the crankshaft 27. A combustion chamber 30 is formed in the cylinder head 21, an intake valve port 31 and an exhaust valve port 32 are formed in the upper wall portion 30a of the combustion chamber 30, and the intake valve port 31 is connected to the exhaust valve port by an intake valve 41. 32 is opened and closed by an exhaust valve 42.

図2は、内燃機関Eの燃焼室30の上壁部30aをピストン側から視た図である。燃焼室30の上壁部30aには、1つ又は複数の吸気弁41、排気弁42がそれぞれ座着される吸気弁口31および排気弁口32が形成され、これらの吸気弁口31および排気弁口32に囲まれる中央には、点火プラグ43が挿通される点火プラグ挿通孔33が設けられている。   FIG. 2 is a view of the upper wall portion 30a of the combustion chamber 30 of the internal combustion engine E as viewed from the piston side. The upper wall portion 30a of the combustion chamber 30 is formed with an intake valve port 31 and an exhaust valve port 32 on which one or a plurality of intake valves 41 and exhaust valves 42 are respectively seated. A spark plug insertion hole 33 through which the spark plug 43 is inserted is provided at the center surrounded by the valve port 32.

本実施例の内燃機関燃焼状態判定装置1では、図3に示されるように、上壁部30aの排気弁口32側の燃焼室30の末端に位置するA点に、光学プローブ挿通孔34が形成され、光学プローブ2が挿通されて、その先端が燃焼室30の上壁部30aから若干突出するように取り付けられている。光学プローブ2の他端は、光ファイバ3を介して分光器4に接続されており、燃焼室30内の燃焼光は、光学プローブ2に入射して光ファイバ3を介して分光器4へ到達されるようになっている。本実施例の内燃機関燃焼状態判定装置1に取り付けられる光学プローブ2は、視野角が例えば23度のものが用いられる。   In the internal combustion engine combustion state determination apparatus 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 3, an optical probe insertion hole 34 is provided at a point A located at the end of the combustion chamber 30 on the exhaust valve port 32 side of the upper wall portion 30a. The optical probe 2 is inserted and attached so that its tip protrudes slightly from the upper wall portion 30a of the combustion chamber 30. The other end of the optical probe 2 is connected to the spectroscope 4 via the optical fiber 3, and the combustion light in the combustion chamber 30 enters the optical probe 2 and reaches the spectroscope 4 via the optical fiber 3. It has come to be. The optical probe 2 attached to the internal combustion engine combustion state determination apparatus 1 of the present embodiment has a viewing angle of 23 degrees, for example.

図2に示されるように、燃焼室30の上壁部30aの点Pには、圧力測定器取付孔35が形成され、燃焼室30の筒内圧力を測定する圧力測定器9が取り付けられている。   As shown in FIG. 2, a pressure measuring device mounting hole 35 is formed at a point P on the upper wall portion 30 a of the combustion chamber 30, and a pressure measuring device 9 for measuring the in-cylinder pressure of the combustion chamber 30 is mounted. Yes.

内燃機関Eの燃焼光が入射される分光器4は、図1に示されるように、所定波長の光のみを反射させ他の波長の光を通過させるダイクロイックミラー5と、ダイクロイックミラー5から反射させた光のうち特定の波長の光のみを透過させるバンドパスフィルタ6とを備えており、内燃機関Eの火炎の発光は、分光器4により所定波長の光のみが分光されるようになっている。本実施例の分光器4は、内燃機関Eの火炎の発光から、燃焼室30内の燃焼生成物のうちの一つの物質のラジカル発光の波長を分光するようになっており、例えばOHラジカル発光の波長領域である307.5mmの波長の光を分光するようになっている。   As shown in FIG. 1, the spectroscope 4 to which the combustion light of the internal combustion engine E is incident reflects a dichroic mirror 5 that reflects only light of a predetermined wavelength and allows light of other wavelengths to pass through, and reflects from the dichroic mirror 5. And a band-pass filter 6 that transmits only light of a specific wavelength, and the spectroscope 4 splits only light of a predetermined wavelength in the flame emission of the internal combustion engine E. . The spectroscope 4 of the present embodiment is configured to split the wavelength of radical emission of one of the combustion products in the combustion chamber 30 from the emission of the flame of the internal combustion engine E, for example, OH radical emission. The light of the wavelength of 307.5 mm which is the wavelength region of is divided.

分光されたOHラジカルの波長領域である307.5mmの波長の光の強度であるOHラジカル発光強度EI(α)は、発光強度検出器としての光学電子倍増管7により、クランク回転角αの0.1度ごとに計測されて電圧値の電気信号に変換され、データ記録装置15に送られて記録される。   The OH radical emission intensity EI (α), which is the intensity of light having a wavelength of 307.5 mm, which is the wavelength region of the dispersed OH radical, is 0.1 degree of the crank rotation angle α by the optical electron multiplier 7 as the emission intensity detector. Each time it is measured and converted into an electric signal having a voltage value, sent to the data recording device 15 and recorded.

図3に示されるように、内燃機関の燃焼室30の上壁部30aの点Pには、吸気弁口31と排気弁口32を挟んだ領域の一方の端に圧力測定器取付孔35が形成され、該圧力測定器取付孔35に圧力測定器9が取り付けられ、燃焼室内30の筒内圧力P(α)は、クランク回転角αの0.1度ごとに計測され、燃焼解析装置10にデータが送られ、その後、データ記録装置15に送られて記録されるようになっている。本実施例の圧力測定器9は、圧力素子型圧力変換機が用いられている。   As shown in FIG. 3, a pressure measuring device mounting hole 35 is formed at one end of a region sandwiching the intake valve port 31 and the exhaust valve port 32 at a point P on the upper wall portion 30a of the combustion chamber 30 of the internal combustion engine. The pressure measuring device 9 is formed in the pressure measuring device mounting hole 35, and the in-cylinder pressure P (α) in the combustion chamber 30 is measured every 0.1 degrees of the crank rotation angle α, and the data is sent to the combustion analysis apparatus 10. Is then sent to the data recording device 15 for recording. The pressure measuring device 9 of the present embodiment uses a pressure element type pressure transducer.

クランク軸27の軸端には、クランク軸27のクランク回転角αを電気信号に変換するクランク回転角検出器としてのクランク回転角エンコーダ8が取り付けられ、クランク回転角αの0.1度ごとのクランク回転角信号がデータ記録装置15に送られるようになっている。クランク回転角αは、内燃機関Eの上死点におけるクランク回転角を0度として、上死点後のクランクの回転角度を正の値として検出している。   A crank rotation angle encoder 8 as a crank rotation angle detector for converting the crank rotation angle α of the crankshaft 27 into an electric signal is attached to the shaft end of the crankshaft 27, and the crank rotation is performed every 0.1 degrees of the crank rotation angle α. An angle signal is sent to the data recording device 15. As for the crank rotation angle α, the crank rotation angle at the top dead center of the internal combustion engine E is detected as 0 degree, and the crank rotation angle after the top dead center is detected as a positive value.

[内燃機関燃焼状態判定方法]
本発明の内燃機関燃焼状態判定方法は、前記した内燃機関燃焼状態判定装置1を用いて、以下の手順で内燃機関Eの燃焼状態が異常であるか否を判定する。具体的には、内燃機関Eにノッキングが発生しているノッキング状態か否かを判定するものである。
[Internal combustion engine combustion state judgment method]
The internal combustion engine combustion state determination method of the present invention uses the above-described internal combustion engine combustion state determination device 1 to determine whether the combustion state of the internal combustion engine E is abnormal in the following procedure. Specifically, it is determined whether or not the internal combustion engine E is in a knocking state in which knocking has occurred.

[内燃機関の正常燃焼状態における正常燃焼状態クランク回転角度幅Dnの算出]
(1)内燃機関Eの正常燃焼状態における内燃機関Eの燃焼室30内の火炎に含まれる燃焼生成物の発光するスペクトルを、燃焼室30内に先端が突設された光学プローブ2から入射させ、光ファイバ3を介して分光器4に到達させる。
[Calculation of normal combustion state crank rotation angle width Dn in normal combustion state of internal combustion engine]
(1) The emission spectrum of the combustion products contained in the flame in the combustion chamber 30 of the internal combustion engine E in the normal combustion state of the internal combustion engine E is made incident from the optical probe 2 whose tip protrudes into the combustion chamber 30. The spectroscope 4 is reached through the optical fiber 3.

(2)入射された燃焼光は、分光器4において、燃焼生成物の内から選択した1つの物質のラジカル発光の波長領域に分光される。本実施例では、分光器4のダイクロイックミラー5とバンドパスフィルタ6により、OHラジカル発光の波長領域である307.5nmの波長に分光される。   (2) The incident combustion light is split by the spectroscope 4 into the radical emission wavelength region of one substance selected from the combustion products. In the present embodiment, the dichroic mirror 5 and the bandpass filter 6 of the spectroscope 4 split the light into a wavelength of 307.5 nm which is a wavelength region of OH radical emission.

(3)この内燃機関Eの正常燃焼状態において、内燃機関Eのクランク回転角αの0.1度ごとのOHラジカル発光強度EI(α)が、発光強度測定装置としての光学電子倍増管7により電圧値としての電気信号に変換されて計測され、データ記録装置15に送られて記録される。以下この正常燃焼状態におけるクランク回転角αにおけるOHラジカル発光の波長領域に分光された光の発光強度を、正常燃焼状態発光強度EIn(α)という。   (3) In the normal combustion state of the internal combustion engine E, the OH radical emission intensity EI (α) every 0.1 degrees of the crank rotation angle α of the internal combustion engine E is a voltage value by the optical electron multiplier 7 as the emission intensity measuring device. Is converted into an electrical signal and measured, sent to the data recording device 15, and recorded. Hereinafter, the emission intensity of light dispersed in the wavelength region of OH radical emission at the crank rotation angle α in the normal combustion state is referred to as normal combustion state emission intensity EIn (α).

(4)データ記録装置15に記録された内燃機関Eの正常燃焼状態発光強度EIn(α)は、解析処理装置16に読み出され、解析処理装置16は、内燃機関Eの1サイクル中における正常燃焼状態発光強度EIn(α)の最大値である最大正常燃焼状態発光強度EInmaxを求める処理を行う。 (4) The normal combustion state emission intensity EIn (α) of the internal combustion engine E recorded in the data recording device 15 is read out to the analysis processing device 16, and the analysis processing device 16 is normal during one cycle of the internal combustion engine E. Processing for obtaining the maximum normal combustion state light emission intensity EIn max which is the maximum value of the combustion state light emission intensity EIn (α) is performed.

