JP3759093B2 - 内燃機関の異常燃焼検知、調整方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関、特に予混合燃焼エンジンの燃焼室におけるノッキング等の異常燃焼を検知し、流体噴射弁から該異常燃焼の発生点に向けて異常燃焼を抑制し得る燃焼抑制流体を噴射するようにした内燃機関の異常燃焼検知、調整方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
予混合燃焼エンジンにおいては、予混合燃焼であるため燃焼室内における混合ガスの濃度分布の不均一等に起因するノッキングが発生し易く、該ノッキングの発生を抑制して、燃焼効率の低下を回避するとともに該ノッキングに伴う燃焼室周り構成部材の破損の発生を防止することが大きな課題の１つとなっている。
かかるノッキングを抑制するには、エンジン運転中においてノッキングが発生していることを正確に検知し、迅速に該ノッキングを阻止する手段を講ずることが必須である。
【０００３】
かかる予混合燃焼エンジンにおいて、ノッキングの発生を検知する技術の１つとして、特開平８−１２８３５４号（特許文献１）の発明が提供されている。
かかる発明においては、加速度センサによりエンジンの振動を検出し、この検出振動データに所定の処理を施して処理検出データを作成して連続的に記憶させておき、該処理検出データのそれぞれをこれらの閾値と比較し、所定数の処理検出データのうちで前記閾値を超えたデータの割合を算出し、この割合が一定値を超えたときノッキングが発生しているものと判定している。
【０００４】
また、特開２００２−１８０９０９号（特許文献２）の発明においては、ノッキングセンサにより検出されたノッキングの強度が許容範囲を超えた時点でＣＯ２供給コントローラによってノッキング抑制剤としてのＣＯ２の混合割合を増加させ、その後ノッキングの強度が許容範囲に収まった時点でＣＯ２混合割合の増加を停止あるいは増加割合を低下させることにより、最適なＣＯ２混合割合決定するように構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１２８３５４号公報
【特許文献２】
特開２００２−１８０９０９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
予混合燃焼エンジンのノッキングは、燃焼室内における混合ガスの濃度分布の不均一に起因して発生することが多く、従って該ノッキングの発生を正確に検知し、ノッキングの発生要因を除去するには、燃焼室内における燃焼状態から直接ノッキングの発生状況を検知し、該ノッキングを制止して正常な燃焼状態に復元することを必要とする。
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１の発明にあっては、エンジン振動の検出データを用い、ノッキングを起こす振動の閾値と比較することによりノッキング発生の有無を判定しているにとどまり、ノッキング発生源である燃焼室内における燃焼状態に基づいたノッキング発生の有無の検知は不可能であり、ノッキング発生の有無を正確に検知するのは困難を伴い、適切なノッキング制止措置を施すのも困難となる、
等の問題点を有している。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、予混合燃焼エンジンにおいて、燃焼室内における燃焼状態に基づいてノッキング等の異常燃焼の発生と燃焼室内における異常燃焼発生部位とを正確に検知し、該異常燃焼発生部位における燃焼状態を改善して異常燃焼を制止し、あるいは異常燃焼発生点以外の部位の燃焼を促進して、正常な燃焼状態に復元せしめることにより高い燃焼効率を維持し得る内燃機関の異常燃焼検知、調整方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、内燃機関の燃焼室におけるノッキング等の異常燃焼を検知する内燃機関の異常燃焼検知、調整方法において、前記燃焼室内の異なる部位に複数個の光センサを該燃焼室内からの受光方向を変化可能に設置し、前記燃焼室内から前記複数個の光センサの夫々に入光される光の強度のうち、正常燃焼時の閾値を超えている時の光の強度に対応する受光方向線の交点を異常燃焼発生点として検出するとともに、前記燃焼室内に前記異常燃焼を抑制し得る燃焼抑制流体もしくは燃焼を促進し得る燃焼促進流体を噴射する流体噴射弁を設置し、前記異常燃焼発生点の検出結果を受けて前記流体噴射弁から該異常燃焼発生点に向けて前記燃焼抑制流体を噴射し、もしくは該異常燃焼発生点を避けて燃焼促進流体を噴射することを特徴とする内燃機関の異常燃焼検知、調整方法を提案する。
この場合に、請求項２記載のようにエンジン回転数、エンジン出力等のエンジン運転状態を検出し、該エンジン運転状態の検出値に従い前記流体噴射弁からの燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体の噴射量を調整するのがよい。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の内燃機関の異常燃焼検知、調整方法を実施する装置の発明に係り、内燃機関の燃焼室におけるノッキング等の異常燃焼を検知する異常燃焼検知手段を備えた内燃機関の異常燃焼検知、調整装置において、前記異常燃焼検知手段は、前記燃焼室内の異なる部位に該燃焼室内からの受光方向を変化可能に設置された複数個の光センサと、該光センサの夫々に前記燃焼室内から入光される光の強度のうち、正常燃焼時の閾値を超えている時の光の強度に対応する受光方向線の交点を異常燃焼発生点として検出する異常燃焼発生点検出手段とを備えてなり、
更にシリンダライナ外周面が臨む水室を円周方向に沿って複数に分割するとともに、各水室の冷却水入口管を開閉する開閉弁を設け、前記異常燃焼検知手段からの異常発生点の 検出結果を受けて前記各開閉弁の開度を制御するように構成してなることを特徴とする。
【００１１】
請求項３において、好ましくは請求項４ないし５のように構成する。即ち請求項４においては、前記複数個の光センサをステップ的に回転可能に構成され前記燃焼室内からの受光方向を変化せしめる光センサ回転装置を備える。
【００１２】
請求項５においては、ステッピングモータ、サーボモータ等のステップ的に回転可能な電動モータにより前記複数個の光センサを回転駆動し前記燃焼室内からの受光方向を変化せしめる光センサ回転装置を備える。
【００１３】
また、請求項３において、好ましくは請求項６ないし８のように構成する。即ち請求項６においては、前記各光センサは、前記燃焼室内の複数箇所からの受光が可能な複数の受光部を備えてなる。
【００１４】
請求項７においては、前記各光センサの受光方向を前記燃焼室内の複数方向に指向せしめる首振り機構を備えてなる。
【００１５】
請求項８においては、前記燃焼室内に突出された管体をエンジンのシリンダヘッドに挿設し、該管体の先端内部に前記燃焼室内からの光を反射して該管体内を通して前記光センサに伝送するミラーを設けてなる。
【００１６】
以上のような発明において、燃焼室内の異なる部位に設置された複数個の光センサの夫々に入光される光のエネルギーは、該燃焼室内での燃焼時における圧力及び温度によって変化し、該燃焼室内でノッキング等の異常燃焼が発生している場合には前記光センサに入光される光のエネルギーの強度が変化する。
【００１７】
従って、かかる発明によれば、前記複数個の光センサの夫々に入光される光の強度が、ノッキング等の異常燃焼が発生していない正常燃焼時の閾（しきい）値を越えているときの前記複数個の光センサへの入光方向線を検出すればこの２つの入光方向線上に前記ノッキング等の異常燃焼発生点があることとなり、前記異常燃焼発生点検出手段によって該複数個の光センサへの入光方向線の交点を検出することにより、前記ノッキング等の異常燃焼の発生点（発生位置）を検知することが可能となる。
【００１８】
