JP3691228B2 - 4サイクルディーゼル機関の燃焼時期検出方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、4サイクルディーゼル機関おいて、燃焼時期を検出する燃焼時期検出方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
4サイクルディーゼル機関は、吸入・圧縮・爆発・排気の4工程がピストン2回の往復にて行われていることから、各シリンダの燃焼時期を検出するには、クランク軸の2回転に1パルスの信号を得て、これを基準として燃焼時期を算出する。
【0003】
従来、この燃焼時期を算出するための2回転に1パルスの信号は、ディーゼル機関には点火プラグがなく、電気的な点火信号を得られないことから、カム軸に取り付けられたセンサ等によって得ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の燃焼時期検出方法では、2回転に1パルスの信号を得るために、振動センサ等の検出手段をカム軸等ピストンの近傍に固定させているので、カム軸等のエンジン内部を加工しなければならないという問題があった。
【0005】
特に既存のエンジンにセンサ等を取り付ける場合には、上記加工のために多くの時間とコストがかかってしまう欠点を有しており、容易に、そのエンジンの燃焼時期を検出することができないという問題を有している。
【0006】
そこで本発明は、上記課題を解消するために、エンジン内部の機械的な加工を行うことなく、容易に基準の信号を得るとともに、より正確な燃焼時期を検出することができる4サイクルディーゼル機関の燃焼時期検出方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
次に、上記の課題を解決するための手段を説明する。
この発明の4サイクルディーゼル機関の燃焼時期検出方法は、複数のシリンダを有する4サイクルディーゼル機関の燃焼時期検出方法において、
前記複数のシリンダA1〜A9,B1〜B9のいずれか1つのシリンダA1を基準のシリンダとし、該基準のシリンダA1におけるピストン上死点を示すクランク主軸6の1回転毎に1つのトップパルス信号を連続して検出し、
該トップパルス信号から前記基準のシリンダA1の吸気弁あるいは排気弁の着座タイミングを算出し、
該着座タイミングを、前記基準のシリンダより得られる振動信号の計測タイミングとし、前記各シリンダにそれぞれ設けられる振動検出センサ4のうち、前記基準のシリンダA1に設けられる振動検出センサ4から前記各トップパルス信号に対応する前記吸気弁あるいは排気弁の着座時の振動信号として連続して抽出するとともに、
連続する2つの前記トップパルス信号に対応して抽出される2つの前記振動信号を比較して、これら2つの振動信号のうち、該振動信号が小さい方若しくは該振動信号を有さない方の一方のトップパルス信号を燃焼時の振動信号を有するトップパルス信号とし、
該一方のトップパルス信号に対応して前記振動検出センサから得られる振動信号を燃焼時の振動信号と判断して、該一方のトップパルス信号を燃焼トップ信号とし、
該燃焼トップ信号にて前記基準のシリンダの燃焼時期を得ることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の4サイクルディーゼル機関の燃焼時期検出方法で用いられる燃焼時期検出装置の構成について説明する。
【0009】
図1に示すように、本実施の形態における4サイクルディーゼル機関は、A1〜A9の各番号が付されて直列に配置された9のシリンダと、B1〜B9の各番号が付されて直列に配置された9のシリンダとが、それぞれ対向して並ぶ18シリンダ(18気筒)4サイクルのディーゼルエンジン1(以下エンジン1と称す)である。
【0010】
このようなエンジン1に関して設けられる燃焼時期検出装置2は、トップ位置検出センサ3と、振動検出センサ4とで構成され、これらトップ位置検出センサ3及び振動検出センサ4からの信号を基に燃焼時期を検出する。
【0011】