(5)解析処理装置16は、正常燃焼状態発光強度EIn(α)を、先に求めた最大正常燃焼状態発光強度EInmaxを100%としたピーク比値である正常燃焼状態発光強度ピーク比値EInR(α)に換算する下記の処理を行う。
EInR(α)=EIn(α)/EInmax
(5) The analysis processing device 16 determines that the normal combustion state emission intensity EIn (α) is a peak ratio value obtained by setting the previously obtained maximum normal combustion state emission intensity EIn max to 100%. The following processing for converting to EInR (α) is performed.
EInR (α) = EIn (α) / EIn max

(6)解析処理装置16は、前記正常燃焼状態発光強度ピーク比値EInR(α)が、下記のように所定の基準発光強度ピーク比値A以上となる、クランク回転角の第1領域を求める。
EInR(α)≧A
第1領域の両端となる第1クランク回転角α1および第2クランク回転角α2を求める。これらの第1クランク回転角α1と第2クランク回転角α2との差である正常燃焼状態クランク回転角度幅Dnを算出し、データ記録装置15に記録する。
Dn=α2−α1
所定の基準発光強度ピーク比値Aは、好適には85%以上の値である。
(6) The analysis processing device 16 obtains the first region of the crank rotation angle where the normal combustion state light emission intensity peak ratio value EInR (α) is equal to or greater than a predetermined reference light emission intensity peak ratio value A as described below. .
EInR (α) ≧ A
A first crank rotation angle α1 and a second crank rotation angle α2 that are both ends of the first region are obtained. A normal combustion state crank rotation angle width Dn, which is the difference between the first crank rotation angle α1 and the second crank rotation angle α2, is calculated and recorded in the data recording device 15.
Dn = α2-α1
The predetermined reference light emission intensity peak ratio value A is preferably a value of 85% or more.

[内燃機関の判定燃焼状態における判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddの算出]
(1)内燃機関Eの燃焼状態の判定を求める判定燃焼状態における内燃機関Eの燃焼室30内の火炎に含まれる燃焼生成物の発光するスペクトルを、燃焼室30内に先端が突設された光学プローブ2から入射させ、光ファイバ3を介して分光器4に到達させる。
[Calculation of Determination Combustion State Crank Rotation Angle Width Dd in Determination Combustion State of Internal Combustion Engine]
(1) Determination for determining the combustion state of the internal combustion engine E The tip of the combustion chamber 30 is projected from the emission spectrum of the combustion products contained in the flame in the combustion chamber 30 of the internal combustion engine E in the combustion state. The light is incident from the optical probe 2 and reaches the spectroscope 4 through the optical fiber 3.

(2)入射された燃焼光は、分光器4において、燃焼生成物の内から選択した1つの物質のラジカル発光の波長領域に分光される。本実施例では、分光器4のダイクロイックミラー5とバンドパスフィルタ6により、OHラジカル発光の波長領域である307.5nmの波長に分光される。   (2) The incident combustion light is split by the spectroscope 4 into the radical emission wavelength region of one substance selected from the combustion products. In the present embodiment, the dichroic mirror 5 and the bandpass filter 6 of the spectroscope 4 split the light into a wavelength of 307.5 nm which is a wavelength region of OH radical emission.

(3)この内燃機関Eの判定燃焼状態において、内燃機関Eのクランク回転角βの0.1度ごとのOHラジカル発光強度EI(β)が計測され、データ記録装置15に送られて記録される。以下この判定燃焼状態におけるクランク回転角αにおけるOHラジカル発光の波長領域に分光された発光強度を、判定燃焼状態発光強度EId(β)という。   (3) In the determined combustion state of the internal combustion engine E, the OH radical emission intensity EI (β) is measured every 0.1 degrees of the crank rotation angle β of the internal combustion engine E, sent to the data recording device 15 and recorded. Hereinafter, the emission intensity dispersed in the wavelength region of OH radical emission at the crank rotation angle α in the determined combustion state is referred to as determined combustion state emission intensity EId (β).

(4)データ記録装置15に記録された内燃機関Eの判定燃焼状態発光強度EId(β)が解析処理装置16に読み出され、解析処理装置16は、内燃機関Eの1サイクル中における判定燃焼状態発光強度EId(β)の最大値である最大判定燃焼状態発光強度EIdmaxを求める処理を行う。 (4) The determined combustion state emission intensity EId (β) of the internal combustion engine E recorded in the data recording device 15 is read out to the analysis processing device 16, and the analysis processing device 16 performs the determined combustion in one cycle of the internal combustion engine E. performs processing for obtaining the maximum determined combustion state emission intensity EId max is the maximum value of the state emission intensity EId (beta).

(5)解析処理装置16は、判定燃焼状態発光強度EId(β)を、先に求めた最大判定燃焼状態発光強度(EIdmax)を100%としたピーク比値である判定燃焼状態発光強度ピーク比値EIdR(β)に換算する下記の処理を行う。
EIdR(β)=EId(β)/EIdmax
(5) The analysis processing device 16 determines the determined combustion state luminescence intensity EId (β) as a peak ratio value where the previously determined maximum determined combustion state luminescence intensity (EId max ) is 100%. The following processing for converting to the ratio value EIdR (β) is performed.
EIdR (β) = EId (β) / EId max

(6)解析処理装置16は、下記のように、前記判定燃焼状態発光強度ピーク比値EIdR(β)が基準発光強度ピーク比値A以上となるクランク回転角の第2領域を求める。
EInd(β)≧A
第2領域の両端となる第3クランク回転角β1および第4クランク回転角β2を求める。これらの第3クランク回転角β1と第4クランク回転角β2との差である判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddを算出する。
Dd=β2−β1
(6) The analysis processing device 16 obtains the second region of the crank rotation angle where the determined combustion state light emission intensity peak ratio value EIdR (β) is equal to or greater than the reference light emission intensity peak ratio value A as described below.
End (β) ≧ A
A third crank rotation angle β1 and a fourth crank rotation angle β2 that are both ends of the second region are obtained. A determination combustion state crank rotation angle width Dd that is a difference between the third crank rotation angle β1 and the fourth crank rotation angle β2 is calculated.
Dd = β2-β1

内燃機関Eの燃焼の1サイクル中に、第2領域が2つ以上ある場合には、1サイクル中における最初の第2領域の両端の第3クランク回転角β1および第4クランク回転角β2との幅を、判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddとして算出する。なお、内燃機関Eの1サイクルは、吸入行程から始まるものとし、順に、吸入行程、圧縮行程、燃焼・膨張行程、排気行程で1サイクルとなっている。   When there are two or more second regions in one cycle of combustion of the internal combustion engine E, the third crank rotation angle β1 and the fourth crank rotation angle β2 at both ends of the first second region in one cycle The width is calculated as the determined combustion state crank rotation angle width Dd. Note that one cycle of the internal combustion engine E starts from the intake stroke, and in that order is one cycle in the intake stroke, the compression stroke, the combustion / expansion stroke, and the exhaust stroke.

[燃焼状態の判定]
解析処理装置16は、正常燃焼状態クランク回転角度幅Dnをデータ記録装置から読み出し、判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddの大きさを正常燃焼状態クランク回転角度幅Dnと対比することにより、判定燃焼状態における内燃機関Eの燃焼状態が異常燃焼状態であるか否かを判定する。
このとき、判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddが正常燃焼状態クランク回転角度幅Dnより大きい場合、すなわち、
Dd>Dn
の場合には、非ノッキング状態すなわち正常燃焼状態と判定し、
判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddが正常燃焼状態クランク回転角度幅Dn以下の場合、すなわち、
Dd≦Dn
の場合には、ノッキング状態すなわち異常燃焼状態と判定する。
[Judgment of combustion state]
The analysis processing device 16 reads out the normal combustion state crank rotation angle width Dn from the data recording device, and compares the determined combustion state crank rotation angle width Dd with the normal combustion state crank rotation angle width Dn, thereby determining the determined combustion state. It is determined whether or not the combustion state of the internal combustion engine E is an abnormal combustion state.
At this time, when the determined combustion state crank rotation angle width Dd is larger than the normal combustion state crank rotation angle width Dn, that is,
Dd> Dn
In the case of non-knocking state, that is, normal combustion state,
When the determination combustion state crank rotation angle width Dd is equal to or less than the normal combustion state crank rotation angle width Dn, that is,
Dd ≦ Dn
In this case, the knocking state, that is, the abnormal combustion state is determined.

[あらかじめ基準クランク回転角度幅Bを入力しておく判定方法]
前記した内燃機関燃焼状態判定方法では、その都度、その内燃機関Eの正常燃焼状態における正常燃焼状態発光強度EIn(α)を計測して正常燃焼状態クランク回転角度幅Dnを算出し、判定燃焼状態の判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddと対比して、内燃機関Eの燃焼状態を判定しているが、内燃機関Eの正常燃焼状態発光強度EIn(α)を計測しなくとも、あらかじめデータ記録装置15に基準クランク回転角度幅Bを入力しておいてもよい。この基準クランク回転角度幅Bは、好適には、0°より大きく6°以下の範囲内であって、最適には0°より大きく4°以下である。
[Judgment method to input the reference crank rotation angle width B in advance]
In the internal combustion engine combustion state determination method described above, the normal combustion state emission intensity EIn (α) in the normal combustion state of the internal combustion engine E is measured to calculate the normal combustion state crank rotation angle width Dn, and the determined combustion state The combustion state of the internal combustion engine E is determined in comparison with the determined combustion state crank rotation angle width Dd. However, the data recording device can be used in advance without measuring the normal combustion state emission intensity EIn (α) of the internal combustion engine E. The reference crank rotation angle width B may be input to 15. The reference crank rotation angle width B is preferably in the range of more than 0 ° and not more than 6 °, and optimally more than 0 ° and not more than 4 °.

この場合、まず前記したように判定燃焼状態において燃焼室30内の燃焼光を分光して、判定燃焼状態発光強度EId(β)を計測し、解析処理装置16により判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddを算出する。   In this case, first, as described above, in the determined combustion state, the combustion light in the combustion chamber 30 is dispersed, the determined combustion state emission intensity EId (β) is measured, and the analysis processing device 16 determines the determined combustion state crank rotation angle width Dd. Is calculated.

解析処理装置16は、基準クランク回転角度幅Bをデータ記録装置から読み出し、判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddの大きさを基準クランク回転角度幅Bと対比することにより、判定燃焼状態における内燃機関Eの燃焼状態が異常燃焼状態であるか否かを判定する。
このとき、判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddが基準クランク回転角度幅Bより大きい場合、すなわち
Dd>B
の場合には、非ノッキング状態すなわち正常燃焼状態と判定し、
判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddが基準クランク回転角度幅B以下の場合、すなわち
Dd≦B
の場合には、ノッキング状態すなわち異常燃焼状態と判定する。
The analysis processing device 16 reads the reference crank rotation angle width B from the data recording device, and compares the determined combustion state crank rotation angle width Dd with the reference crank rotation angle width B to thereby determine the internal combustion engine E in the determined combustion state. It is determined whether the combustion state is an abnormal combustion state.
At this time, when the determined combustion state crank rotation angle width Dd is larger than the reference crank rotation angle width B, that is, Dd> B
In the case of non-knocking state, that is, normal combustion state,
Determination combustion state When the crank rotation angle width Dd is equal to or less than the reference crank rotation angle width B, that is, Dd ≦ B
In this case, the knocking state, that is, the abnormal combustion state is determined.

[本発明の内燃機関燃焼状態判定方法の原理および検証]
本発明の内燃機関燃焼状態判定装置1およびこれを用いた内燃機関燃焼状態判定方法における、内燃機関Eの燃焼状態が異常であるか否かについての判定する方法の原理およびその検証を以下詳しく説明する。
[Principle and Verification of Internal Combustion Engine Combustion State Determination Method of the Present Invention]
In the internal combustion engine combustion state determination apparatus 1 and the internal combustion engine combustion state determination method using the same according to the present invention, the principle of the method for determining whether or not the combustion state of the internal combustion engine E is abnormal and the verification thereof will be described in detail below. To do.