従ってかかる発明によれば、燃焼室内の異なる部位に設置された複数個の光センサへの入光方向線及び両者の交点を検出することにより、燃焼室内におけるノッキング等の異常燃焼の発生場所を正確にかつリアルタイムで検知することができる。
【００１９】
また、請求項５、６のように構成すれば、光センサ回転装置によって複数個の光センサを相関連させて回転させることにより、該複数個の光センサの向きを自在に変化させ、各光センサへの入光方向を正確かつ迅速に検出することができる。
【００２０】
また請求項６、７のように構成すれば、複数個の光センサの夫々に燃焼室内の複数方向及び複数箇所からの燃焼光を入光可能であるので、ノッキング等の異常燃焼発生点を広範囲で検知することができ、ノッキング等の異常燃焼発生点の検出精度が高くなる。
【００２１】
また請求項８のように構成すれば、燃焼室内に突出された管体の先端内部に設けられたミラーに燃焼室内からの光を反射させて燃焼室の外部に設置された光センサに伝送するので、該光センサが高温になるのを回避できて耐久性が向上する。
【００２２】
また、請求項３、４、５、６、７、８若しくは９記載の内燃機関の異常燃焼検知、調整 装置において、前記光センサは該センサ及びシリンダヘッドに設けた円錐状のシート部を介してシリンダヘッドにガスシールされて装着されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項１において、好ましくは請求項２記載のように、エンジン回転数、エンジン出力等のエンジン運転状態を検出し、該エンジン運転状態の検出値に従い前記流体噴射弁からの燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体の噴射量を調整する。
【００２４】
請求項９ないし１１記載の発明は、請求項１ないし２の内燃機関の異常燃焼検知、調整方法を実施する装置の発明に係り、請求項９の発明は内燃機関の燃焼室におけるノッキング等の異常燃焼を検知する異常燃焼検知手段を備えた内燃機関の異常燃焼検知、調整装置において、前記異常燃焼検知手段は、前記燃焼室内の異なる部位に該燃焼室内からの受光方向を変化可能に設置された複数個の光センサと、該光センサの夫々に前記燃焼室内から入光される光の強度のうち、正常燃焼時の閾値を超えている時の光の強度に対応する受光方向線の交点を異常燃焼発生点として検出する異常燃焼発生点検出手段とを備えてなり、
更にエンジンのシリンダヘッドに装着され前記燃焼室内に異常燃焼を抑制し得る燃焼抑制流体もしくは燃焼を促進し得る燃焼促進流体を噴射する流体噴射弁と、前記燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体を加圧して該流体噴射弁に供給する流体噴射装置と、前記異常燃焼発生点検出手段から入力される前記異常燃焼発生点の検出結果を受けて流体噴射装置及び流体噴射弁を介して前記異常燃焼発生点に向けて燃焼抑制流体を噴射せしめる、あるいは前記異常燃焼発生点以外の部位に燃焼促進流体を噴射せしめる流体噴射制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
請求項９において、好ましくは請求項１０、１１のように構成するのがよい。即ち請求項１０においては、前記異常燃焼発生点に向けて燃焼抑制流体を、あるいは前記異常燃焼発生点以外の部位に燃焼促進流体を噴射可能に前記流体噴射弁を回転せしめる弁回転装置を備え、前記流体噴射制御手段は前記異常燃焼発生点検出手段からの前記異常燃焼発生点の検出結果を受けて前記弁回転装置により前記流体噴射弁の燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体噴射方向を制御するように構成される。
【００２６】
請求項１１においては、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器と、エンジン出力等のエンジン運転状態を検出するエンジン運転状態検出器を備え、前記流体噴射装置は、前記エンジン運転状態検出器からのエンジン運転状態の検出値に従い前記流体噴射弁から噴射される燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体の噴射量を調整するように構成される。
【００２７】
以上のような請求項１ないし２及び請求項９〜１１の発明によれば、異常燃焼発生点検出手段により検出された燃焼室内におけるノッキング等の異常燃焼発生点に向けて、シリンダヘッドに装着された流体噴射弁により加圧された水、蒸気等のノッキング等の異常燃焼を抑制する燃焼抑制流体を噴射することにより、該異常燃焼発生点近傍における燃焼温度を下げて急激な圧力上昇を抑制し、正常燃焼に復元することが可能となる。
【００２８】
そして、前記燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体の噴射量は、請求項２及び１１のように、エンジン回転数、エンジン出力等のエンジン運転状態の検出値に基づき、流体噴射装置において前記エンジン運転状態に適合した噴射量に制御することができる。
【００２９】
また請求項１０のように構成すれば、流体噴射制御手段によって回転制御される弁回転装置により、流体噴射弁を回動せしめて、燃焼抑制流体噴射方向を検出された異常燃焼発生点に、もしくは燃焼促進流体を前記異常燃焼発生点以外の部位に、容易に指向せしめ、燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体を所望の位置に噴射することができる。
【００３０】
請求項３記載の発明は、前記した通り、シリンダライナ外周面が臨む水室を円周方向に沿って複数に分割するとともに、各水室の冷却水入口管を開閉する開閉弁を設け、前記異常燃焼検知手段からの異常発生点の検出結果を受けて前記各開閉弁の開度を制御するように構成してなることを要旨とする。
【００３１】
かかる発明によれば、コントローラによりノッキング発生位置近傍の水室用の開閉弁の開度を大きくして該水室を近傍のシリンダライナ温度を低下させ、ノッキングを抑制することができる。
【００３２】
以上のように、かかる発明によれば、燃焼室内の異なる部位に設置された複数個の光センサへの入光方向線及び両者の交点を検出して燃焼室内におけるノッキング等の異常燃焼の発生場所を異常燃焼発生点検出手段により正確にかつリアルタイムで検知することができるとともに、前記異常燃焼発生点検出手段により検出された燃焼室内の異常燃焼発生点近傍における燃焼状態を正常な燃焼状態に迅速に復元せしめる、あるいは異常燃焼発生点近傍の温度を適性温度に復元せしめることが可能となり、高い燃焼効率を維持するとともに燃焼室周り構成部材の耐久性を保持してエンジンを稼働させることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３４】
図１は本発明の実施例に係る予混合燃焼エンジンの異常燃焼検知装置を示し、（Ａ）はその全体構成図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＺ部拡大断面図である。図２は前記実施例における光センサ及び流体噴射弁の平面配置図である。図３は前記実施例における流体噴射コントローラの制御ブロック図である。図４は前記における光センサ回転装置の他の例を示す構成断面図である。図５は前記光センサの第２例を示す図４対応図、図６は前記光センサの第３例を示す図４対応図である。図７は前記光センサの第４例を示す図４対応図である。図８は光センサの特性線図、図９は他の実施例における水室の平面模式図である。
【００３５】
全体構成を示す図１、２において、１００はエンジン（予混合燃焼エンジン）、１０２は該エンジン１００のピストン、１０３はシリンダヘッド、１０３ａはシリンダライナ、１０１は該ピストン１０２とシリンダヘッド１０３とシリンダライナ１０３ａとにより区画形成された燃焼室、１０４は副室である。