まず、トップ位置検出センサ3は、例えば非接触型センサよりなり、クランク室よりエンジン1の外部に延出し、発電機5等に連結されるクランク主軸6の中途に設けられる回転盤7に近接して設けられ、基準とする所定のシリンダ、本実施の形態ではシリンダA1におけるピストン上死点を示すトップ位置に対応した前記回転盤7の一部に配設される被検知部7aを検出するようになっており、すなわち、この回転盤7の1回転毎の被検知部7aを検出して、クランク主軸6の1回転に1パルスのトップパルス信号を得て、出力するようになっている。
【0012】
なお、このトップ位置検出センサ3は、エンジン1の外部において、シリンダA1のクランク軸の1回転に1パルスのトップパルス信号を出力することができれば、この構成に限定されることはない。
【0013】
次に、振動検出センサ4は、上記各シリンダA1〜A9,B1〜B9に対応してそれぞれに設けられ、エンジン1の稼働時に、各シリンダA1〜A9,B1〜B9における振動信号を検出し出力するようになっている。
【0014】
そして、これらトップ位置検出センサ3,各振動検出センサ4からの各信号は、燃焼時期検出部8に入力される。
【0015】
燃焼時期検出部8は、図2に示すように、タイミング信号演算手段9と、マルチプレクサ回路10と、ピークホールド回路11と、A/D変換部12と、比較演算手段13と、メモリ14とで略構成されている。
【0016】
タイミング信号演算手段9は、トップ位置検出センサ3のトップパルス信号から、機関回転数Rを演算するとともに、吸気弁および排気弁の着座するタイミングを算出する。
そして、タイミング信号演算手段9での演算結果は、所定の振動信号を取り出すためのタイミング信号として出力され、マルチプレクサ回路10へ入力される。
【0017】
マルチプレクサ回路10は、タイミング信号演算手段9からのタイミング信号に基づき、振動検出センサ4から入力される振動信号の中から所定の振動信号を取り出す選択手段である。
そして、マルチプレクサ回路10において選択された振動信号は、ピークホールド回路(最大値検出回路)11に入力される。
【0018】
なお、マルチプレクサ回路10へ入力される各振動検出センサ4からの振動信号は、アンプ15およびフィルタ16を介して入力される。
【0019】
ピークホールド回路11は、取り出された所定の振動信号における最大値を検出して出力し、1個の振動信号を得る。
ピークホールド回路11が出力したシリンダの振動信号の最大値は、A/D変換部12を介して、比較演算手段13に入力される。
【0020】
比較演算手段13は、シリンダにおける上記所定の振動信号の最大値を所定回数比較し、連続して得られる比較結果から燃焼トップ信号を判定する。
【0021】
上記比較演算手段13での基準となる値は、メモリ14に記憶されている。
【0022】
次に、上述のように構成された燃焼時期検出装置2における燃焼時期検出方法を説明する。
【0023】
燃焼時期検出装置2の燃焼時期検出部8にトップ位置検出センサ3からのシリンダA1における1パルス/1回転のトップパルス信号と、シリンダA1に取り付けた振動検出センサ4からの振動信号を取り込む。
【0024】
ここで、シリンダA1の1パルス/1回転のトップパルス信号は、図3に示すように、4サイクル機関でのピストン2回の往復によって繰り返し入力される▲1▼、▲2▼の信号がある。そして、この▲1▼、▲2▼何れかの信号が燃焼時のトップパルス信号(燃焼トップ信号)となる。
【0025】
ゆえに、上記▲1▼、▲2▼何れかの信号が燃焼トップ信号であるかを、振動検出センサ4が検出する排気弁または吸気弁の着座振動の有無で確認する。なお本実施の形態では、吸気弁の着座振動の有無で確認する。
【0026】
シリンダA1からのトップパルス信号はタイミング信号演算手段9に入力される。
タイミング信号演算手段9は、1パルス/1回転から機関回転数Rを下記のように演算する。
1パルス/1回転信号の間隔をT(s)とすると、4サイクルエンジンの機関回転数Rは、R=1/T(rps)=60/T(rpm)で表せる。
【0027】
さらに、タイミング信号演算手段9は、シリンダA1のトップ位置をあらわすトップパルス信号から、シリンダA1の吸気弁の着座するタイミングを算出する。