下記の表1にしめされた性能の小型2輪車用の4ストローク水冷式単気筒の内燃機関Eを、内燃機関燃焼状態判定装置1を使用して、各種条件において稼働させ、燃焼室30内の筒内圧力P(α)およびOHラジカル発光強度EI(α)を、クランク回転角αの0.1度ごとに計測して検証することとする。   A 4-stroke water-cooled single-cylinder internal combustion engine E for a small two-wheeled vehicle having the performance shown in Table 1 below is operated under various conditions by using the internal combustion engine combustion state determination device 1, and the combustion chamber 30 is operated. The in-cylinder pressure P (α) and the OH radical emission intensity EI (α) are measured and verified every 0.1 degrees of the crank rotation angle α.

表1

Figure 2016180343
Table 1
Figure 2016180343

[光学プローブ取付け位置の検証]
本実施例の内燃機関燃焼状態判定装置1に用いられる光学プローブ2の燃焼室30内への最適な取付け位置を検証する。図2に示されるように、光学プローブ2を上壁部30aのA点、B点、C点、D点の各位置に取り付け、P点に圧力測定器9を取付け、運転条件を、エンジン速度6000rpm、スロットル開度100%として、点火時期を進角させることでノッキングを意図的に発生させ、クランク回転角(α)ごとにOHラジカル発光強度EI(α)および筒内圧力P(α)を計測した。図2に示されるように、A点は上壁部30aの排気弁口32側の燃焼室30の末端に、B点およびC点は吸気弁口31および排気弁口32の中間の燃焼室末端に、D点は吸気弁口31側の燃焼室30の末端にそれぞれ位置する点である。
[Verification of optical probe mounting position]
The optimum mounting position of the optical probe 2 used in the internal combustion engine combustion state determination apparatus 1 of this embodiment in the combustion chamber 30 is verified. As shown in FIG. 2, the optical probe 2 is attached to each of the points A, B, C, and D of the upper wall portion 30a, the pressure measuring device 9 is attached to the point P, and the operating conditions are defined as the engine speed. Knocking is intentionally generated by advancing the ignition timing at 6000 rpm and throttle opening 100%, and the OH radical emission intensity EI (α) and in-cylinder pressure P (α) are set for each crank rotation angle (α). Measured. As shown in FIG. 2, point A is at the end of the combustion chamber 30 on the exhaust valve port 32 side of the upper wall portion 30a, and points B and C are the end of the combustion chamber between the intake valve port 31 and the exhaust valve port 32. In addition, point D is a point located at the end of the combustion chamber 30 on the intake valve port 31 side.

光学プローブ2の各位置において計測されたOHラジカル発光強度EI(α)を、それぞれの1サイクル中の最大OHラジカル発光強度EImaxで除して、OHラジカル発光強度ピーク比値EIR(α)としたものと、筒内圧力P(α)を縦軸とし、クランク回転角αを横軸としたグラフを図4に示す。以下、クランク回転角αを横軸とし、OHラジカル発光強度ピーク比値EIR(α)を縦軸として表したグラフの形状を、OHラジカル発光強度波形と定義し、クランク回転角αを横軸とし、筒内圧力P(α)を縦軸として表したグラフの形状を、筒内圧力波形と定義する。 The OH radical emission intensity EI (α) measured at each position of the optical probe 2 is divided by the maximum OH radical emission intensity EI max in each cycle to obtain the OH radical emission intensity peak ratio value EIR (α). FIG. 4 is a graph in which the in-cylinder pressure P (α) is the vertical axis and the crank rotation angle α is the horizontal axis. Hereinafter, the shape of the graph with the crank rotation angle α as the horizontal axis and the OH radical emission intensity peak ratio EIR (α) as the vertical axis is defined as the OH radical emission intensity waveform, and the crank rotation angle α as the horizontal axis. The shape of the graph representing the in-cylinder pressure P (α) as the vertical axis is defined as the in-cylinder pressure waveform.

図4のグラフによると、筒内圧力波形は、クランク回転角の10度付近から振動し始め、ノッキング発生時特有の波形を示している。また、OHラジカル発光強度波形では、A点のOHラジカル発光強度波形が他点のものに対して振幅が最も大きい値を示していることが確認できた。また、ノッキング状態における混合気の自着火は、燃焼室30の吸気弁口31側で発生するとの報告もある。以上より、光学プローブ2の取付け位置はA点が最適であると検証できた。   According to the graph of FIG. 4, the in-cylinder pressure waveform starts to oscillate from around 10 degrees of the crank rotation angle, and shows a waveform unique to the occurrence of knocking. Further, in the OH radical emission intensity waveform, it was confirmed that the OH radical emission intensity waveform at the point A showed the largest value with respect to the other points. There is also a report that the self-ignition of the air-fuel mixture in the knocking state occurs on the intake valve port 31 side of the combustion chamber 30. From the above, it was verified that the point A was optimal for the mounting position of the optical probe 2.

[内燃機関の各種燃焼状態とOHラジカル発光強度との関係の検証]
次に、上記内燃機関Eを、各種燃焼状態において、高負荷運転条件および低負荷運転条件で、クランク回転角(α)ごとにOHラジカル発光強度EI(α)および筒内圧力P(α)を計測し、内燃機関Eの各種燃焼状態とOHラジカル発光強度との関係について検証した。
[Verification of relationship between various combustion states and OH radical emission intensity of internal combustion engine]
Next, the OH radical emission intensity EI (α) and in-cylinder pressure P (α) are set for each crank rotation angle (α) of the internal combustion engine E in various combustion states under high load operation conditions and low load operation conditions. Measurements were made to verify the relationship between various combustion states of the internal combustion engine E and OH radical emission intensity.

この実験においては、内燃機関Eの点火時期を変更することにより、内燃機関Eの各種燃焼状態を作り出した。まず、内燃機関Eの燃焼状態において、ノッキングが発生していない非ノッキング状態を作り出し、この非ノッキング状態の点火時期から徐々に点火時期を進角させてノッキングが生じ始める限界であるトレースノッキング状態と、さらに点火時期を進角させて激しいノッキングが発生しているヘビーノッキング状態を作り出して、それぞれ、内燃機関Eの高負荷運転条件下および低負荷運転条件下において実験を行った。   In this experiment, various combustion states of the internal combustion engine E were created by changing the ignition timing of the internal combustion engine E. First, in the combustion state of the internal combustion engine E, a non-knocking state in which knocking has not occurred is created, and a trace knocking state, which is a limit at which knocking starts to occur by gradually advancing the ignition timing from the ignition timing in this non-knocking state, Further, the ignition timing was advanced to create a heavy knocking state in which intense knocking occurred, and experiments were performed under the high load operation condition and the low load operation condition of the internal combustion engine E, respectively.

それぞれの状態において、クランク回転角αごとの燃焼室30内の筒内圧力P(α)およびOHラジカル発光強度EI(α)を計測し、内燃機関Eのそれぞれの1サイクル中のOHラジカル発光強度EI(α)の最大値である最大OHラジカル発光強度EImaxを求め、OHラジカル発光強度EI(α)を最大OHラジカル発光強度EImaxで除して、OHラジカル発光強度ピーク比値EIR(α)を求める。OHラジカル発光強度EI(α)は、光学電子倍増管7のアンプゲインにより異なるため、最大値を100%とした比率のOHラジカル発光強度ピーク比値EIR(α)として扱うこととした。その結果を、横軸をクランク回転角αとし、縦軸を燃焼室30内の筒内圧力P(α)およびOHラジカル発光強度EI(α)としたグラフにし図5ないし図10に示す。 In each state, the in-cylinder pressure P (α) and the OH radical emission intensity EI (α) in the combustion chamber 30 for each crank rotation angle α are measured, and the OH radical emission intensity in each cycle of the internal combustion engine E is measured. The maximum OH radical emission intensity EI max which is the maximum value of EI (α) is obtained, the OH radical emission intensity EI (α) is divided by the maximum OH radical emission intensity EI max , and the OH radical emission intensity peak ratio EIR (α ) Since the OH radical emission intensity EI (α) varies depending on the amplifier gain of the optical electron multiplier 7, it is treated as the OH radical emission intensity peak ratio value EIR (α) with a maximum value of 100%. The results are shown in FIG. 5 to FIG. 10 as graphs in which the horizontal axis is the crank rotation angle α and the vertical axis is the in-cylinder pressure P (α) and OH radical emission intensity EI (α) in the combustion chamber 30.

高負荷運転条件として上記内燃機関Eをエンジン速度6000rpm、スロットル開度100%の条件下で運転し、非ノッキング状態、トレースノッキング状態およびヘビーノッキング状態において計測し、これらの結果を図4ないし図6のグラフに示した。   The internal combustion engine E is operated as a high load operating condition under the conditions of an engine speed of 6000 rpm and a throttle opening degree of 100%, and measurements are made in a non-knocking state, a trace knocking state, and a heavy knocking state, and these results are shown in FIGS. It was shown in the graph.

また、低負荷運転条件として上記内燃機関Eをエンジン速度3000rpm、スロットル開度20%の条件下で運転しで、非ノッキング状態、トレースノッキング状態、ヘビーノッキング状態において計測し、これらの結果を図7ないし図10のグラフに示した。   Further, as a low load operation condition, the internal combustion engine E was operated under the conditions of an engine speed of 3000 rpm and a throttle opening of 20%, and measurement was performed in a non-knocking state, a trace knocking state, and a heavy knocking state. Or shown in the graph of FIG.

これらの図4ないし図10を対比すると、図4および図8に示されるように、非ノッキング状態においては、内燃機関Eの負荷の状態にかかわらず、OHラジカル発光強度波形は、なだらかな山型を示している。   4 to FIG. 10, as shown in FIG. 4 and FIG. 8, in the non-knocking state, the OH radical emission intensity waveform is a gentle mountain shape regardless of the load state of the internal combustion engine E. Is shown.

また、図5および図9に示されるように、トレースノッキング状態においては、内燃機関Eの負荷の状態にかかわらず、OHラジカル発光強度波形は、非ノッキング状態の波形に比べて、ピークの形状が鋭く尖った形状を示している。   Further, as shown in FIG. 5 and FIG. 9, in the trace knocking state, the OH radical emission intensity waveform has a peak shape as compared with the waveform in the non-knocking state, regardless of the load state of the internal combustion engine E. It shows a sharp and sharp shape.

さらに、図6および図10に示されるように、ヘビーノッキング状態では、内燃機関Eの負荷の状態にかかわらず、トレースノッキング状態に比べて、OHラジカル発光強度波形は、さらにピークの鋭さが増した。   Furthermore, as shown in FIGS. 6 and 10, in the heavy knocking state, the peak of the OH radical emission intensity waveform is further increased compared to the trace knocking state regardless of the load state of the internal combustion engine E. .