１は前記シリンダヘッド１０３に装着されて前記燃焼室１０１内に突出された光センサである。該光センサ１は前記燃焼室１０１内からの光（燃焼光）を受光して電流に変換する公知の光センサである。また該光センサ１（１ａ、１ｂ）は、図２のように、前記燃焼室１０１内の水平方向（シリンダ中心軸１０５に直角方向）の異なる箇所に設けられている。又、光センサ１は、本例では２箇所であるが、それ以上の箇所に設けられてもよい。
【００３６】
さらに、前記光センサ１の上部には、内部を該光センサ１からの導線２が貫通する中空のセンサ回転軸７が固着されて前記シリンダヘッド１０３に回動可能にかつ上下動可能となっている。前記センサ１のガスシールは該センサ１及びシリンダヘッドに設けた円錐状のシート部によって行っている。
【００３７】
０５は前記光センサ１の回転装置で、エンジンの回転軸に連結される回転駆動装置４の回転力を歯車５及び前記センサ回転軸７に相対回転不能かつ軸方向に相対移動可能に嵌合された歯車６を介して該センサ回転軸７に伝達し、前記光センサ１を燃焼室１０１内においてステップ的に回動して、図２の破線矢印に示すように燃焼室１０１内の多方向からの燃焼光を受光せしめ得るようになっている。
また、前記回転装置０５は、図４に示すように、ステッピングモータ、サーボモータ等のステップ的に回転可能な電動モータ３０を用い、該電動モータ３０の回転力を歯車伝動装置３１と介して前記光センサ１に伝達し、該光センサ１をステップ的に回動可能に構成することもできる。
３は電気信号取出装置で、前記センサ回転軸７内を貫通する光センサ１からの導線２を後述するコントローラ１０への制御回線８に接続するものである。
【００３８】
２６は流体噴射弁で、これの弁棒２６１が前記シリンダヘッド１０３内に回動可能かつ上下動可能に嵌合されている。該流体噴射弁２６の詳細を示す図１（Ｂ）において、２６ａは燃焼室１０１内のガスシールのための円錐状のシート部である。
該流体噴射弁２６は、後述するコントローラ１０からの制御操作信号を受けて燃焼室１０１内において回動され、ノッキングが発生している部位に水、蒸気等のノッキングの抑制流体を噴射するもので、図２における２０２ａのようにノッキング発生位置２００に向けて前記抑制流体を噴射可能な位置に設置されている。
【００３９】
２６２は該流体噴射弁２６内に貫設された流体通路、２６３は該流体噴射弁２６内の先端部に前記燃焼室１０１内に向けて開口するように穿孔された噴孔である。２６４は前記流体通路２６２と噴孔２６３との間に設けられた逆止弁で、前記流体通路２６２側から噴孔２６３側つまり前記燃焼室１０１側に向かう流れのみを可能とするように構成され、燃焼室１０１内からの燃焼ガスの逆流を防止している。
２８は前記流体噴射弁２６の回転装置で、後述するコントローラ１０により制御操作される弁回転装置２２からの回転力を歯車２４及び前記弁棒２６１に相対回転不能かつ軸方向に相対移動可能に嵌合された歯車２５を介して該流体噴射弁２６に伝達し、図２に示すように該流体噴射弁２６を前記ノッキング発生位置２００に向けて前記燃焼抑制流体を噴射すべく回動せしめるように構成されている。
【００４０】
２０は流体噴射装置で、抑制流体供給管２７を通して供給される水、蒸気等のノッキングの抑制流体を加圧し、前記流体噴射弁２６の上部に装着された流体継手２１を通して該流体噴射弁２６に圧送するものである。
１０はコントローラで、前記光センサ１からの燃焼室１０１内におけるノッキング発生点の検出結果及びエンジン運転状態の検出信号を受けて、前記流体噴射装置２０及び弁回転装置２２を制御操作するものである。
【００４１】
かかる構成からなる予混合燃焼エンジンの異常燃焼検知、調整装置において、前記光センサ１で検出された燃焼室１０１内における燃焼状態の検出信号（電気信号）は導線２、電気信号取出装置３及び制御回線８を介してコントローラ１０のノッキング発生位置検出部１１（図３参照）に入力される。
かかる実施例においては、前記光センサ１の回転装置０５によって光センサ１ａ及び１ｂを相関連させて回転させるので、該光センサ１ａ及び１ｂの向きを自在に変化させて広範囲の光線を受光しその強度を検出することができることとなり、各光センサ１ａ及び１ｂへの光の強度の入光方向を正確に検出することが可能となる。
【００４２】
該ノッキング発生位置検出部１１においては、前記光センサ１からの燃焼状態の検出信号に基づき、次のようにして前記燃焼室１０１内におけるノッキングの発生の有無及びノッキング発生位置を検出する。
即ち、図２に示されるような前記燃焼室１０１内の異なる部位に設置された光センサ１ａ、１ｂの夫々に入光される光のエネルギーは、該燃焼室１０１内での燃焼時における圧力及び温度によって変化し、該燃焼室１０１内でノッキングが発生している場合には前記光センサ１ａ、１ｂに入光される光のエネルギーの強度が変化する。
図８は前記予混合燃焼エンジンの燃焼室１０１内から前記光センサ１により検出された燃焼状態の検出信号を示す。図においてＡはノッキングが発生していない正常燃焼の場合であり、ノッキングが発生すると、Ｂのように燃焼行程における燃焼光のエネルギーに比例した検出光信号の強さ（つまり電流の大きさ）がＡに示す正常燃焼の場合に比べて大きくなる。
【００４３】
従って、前記ノッキング発生位置検出部１１においては、前記光センサ１ａ、１ｂの夫々に入光される燃焼光の強度が、ノッキングが発生していない正常燃焼時の閾（しきい）値つまり図８におけるＡ線の値を越えているときの前記光センサ１ａ、１ｂへの入光方向線２０１ａ及び２０１ｂの交点である前記燃焼室１０１内におけるノッキング発生位置２００を検出する。
これにより、燃焼室１０１内におけるノッキング発生位置２００を正確にかつリアルタイムで検知することができる。
該ノッキング発生位置の検出値は流体噴射方向算出部１２に入力される。
【００４４】
図３に示す流体噴射方向算出部１２においては、前記ノッキング発生位置２００の算出値と前記流体噴射弁２６の設置位置とに基づき、流体噴射弁２６からの該水、蒸気等のノッキング燃焼抑制流体の噴射方向（図２の２０２ａ）もしくは図示しない燃焼促進流体の噴射方向を算出し、流体噴射制御部１４及び流体噴射量選出部１３に入力される。
一方、１５はエンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器、１６はエンジン出力（エンジン負荷）を検出するエンジン出力検出器であり、該エンジン回転数検出器１５及びエンジン出力検出器１６からのエンジンの回転数及びエンジン出力の検出値は前記流体噴射量算出部１３に入力される。
【００４５】
該流体噴射量算出部１３においては、前記エンジン回転数及びエンジン出力の検出値等のエンジン運転状態検出値に基づき、該エンジン運転状態に対応する前記ノッキング燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体の噴射量を算出し、流体噴射制御部１４に入力する。これにより、エンジン回転数、エンジン出力等のエンジン運転状態の検出値に適合した燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体の噴射量に制御することができる。
【００４６】
流体噴射制御部１４においては、前記流体噴射方向算出部１２によって算出された流体噴射弁２６からの前記ノッキング燃焼抑制流体の噴射方向（図２の２０２ａ）の算出値、及び前記流体噴射量選出部１３からのエンジン運転状態に対応する前記ノッキング燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体の噴射量の算出値に基づき、前記流体噴射装置２０を前記ノッキング燃焼抑制流体の算出噴射量もしくは燃焼促進流体の算出噴射量で作動せしめるとともに、前記弁回転装置２２を前記流体噴射弁２６の噴孔２６３の方向が前記のようにして算出されたノッキング燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体の噴射方向になるように操作せしめる。