本実施の形態のエンジン1では、図3に示すように、シリンダA1において、1パルス/1回転の信号、すなわちトップパルス信号が入力されてから、クランク角度A°回転後のクランク角度B°回転の間に吸気弁が着座しており、これらクランク角度A°,B°はエンジン1の設計上予め設定されている値である。
【0028】
そして、タイミング信号演算手段9によるシリンダA1における吸気弁の着座タイミングの演算結果は、吸気弁着座時の振動を取り出すためのタイミング信号として、マルチプレクサ回路10に出力される。
【0029】
ここで、振動検出センサ4からのシリンダA1の振動信号は、アンプ15とフィルタ16を介してマルチプレクサ回路10に入力される。
【0030】
マルチプレクサ回路10は、タイミング信号演算手段9より入力されたシリンダA1の吸気弁の着座タイミングに基づき、シリンダA1の1パルス/1回転毎の2つの吸気弁着座時の振動を取り出す。
【0031】
本実施の形態では、図3に示すように、トップ位置検出センサ3の▲1▼の信号からクランク角度A°過ぎた後のクランク角度B°の振動信号を取り出す。また同様に、トップ位置検出センサ3の▲2▼の信号からクランク角度A°過ぎた後のクランク角度B°の間の振動信号を取り出す。
【0032】
取り出された各振動信号は、それぞれピークホールド回路11に入力される。そして、ピークホールド回路11は、クランク角度B°中(数msec)における振動信号の最大値を出力する。
これにより、シリンダA1において、エンジン1回転中(1パルス/1回転中)に各1個の振動信号が得られる。
【0033】
なお、シリンダA1の1パルス/1回転のトップパルス信号からエンジン1回転中に各1個の振動信号が得るにあたり、上述の方法では、吸気弁着座時の振動に基づいているが、排気弁着座時の振動を基準としてもよい。
【0034】
ピークホールド回路11が出力した振動信号の最大値は、A/D変換部12においてA/D変換され比較演算手段13に入力される。
【0035】
比較演算手段13は、図4に示すように、シリンダA1における吸気弁着座時と考えられる▲1▼の信号に対応する振動信号の最大値Vi1と、▲2▼の信号に対応する振動信号の最大値Vi2とをそれぞれ得る(ST1、ST2)。
【0036】
そして、これら2つの振動信号の最大値Vi1、Vi2の比較を複数回行う(ST3)。
【0037】
続いて、最大値Vi1、Vi2の比較において、Vi1=Vi2の比較結果がでた場合はさらに比較を行う。
また、Vi1>Vi2の比較結果がでた場合には、この比較結果が連続して所定回数でたか否かを判断する(ST4)。
さらに、Vi1<Vi2の比較結果がでた場合には、この比較結果が連続して所定回数でたか否かを判断する(ST5)。
【0038】
そして、Vi1>Vi2あるいはVi1<Vi2の比較結果が連続で所定回数来れば燃焼トップ信号の判定を行う(ST6)。
【0039】
この燃焼トップ信号の判定において、振動検出センサ4からの振動信号は、図3に示すように、トップ位置検出センサ3の1パルス/1回転の各トップパルス信号(▲1▼、▲2▼)に起因して、一方では(本実施の形態では▲1▼の信号)、クランク角度B°の間に吸気弁着座時の振動が得られ、他方では(本実施の形態では▲2▼の信号)、クランク角度B°の間に吸排気弁着座時の振動は得られない。
したがって、振動値の小さい方若しくは吸気弁着座時の振動がない方が信号が燃焼トップ信号と判定される。本実施の形態では▲2▼の信号となる。
【0040】
そして、上記シリンダA1における燃焼トップ信号の判定により、選択されたトップパルス信号(▲2▼の信号)のみを用いて1パルス/2回転とし、シリンダA1の燃焼時期が算出される。
【0041】
なお、上述のように得られた燃焼時期を基に、以下のように燃焼時の振動のみを抽出して燃焼状態の監視を行うことが可能である。
【0042】
まず、上述のように、トップ位置検出センサ3からのシリンダA1の1パルス/1回転のトップパルス信号から燃焼トップ信号を判定した後、この燃焼トップ信号(図3中▲2▼の信号)のみを1パルス/2回転のタイミング信号として用いる。
【0043】
そして、燃焼時期検出装置2の燃焼時期検出部8にトップ位置検出センサ3からのシリンダA1における1パルス/2回転の燃焼トップ信号と、各シリンダA1〜A9,B1〜B9に取り付けた振動検出センサ4からの振動信号を取り込む。