非ノッキング状態からヘビーノッキング状態のOHラジカル発光強度波形を観察することで、内燃機関の運転の状態によらず、その波形に一定の特徴があることが確認できた。OHラジカル発光強度ピーク比値すなわちOHラジカル発光強度からもノッキング現象をとらえることが可能であることが示された。   By observing the OH radical emission intensity waveform from the non-knocking state to the heavy knocking state, it was confirmed that the waveform had certain characteristics regardless of the operating state of the internal combustion engine. It was shown that the knocking phenomenon can be detected from the OH radical emission intensity peak ratio value, that is, the OH radical emission intensity.

[OHラジカル発光強度波形と、筒内圧力波形の関連性についての検証]
次に、ノッキング状態におけるOHラジカル発光強度波形と、筒内圧力波形の関連性について検証する。これらの関連性を検証するために、内燃機関Eの同一運転条件において、クランク回転角αに対する筒内圧力P(α)およびOHラジカル発光強度EI(α)について、200サイクル分収録し、筒内圧力波形が振動しているサイクルを抽出した。
[Verification of relationship between OH radical emission intensity waveform and in-cylinder pressure waveform]
Next, the relationship between the OH radical emission intensity waveform in the knocking state and the in-cylinder pressure waveform is verified. In order to verify these relationships, 200 cycles were recorded for in-cylinder pressure P (α) and OH radical emission intensity EI (α) with respect to crank rotation angle α under the same operating conditions of internal combustion engine E. A cycle in which the pressure waveform was oscillating was extracted.

代表例として、内燃機関Eの運転条件がエンジン速度3000rpm、スロットル開度20%であり、ヘビーノッキング状態において、クランク回転角αに対する筒内圧力P(α)およびOHラジカル発光強度EI(α)について測定した。その測定結果のOHラジカル発光強度波形および筒内圧力波形のグラフを図11に示す。筒内圧力波形が振動を開始するクランク回転角αは、上死点後11度付近であり、その時にOHラジカル発光強度ピーク比値は、約85%を示していることが確認された。すなわち、ノッキングが発生し始める基準として、所定の発光強度ピーク比値を用いることが可能であることが分かった。この所定の発光強度ピーク比値を基準発光強度ピーク比値Aと名付ける。前述の実験結果を表した図11により、該基準発光強度ピーク比値Aは、好適には85%以上95%以下であると検証された。   As a typical example, the operating conditions of the internal combustion engine E are an engine speed of 3000 rpm, a throttle opening of 20%, and in a heavy knocking state, the in-cylinder pressure P (α) and the OH radical emission intensity EI (α) with respect to the crank rotation angle α. It was measured. FIG. 11 shows a graph of the OH radical emission intensity waveform and in-cylinder pressure waveform of the measurement results. The crank rotation angle α at which the in-cylinder pressure waveform starts to oscillate was around 11 degrees after top dead center, and at that time, it was confirmed that the OH radical emission intensity peak ratio value showed about 85%. That is, it has been found that a predetermined emission intensity peak ratio value can be used as a reference for starting knocking. This predetermined light emission intensity peak ratio value is referred to as a reference light emission intensity peak ratio value A. FIG. 11 showing the above experimental results verified that the reference light emission intensity peak ratio value A is preferably 85% or more and 95% or less.

次に、内燃機関Eのノッキング状態と、非ノッキング状態の代表サイクルにおけるOHラジカル発光強度波形を図12に示す。ここでは基準発光強度ピーク比値Aを85%とし、OHラジカル発光強度ピーク比値EIR(α)が、該基準発光強度ピーク比値A以上となる領域を求め、該領域の両端のクランク回転角の幅であるクランク回転角度幅Dを測定した。   Next, FIG. 12 shows OH radical emission intensity waveforms in a representative cycle of the internal combustion engine E in the knocking state and the non-knocking state. Here, a reference light emission intensity peak ratio value A is set to 85%, a region where the OH radical light emission intensity peak ratio value EIR (α) is equal to or greater than the reference light emission intensity peak ratio value A is obtained, and crank rotation angles at both ends of the region are obtained. The crank rotation angle width D, which is the width of, was measured.

図12に示されるように、ノッキング状態の代表サイクルでは、基準発光強度ピーク比値以上となる領域のクランク回転角度幅Dは3度である。一方、非ノッキング状態の代表サイクルにおける基準発光強度ピーク比値以上となる領域のクランク回転角度幅Dは、ノッキング状態よりも大きい7度であることが確認された。   As shown in FIG. 12, in the representative cycle in the knocking state, the crank rotation angle width D is 3 degrees in the region where the reference light emission intensity peak ratio value is greater than or equal to. On the other hand, it was confirmed that the crank rotation angle width D of the region that is equal to or higher than the reference light emission intensity peak ratio value in the representative cycle in the non-knocking state is 7 degrees that is larger than that in the knocking state.

内燃機関Eの燃焼状態を光学プローブ2で検出すると、ノッキング状態における燃焼では、点火プラグからの火炎の伝播による発光と自着火による発光の合成光が、光学プローブ2の視野角内で検出されるため、図12に示されるように、OHラジカル発光強度波形は、ピークが鋭く尖った形状となっている。一方、非ノッキング状態における燃焼では、点火プラグからの火炎の伝播による発光のみが、光学プローブ2の視野角内で検出されるため、OHラジカル発光強度波形は、そのピークが丸みを帯びた形状を示している。このことより、ピークの形状が尖った形状であるか、あるいは丸みを帯びた形状であるかによって、基準発光強度ピーク比値以上の領域のクランク回転角度幅Dに差が生じたと考えられる。この結果から、内燃機関の燃焼状態の判定を求める判定燃焼状態において、基準発光強度ピーク比値A以上の領域のクランク回転角度幅Dである判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddを読み取ることで、内燃機関Eの燃焼状態が、ノッキング状態であるか、非ノッキング状態であるかを判定することができると考えられた。   When the combustion state of the internal combustion engine E is detected by the optical probe 2, in the combustion in the knocking state, the combined light of the light emission due to the propagation of the flame from the spark plug and the light emission due to self-ignition is detected within the viewing angle of the optical probe 2. Therefore, as shown in FIG. 12, the OH radical emission intensity waveform has a sharp and sharp peak. On the other hand, in combustion in a non-knock state, only light emission due to the propagation of flame from the spark plug is detected within the viewing angle of the optical probe 2, so that the OH radical emission intensity waveform has a rounded shape. Show. From this, it is considered that there is a difference in the crank rotation angle width D in a region equal to or greater than the reference light emission intensity peak ratio value depending on whether the peak shape is a sharp shape or a rounded shape. From this result, in the determination combustion state for determining the combustion state of the internal combustion engine, the determination combustion state crank rotation angle width Dd which is the crank rotation angle width D in the region of the reference light emission intensity peak ratio value A or more is read. It was considered that it was possible to determine whether the combustion state of the engine E was a knocking state or a non-knocking state.

次に、OHラジカル発光強度ピーク比値が基準発光強度ピーク比値A以上となる領域のクランク回転角度幅Dを読み取ることで、内燃機関Eの燃焼状態が、ノッキング状態であるか、非ノッキング状態であるかを判定する内燃機関燃焼状態判定方法の妥当性ついて、内燃機関の各種負荷状態および燃焼状態において実験することにより検証した。   Next, by reading the crank rotation angle width D in the region where the OH radical emission intensity peak ratio value is equal to or greater than the reference emission intensity peak ratio value A, the combustion state of the internal combustion engine E is knocking or non-knocking The validity of the internal combustion engine combustion state determination method for determining whether or not the internal combustion engine is in the range of the load state and the combustion state of the internal combustion engine was verified.

妥当性検証のために、非ノッキング状態から点火時期を進角し、トレースノッキング、ライトノッキング、ヘビーノッキングの各ノッキング状態を発生させ、条件ごとに200サイクルの収録を行い、基準発光強度ピーク比値A以上の領域のクランク回転角度幅Dの分布を確認した。本試験においては、基準発光強度ピーク比値Aを最適な値である85%として行った。なお、トレースノッキングの発生点火時期は、測定者による筒内圧力波形の観察と聴感により決定した。このトレースノッキングが発生した点火時期を「トレースノッキング開始時期(Starting point of trace knocking)」といい、以下SKと略して表示する。また、非ノッキング状態の点火時期は、SKから十分に遅角した-3度とし、ライトノッキング状態の点火時期はSKから+3度、ヘビーノッキング状態の点火時期はSKから+5度進角した時期とした。運転条件と点火時期を表2に示す。   For validity verification, the ignition timing is advanced from the non-knock state, trace knocking, light knocking, heavy knocking knocking states are generated, 200 cycles are recorded for each condition, and the standard emission intensity peak ratio value The distribution of the crank rotation angle width D in the region A or higher was confirmed. In this test, the reference light emission intensity peak ratio value A was set to 85% which is an optimum value. The ignition timing of occurrence of trace knocking was determined by observation and hearing of the in-cylinder pressure waveform by the measurer. The ignition timing at which this trace knocking occurs is called “Starting point of trace knocking”, and is hereinafter abbreviated as SK. In addition, the ignition timing in the non-knocking state is −3 degrees sufficiently retarded from SK, the ignition timing in the light knocking state is advanced by +3 degrees from SK, and the ignition timing in the heavy knocking state is advanced by +5 degrees from SK. It was time. Table 2 shows operating conditions and ignition timing.

表2

Figure 2016180343
Table 2
Figure 2016180343

内燃機関の上記各燃焼状態において、基準発光強度ピーク比値A(85%)以上の領域のクランク回転角度幅Dごとの出現頻度を図13に示した。非ノッキング状態では、基準発光強度ピーク比値A以上となる領域のクランク回転角度幅Dは、7度以上に多く分布する。トレースノッキング状態では、クランク回転角度幅Dが6度以下となるサイクルの累積頻度は約5.5%であった。さらに、ライトノッキング状態およびヘビーノッキング状態では、クランク回転角度幅Dは、図13において破線で囲まれる領域に示されるように、4度以下に明確なピークを持つ分布となった。このことより、ノッキング状態が発生していると、基準発光強度ピーク比値A以上となる領域のクランク回転角度幅Dは約0度より大きく6度以下の範囲において、非ノッキング状態と比較して出現率が高まることが分かった。さらにクランク回転角度幅Dは約0度より大きく4度以下の範囲において、非ノッキング状態と比較して出現率がさらに高まることが分かった。   FIG. 13 shows the appearance frequency for each crank rotation angle width D in the region of the reference emission intensity peak ratio value A (85%) or more in each combustion state of the internal combustion engine. In the non-knocking state, the crank rotation angle width D in a region where the reference light emission intensity peak ratio value A is equal to or greater than 7 degrees is distributed. In the trace knocking state, the cumulative frequency of the cycle in which the crank rotation angle width D is 6 degrees or less was about 5.5%. Further, in the light knocking state and the heavy knocking state, the crank rotation angle width D has a distribution having a clear peak of 4 degrees or less as shown in the region surrounded by the broken line in FIG. From this, when the knocking state occurs, the crank rotation angle width D in the region where the reference light emission intensity peak ratio value A or more is larger than about 0 degree and 6 degrees or less is compared with the non-knocking state. It has been found that the appearance rate increases. Further, it has been found that the appearance rate is further increased in the range of the crank rotation angle width D from about 0 degree to 4 degrees or less as compared with the non-knocking state.