【００４７】
かかる流体噴射装置２０の作動及び前記弁回転装置２２を介しての回転装置の作動により、前記流体噴射弁２６からの燃焼抑制流体は、前記エンジン運転状態に対応する噴射量でもって図２の２０２ａのようにノッキング発生位置２００に向けて、もしくは燃焼促進流体が前記ノッキング発生位置以外の方向に向けて噴射せしめられる。これにより、ノッキング発生点近傍における燃焼が抑制されて急激な圧力上昇が抑制され、正常燃焼に復元することが可能となる。
【００４８】
図５ないし図７は前記光センサ１の変形例を示す。
図５の光センサ１は、該光センサ１の燃焼室１０１深さ方向に複数の受光部を設け、前記燃焼室１０１内の深さ方向複数箇所からの受光を可能としている。
【００４９】
図６の光センサ１は、センサ回転軸７の先端部に首振り機構４１を設けて、該首振り機構４１により光センサ１の傾斜角度を変化させ、前記燃焼室１０１内の深さ方向において傾斜角度の異なる複数の受光を可能としている。
【００５０】
図５〜６に示す光センサ１によれば、光センサ１ａ、１ｂの夫々に燃焼室１０１内の複数方向及び複数箇所からの燃焼光を入光可能であるので、ノッキング発生点を広範囲で検知することができ、該ノッキング発生点の検出精度が高くなる。
【００５１】
図７のものは、前記燃焼室内１０１に突出された回転管３７をシリンダヘッド１０３に挿設し、該回転管３７の先端内部に前記燃焼室１０１内からの光を反射するミラー３５を設け、燃焼室内１０１からの燃焼光を前記ミラー３５にて、点線０１にてしめす如く反射させ、回転管３７内を通して前記回転管３７の先端部に装着した光センサ１に伝送するように構成されている。また該ミラー３５をミラー回転機構３６により回転可能に構成している。
この場合は、燃焼室１０１内に突出された回転管３７の先端内部に設けられたミラー３５に燃焼室１０１内からの光を反射させて該回転管３７の上部つまり燃焼室１０１の外部に設置された光センサ１に伝送するので、該光センサ１が高温になるのを回避でき該光センサ１の耐久性が向上する。
【００５２】
図９に示す他の実施例においては、シリンダライナ１０３ａの外周面が臨む水室５２を円周方向に沿って複数に分割するとともに、（５２ｂは隔壁）各水室５２の冷却水入口管５３を開閉する開閉弁５１を設け、前記コントローラ１０のノッキング発生位置検出部１１からのノッキング発生位置２００の検出結果を受けて前記各開閉弁５１の開度を抑制している。
即ち、前記コントローラ９はノッキング発生位置２００近傍の水室５２ａ用の開閉弁５１の開度を大きくして該水室５２ａ近傍のシリンダライナ１０３ａ温度を低下させ、ノッキングを抑制する。
【００５３】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、燃焼室内の異なる部位に設置された複数個の光センサへの入光方向線及び両者の交点を検出して燃焼室内におけるノッキング等の異常燃焼の発生場所を異常燃焼発生点検出手段により正確にかつリアルタイムで検知することができるとともに、前記異常燃焼発生点検出手段により検出された燃焼室内のノッキング等の異常燃焼発生点近傍における燃焼状態を正常な燃焼状態に迅速に復元せしめる、あるいは異常燃焼発生点近傍の温度を適性温度に復元せしめることが可能となり、高い燃焼効率を維持するとともに燃焼室周り構成部材の耐久性を保持してエンジンを稼働させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係る予混合燃焼エンジンの異常燃焼検知装置を示し、（Ａ）はその全体構成図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＺ部拡大断面図である。
【図２】 前記実施例における光センサ及び流体噴射弁の平面配置図である。
【図３】 前記実施例における流体噴射コントローラの制御ブロック図である。
【図４】 前記における光センサ回転装置の他の例を示す構成断面図である。
【図５】 前記光センサの第２例を示す図４対応図である。
【図６】 前記光センサの第３例を示す図４対応図である。
【図７】 前記光センサの第４例を示す図４対応図である。
【図８】 光センサの特性線図である。
【図９】 他の実施例における水室の平面模式図である。
【符号の説明】
１ 光センサ
４ 回転駆動装置
０５ 回転装置
７ センサ回転軸
１０ コントローラ
１１ ノッキング発生位置検出部
１２ 流体噴射方向算出部
１３ 流体噴射量算出部
１４ 流体噴射制御部
１５ エンジン回転数検出器
１６ エンジン出力検出器
２０ 流体噴射装置
２２ 弁回転装置
２６ 流体噴射弁
２８ 回転装置
３０ 電動モータ
３５ ミラー
３７ 回転管
４１ 首振り機構
５１ 開閉弁
５２ 水室
１００ エンジン
１０１ 燃焼室
１０３ シリンダヘッド
２００ ノッキング発生位置
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関、特に予混合燃焼エンジンの燃焼室におけるノッキング等の異常燃焼を検知し、流体噴射弁から該異常燃焼の発生点に向けて異常燃焼を抑制し得る燃焼抑制流体を噴射するようにした内燃機関の異常燃焼検知、調整方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
予混合燃焼エンジンにおいては、予混合燃焼であるため燃焼室内における混合ガスの濃度分布の不均一等に起因するノッキングが発生し易く、該ノッキングの発生を抑制して、燃焼効率の低下を回避するとともに該ノッキングに伴う燃焼室周り構成部材の破損の発生を防止することが大きな課題の１つとなっている。
かかるノッキングを抑制するには、エンジン運転中においてノッキングが発生していることを正確に検知し、迅速に該ノッキングを阻止する手段を講ずることが必須である。
【０００３】
かかる予混合燃焼エンジンにおいて、ノッキングの発生を検知する技術の１つとして、特開平８−１２８３５４号（特許文献１）の発明が提供されている。
かかる発明においては、加速度センサによりエンジンの振動を検出し、この検出振動データに所定の処理を施して処理検出データを作成して連続的に記憶させておき、該処理検出データのそれぞれをこれらの閾値と比較し、所定数の処理検出データのうちで前記閾値を超えたデータの割合を算出し、この割合が一定値を超えたときノッキングが発生しているものと判定している。
【０００４】
また、特開２００２−１８０９０９号（特許文献２）の発明においては、ノッキングセンサにより検出されたノッキングの強度が許容範囲を超えた時点でＣＯ２供給コントローラによってノッキング抑制剤としてのＣＯ２の混合割合を増加させ、その後ノッキングの強度が許容範囲に収まった時点でＣＯ２混合割合の増加を停止あるいは増加割合を低下させることにより、最適なＣＯ２混合割合決定するように構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１２８３５４号公報
【特許文献２】
特開２００２−１８０９０９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
予混合燃焼エンジンのノッキングは、燃焼室内における混合ガスの濃度分布の不均一に起因して発生することが多く、従って該ノッキングの発生を正確に検知し、ノッキングの発生要因を除去するには、燃焼室内における燃焼状態から直接ノッキングの発生状況を検知し、該ノッキングを制止して正常な燃焼状態に復元することを必要とする。
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１の発明にあっては、エンジン振動の検出データを用い、ノッキングを起こす振動の閾値と比較することによりノッキング発生の有無を判定しているにとどまり、ノッキング発生源である燃焼室内における燃焼状態に基づいたノッキング発生の有無の検知は不可能であり、ノッキング発生の有無を正確に検知するのは困難を伴い、適切なノッキング制止措置を施すのも困難となる、
