JPH03162635A - 内燃機関の着火検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関の着火検出装置、特に燃焼室内の温度
又は温度に対応する因子を検出することにより着火状態
を検出する内燃機関の着火検出装置に関するものである
。

（従来の技術） 内燃機関、特にディーゼルエンジンの出力性能、燃費性
能、排ガス浄化性能等を向上させるためにはエンジンの
着火時期を正確に検出し、検出した着火時期に基いて燃
料噴射時期を制御する必要がある。

従来、内燃機関の着火を検出する着火検出センサとして
、燃焼室内で発生する燃焼光を光学的に検出する着火検
出センサが既知であり、例えば特開昭６２−３６２６号
公報に記載されている。この既知の着火検出センサでは
、光伝送体として光ファイハを用い、この光ファイハの
外周面に耐熱性ハインダ及びシリコーン樹脂を介して剛
性被覆層を形成し、これをケーシング内に収納している
。そして、着火検出に際し、光ファイハの一端を燃焼室
内に挿入し、燃焼光を光学的に透明な光ファイバの入射
端面に直接人射させ、光ファイハを伝播する燃焼光を光
電素子で受光し、光電素子の出力信号に基いてエンジン
の着火が検出されている。

（発明が解決しようとする課題） 上述した既知の着火検出センサは、光ファイハの入射端
面に燃焼光を直接入射させ、光ファイハを伝播する燃焼
光を検出してエンジンの着火を検知する構戒としている
ため、光ファイバの入射端面の光学的性能によって影響
を受け易く、Ｓ／Ｎ比が悪く、しかも耐久性に劣る欠点
があった。すなわち、燃焼によってすす等が生し、この
すす等が光ファイバの端面に付着してしまうため、多数
回燃焼サイクルを繰り返すと光ファイバ内に入射する燃
焼光の光量が著しく低下してしまい、Ｓ／Ｎ比が極めて
劣化する不具合があった。また燃焼状況を代表する火炎
に光ファイバの入射面が向いていないと発光しても適正
な着火検出を行えず、光ファイバの装着には制約条件が
多い。

特に、ディーゼルエンジンの場合燃料として軽油や重油
が使用されるため、すす等の異物の生戚量が比較的多く
光ファイバの入射面にすすが付着し易く、従来の光学式
着火検出センサでは長期間の使用にたえないのが実情で
あった。

従って、本発明の目的は上述した欠点を解消し、すす等
の異物が付着してもほとんど影響を受けず、高精度でし
かも耐久性に優れた内燃機関の着火検出装置を提供する
ものである。

（課題を解決するための手段） 本発明による内燃機関の着火検出装置は、燃焼室内の塩
度に対応した光エネルギーを放射する黒体放射体が一端
に形成されている耐熱性光伝送体と、この光伝送体を、
前記黒体放射体が形成されている先端が燃焼室内に位置
するように支持する支持部材と、前記黒体放射体から放
射され光伝送体を伝播する光エネルギーを受光する光検
出器とを具え、前記光検出器の出力信号に基いて燃焼室
内で発生する着火を検出することを特徴とするものであ
る。

（作　用） 耐熱性光伝送体の一端に黒体放射体を形或し、この黒体
放射体を燃焼室内に挿入する。燃焼室で噴霧燃料が着火
すると瞬間的に高温の燃焼ガスが発生し、この燃焼ガス
により黒体放射体の温度が瞬時に上昇する。この昇温に
よって黒体放射体からその温度に対応した光エネルギー
が放射され、この光エネルギーが光伝送体の内部を伝播
する。

従って、光伝送体からの伝播光を光検出器で受光すれば
、燃焼ガスの発生すなわち着火の発生を検出することが
できる。この場合、黒体放射体はイリジウムや白金のよ
うな高融点材料の薄膜で構成され熱容量が極めて小さい
ので、黒体放射体は燃焼ガスの温度変化に極めて高速に
応答する。この結果、時間遅延が生ずることなく燃料の
着火を検出することができる。さらに、黒体放射体は、
光学的に不透明な材料で構或されるから、すす等が付着
しても何んら影響を受けず、従ってＳ／Ｎ比が高くしか
も耐久性に優れた着火検出装置を実現することができる
。実施に当って、光検出器からの出力信号をそのまま利
用してもよく、或は信号処理装置によって燃焼室内の温
度に換算された信号に変換してから利用することもでき
る。そして、これらの出力信号を、クランク角検出セン
サからのクランク角を表わす信号と対応させることによ
り着火の時期を正確に検出することができる。