この結果より、内燃機関Eの燃焼状態の判定を求める判定燃焼状態において、基準発光強度ピーク比値A以上の領域のクランク回転角度幅Dである判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddを読み取ることで、内燃機関Eの燃焼状態が、ノッキング状態であるか否かを判定することができることが検証できた。図13より、判定を求める判定燃焼状態における判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddと対比して、ノッキング状態であるか否かを判定するための基準となる基準クランク回転角度幅Bは、好適には0度以上6度以下、最適には0°より大きく4°以下であると検証できた。   From this result, in the determination combustion state for determining the combustion state of the internal combustion engine E, by reading the determination combustion state crank rotation angle width Dd that is the crank rotation angle width D in the region of the reference light emission intensity peak ratio value A or more, It has been verified that it is possible to determine whether or not the combustion state of the internal combustion engine E is a knocking state. From FIG. 13, the reference crank rotation angle width B serving as a reference for determining whether or not the knocking state is compared with the determination combustion state crank rotation angle width Dd in the determination combustion state for which determination is obtained is preferably It was verified that the angle was not less than 0 degrees and not more than 6 degrees, optimally greater than 0 ° and not more than 4 °.

内燃機関Eの燃焼状態を判定するにあたって、内燃機関Eの各種の運転条件にかかわらず、基準発光強度ピーク比値Aおよび基準クランク回転角度幅Bを用いて、ノッキング状態であるか否かを判定できるかについての妥当性を検証するために、内燃機関Eの着火回数や負荷率が異なるエンジン速度違い、燃焼室内やシリンダー壁温度が異なるエンジン冷却水温度違い、そして圧縮比とバルブタイミングの変更を行って、各種条件下における焼状態発光強度EI(α)を計測して検証を行った。この試験では、基準発光強度ピーク比値Aを最適の85%とし、基準クランク回転角度幅Bを最適の0°より大きく4°以下として検証を行った。   When determining the combustion state of the internal combustion engine E, it is determined whether or not it is in the knocking state using the reference light emission intensity peak ratio value A and the reference crank rotation angle width B regardless of various operating conditions of the internal combustion engine E. In order to verify the validity of the possibility of internal combustion engine E, the number of ignitions and the load rate differ, the engine speed differs, the combustion chamber and cylinder wall temperatures differ, the engine coolant temperature differs, and the compression ratio and valve timing change. Then, the firing state emission intensity EI (α) under various conditions was measured and verified. In this test, the reference light emission intensity peak ratio value A was set to 85%, and the reference crank rotation angle width B was set to be larger than the optimum 0 ° and 4 ° or less.

内燃機関Eのエンジン速度違いでの運転条件を下記の表3に示す。エンジン速度は、6000rpm、6500rpm、7000rpm、75000rpm、8000rpmの5種類条件とし、各条件とも200サイクル計測を行った。   The operating conditions of the internal combustion engine E at different engine speeds are shown in Table 3 below. The engine speed was five conditions of 6000 rpm, 6500 rpm, 7000 rpm, 75000 rpm, and 8000 rpm, and 200 cycles were measured for each condition.

表3

Figure 2016180343
Table 3
Figure 2016180343

この実験により測定した各種の燃焼状態におけるOHラジカル発光強度EI(α)に基づいて、前述した方法により算出した判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddが、基準クランク回転角度幅B(4度)以下となる累積頻度のエンジン回転数ごと各種点火タイミングにおける結果を図14に示した。この累積頻度は、図14の破線で囲まれている領域に示されるように、エンジン速度が速い程、大きくなる傾向にあり、さらに点火時期の進角量が大きくなる程、大きくなる傾向を示している。   Based on the OH radical emission intensity EI (α) in various combustion states measured by this experiment, the determined combustion state crank rotation angle width Dd calculated by the above-described method is equal to or less than the reference crank rotation angle width B (4 degrees). The results at various ignition timings are shown in FIG. As shown in the area surrounded by the broken line in FIG. 14, this cumulative frequency tends to increase as the engine speed increases, and further increases as the advance amount of the ignition timing increases. ing.

次に、燃焼室内やシリンダー壁温度が異なる条件として、エンジン冷却水温度を変更して実験を行った。エンジン運転条件は、下記の表4に示すように、エンジン速度8000rpm、スロットル開度100%とし、エンジン冷却水温度は、ラジエータへ供給する冷却風の風量を調節することで73℃および93℃の2種類の試験を行った。   Next, an experiment was conducted by changing the engine coolant temperature under the condition that the temperature in the combustion chamber and the cylinder wall were different. As shown in Table 4 below, the engine operating conditions are an engine speed of 8000 rpm, a throttle opening of 100%, and the engine cooling water temperature is 73 ° C and 93 ° C by adjusting the amount of cooling air supplied to the radiator. Two types of tests were performed.

表4

Figure 2016180343
Table 4
Figure 2016180343

この実験により測定した各種の燃焼状態におけるOHラジカル発光強度EI(α)に基づいて、前述した方法により算出した判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddが、基準クランク回転角度幅B(4度)以下となる累積頻度のエンジン冷却水温度ごと各種点火タイミングにおける結果を図15に示した。累積頻度は、同一点火時期においても、冷却水温度が高くなると頻度が増加することが確認された。   Based on the OH radical emission intensity EI (α) in various combustion states measured by this experiment, the determined combustion state crank rotation angle width Dd calculated by the above-described method is equal to or less than the reference crank rotation angle width B (4 degrees). FIG. 15 shows the results at various ignition timings for each engine coolant temperature at the cumulative frequency. It was confirmed that the cumulative frequency increases as the coolant temperature increases even at the same ignition timing.

次に、圧縮比を変更して実験を行った。エンジン運転条件は、下記の表5に示すように、エンジン速度8000rpm、スロットル開度100%、エンジン冷却水温度93℃とし、圧縮比の変更は、ピストントップ形状の変更では、熱損失の影響も考えられるため、シリンダヘッドガスケットの厚さを調整することで、11.0および11.7の2種類の試験を行った。   Next, the experiment was performed by changing the compression ratio. As shown in Table 5 below, the engine operating conditions are an engine speed of 8000 rpm, a throttle opening of 100%, an engine cooling water temperature of 93 ° C., and the compression ratio is changed by changing the piston top shape. Therefore, two types of tests, 11.0 and 11.7, were performed by adjusting the thickness of the cylinder head gasket.

表5

Figure 2016180343
Table 5
Figure 2016180343

この実験により測定した各種の燃焼状態におけるOHラジカル発光強度EI(α)に基づいて、前述した方法により算出した判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddが、基準クランク回転角度幅B(4度)以下となる累積頻度の圧縮比ごと各種点火タイミングにおける結果を図16に示した。累積頻度は、圧縮比が高い程増加することが確認された。   Based on the OH radical emission intensity EI (α) in various combustion states measured by this experiment, the determined combustion state crank rotation angle width Dd calculated by the above-described method is equal to or less than the reference crank rotation angle width B (4 degrees). FIG. 16 shows the results at various ignition timings for each cumulative frequency compression ratio. It was confirmed that the cumulative frequency increases as the compression ratio increases.

以上の結果より、判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddが基準クランク回転角度幅B(4度)以下となる累積頻度は、点火時期に寄らずノッキングが発生しやすい状態となる、速いエンジン速度、高いエンジン冷却水温度、高い圧縮比において増加する傾向を示しており、内燃機関Eがノッキング状態であるか否か、すなわち内燃機関Eが異常燃焼状態であるか否かの判定として本発明の実施例の内燃機関燃焼状態判定装置1および内燃機関燃焼状態判定方法の妥当性が検証できた。   From the above results, the cumulative frequency at which the determined combustion state crank rotation angle width Dd is equal to or less than the reference crank rotation angle width B (4 degrees) is such that knocking is likely to occur regardless of the ignition timing, high engine speed, and high The engine cooling water temperature shows a tendency to increase at a high compression ratio, and the embodiment of the present invention is used to determine whether or not the internal combustion engine E is in a knocking state, that is, whether or not the internal combustion engine E is in an abnormal combustion state. The validity of the internal combustion engine combustion state determination device 1 and the internal combustion engine combustion state determination method of FIG.

以上より、本発明の一実施例の内燃機関Eの燃焼状態が異常であるか否かを判定する内燃機関燃焼状態判定装置1および内燃機関燃焼状態判定方法は、内燃機関Eの正常燃焼状態において、内燃機関Eの燃焼室内の火炎に含まれる燃焼生成物の内から選択した1つの物質のラジカル発光強度である正常燃焼状態発光強度EIn(α)をクランク回転角αごとに計測し、この正常燃焼状態発光強度EIn(α)を1サイクル中における正常燃焼状態発光強度EIn(α)の最大値である最大正常燃焼状態発光強度EInmaxで除して、正常燃焼状態発光強度EIn(α)を正常燃焼状態発光強度ピーク比値EInR(α)に換算し、所定の基準発光強度ピーク比値A以上となるクランク回転角の第1領域を求め、その領域の両端のクランク回転角の幅である正常燃焼状態クランク回転角度幅Dnを求め、判定を求める判定燃焼状態において、選択した1つの前記物質のラジカル発光強度である判定燃焼状態発光強度EId(β)をクランク回転角βごとに計測し、この判定燃焼状態発光強度EId(β)を1サイクル中における判定燃焼状態発光強度EId(β)の最大値である最大判定燃焼状態発光強度EIdmaxで除して、判定燃焼状態発光強度を判定燃焼状態発光強度ピーク比値EIdR(β)に換算し、所定の基準発光強度ピーク比値A以上となるクランク回転角の第2領域を求め、その第2領域の両端のクランク回転角の幅である判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddを求め、正常燃焼状態とクランク回転角度幅Dnと、判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddとを比較して、判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddが正常燃焼状態クランク回転角度幅Dnよりも大きい場合には正常燃焼状態と判定し、判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddが正常燃焼状態クランク回転角度幅Dn以下の場合には異常燃焼状態であると判定することができるので、従来のような複雑な計算を伴わず内燃機関Eの燃焼状態の判定が可能となり、判定結果までの演算時間の短縮が図ることができ、さらに高速なCPUやメモリを用いた複雑な演算処理が不要となり、内燃機関燃焼状態判定方法に用いられる判定装置の小型化およびコスト低減を図ることができる。 As described above, the internal combustion engine combustion state determination device 1 and the internal combustion engine combustion state determination method for determining whether or not the combustion state of the internal combustion engine E according to one embodiment of the present invention is abnormal are described in the normal combustion state of the internal combustion engine E. The normal combustion state emission intensity EIn (α), which is the radical emission intensity of one substance selected from the combustion products contained in the flame in the combustion chamber of the internal combustion engine E, is measured for each crank rotation angle α. The normal combustion state emission intensity EIn (α) is divided by the maximum normal combustion state emission intensity EIn max which is the maximum value of the normal combustion state emission intensity EIn (α) in one cycle. It is converted into a normal combustion state light emission intensity peak ratio value EInR (α), a first region of crank rotation angle that is equal to or greater than a predetermined reference light emission intensity peak ratio value A is obtained, and is the width of the crank rotation angle at both ends of that region. Normal combustion state crank rotation The determination combustion state emission intensity EId (β), which is the radical emission intensity of one selected substance, is measured for each crank rotation angle β in the determination combustion state for determining the angle width Dn and determining, and this determination combustion state emission Divide the intensity EId (β) by the maximum judgment combustion state emission intensity EId max which is the maximum value of the judgment combustion state emission intensity EId (β) in one cycle, and determine the judgment combustion state emission intensity to the judgment combustion state emission intensity peak ratio Converted to a value EIdR (β), a second region of the crank rotation angle that is equal to or greater than a predetermined reference light emission intensity peak ratio value A is obtained, and a judgment combustion state crank rotation that is the width of the crank rotation angle at both ends of the second region The angle width Dd is obtained, and the normal combustion state, the crank rotation angle width Dn, and the determined combustion state crank rotation angle width Dd are compared, so that the determined combustion state crank rotation angle width Dd is the normal combustion state crank rotation angle. When it is larger than the width Dn, it can be determined as a normal combustion state, and when the determined combustion state crank rotation angle width Dd is equal to or less than the normal combustion state crank rotation angle width Dn, it can be determined that it is an abnormal combustion state. The combustion state of the internal combustion engine E can be determined without complicated calculations as in the conventional case, the calculation time until the determination result can be shortened, and more complicated calculation processing using a high-speed CPU and memory is possible. It becomes unnecessary, and the determination device used in the internal combustion engine combustion state determination method can be reduced in size and cost.