等の問題点を有している。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、予混合燃焼エンジンにおいて、燃焼室内における燃焼状態に基づいてノッキング等の異常燃焼の発生と燃焼室内における異常燃焼発生部位とを正確に検知し、該異常燃焼発生部位における燃焼状態を改善して異常燃焼を制止し、あるいは異常燃焼発生点以外の部位の燃焼を促進して、正常な燃焼状態に復元せしめることにより高い燃焼効率を維持し得る内燃機関の異常燃焼検知、調整方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、内燃機関の燃焼室におけるノッキング等の異常燃焼を検知する内燃機関の異常燃焼検知、調整方法において、前記燃焼室内の異なる部位に複数個の光センサを該燃焼室内からの受光方向を変化可能に設置し、前記燃焼室内から前記複数個の光センサの夫々に入光される光の強度のうち、正常燃焼時の閾値を超えている時の光の強度に対応する受光方向線の交点を異常燃焼発生点として検出するとともに、前記燃焼室内に前記異常燃焼を抑制し得る燃焼抑制流体もしくは燃焼を促進し得る燃焼促進流体を噴射する流体噴射弁を設置し、前記異常燃焼発生点の検出結果を受けて前記流体噴射弁から該異常燃焼発生点に向けて前記燃焼抑制流体を噴射し、もしくは該異常燃焼発生点を避けて燃焼促進流体を噴射することを特徴とする内燃機関の異常燃焼検知、調整方法を提案する。
この場合に、請求項２記載のようにエンジン回転数、エンジン出力等のエンジン運転状態を検出し、該エンジン運転状態の検出値に従い前記流体噴射弁からの燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体の噴射量を調整するのがよい。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の内燃機関の異常燃焼検知、調整方法を実施する装置の発明に係り、内燃機関の燃焼室におけるノッキング等の異常燃焼を検知する異常燃焼検知手段を備えた内燃機関の異常燃焼検知、調整装置において、前記異常燃焼検知手段は、前記燃焼室内の異なる部位に該燃焼室内からの受光方向を変化可能に設置された複数個の光センサと、該光センサの夫々に前記燃焼室内から入光される光の強度のうち、正常燃焼時の閾値を超えている時の光の強度に対応する受光方向線の交点を異常燃焼発生点として検出する異常燃焼発生点検出手段とを備えてなり、
更にシリンダライナ外周面が臨む水室を円周方向に沿って複数に分割するとともに、各水室の冷却水入口管を開閉する開閉弁を設け、前記異常燃焼検知手段からの異常発生点の 検出結果を受けて前記各開閉弁の開度を制御するように構成してなることを特徴とする。
【００１１】
請求項３において、好ましくは請求項４ないし５のように構成する。即ち請求項４においては、前記複数個の光センサをステップ的に回転可能に構成され前記燃焼室内からの受光方向を変化せしめる光センサ回転装置を備える。
【００１２】
請求項５においては、ステッピングモータ、サーボモータ等のステップ的に回転可能な電動モータにより前記複数個の光センサを回転駆動し前記燃焼室内からの受光方向を変化せしめる光センサ回転装置を備える。
【００１３】
また、請求項３において、好ましくは請求項６ないし８のように構成する。即ち請求項６においては、前記各光センサは、前記燃焼室内の複数箇所からの受光が可能な複数の受光部を備えてなる。
【００１４】
請求項７においては、前記各光センサの受光方向を前記燃焼室内の複数方向に指向せしめる首振り機構を備えてなる。
【００１５】
請求項８においては、前記燃焼室内に突出された管体をエンジンのシリンダヘッドに挿設し、該管体の先端内部に前記燃焼室内からの光を反射して該管体内を通して前記光センサに伝送するミラーを設けてなる。
【００１６】
以上のような発明において、燃焼室内の異なる部位に設置された複数個の光センサの夫々に入光される光のエネルギーは、該燃焼室内での燃焼時における圧力及び温度によって変化し、該燃焼室内でノッキング等の異常燃焼が発生している場合には前記光センサに入光される光のエネルギーの強度が変化する。
【００１７】
従って、かかる発明によれば、前記複数個の光センサの夫々に入光される光の強度が、ノッキング等の異常燃焼が発生していない正常燃焼時の閾（しきい）値を越えているときの前記複数個の光センサへの入光方向線を検出すればこの２つの入光方向線上に前記ノッキング等の異常燃焼発生点があることとなり、前記異常燃焼発生点検出手段によって該複数個の光センサへの入光方向線の交点を検出することにより、前記ノッキング等の異常燃焼の発生点（発生位置）を検知することが可能となる。
【００１８】
従ってかかる発明によれば、燃焼室内の異なる部位に設置された複数個の光センサへの入光方向線及び両者の交点を検出することにより、燃焼室内におけるノッキング等の異常燃焼の発生場所を正確にかつリアルタイムで検知することができる。
【００１９】
また、請求項５、６のように構成すれば、光センサ回転装置によって複数個の光センサを相関連させて回転させることにより、該複数個の光センサの向きを自在に変化させ、各光センサへの入光方向を正確かつ迅速に検出することができる。
【００２０】
また請求項６、７のように構成すれば、複数個の光センサの夫々に燃焼室内の複数方向及び複数箇所からの燃焼光を入光可能であるので、ノッキング等の異常燃焼発生点を広範囲で検知することができ、ノッキング等の異常燃焼発生点の検出精度が高くなる。
【００２１】
また請求項８のように構成すれば、燃焼室内に突出された管体の先端内部に設けられたミラーに燃焼室内からの光を反射させて燃焼室の外部に設置された光センサに伝送するので、該光センサが高温になるのを回避できて耐久性が向上する。
【００２２】
また、請求項３、４、５、６、７、８若しくは９記載の内燃機関の異常燃焼検知、調整 装置において、前記光センサは該センサ及びシリンダヘッドに設けた円錐状のシート部を介してシリンダヘッドにガスシールされて装着されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項１において、好ましくは請求項２記載のように、エンジン回転数、エンジン出力等のエンジン運転状態を検出し、該エンジン運転状態の検出値に従い前記流体噴射弁からの燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体の噴射量を調整する。
【００２４】
請求項９ないし１１記載の発明は、請求項１ないし２の内燃機関の異常燃焼検知、調整方法を実施する装置の発明に係り、請求項９の発明は内燃機関の燃焼室におけるノッキング等の異常燃焼を検知する異常燃焼検知手段を備えた内燃機関の異常燃焼検知、調整装置において、前記異常燃焼検知手段は、前記燃焼室内の異なる部位に該燃焼室内からの受光方向を変化可能に設置された複数個の光センサと、該光センサの夫々に前記燃焼室内から入光される光の強度のうち、正常燃焼時の閾値を超えている時の光の強度に対応する受光方向線の交点を異常燃焼発生点として検出する異常燃焼発生点検出手段とを備えてなり、
更にエンジンのシリンダヘッドに装着され前記燃焼室内に異常燃焼を抑制し得る燃焼抑制流体もしくは燃焼を促進し得る燃焼促進流体を噴射する流体噴射弁と、前記燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体を加圧して該流体噴射弁に供給する流体噴射装置と、前記異常燃焼発生点検出手段から入力される前記異常燃焼発生点の検出結果を受けて流体噴射装置及び流体噴射弁を介して前記異常燃焼発生点に向けて燃焼抑制流体を噴射せしめる、あるいは前記異常燃焼発生点以外の部位に燃焼促進流体を噴射せしめる流体噴射制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