（実施例） 第１図は本発明による内燃機関の着火検出装置を具える
フィードバック制御系の一例の構威を示す線図的断面図
である。ディーゼルエンジンのシリンダヘッドの壁部ｌ
を貫通するようにセンサを装着し、センサの先端を燃焼
室２内に突出させる。

このセンサはサファイヤロンドで構成される耐熱性ロン
ド状光伝送体３を有し、その先端部に黒体放射体４を形
戊する。この黒体放射体４は、プラチナ、イリジウム、
ハラジウム、ロジウムのような光学的に不透明な高沸点
材料をスパッタリングすることにより形成される。光伝
送体３を、ステンレスのような金属材料で構成される支
持部材５によって支持する。尚、光伝送体３と支持部材
５との間の空間にアクリル樹脂やエポキシ樹脂のような
耐熱性接着材６を充填して光伝送体を支持部に確実に固
着する。支持部材５の外周にネジ山を形成すると共にシ
リンダヘッドの壁部１にネジ溝を形成し、ワッシャ７を
介して支持部材５を壁部ｌに螺合する。また、光コネク
タ８を支持部材５に螺着して光伝送体３を光ファイハ９
に光学的に結合する。燃焼室２内で気化した燃料が着火
して燃焼が生ずると、燃焼ガスによって黒体放射体４が
燃焼ガスの温度まで昇温する。この場合、黒体放射体の
熱容量は発生熱量に比べて極めて小さいため、黒体放射
体は燃焼ガスの温度変化に極めて高速に応答する。黒体
放射体４が昇温すると、黒体放射体から燃焼ガスの温度
に対応した光エネルギーが発生し、発生した光エネルギ
ーはロンド状光伝送体３及び光ファイハ９を伝播する。

光ファイバ９の出射側にレンズ１０、フィルタ１１及び
レンズ１２を配置し、伝播してくる光のうち特定の波長
光を光検出器１３に入射させる。

前述したように、黒体放射体４は燃焼ガスの温度に応し
た光工不ルギーを放射するから、光検出器ｌ４は着火に
よる燃焼ガスの発生タイミング及び燃焼ガスの温度を表
わす電気信号を発生する。この電気信号を増幅器ｌ４に
よって増幅してからＡ／Ｄ変換器１５に供給する。また
、クランク角検出センサ１６によりクランク角を検出し
、増幅器ｌ７を経てＡ／Ｄ変換器１５に供給する。Ａ／
Ｄ変換器１５は、検出したクランク角に基き光検出器１
３からの出力信号をデジタル信号に変換する。この場合
、クランク角０６５゜毎にサンプリングを行なう。従っ
て、Ａ／Ｄ変換器１５からの出力信号は、クランク角に
対する燃焼の発生すなわち着火の開始時期及び燃焼温度
を表わすことになる。この出力信号を信号処理回路１８
に供給してクランク角に対する燃焼室２内の実際の温度
を算出する。そして、この出力信号を微分回路ｌ９及び
別の処理回路２０を経て燃料の噴射タイミングを制御す
る制御信号を形成し、この制御信号を噴射ポンプ駆動回
路２１に供給し、検出した着火時期に基いて燃料噴射タ
イミングを制御する。