本実施例の内燃機関燃焼状態判定装置1および内燃機関燃焼状態判定方法は、内燃機関Eの判定を求める判定燃焼状態において、内燃機関の燃焼室内の火炎に含まれる燃焼生成物の内から選択した1つの物質のラジカル発光強度である判定燃焼状態発光強度EId(β)をクランク回転角βごとに計測し、この判定燃焼状態発光強度EId(β)を1サイクル中における最大値の最大判定燃焼状態発光強度EIdmaxで除して判定燃焼状態発光強度ピーク比値EIdR(β)に換算し、所定の基準発光強度ピーク比値A以上となるクランク回転角の第2領域を求め、その第2領域の両端のクランク回転角の幅である判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddを求め、判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddと、所定の基準クランク回転角度幅Bとを比較して、判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddが基準クランク回転角度幅Bよりも大きい場合には正常燃焼状態と判定し、判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddが基準クランク回転角度幅B以下の場合には異常燃焼状態であると判定することができるので、その大きさの比較により、判定を求める燃焼状態が異常燃焼であるか否かを判定することができるので、従来のような複雑な計算を伴わず内燃機関の燃焼状態の判定が可能となり、判定結果までの演算時間の短縮を図ることができ、さらに高速なCPUやメモリを用いた複雑な演算処理が不要となり、内燃機関燃焼状態判定装置の小型化およびコスト低減を図ることができる。さらに、あらかじめ基準クランク回転角度幅Bをデータ記録装置15に入力しておくことにより、さらに判定までの時間を短縮することが可能となる。 The internal combustion engine combustion state determination device 1 and the internal combustion engine combustion state determination method of the present embodiment are selected from the combustion products contained in the flame in the combustion chamber of the internal combustion engine in the determination combustion state for determining the internal combustion engine E. The determined combustion state emission intensity EId (β), which is the radical emission intensity of one substance, is measured for each crank rotation angle β, and this determination combustion state emission intensity EId (β) is the maximum maximum determined combustion state in one cycle. Divided by the emission intensity EId max and converted into a determined combustion state emission intensity peak ratio value EIdR (β), a second region of the crank rotation angle that is equal to or greater than a predetermined reference emission intensity peak ratio value A is obtained, and the second region The determined combustion state crank rotation angle width Dd which is the width of the crank rotation angle at both ends of the engine is obtained, and the determined combustion state crank rotation angle width Dd is compared with a predetermined reference crank rotation angle width B to determine the determined combustion state. When the rank rotation angle width Dd is larger than the reference crank rotation angle width B, it is determined as a normal combustion state, and when the determined combustion state crank rotation angle width Dd is equal to or less than the reference crank rotation angle width B, it is an abnormal combustion state. Therefore, it is possible to determine whether or not the combustion state to be determined is abnormal combustion by comparing the magnitudes of the combustion. Judgment of the state is possible, the calculation time to the determination result can be shortened, and complicated calculation processing using a high-speed CPU and memory is not required, and the internal combustion engine combustion state determination device is reduced in size and cost. Can be achieved. Furthermore, by inputting the reference crank rotation angle width B to the data recording device 15 in advance, it is possible to further shorten the time until determination.

さらに、基準クランク回転角度幅Bを、あらかじめ内燃機関の正常燃焼状態において正常燃焼状態において、クランク回転角αに対して、選択された前記物質のラジカル発光強度である正常燃焼状態発光強度EIn(α)を測定して算出しておけば、内燃機関Eの燃焼状態の判定精度をより高いものとすることが可能となる。   Further, the reference crank rotation angle width B is set to a normal combustion state emission intensity EIn (α that is a radical emission intensity of the selected substance with respect to the crank rotation angle α in the normal combustion state in the normal combustion state of the internal combustion engine in advance. ) Is measured and calculated, the determination accuracy of the combustion state of the internal combustion engine E can be made higher.

また、本実施例では、燃焼生成物の内から選択した前記物質をOHとし、前記基準発光強度ピーク比値を85%以上95%以下の値としたので、OHラジカル発光の発光強度ピーク比値が85%以上95%以下の領域における発光強度ピーク比値のクランク回転角に対する変化量は、内燃機関Eに異常燃焼が発生している場合は、点火プラグ43からの火炎の伝播による発光に加えて自着火による発光との合成光を検出するが、一方、内燃機関Eに異常燃焼が発生していない場合には点火プラグ43からの火炎の伝播による発光のみを検出するので、異常燃焼状態の場合は正常燃焼状態の場合に比べて大きくなる。すなわち、異常燃焼状態の判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddは、正常燃焼状態の正常燃焼状態クランク回転角度幅Dnよりも小さくなるので、判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddと正常燃焼状態クランク回転角度幅Dnを算出して大小を判別することにより、内燃機関Eに異常燃焼が発生しているか否かを判定することが容易になり、内燃機関Eの燃焼状態が異常であるか否かの判定の精度を向上させることができる。   Also, in this example, the substance selected from the combustion products is OH, and the reference emission intensity peak ratio value is 85% or more and 95% or less, so the emission intensity peak ratio value of OH radical emission When the abnormal combustion occurs in the internal combustion engine E, the amount of change in the emission intensity peak ratio value in the region of 85% to 95% is in addition to the light emission due to the propagation of flame from the spark plug 43. In the case where no abnormal combustion occurs in the internal combustion engine E, only the light emission due to the propagation of flame from the spark plug 43 is detected. The case is larger than that in the normal combustion state. That is, the determination combustion state crank rotation angle width Dd in the abnormal combustion state is smaller than the normal combustion state crank rotation angle width Dn in the normal combustion state, and therefore the determination combustion state crank rotation angle width Dd and the normal combustion state crank rotation angle width Dn. By calculating Dn and determining the magnitude, it becomes easy to determine whether or not abnormal combustion has occurred in the internal combustion engine E, and whether or not the combustion state of the internal combustion engine E is abnormal is determined. Accuracy can be improved.

本実施例では、内燃機関Eの1サイクル中に基準発光強度ピーク比値A以上となるクランク回転角の第2領域が二つ以上ある場合には、複数の第2領域のうち内燃機関Eの1サイクル中における最初の第2領域の両端の第3クランク回転角および第4クランク回転角との幅を、判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddとしたので、内燃機関Eが異常燃焼であるか否かの判定時間を短縮できるとともに、その判定精度を向上させることができる。   In the present embodiment, when there are two or more second regions of the crank rotation angle that are equal to or greater than the reference light emission intensity peak ratio value A in one cycle of the internal combustion engine E, the internal combustion engine E of the plurality of second regions is selected. Since the width between the third crank rotation angle and the fourth crank rotation angle at both ends of the first second region in one cycle is the determined combustion state crank rotation angle width Dd, whether or not the internal combustion engine E is in abnormal combustion The determination time can be shortened and the determination accuracy can be improved.

本実施例では、基準クランク回転角度幅Bを0°より大きく6°以下の範囲内とし、前記判定燃焼状態クランク回転角度幅Ddが基準クランク回転角度幅B以下の場合には、判定燃焼状態における内燃機関の燃焼状態が異常燃焼状態であると判定するので、内燃機関Eの燃焼状態が異常燃焼状態であるか否かの判定が容易になり、判定に要する時間をさらに短縮することができるとともに、判定精度をより向上させることができる。   In this embodiment, when the reference crank rotation angle width B is in the range of more than 0 ° and not more than 6 ° and the determined combustion state crank rotation angle width Dd is less than or equal to the reference crank rotation angle width B, Since it is determined that the combustion state of the internal combustion engine is the abnormal combustion state, it is easy to determine whether or not the combustion state of the internal combustion engine E is the abnormal combustion state, and the time required for the determination can be further shortened. The determination accuracy can be further improved.

さらに、基準クランク回転角度幅Bを0°より大きく4°以下としたので、内燃機関Eの燃焼状態が異常燃焼状態であるか否かの判定の精度をより向上させることが可能となる。   Further, since the reference crank rotation angle width B is set to be larger than 0 ° and not larger than 4 °, it is possible to further improve the accuracy of determination as to whether or not the combustion state of the internal combustion engine E is an abnormal combustion state.

E…内燃機関、α…クランク回転角、β…クランク回転角、EI(α)…OHラジカル発光強度、EImax…最大OHラジカル発光強度、EIR(α)…OHラジカル発光強度ピーク比値、EIn(α)…正常燃焼状態発光強度、EInmax…最大正常燃焼状態発光強度、EInR(α)…正常燃焼状態発光強度ピーク比値、EId(α)…判定燃焼状態発光強度、EIdmax…最大判定燃焼状態発光強度、EIdR(α)…判定燃焼状態発光強度ピーク比値、P(α)…筒内圧力、
1…内燃機関燃焼状態判定装置、2…光学プローブ、3…光ファイバ、4…分光器、5…ダイクロイックミラー、6…バンドパスフィルタ、7…光学電子倍増管、8…クランク回転角エンコーダ、9…圧力測定器、10…燃焼解析装置、11…動力計測器、12…燃料流量計、13…A/Fセンサ、14…パーソナルコンピュータ、15…データ記録装置、16…解析処理装置、
20…シリンダブロック、21…シリンダヘッド、22…ヘッドカバー、23…クランクケース、24…シリンダボア、25…ピストン、26…コンロッド、27…クランク軸、
30…燃焼室、30a…上壁部、31…吸気弁口、32…排気弁口、33…点火プラグ孔、34…光学プローブ挿通孔、35…圧力測定器取付孔、
41…吸気弁、42…排気弁、43…点火プラグ。
E: Internal combustion engine, α: Crank rotation angle, β: Crank rotation angle, EI (α): OH radical emission intensity, EI max : Maximum OH radical emission intensity, EIR (α): OH radical emission intensity peak ratio value, EIn (α): Normal combustion state emission intensity, EIn max : Maximum normal combustion state emission intensity, EInR (α): Normal combustion state emission intensity peak ratio, EId (α): Determination combustion state emission intensity, EId max : Maximum determination Combustion state luminescence intensity, EIdR (α): Determination combustion state luminescence intensity peak ratio value, P (α): In-cylinder pressure,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine combustion state determination apparatus, 2 ... Optical probe, 3 ... Optical fiber, 4 ... Spectroscope, 5 ... Dichroic mirror, 6 ... Band pass filter, 7 ... Optical electron multiplier, 8 ... Crank rotation angle encoder, 9 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Pressure measuring device, 10 ... Combustion analyzer, 11 ... Power measuring device, 12 ... Fuel flow meter, 13 ... A / F sensor, 14 ... Personal computer, 15 ... Data recording device, 16 ... Analysis processing device,
20 ... Cylinder block, 21 ... Cylinder head, 22 ... Head cover, 23 ... Crank case, 24 ... Cylinder bore, 25 ... Piston, 26 ... Connecting rod, 27 ... Crank shaft,
30 ... Combustion chamber, 30a ... Upper wall, 31 ... Intake valve port, 32 ... Exhaust valve port, 33 ... Spark plug hole, 34 ... Optical probe insertion hole, 35 ... Pressure measuring device mounting hole,
41 ... Intake valve, 42 ... Exhaust valve, 43 ... Spark plug.