請求項９において、好ましくは請求項１０、１１のように構成するのがよい。即ち請求項１０においては、前記異常燃焼発生点に向けて燃焼抑制流体を、あるいは前記異常燃焼発生点以外の部位に燃焼促進流体を噴射可能に前記流体噴射弁を回転せしめる弁回転装置を備え、前記流体噴射制御手段は前記異常燃焼発生点検出手段からの前記異常燃焼発生点の検出結果を受けて前記弁回転装置により前記流体噴射弁の燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体噴射方向を制御するように構成される。
【００２６】
請求項１１においては、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器と、エンジン出力等のエンジン運転状態を検出するエンジン運転状態検出器を備え、前記流体噴射装置は、前記エンジン運転状態検出器からのエンジン運転状態の検出値に従い前記流体噴射弁から噴射される燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体の噴射量を調整するように構成される。
【００２７】
以上のような請求項１ないし２及び請求項９〜１１の発明によれば、異常燃焼発生点検出手段により検出された燃焼室内におけるノッキング等の異常燃焼発生点に向けて、シリンダヘッドに装着された流体噴射弁により加圧された水、蒸気等のノッキング等の異常燃焼を抑制する燃焼抑制流体を噴射することにより、該異常燃焼発生点近傍における燃焼温度を下げて急激な圧力上昇を抑制し、正常燃焼に復元することが可能となる。
【００２８】
そして、前記燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体の噴射量は、請求項２及び１１のように、エンジン回転数、エンジン出力等のエンジン運転状態の検出値に基づき、流体噴射装置において前記エンジン運転状態に適合した噴射量に制御することができる。
【００２９】
また請求項１０のように構成すれば、流体噴射制御手段によって回転制御される弁回転装置により、流体噴射弁を回動せしめて、燃焼抑制流体噴射方向を検出された異常燃焼発生点に、もしくは燃焼促進流体を前記異常燃焼発生点以外の部位に、容易に指向せしめ、燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体を所望の位置に噴射することができる。
【００３０】
請求項３記載の発明は、前記した通り、シリンダライナ外周面が臨む水室を円周方向に沿って複数に分割するとともに、各水室の冷却水入口管を開閉する開閉弁を設け、前記異常燃焼検知手段からの異常発生点の検出結果を受けて前記各開閉弁の開度を制御するように構成してなることを要旨とする。
【００３１】
かかる発明によれば、コントローラによりノッキング発生位置近傍の水室用の開閉弁の開度を大きくして該水室を近傍のシリンダライナ温度を低下させ、ノッキングを抑制することができる。
【００３２】
以上のように、かかる発明によれば、燃焼室内の異なる部位に設置された複数個の光センサへの入光方向線及び両者の交点を検出して燃焼室内におけるノッキング等の異常燃焼の発生場所を異常燃焼発生点検出手段により正確にかつリアルタイムで検知することができるとともに、前記異常燃焼発生点検出手段により検出された燃焼室内の異常燃焼発生点近傍における燃焼状態を正常な燃焼状態に迅速に復元せしめる、あるいは異常燃焼発生点近傍の温度を適性温度に復元せしめることが可能となり、高い燃焼効率を維持するとともに燃焼室周り構成部材の耐久性を保持してエンジンを稼働させることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３４】
図１は本発明の実施例に係る予混合燃焼エンジンの異常燃焼検知装置を示し、（Ａ）はその全体構成図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＺ部拡大断面図である。図２は前記実施例における光センサ及び流体噴射弁の平面配置図である。図３は前記実施例における流体噴射コントローラの制御ブロック図である。図４は前記における光センサ回転装置の他の例を示す構成断面図である。図５は前記光センサの第２例を示す図４対応図、図６は前記光センサの第３例を示す図４対応図である。図７は前記光センサの第４例を示す図４対応図である。図８は光センサの特性線図、図９は他の実施例における水室の平面模式図である。
【００３５】
全体構成を示す図１、２において、１００はエンジン（予混合燃焼エンジン）、１０２は該エンジン１００のピストン、１０３はシリンダヘッド、１０３ａはシリンダライナ、１０１は該ピストン１０２とシリンダヘッド１０３とシリンダライナ１０３ａとにより区画形成された燃焼室、１０４は副室である。
１は前記シリンダヘッド１０３に装着されて前記燃焼室１０１内に突出された光センサである。該光センサ１は前記燃焼室１０１内からの光（燃焼光）を受光して電流に変換する公知の光センサである。また該光センサ１（１ａ、１ｂ）は、図２のように、前記燃焼室１０１内の水平方向（シリンダ中心軸１０５に直角方向）の異なる箇所に設けられている。又、光センサ１は、本例では２箇所であるが、それ以上の箇所に設けられてもよい。
【００３６】
さらに、前記光センサ１の上部には、内部を該光センサ１からの導線２が貫通する中空のセンサ回転軸７が固着されて前記シリンダヘッド１０３に回動可能にかつ上下動可能となっている。前記センサ１のガスシールは該センサ１及びシリンダヘッドに設けた円錐状のシート部によって行っている。
【００３７】
０５は前記光センサ１の回転装置で、エンジンの回転軸に連結される回転駆動装置４の回転力を歯車５及び前記センサ回転軸７に相対回転不能かつ軸方向に相対移動可能に嵌合された歯車６を介して該センサ回転軸７に伝達し、前記光センサ１を燃焼室１０１内においてステップ的に回動して、図２の破線矢印に示すように燃焼室１０１内の多方向からの燃焼光を受光せしめ得るようになっている。
また、前記回転装置０５は、図４に示すように、ステッピングモータ、サーボモータ等のステップ的に回転可能な電動モータ３０を用い、該電動モータ３０の回転力を歯車伝動装置３１と介して前記光センサ１に伝達し、該光センサ１をステップ的に回動可能に構成することもできる。
３は電気信号取出装置で、前記センサ回転軸７内を貫通する光センサ１からの導線２を後述するコントローラ１０への制御回線８に接続するものである。
【００３８】
２６は流体噴射弁で、これの弁棒２６１が前記シリンダヘッド１０３内に回動可能かつ上下動可能に嵌合されている。該流体噴射弁２６の詳細を示す図１（Ｂ）において、２６ａは燃焼室１０１内のガスシールのための円錐状のシート部である。
該流体噴射弁２６は、後述するコントローラ１０からの制御操作信号を受けて燃焼室１０１内において回動され、ノッキングが発生している部位に水、蒸気等のノッキングの抑制流体を噴射するもので、図２における２０２ａのようにノッキング発生位置２００に向けて前記抑制流体を噴射可能な位置に設置されている。
【００３９】
２６２は該流体噴射弁２６内に貫設された流体通路、２６３は該流体噴射弁２６内の先端部に前記燃焼室１０１内に向けて開口するように穿孔された噴孔である。２６４は前記流体通路２６２と噴孔２６３との間に設けられた逆止弁で、前記流体通路２６２側から噴孔２６３側つまり前記燃焼室１０１側に向かう流れのみを可能とするように構成され、燃焼室１０１内からの燃焼ガスの逆流を防止している。
２８は前記流体噴射弁２６の回転装置で、後述するコントローラ１０により制御操作される弁回転装置２２からの回転力を歯車２４及び前記弁棒２６１に相対回転不能かつ軸方向に相対移動可能に嵌合された歯車２５を介して該流体噴射弁２６に伝達し、図２に示すように該流体噴射弁２６を前記ノッキング発生位置２００に向けて前記燃焼抑制流体を噴射すべく回動せしめるように構成されている。
【００４０】