第２図ａ　”−　ｃは本発明による着火検出装置による
実測結果を示す。

実験条件 （１）使用エンジン　：副室付ディーゼルエンジン（２
）使用燃料　　　二市販軽油 （３）エンジン回転数：　　９００　ｒ．ｐ．ｍ（４）
センサ取付位置：副室の燃料噴射方向に平行な壁部 （５）センサ突出量　：壁面から内部に向けて１ｍｍ、
６　ｍｍ，　１８ｍｍ 第２図ａはセンサ突出量（内壁面から黒体放射体の先端
までの距離）が６ｍｍにおける測定結果を示す。横軸は
クランク角（ＣＡ）を示し、上段は検出された燃焼室内
の圧力変化を示し下段は検出された燃焼室内の温度変化
を示す。検出温度は圧力変化と対応し、ピーク圧力発生
時とピーク温度発生時はほぼ一致している。この結果よ
り、燃焼室内のピーク温度の発生時期あるいは変度変化
の時間（クランク角）微分値が所定数連続して正となる
時期を検出することによりエンジンの着火時期を検出す
ることができる。第２図ｂはセンサ突出量が１　８ｍｒ
ｒｌの場合の測定結果を示す。センサ突出量が大きくな
り過ぎると２個のピークが発生し検出圧力と良好な対応
関係を示していない。第２図Ｃは突出量が１ｍｍのとき
の結果を示し、上段は検出された燃焼室内の温度を示し
、下段は燃焼室内の圧力を示す。突出量が１ｍｍの場合
、検出光量が微弱なため測定ゲインを突出量６ｍｍ及び
１８ｍｍの場合に比べて数十倍高くして測定した。突出
量１ｍｍの場合、ピーク温度の発生時期はピーク圧力の
発生時期とほぼ対応している。しかしながら、検出光景
が．微弱なためノイズが大きくなってしまう。これらの
結果より黒体放射体の内壁面からの突出量は３〜１　５
ｍｍの範囲が好適である。

次に燃料噴射タイミングを制御するための制御信号形戒
方法について説明する。信号処理回路１８には、第２図
ａに示す波形の出力パルスが内燃機関の燃焼サイクルに
対応して順次人力する。この出力パルスを微分回路１９
で微分することによりパルスのピーク位置が検出される
。以下、燃焼サイクルに対応した出力パルスのピーク位
置のＭ１位置に対する偏移量を求め、この偏移量に基い
て制御信号を発生させることができる。この基準位置は
、内燃機関の回転数、負荷、温度等に基いて予め決定す
ることができる。そして、例えばパルスの検出ピーク位
置が基準位置より遅れ側にある場合燃料噴射タイミング
を早くなるように制御し、基準位置より早くなる側に位
置する場合には噴射タイミングを遅らすように制御する
。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、燃焼室内の温度に
対応した光エネルギーを放射する黒体放射体を光伝送体
の一端に形成し、黒体放射体から放射される光エネルギ
ーに基いて内燃機関の着火状態を検出しているから、着
火状態を高精度に検出することができる。特に、黒体放
射体は光学的番こ不透明な材料で構成されるので、燃焼
によって発生したすす等が付着しても測定精度にほとん
ど影響を与えず、耐久性に優れた着火検出センサを実現
することができる。

また、黒体放射から放射された光エネルギーを受光する
光検出器からの出力信号をクランク角検出センサからの
出力信号と対応させることにより着火時期を正確に検出
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による内燃機関の着火検出装置を具える
フィードバック制御系の一例の構成を示す線図、 第２図ａ　−　ｃは本発明による内燃機関の着火検出装
置による測定結果を示すグラフである。 ３・・・光伝送体　　　　　４・・・黒体放射体５・・
・支持部材　　　　　９・・・光ファイハ１３・・・光
検出器　　　　　ｌ５・・・Ａ／Ｄ変換器１６・・・ク
ランク角検出センサ １８・・・信号処理回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃焼室内の温度に対応した光エネルギーを放射する
   黒体放射体が一端に形成されている耐熱性光伝送体と、
   この光伝送体を、前記黒体放射体が形成されている先端
   が燃焼室内に位置するように支持する支持部材と、前記
   黒体放射体から放射され光伝送体を伝播する光エネルギ
   ーを受光する光検出器とを具え、前記光検出器の出力信
   号に基いて燃焼室内で発生する着火を検出することを特
   徴とする内燃機関の着火検出装置。 ２、前記光伝送体を、前記支持部材を介して燃焼室の壁
   部を貫通するように装着し、前記黒体放射体の燃焼室の
   内壁面からの突出量が３〜１５ｍｍとなるように設定し
   たことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の着火検
   出装置。 ３、前記光検出器からの出力信号を信号処理する信号処
   理装置を具え、光検出器からの出力信号を信号処理して
   燃焼室内の温度を求め、求めた温度から燃焼室内で発生
   する着火を検出することを特徴とする請求項１又は２に
   記載の内燃機関の着火検出装置。 ４、クランク角を検出するクランク角検出センサをさら
   に具え、クランク角検出センサからの出力信号と、前記
   光検出器からの出力信号又は信号処理装置からの出力信
   号とに基いて燃焼室内で発生する着火時期を検出するこ
   とを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記
   載の内燃機関の着火検出装置。