Claims (12)

内燃機関(E)の正常燃焼状態において、前記内燃機関(E)の燃焼室内の火炎に含まれる燃焼生成物の発光するスペクトルを、前記燃焼生成物の内から選択した1つの物質のラジカル発光の波長領域に分光し、
前記内燃機関(E)のそれぞれのクランク回転角(α)に対して、選択された前記物質のラジカル発光強度である正常燃焼状態発光強度(EIn(α))を測定し、
前記内燃機関(E)の1サイクル中における前記正常燃焼状態発光強度(EIn(α))の最大値である最大正常燃焼状態発光強度(EInmax)を求め、
前記正常燃焼状態発光強度(EIn(α))を、前記最大正常燃焼状態発光強度(EInmax)を100%としたピーク比値である正常燃焼状態発光強度ピーク比値(EInR(α)=EIn(α)/EInmax)に換算し、
前記正常燃焼状態発光強度ピーク比値(EInR(α))が、所定の基準発光強度ピーク比値(A)以上となるクランク回転角の第1領域(EInR(α)≧A)を求め、
前記第1領域の両端となる第1クランク回転角(α1)および第2クランク回転角(α2)を求め、
前記第1クランク回転角(α1)と前記第2クランク回転角(α2)との幅である正常燃焼状態クランク回転角度幅(Dn=α2−α1)を算出し、
前記内燃機関(E)の燃焼状態の判定を求める判定燃焼状態において、前記内燃機関(E)の燃焼室内の火炎に含まれる燃焼生成物の発光するスペクトルを、選択した前記物質のラジカル発光の波長領域に分光し、
前記判定燃焼状態における前記内燃機関(E)のそれぞれのクランク回転角(β)に対して、選択された前記物質のラジカル発光強度である判定燃焼状態発光強度(EId(β))を測定し、
前記判定燃焼状態における前記内燃機関(E)の1サイクル中における前記判定燃焼状態発光強度(EId(β))の最大値である最大判定燃焼状態発光強度(EIdmax)を求め、
前記判定燃焼状態発光強度(EId(β))を、前記最大判定燃焼状態発光強度(EIdmax)を100%としたピーク比値である判定燃焼状態発光強度ピーク比値(EIdR(β)=EId(β)/EIdmax)に換算し、
前記判定燃焼状態発光強度ピーク比値(EIdR(β))が、前記基準発光強度ピーク比値(A)以上となるクランク回転角の第2領域(EIdR(β)≧A)を求め、
該第2領域の両端となる第3クランク回転角(β1)および第4クランク回転角(β2)を求め、
前記第3クランク回転角(β1)と前記第4クランク回転角(β2)との幅である判定燃焼状態クランク回転角度幅(Dd=β2−β1)を算出し、
前記正常燃焼状態クランク回転角度幅(Dn)と、前記判定燃焼状態クランク回転角度幅(Dd)の大きさを比較することにより、
判定燃焼状態における内燃機関(E)の燃焼状態が異常燃焼状態であるか否かを判定することを特徴とする内燃機関燃焼状態判定方法。
In the normal combustion state of the internal combustion engine (E), the emission spectrum of the combustion product contained in the flame in the combustion chamber of the internal combustion engine (E) is the radical emission of one substance selected from the combustion products. Spectroscopy into the wavelength region,
For each crank rotation angle (α) of the internal combustion engine (E), a normal combustion state emission intensity (EIn (α)) that is a radical emission intensity of the selected substance is measured,
A maximum normal combustion state emission intensity (EIn max ) that is a maximum value of the normal combustion state emission intensity (EIn (α)) in one cycle of the internal combustion engine (E);
Normal combustion state emission intensity peak ratio value (EInR (α) = EIn) where the normal combustion state emission intensity (EIn (α)) is a peak ratio value with the maximum normal combustion state emission intensity (EIn max ) being 100%. (α) / EIn max )
A first region of crank rotation angle (EInR (α) ≧ A) in which the normal combustion state emission intensity peak ratio value (EInR (α)) is equal to or greater than a predetermined reference emission intensity peak ratio value (A) is determined;
Obtaining the first crank rotation angle (α1) and the second crank rotation angle (α2) that are both ends of the first region,
A normal combustion state crank rotation angle width (Dn = α2−α1) that is a width between the first crank rotation angle (α1) and the second crank rotation angle (α2);
In the determination combustion state for determining the combustion state of the internal combustion engine (E), the emission spectrum of the combustion product contained in the flame in the combustion chamber of the internal combustion engine (E) is selected as the wavelength of radical emission of the selected substance. Spectroscopy into the area,
For each crank rotation angle (β) of the internal combustion engine (E) in the determined combustion state, a determined combustion state emission intensity (EId (β)) that is a radical emission intensity of the selected substance is measured.
A maximum determined combustion state light emission intensity (EId max ) that is a maximum value of the determined combustion state light emission intensity (EId (β)) in one cycle of the internal combustion engine (E) in the determination combustion state;
The determination combustion state light emission intensity (EId (β)) is a peak ratio value where the maximum determination combustion state light emission intensity (EId max ) is 100%, and a determination combustion state light emission intensity peak ratio value (EIdR (β) = EId (β) / EId max )
A crank rotation angle second region (EIdR (β) ≧ A) in which the determined combustion state emission intensity peak ratio value (EIdR (β)) is equal to or greater than the reference emission intensity peak ratio value (A) is determined;
The third crank rotation angle (β1) and the fourth crank rotation angle (β2) that are both ends of the second region are obtained,
A determination combustion state crank rotation angle width (Dd = β2-β1) that is a width between the third crank rotation angle (β1) and the fourth crank rotation angle (β2);
By comparing the magnitude of the normal combustion state crank rotation angle width (Dn) and the determined combustion state crank rotation angle width (Dd),
A method for determining the combustion state of an internal combustion engine, comprising: determining whether or not the combustion state of the internal combustion engine (E) in the determination combustion state is an abnormal combustion state.
内燃機関(E)の燃焼状態の判定を求める判定燃焼状態において、前記内燃機関(E)の燃焼室内の火炎に含まれる燃焼生成物の発光するスペクトルを、前記燃焼生成物の内から選択した1つの物質のラジカル発光の波長領域に分光し、
前記判定燃焼状態における前記内燃機関(E)のそれぞれのクランク回転角(β)に対して、選択された前記物質のラジカル発光強度である判定燃焼状態発光強度(EId(β))を測定し、
前記判定燃焼状態における前記内燃機関(E)の1サイクル中における前記判定燃焼状態発光強度(EId(β))の最大値である最大判定燃焼状態発光強度(EIdmax)を求め、
前記判定燃焼状態発光強度(EId(β))を、前記最大判定燃焼状態発光強度(EIdmax)を100%としたピーク比値である判定燃焼状態発光強度ピーク比値(EIdR(β)=EId(β)/EIdmax)に換算し、
前記判定燃焼状態発光強度ピーク比値(EIdR(β))が、所定の基準発光強度ピーク比値(A)以上となるクランク回転角(β)の第2領域(EIdR(β)≧A)を求め、
該第2領域の両端となる第3クランク回転角(β1)および第4クランク回転角(β2)を求め、
前記第3クランク回転角(β1)および第4クランク回転角(β2)との幅である判定燃焼状態クランク回転角度幅(Dd=β2−β1)を算出し、
前記判定燃焼状態クランク回転角度幅(Dn)を、所定の基準クランク回転角度幅(B)に対しての大小を比較することにより、
判定燃焼状態における内燃機関(E)の燃焼状態が異常燃焼状態であるか否かを判定することを特徴とする内燃機関燃焼状態判定方法。
In the determination combustion state for determining the combustion state of the internal combustion engine (E), a spectrum in which the combustion products contained in the flame in the combustion chamber of the internal combustion engine (E) emit light is selected from the combustion products 1 Spectroscopy into the wavelength region of radical emission of two substances,
For each crank rotation angle (β) of the internal combustion engine (E) in the determined combustion state, a determined combustion state emission intensity (EId (β)) that is a radical emission intensity of the selected substance is measured.
A maximum determined combustion state light emission intensity (EId max ) that is a maximum value of the determined combustion state light emission intensity (EId (β)) in one cycle of the internal combustion engine (E) in the determined combustion state;
The determination combustion state light emission intensity (EId (β)) is a peak ratio value where the maximum determination combustion state light emission intensity (EId max ) is 100%, and a determination combustion state light emission intensity peak ratio value (EIdR (β) = EId (β) / EId max )
A second region (EIdR (β) ≧ A) of the crank rotation angle (β) in which the determined combustion state light emission intensity peak ratio value (EIdR (β)) is equal to or greater than a predetermined reference light emission intensity peak ratio value (A). Seeking
The third crank rotation angle (β1) and the fourth crank rotation angle (β2) that are both ends of the second region are obtained,
A determination combustion state crank rotation angle width (Dd = β2-β1) that is a width between the third crank rotation angle (β1) and the fourth crank rotation angle (β2);
By comparing the determined combustion state crank rotation angle width (Dn) with a predetermined reference crank rotation angle width (B),
A method for determining the combustion state of an internal combustion engine, comprising: determining whether or not the combustion state of the internal combustion engine (E) in the determination combustion state is an abnormal combustion state.
燃焼生成物の内から選択した前記物質はOHであり、
前記基準発光強度ピーク比値(A)を85%以上95%以下の値とすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関燃焼状態判定方法。
The substance selected from the combustion products is OH,
The internal combustion engine combustion state determination method according to claim 1 or 2, wherein the reference light emission intensity peak ratio value (A) is a value not less than 85% and not more than 95%.
前記判定燃焼状態において、前記第2領域が二つ以上ある場合には、
複数の前記第2領域のうち、内燃機関(E)の1サイクル中における最初の第2領域の両端の第3クランク回転角(β1)および第4クランク回転角(β2)との幅を、前記判定燃焼状態クランク回転角度幅(Dd=β2−β1)とすることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の内燃機関燃焼状態判定方法。
In the determination combustion state, when there are two or more second regions,
Of the plurality of second regions, the width between the third crank rotation angle (β1) and the fourth crank rotation angle (β2) at both ends of the first second region in one cycle of the internal combustion engine (E) is 4. The internal combustion engine combustion state determination method according to claim 1, wherein the determination combustion state crank rotation angle width (Dd = β2−β1) is set.
前記基準クランク回転角度幅(B)は、0°より大きく6°以下の範囲内とされ、
前記判定燃焼状態クランク回転角度幅(Dn)が、前記基準クランク回転角度幅(B)以下の場合には、判定燃焼状態における内燃機関(E)の燃焼状態が異常燃焼状態であると判定することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の内燃機関燃焼状態判定方法。