２０は流体噴射装置で、抑制流体供給管２７を通して供給される水、蒸気等のノッキングの抑制流体を加圧し、前記流体噴射弁２６の上部に装着された流体継手２１を通して該流体噴射弁２６に圧送するものである。
１０はコントローラで、前記光センサ１からの燃焼室１０１内におけるノッキング発生点の検出結果及びエンジン運転状態の検出信号を受けて、前記流体噴射装置２０及び弁回転装置２２を制御操作するものである。
【００４１】
かかる構成からなる予混合燃焼エンジンの異常燃焼検知、調整装置において、前記光センサ１で検出された燃焼室１０１内における燃焼状態の検出信号（電気信号）は導線２、電気信号取出装置３及び制御回線８を介してコントローラ１０のノッキング発生位置検出部１１（図３参照）に入力される。
かかる実施例においては、前記光センサ１の回転装置０５によって光センサ１ａ及び１ｂを相関連させて回転させるので、該光センサ１ａ及び１ｂの向きを自在に変化させて広範囲の光線を受光しその強度を検出することができることとなり、各光センサ１ａ及び１ｂへの光の強度の入光方向を正確に検出することが可能となる。
【００４２】
該ノッキング発生位置検出部１１においては、前記光センサ１からの燃焼状態の検出信号に基づき、次のようにして前記燃焼室１０１内におけるノッキングの発生の有無及びノッキング発生位置を検出する。
即ち、図２に示されるような前記燃焼室１０１内の異なる部位に設置された光センサ１ａ、１ｂの夫々に入光される光のエネルギーは、該燃焼室１０１内での燃焼時における圧力及び温度によって変化し、該燃焼室１０１内でノッキングが発生している場合には前記光センサ１ａ、１ｂに入光される光のエネルギーの強度が変化する。
図８は前記予混合燃焼エンジンの燃焼室１０１内から前記光センサ１により検出された燃焼状態の検出信号を示す。図においてＡはノッキングが発生していない正常燃焼の場合であり、ノッキングが発生すると、Ｂのように燃焼行程における燃焼光のエネルギーに比例した検出光信号の強さ（つまり電流の大きさ）がＡに示す正常燃焼の場合に比べて大きくなる。
【００４３】
従って、前記ノッキング発生位置検出部１１においては、前記光センサ１ａ、１ｂの夫々に入光される燃焼光の強度が、ノッキングが発生していない正常燃焼時の閾（しきい）値つまり図８におけるＡ線の値を越えているときの前記光センサ１ａ、１ｂへの入光方向線２０１ａ及び２０１ｂの交点である前記燃焼室１０１内におけるノッキング発生位置２００を検出する。
これにより、燃焼室１０１内におけるノッキング発生位置２００を正確にかつリアルタイムで検知することができる。
該ノッキング発生位置の検出値は流体噴射方向算出部１２に入力される。
【００４４】
図３に示す流体噴射方向算出部１２においては、前記ノッキング発生位置２００の算出値と前記流体噴射弁２６の設置位置とに基づき、流体噴射弁２６からの該水、蒸気等のノッキング燃焼抑制流体の噴射方向（図２の２０２ａ）もしくは図示しない燃焼促進流体の噴射方向を算出し、流体噴射制御部１４及び流体噴射量選出部１３に入力される。
一方、１５はエンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器、１６はエンジン出力（エンジン負荷）を検出するエンジン出力検出器であり、該エンジン回転数検出器１５及びエンジン出力検出器１６からのエンジンの回転数及びエンジン出力の検出値は前記流体噴射量算出部１３に入力される。
【００４５】
該流体噴射量算出部１３においては、前記エンジン回転数及びエンジン出力の検出値等のエンジン運転状態検出値に基づき、該エンジン運転状態に対応する前記ノッキング燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体の噴射量を算出し、流体噴射制御部１４に入力する。これにより、エンジン回転数、エンジン出力等のエンジン運転状態の検出値に適合した燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体の噴射量に制御することができる。
【００４６】
流体噴射制御部１４においては、前記流体噴射方向算出部１２によって算出された流体噴射弁２６からの前記ノッキング燃焼抑制流体の噴射方向（図２の２０２ａ）の算出値、及び前記流体噴射量選出部１３からのエンジン運転状態に対応する前記ノッキング燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体の噴射量の算出値に基づき、前記流体噴射装置２０を前記ノッキング燃焼抑制流体の算出噴射量もしくは燃焼促進流体の算出噴射量で作動せしめるとともに、前記弁回転装置２２を前記流体噴射弁２６の噴孔２６３の方向が前記のようにして算出されたノッキング燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体の噴射方向になるように操作せしめる。
【００４７】
かかる流体噴射装置２０の作動及び前記弁回転装置２２を介しての回転装置の作動により、前記流体噴射弁２６からの燃焼抑制流体は、前記エンジン運転状態に対応する噴射量でもって図２の２０２ａのようにノッキング発生位置２００に向けて、もしくは燃焼促進流体が前記ノッキング発生位置以外の方向に向けて噴射せしめられる。これにより、ノッキング発生点近傍における燃焼が抑制されて急激な圧力上昇が抑制され、正常燃焼に復元することが可能となる。
【００４８】
図５ないし図７は前記光センサ１の変形例を示す。
図５の光センサ１は、該光センサ１の燃焼室１０１深さ方向に複数の受光部を設け、前記燃焼室１０１内の深さ方向複数箇所からの受光を可能としている。
【００４９】
図６の光センサ１は、センサ回転軸７の先端部に首振り機構４１を設けて、該首振り機構４１により光センサ１の傾斜角度を変化させ、前記燃焼室１０１内の深さ方向において傾斜角度の異なる複数の受光を可能としている。
【００５０】
図５〜６に示す光センサ１によれば、光センサ１ａ、１ｂの夫々に燃焼室１０１内の複数方向及び複数箇所からの燃焼光を入光可能であるので、ノッキング発生点を広範囲で検知することができ、該ノッキング発生点の検出精度が高くなる。
【００５１】
図７のものは、前記燃焼室内１０１に突出された回転管３７をシリンダヘッド１０３に挿設し、該回転管３７の先端内部に前記燃焼室１０１内からの光を反射するミラー３５を設け、燃焼室内１０１からの燃焼光を前記ミラー３５にて、点線０１にてしめす如く反射させ、回転管３７内を通して前記回転管３７の先端部に装着した光センサ１に伝送するように構成されている。また該ミラー３５をミラー回転機構３６により回転可能に構成している。
この場合は、燃焼室１０１内に突出された回転管３７の先端内部に設けられたミラー３５に燃焼室１０１内からの光を反射させて該回転管３７の上部つまり燃焼室１０１の外部に設置された光センサ１に伝送するので、該光センサ１が高温になるのを回避でき該光センサ１の耐久性が向上する。
【００５２】
図９に示す他の実施例においては、シリンダライナ１０３ａの外周面が臨む水室５２を円周方向に沿って複数に分割するとともに、（５２ｂは隔壁）各水室５２の冷却水入口管５３を開閉する開閉弁５１を設け、前記コントローラ１０のノッキング発生位置検出部１１からのノッキング発生位置２００の検出結果を受けて前記各開閉弁５１の開度を抑制している。
即ち、前記コントローラ９はノッキング発生位置２００近傍の水室５２ａ用の開閉弁５１の開度を大きくして該水室５２ａ近傍のシリンダライナ１０３ａ温度を低下させ、ノッキングを抑制する。
【００５３】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、燃焼室内の異なる部位に設置された複数個の光センサへの入光方向線及び両者の交点を検出して燃焼室内におけるノッキング等の異常燃焼の発生場所を異常燃焼発生点検出手段により正確にかつリアルタイムで検知することができるとともに、前記異常燃焼発生点検出手段により検出された燃焼室内のノッキング等の異常燃焼発生点近傍における燃焼状態を正常な燃焼状態に迅速に復元せしめる、あるいは異常燃焼発生点近傍の温度を適性温度に復元せしめることが可能となり、高い燃焼効率を維持するとともに燃焼室周り構成部材の耐久性を保持してエンジンを稼働させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係る予混合燃焼エンジンの異常燃焼検知装置を示し、（Ａ）はその全体構成図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＺ部拡大断面図である。