【0044】
シリンダA1からの燃焼トップ信号はタイミング信号演算手段9に入力される。
タイミング信号演算手段9は、1パルス/2回転から機関回転数Rを下記のように演算する。
1パルス/2回転信号の間隔をT(s)とすると、4サイクルエンジンの機関回転数Rは、R=2/T(rps)=60・2/T=120/T(rpm)で表せる。
【0045】
タイミング信号演算手段9は、着火される各シリンダA1〜A9、B1〜B9の着火順序と燃焼トップ角度間隔から、各シリンダA1〜A9、B1〜B9の燃焼トップタイミングを算出する。
【0046】
本実施の形態のエンジン2における各シリンダの着火順序は、図5に示すように、A1、B1、A7、B7、A4、B4、A2、B2、A8、B8、A6、B6、A3、B3、A9、B9、A5、B5の順で繰り返されるようになっている。
【0047】
また、本実施の形態では、1パルス/1回転信号が入力されてから(60+20)=80°毎にA列のシリンダの燃焼トップがくる。B列のシリンダは、A列の対応するシリンダよりもそれぞれ60°ずつ遅れて燃焼トップとなる。
【0048】
タイミング信号演算手段9による各シリンダA1〜A9,B1〜B9の着火タイミングの演算結果は、燃焼時の振動を取り出すためのタイミング信号としてマルチプレクサ回路10に出力される。
【0049】
ここで、振動検出センサ4からの振動信号は、アンプ15とフィルタ16を介してマルチプレクサ回路10に入力される。
【0050】
マルチプレクサ回路10は、入力された各シリンダA1〜A9、B1〜B9の着火タイミングに基づき、各シリンダA1〜A9、B1〜B9の燃焼時の振動信号を取り出す。
【0051】
取り出された振動信号は、ピークホールド回路11に入力され、各シリンダA1〜A9,B1〜B9毎の燃焼時間(数msec)中の振動信号の最大値を検出する。
これにより、各シリンダA1〜A9,B1〜B9毎において、エンジン2回転中(1パルス/1回転中)に各1個の振動信号が得られる。
【0052】
ピークホールド回路11が出力した振動信号の最大値は、A/D変換部12においてA/D変換され比較演算手段13に入力される。
【0053】
比較演算手段13では、各シリンダA1〜A9,B1〜B9の燃焼時における振動信号の最大値を所定回数ずつサンプリングして所定個数の最大値を求め、これらの平均値を算出して、各シリンダA1〜A9,B1〜B9毎の燃焼時の振動値を求める。
【0054】
そして、比較演算手段13にて求められた各シリンダA1〜A9,B1〜B9毎の燃焼時の振動値を以て、このエンジン1における各シリンダA1〜A9,B1〜B9の燃焼状態を監視することが可能となる。
【0055】
したがって、上述した4サイクルディーゼル機関の燃焼時期検出方法では、シリンダA1の1回転に1パルスのトップパルス信号を基準としているので、クランク主軸6に対応してトップ位置検出センサ3を設けられるようになり、エンジン1内部の加工を不要とすることができる。
【0056】
特に既存のエンジン1にセンサ等を取り付ける場合、エンジン1内部の加工が不要であるために、コストを低減するとともに、センサ等の取り付け時間を短縮化することができる。
【0057】
1回転に1パルスのトップパルス信号を用いたことにより、ずれが生じやすい吸排気弁の着座タイミングを的確に算出して吸排気弁の着座時の振動を得るので、より正確な燃焼時期の判定を行うことができる。
【0058】
また、1回転に1パルスのトップパルス信号から燃焼時のトップパルス信号を抽出し、この燃焼時のトップパルス信号によって得られた2回転に1パルスの燃焼トップ信号によって、全てのシリンダにおける燃焼タイミングを的確に算出して燃焼時の振動を得るので、適宜に燃焼状態の監視を行うことができる。
【0059】