The reference crank rotation angle width (B) is in the range of greater than 0 ° and less than or equal to 6 °,
When the determined combustion state crank rotation angle width (Dn) is equal to or smaller than the reference crank rotation angle width (B), it is determined that the combustion state of the internal combustion engine (E) in the determination combustion state is an abnormal combustion state. The internal combustion engine combustion state determination method according to claim 2, wherein the internal combustion engine combustion state is determined.
前記基準クランク回転角度幅(B)は0°より大きく4°以下とすることを特徴とする請求項5に記載の内燃機関燃焼状態判定方法。   6. The internal combustion engine combustion state determination method according to claim 5, wherein the reference crank rotation angle width (B) is greater than 0 ° and not greater than 4 °. 内燃機関(E)の所定の燃焼状態の燃焼室内の火炎に含まれる燃焼生成物からの発光が入射される光学プローブ(2)と、
前記光学プローブ(2)に接続され、前記燃焼生成物の内から選択した1つの物質のラジカル発光の波長領域の波長に分光する分光器(4)と、
前記分光された光の発光強度(EI(α)、EI(β))を電気信号に変換し出力する発光強度検出器(7)と、
前記内燃機関(E)のクランク軸の回転に伴って、所定のクランク回転角(α、β)ごとに信号を発信するクランク回転角検出器(8)と、
前記クランク回転角(α、β)および前記クランク回転角(α、β)における前記発光強度(EI(α)、EI(β))が入力されて記録するデータ記録装置(15)と、
前記データ記録装置(15)から、前記クランク回転角(α、β)および前記クランク回転角(α、β)ごとの前記発光強度(EId(α)、EId(β))が入力され、前記内燃機関(E)の燃焼状態が異常燃焼状態であるか否かを判定する解析処理装置(16)を備え、
前記解析処理装置(16)は、
燃焼状態の判定を求める前記内燃機関(E)の1サイクル中における前記発光強度(EId(β))の最大値である判定燃焼状態最大発光強度(EIdmax)を求め、
前記発光強度(EId(β))を、前記判定燃焼状態最大発光強度(EIdmax)を100%としたピーク比値である判定燃焼状態発光強度ピーク比値(EIdR(β)=EId(β)/EIdmax)に換算し、
前記判定燃焼状態発光強度ピーク比値(EIdR(β))が、所定の基準発光強度ピーク比値(A)以上となるクランク回転角の第2領域(EIdR(β)≧A)を求め、
該第2領域の両端となる第3クランク回転角(β1)および第4クランク回転角(β2)を求め、
前記第3クランク回転角(β1)と前記第4クランク回転角(β2)との幅である判定燃焼状態クランク回転角度幅(Dd=β2−β1)を算出し、
前記判定燃焼状態クランク回転角度幅(Dn)と、あらかじめ入力されている基準クランク回転角度幅(B)との大きさを対比することにより、内燃機関(E)の燃焼状態が異常燃焼状態であるか否かを判定することを特徴とする内燃機関燃焼状態判定装置。
An optical probe (2) on which light emitted from a combustion product contained in a flame in a combustion chamber in a predetermined combustion state of the internal combustion engine (E) is incident;
A spectroscope (4) connected to the optical probe (2) and for spectrally splitting into a wavelength in a wavelength region of radical emission of one substance selected from the combustion products;
An emission intensity detector (7) for converting the emission intensity (EI (α), EI (β)) of the dispersed light into an electrical signal and outputting it;
A crank rotation angle detector (8) for transmitting a signal for each predetermined crank rotation angle (α, β) as the crankshaft of the internal combustion engine (E) rotates;
A data recording device (15) for inputting and recording the light emission intensity (EI (α), EI (β)) at the crank rotation angle (α, β) and the crank rotation angle (α, β);
The light emission intensity (EId (α), EId (β)) for each of the crank rotation angles (α, β) and the crank rotation angles (α, β) is input from the data recording device (15), and the internal combustion engine An analysis processing device (16) for determining whether or not the combustion state of the engine (E) is an abnormal combustion state;
The analysis processing device (16)
A determination combustion state maximum light emission intensity (EIdmax) which is a maximum value of the light emission intensity (EId (β)) in one cycle of the internal combustion engine (E) for determining the combustion state;
The determined combustion state emission intensity peak ratio value (EIdR (β) = EId (β) /) is a peak ratio value where the emission intensity (EId (β)) is 100% of the determined combustion state maximum emission intensity (EIdmax). Eid max )
A crank rotation angle second region (EIdR (β) ≧ A) in which the determined combustion state emission intensity peak ratio value (EIdR (β)) is equal to or greater than a predetermined reference emission intensity peak ratio value (A) is determined;
The third crank rotation angle (β1) and the fourth crank rotation angle (β2) that are both ends of the second region are obtained,
A determination combustion state crank rotation angle width (Dd = β2-β1) that is a width between the third crank rotation angle (β1) and the fourth crank rotation angle (β2);
The combustion state of the internal combustion engine (E) is an abnormal combustion state by comparing the magnitude of the determined combustion state crank rotation angle width (Dn) with the reference crank rotation angle width (B) inputted in advance. An internal combustion engine combustion state determination device characterized by determining whether or not.
前記基準クランク回転角度幅(B)は、あらかじめ前記内燃機関(E)の正常燃焼状態において算出されて解析処理装置(7)に入力されたものであって、
該基準クランク回転角度幅(B)は、
前記内燃機関(E)の正常燃焼状態における前記内燃機関(E)の燃焼室内の火炎に含まれる燃焼生成物の発光するスペクトルを、選択した前記物質のラジカル発光の波長領域に分光し、
前記内燃機関(E)のそれぞれのクランク回転角(α)に対して、選択された前記物質のラジカル発光強度である正常燃焼状態発光強度(EIn(α))を測定し、
前記内燃機関(E)の1サイクル中における前記正常燃焼状態発光強度(EIn(α))の最大値である最大正常燃焼状態発光強度(EInmax)を求め、
前記正常燃焼状態発光強度(EIn(α))を、前記最大正常燃焼状態発光強度(EInmax)を100%としたピーク比値である正常燃焼状態発光強度ピーク比値(EInR(α)=EIn(α)/EInmax)に換算し、
前記正常燃焼状態発光強度ピーク比値(EInR(α))が、前記基準発光強度ピーク比値(A)以上となるクランク回転角の第1領域(EInR(α)≧A)を求め、
前記第1領域の両端となる第1クランク回転角(α1)および第2クランク回転角(α2)を求め、
前記第1クランク回転角(α1)と前記第2クランク回転角(α2)との幅(Dn=α2−α1)として算出されたものであることを特徴とする請求項7に記載の内燃機関燃焼状態判定装置。
The reference crank rotation angle width (B) is calculated in advance in the normal combustion state of the internal combustion engine (E) and input to the analysis processing device (7),
The reference crank rotation angle width (B) is:
A spectrum of light emitted from combustion products contained in a flame in a combustion chamber of the internal combustion engine (E) in a normal combustion state of the internal combustion engine (E) is split into a wavelength region of radical emission of the selected substance;
For each crank rotation angle (α) of the internal combustion engine (E), a normal combustion state emission intensity (EIn (α)), which is a radical emission intensity of the selected substance, is measured,
A maximum normal combustion state emission intensity (EIn max ) that is a maximum value of the normal combustion state emission intensity (EIn (α)) in one cycle of the internal combustion engine (E);
Normal combustion state emission intensity peak ratio value (EInR (α) = EIn) where the normal combustion state emission intensity (EIn (α)) is a peak ratio value with the maximum normal combustion state emission intensity (EIn max ) being 100%. (α) / EIn max )
A first region (EInR (α) ≧ A) of a crank rotation angle in which the normal combustion state emission intensity peak ratio value (EInR (α)) is equal to or greater than the reference emission intensity peak ratio value (A);
Obtaining the first crank rotation angle (α1) and the second crank rotation angle (α2) that are both ends of the first region,
The internal combustion engine combustion according to claim 7, characterized in that it is calculated as a width (Dn = α2-α1) between the first crank rotation angle (α1) and the second crank rotation angle (α2). State determination device.
燃焼生成物の内から選択した前記物質はOHであり、
前記基準発光強度ピーク比値(A)を85%以上95%以下の値とすることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の内燃機関燃焼状態判定装置。
The substance selected from the combustion products is OH,
The internal combustion engine combustion state determination device according to claim 7 or 8, wherein the reference light emission intensity peak ratio value (A) is a value of 85% or more and 95% or less.
前記クランク回転角(β)の第2領域が二つ以上ある場合には、
複数の前記第2領域のうち、内燃機関(E)の1サイクル中における最初の第2領域の両端の第3クランク回転角(β1)および第4クランク回転角(β2)との幅を、前記判定燃焼状態クランク回転角度幅(Dd=β2−β1)とすることを特徴とする請求項7ないし請求項9のいずれか1項に記載の内燃機関燃焼状態判定装置。
When there are two or more second regions of the crank rotation angle (β),
Of the plurality of second regions, the width between the third crank rotation angle (β1) and the fourth crank rotation angle (β2) at both ends of the first second region in one cycle of the internal combustion engine (E) is The internal combustion engine combustion state determination device according to any one of claims 7 to 9, wherein a determination combustion state crank rotation angle width (Dd = β2-β1) is set.
前記基準クランク回転角度幅(B)は、0°より大きく6°以下の範囲内とされ、
前記解析処理装置(16)は、前記判定燃焼状態クランク回転角度幅(Dn)が、前記基準クランク回転角度幅(B)の範囲内にある場合に、内燃機関(E)の燃焼状態が異常燃焼状態であると判定することを特徴とする請求項7に記載の内燃機関燃焼状態判定装置。
The reference crank rotation angle width (B) is in the range of more than 0 ° and not more than 6 °,
When the determined combustion state crank rotation angle width (Dn) is within the reference crank rotation angle width (B), the analysis processing device (16) determines that the combustion state of the internal combustion engine (E) is abnormal combustion. The internal combustion engine combustion state determination device according to claim 7, wherein the internal combustion engine combustion state determination device is determined to be in a state.
前記基準クランク回転角度幅(B)は0°より大きく4°以下であることを特徴とする請求項11に記載の内燃機関燃焼状態判定装置。   The internal combustion engine combustion state determination device according to claim 11, wherein the reference crank rotation angle width (B) is greater than 0 ° and equal to or less than 4 °.
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