【図２】 前記実施例における光センサ及び流体噴射弁の平面配置図である。
【図３】 前記実施例における流体噴射コントローラの制御ブロック図である。
【図４】 前記における光センサ回転装置の他の例を示す構成断面図である。
【図５】 前記光センサの第２例を示す図４対応図である。
【図６】 前記光センサの第３例を示す図４対応図である。
【図７】 前記光センサの第４例を示す図４対応図である。
【図８】 光センサの特性線図である。
【図９】 他の実施例における水室の平面模式図である。
【符号の説明】
１ 光センサ
４ 回転駆動装置
０５ 回転装置
７ センサ回転軸
１０ コントローラ
１１ ノッキング発生位置検出部
１２ 流体噴射方向算出部
１３ 流体噴射量算出部
１４ 流体噴射制御部
１５ エンジン回転数検出器
１６ エンジン出力検出器
２０ 流体噴射装置
２２ 弁回転装置
２６ 流体噴射弁
２８ 回転装置
３０ 電動モータ
３５ ミラー
３７ 回転管
４１ 首振り機構
５１ 開閉弁
５２ 水室
１００ エンジン
１０１ 燃焼室
１０３ シリンダヘッド
２００ ノッキング発生位置
Claims (12)
- 内燃機関の燃焼室におけるノッキング等の異常燃焼を検知する内燃機関の異常燃焼検知、調整方法において、前記燃焼室内の異なる部位に複数個の光センサを該燃焼室内からの受光方向を変化可能に設置し、前記燃焼室内から前記複数個の光センサの夫々に入光される光の強度のうち、正常燃焼時の閾値を超えている時の光の強度に対応する受光方向線の交点を異常燃焼発生点として検出するとともに、前記燃焼室内に前記異常燃焼を抑制し得る燃焼抑制流体もしくは燃焼を促進し得る燃焼促進流体を噴射する流体噴射弁を設置し、前記異常燃焼発生点の検出結果を受けて前記流体噴射弁から該異常燃焼発生点に向けて前記燃焼抑制流体を噴射し、もしくは該異常燃焼発生点を避けて燃焼促進流体を噴射することを特徴とする内燃機関の異常燃焼検知、調整方法。
- エンジン回転数、エンジン出力等のエンジン運転状態を検出し、該エンジン運転状態の検出値に従い前記流体噴射弁からの燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体の噴射量を調整することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の異常燃焼検知、調整方法。
- 内燃機関の燃焼室におけるノッキング等の異常燃焼を検知する異常燃焼検知手段を備えた内燃機関の異常燃焼検知、調整装置において、前記異常燃焼検知手段は、前記燃焼室内の異なる部位に該燃焼室内からの受光方向を変化可能に設置された複数個の光センサと、該光センサの夫々に前記燃焼室内から入光される光の強度のうち、正常燃焼時の閾値を超えている時の光の強度に対応する受光方向線の交点を異常燃焼発生点として検出する異常燃焼発生点検出手段とを備えてなり、
更にシリンダライナ外周面が臨む水室を円周方向に沿って複数に分割するとともに、各水室の冷却水入口管を開閉する開閉弁を設け、前記異常燃焼検知手段からの異常発生点の検出結果を受けて前記各開閉弁の開度を制御するように構成してなることを特徴とする内燃機関の異常燃焼検知、調整装置。 - 前記複数個の光センサをステップ的に回転可能に構成され前記燃焼室内からの受光方向を変化せしめる光センサ回転装置を備えたことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の異常燃焼検知、調整装置。
- ステッピングモータ、サーボモータ等のステップ的に回転可能な電動モータにより前記複数個の光センサを回転駆動し前記燃焼室内からの受光方向を変化せしめる光センサ回転装置を備えたことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の異常燃焼検知、調整装置。
- 前記各光センサは、前記燃焼室内の複数箇所からの受光が可能な複数の受光部を備えてなることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の異常燃焼検知、調整装置。
- 前記各光センサの受光方向を前記燃焼室内の複数方向に指向せしめる首振り機構を備えてなることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の異常燃焼検知、調整装置。
- 前記燃焼室内に突出された管体をエンジンのシリンダヘッドに挿設し、該管体の先端内部に前記燃焼室内からの光を反射して該管体内を通して前記光センサに伝送するミラーを設けてなることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の異常燃焼検知、調整装置。
- 内燃機関の燃焼室におけるノッキング等の異常燃焼を検知する異常燃焼検知手段を備えた内燃機関の異常燃焼検知、調整装置において、前記異常燃焼検知手段は、前記燃焼室内の異なる部位に該燃焼室内からの受光方向を変化可能に設置された複数個の光センサと、該光センサの夫々に前記燃焼室内から入光される光の強度のうち、正常燃焼時の閾値を超えている時の光の強度に対応する受光方向線の交点を異常燃焼発生点として検出する異常燃焼発生点検出手段とを備えてなり、
更にエンジンのシリンダヘッドに装着され前記燃焼室内に異常燃焼を抑制し得る燃焼抑制流体もしくは燃焼を促進し得る燃焼促進流体を噴射する流体噴射弁と、前記燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体を加圧して該流体噴射弁に供給する流体噴射装置と、前記異常燃焼発生点検出手段から入力される前記異常燃焼発生点の検出結果を受けて流体噴射装置及び流体噴射弁を介して前記異常燃焼発生点に向けて燃焼抑制流体を噴射せしめるか、あるいは前記異常燃焼発生点以外の部位に燃焼促進流体を噴射せしめる流体噴射制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の異常燃焼検知、調整装置。 - 前記異常燃焼発生点に向けて燃焼抑制流体を、あるいは前記異常燃焼発生点以外の部位に燃焼促進流体を噴射可能に前記流体噴射弁を回転せしめる弁回転装置を備え、前記流体噴射制御手段は前記異常燃焼発生点検出手段からの前記異常燃焼発生点の検出結果を受けて前記弁回転装置により前記流体噴射弁の燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体噴射方向を制御するように構成されたことを特徴とする請求項９記載の内燃機関の異常燃焼検知、調整装置。
- エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器と、エンジン出力等のエンジン運転状態を検出するエンジン運転状態検出器を備え、前記流体噴射装置は、前記エンジン運転状態検出器からのエンジン運転状態の検出値に従い前記流体噴射弁から噴射される燃焼抑制流体もしくは燃焼促進流体の噴射量を調整するように構成されたことを特徴とする請求項９記載の内燃機関の異常燃焼検知、調整装置。
- 請求項３、４、５、６、７，８若しくは９記載の内燃機関の異常燃焼検知、調整装置において、
前記光センサは該センサ及びシリンダヘッドに設けた円錐状のシート部を介してシリンダヘッドにガスシールされて装着されていることを特徴とする内燃機関の異常燃焼検知、調整装置。
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