なお、上述した実施の形態では、複数のシリンダのうち、所定のシリンダとしてシリンダA1のシリンダを基準のシリンダとして説明したが、本発明の燃焼時期検出方法においては、これに限定されることはなく、複数の各シリンダの任意のシリンダを選択し基準とすればよく、このシリンダを基準に燃焼時期を検出できるものであり、例えばシリンダB1を所定のシリンダとして選択し基準とする場合には、このシリンダB1に取り付けられたセンサからの振動信号と、シリンダB1におけるピストン上死点を示すクランク軸の1回転に1パルスを装置に取り込むことで、上述したシリンダA1を選択し基準とした例と同様に、燃焼時期を検出できるものである。
【0060】
【発明の効果】
以上説明したように本発明による4サイクルディーゼル機関の燃焼時期検出方法は、燃焼時期を算出するために、複数のシリンダのうちのいずれか1つのシリンダを基準のシリンダとし、この基準のシリンダにおけるピストン上死点を示すクランク主軸の1回転毎に1つのトップパルス信号を基準として、このクランク主軸にセンサ等を設けることとしたので、エンジンの外部に配設可能となり、エンジン内部の加工が不要となって、センサ等の取り付けを容易とすることができる。
【0061】
特に、既存のエンジンにセンサ等を取り付ける場合に、エンジン内部の加工を不要とすることが可能となるとともに、取り付け時間を大幅に短縮することができ、コストを低減することができる効果が得られる。
【0062】
さらに、クランク主軸の1回転毎の1つのトップパルス信号を用いたことにより、ずれが生じやすい吸気弁あるいは排気弁の着座タイミングを正確に算出でき、これにより吸気弁あるいは排気弁の着座時の振動を得ることができるので、より正確な燃焼時期の判定を行うことができるという効果が得られる。
【0063】
また、1回転に1パルスのトップパルス信号から燃焼時のトップパルス信号を抽出し、この燃焼時のトップパルス信号によって得られた2回転に1パルスの燃焼トップ信号によって、全てのシリンダにおける燃焼タイミングを的確に算出して燃焼時の振動を得るのことができるで、この燃焼タイミングを用いて適宜にエンジンにおける各シリンダの燃焼状態の監視を行うことが可能となる効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃焼時期検出方法における一実施の形態のエンジン構成および燃焼時期検出装置を示す概略図
【図2】同燃焼時期検出装置の要部を示すブロック図
【図3】所定のシリンダのトップパルス信号と振動との関係を示すタイミングチャート図
【図4】燃焼トップパルス信号の判定手順を示す流れ図
【図5】同一実施の形態のエンジンのシリンダ点火順序を示す図
【符号の説明】
1…エンジン
2…燃焼時期検出装置
3…トップ位置検出センサ
4…振動検出センサ
5…発電機
6…クランク主軸
7…回転盤
8…燃焼時期検出部
9…タイミング信号演算手段
10…マルチプレクサ回路
11…ピークホールド回路
12…A/D変換部
13…比較演算手段
14…メモリ
15…アンプ
16…フィルタ
Claims (1)
- 複数のシリンダを有する4サイクルディーゼル機関の燃焼時期検出方法において、
前記複数のシリンダのいずれか1つのシリンダを基準のシリンダとし、該基準のシリンダにおけるピストン上死点を示すクランク主軸の1回転毎に1つのトップパルス信号を連続して検出し、
該トップパルス信号から前記基準のシリンダの吸気弁あるいは排気弁の着座タイミングを算出し、
該着座タイミングを、前記基準のシリンダより得られる振動信号の計測タイミングとし、前記各シリンダにそれぞれ設けられる振動検出センサのうち、前記基準のシリンダに設けられる振動検出センサから前記各トップパルス信号に対応する前記吸気弁あるいは排気弁の着座時の振動信号として連続して抽出するとともに、
連続する2つの前記トップパルス信号に対応して抽出される2つの前記振動信号を比較して、これら2つの振動信号のうち、該振動信号が小さい方若しくは該振動信号を有さない方の一方のトップパルス信号を燃焼時の振動信号を有するトップパルス信号とし、
該一方のトップパルス信号に対応して前記振動検出センサから得られる振動信号を燃焼時の振動信号と判断して、該一方のトップパルス信号を燃焼トップ信号とし、
該燃焼トップ信号にて前記基準のシリンダの燃焼時期を得ることを特徴とする4サイクルディーゼル機関の燃焼時期検出方法。
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