JPH04136455A - Detection of knocking and controller for internal combustion engine - Google Patents

Detection of knocking and controller for internal combustion engine

Info

Publication number
JPH04136455A
JPH04136455A JP2257069A JP25706990A JPH04136455A JP H04136455 A JPH04136455 A JP H04136455A JP 2257069 A JP2257069 A JP 2257069A JP 25706990 A JP25706990 A JP 25706990A JP H04136455 A JPH04136455 A JP H04136455A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
internal combustion
knocking
combustion engine
pattern
air ratio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2257069A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsugita Yukitake
雪竹 次太
Kenichi Soma
憲一 相馬
Shigeru Azuhata
茂 小豆畑
Norio Arashi
紀夫 嵐
Hiroatsu Tokuda
博厚 徳田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2257069A priority Critical patent/JPH04136455A/en
Publication of JPH04136455A publication Critical patent/JPH04136455A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

PURPOSE:To detect the generation of knocking with high precision by detecting the combustion gas temperature on the basis of flame light, obtaining the appearance frequency pattern at each combustion gas temperature from the result of the above- described detection and judging knocking through the comparison with a prescribed standard pattern. CONSTITUTION:A lighting window 6 consisting of a quartz rod is installed at the top part of a combustion chamber 1 faced to the combustion chamber, and the flame light in the combustion chamber 1 is taken by an optical fiber 61 installed on the lighting window 6. The optical fiber 61 is led to transmission parts 62 at four positions, branched to each quarter clad by a branched pipe 7 midway, and optical filters 81-84 for the transmission of the light having a specific wave length are installed in the branched light passages. The light which is spectro-analyzed by optical filters 81-84 is inputted into a control unit 10 through the light-electricity conversion element 91-94, and the combustion gas temperature is detected on the basis of the taken-out flame light, and the appearance frequency pattern at each combustion gas temperature is obtained from the result of the above-described detection, and at least one between the generation of knocking and sign is judged.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野] 本発明は、ガソリンエンジンなどの内燃機関のノッキン
グの検出方法及び制御装置に係り、特に自動車用のガソ
リンエンジンに好適なノッキング検出方法及び制御装置
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a knocking detection method and control device for internal combustion engines such as gasoline engines, and particularly to a knocking detection method and control device suitable for automobile gasoline engines. Regarding.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来から、内燃機関を最適燃焼状態に維持するために、
吸気流量センサや○、センサ、燃焼圧力センサなと各種
のセンサを用い、これらにより実際のエンジンの運転状
態を表わす各種パラメータを検出し、閉ループ制御する
技術が種々知られているが、近年、燃焼室内の火炎光を
検出してエンジンの運転状態を表わすデータとして利用
する技術が種々提案されるようになってきた。。
Traditionally, in order to maintain internal combustion engines in optimal combustion conditions,
Various technologies are known that use various sensors such as intake flow rate sensors, ○ sensors, and combustion pressure sensors to detect various parameters that represent the actual operating state of the engine and perform closed-loop control. Various techniques have been proposed for detecting flame light in a room and using it as data representing the operating state of an engine. .

例えば、周知のように、内燃機関には、特有の異常燃焼
であるノッキングがあり、このノッキングが発生すると
シリンダ側壁や、ピストン端面の温度を高め、機関に損
傷を与えるばかりでなく、機関の出力が低下する。そこ
で、高い効率を維持して運転するには、ノッキングが生
じる直前の状態にfM御するのが理想的であるが、この
ためには、このノッキングの発生を精度良く検出する必
要がある。
For example, as is well known, internal combustion engines have knocking, which is a unique abnormal combustion. When this knocking occurs, it not only increases the temperature of the cylinder side wall and piston end surface, damaging the engine, but also causing engine output. decreases. Therefore, in order to maintain high efficiency during operation, it is ideal to control fM to a state immediately before knocking occurs, but for this purpose, it is necessary to accurately detect the occurrence of knocking.

そこで、特開昭57−73646号公報では、燃焼室の
火炎光によるノッキング検出法について開示している。
Therefore, Japanese Patent Laid-Open No. 57-73646 discloses a knocking detection method using flame light in a combustion chamber.

そして、この技術では、ノッキング発生時に生じる衝撃
波により発生する高周波の光信号によりノッキングを検
出するようにしている。
In this technique, knocking is detected using a high-frequency optical signal generated by a shock wave generated when knocking occurs.

また、特開昭59−87249号公報では、エンジンの
燃焼室内の火炎光を採光し、火炎の発光強度から最適燃
焼状態パターン信号を記憶しておき、これを運転時の燃
焼状態パターンと比較し、最適燃焼状態になるように、
空気比(空燃比を別の定義により表わしたもの)、点火
時期等を制御する燃焼制御装置が示されている。
Furthermore, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-87249, flame light is captured in the combustion chamber of the engine, an optimal combustion state pattern signal is stored from the flame emission intensity, and this is compared with the combustion state pattern during operation. , to achieve optimal combustion conditions.
A combustion control device is shown that controls the air ratio (an air-fuel ratio expressed using a different definition), ignition timing, and the like.

さらには、燃焼室の火炎光を採光し、この光を光ファイ
バにより複数個に分岐して、それぞれ異なる波長ごとに
分光し、分光した光より空気比と燃焼ガスの温度を計測
する技術も知られているが、この従来技術では、火炎中
のCHとC□ラジカルが発生するときに生じる中心波長
431nmと517nmの発光強度比から空気比を求め
るようにしており、他方、燃焼ガスの温度は、火炎中に
存在する固体粒子である、すす(煤)の表面から発光す
る可視光、または近赤外領域の異なる二つの波長の発光
強度比から求めるようにしていた。
Furthermore, we also know of a technology that collects the flame light from the combustion chamber, branches this light into multiple parts using optical fibers, separates them into different wavelengths, and measures the air ratio and temperature of the combustion gas from the separated lights. However, in this conventional technology, the air ratio is determined from the emission intensity ratio of the center wavelengths of 431 nm and 517 nm, which are generated when CH and C□ radicals in the flame are generated.On the other hand, the temperature of the combustion gas is It was determined from the visible light emitted from the surface of soot, which is a solid particle present in a flame, or from the emission intensity ratio of two different wavelengths in the near-infrared region.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術のうち、特開昭59−87249号公報に
示される従来技術は、燃焼火炎光の波長領域のすべてを
用いており、燃焼室内の空気比や温度の情報は得られな
いために、異常燃焼を起こした場合、その原因を知るこ
とができない。
Among the above-mentioned conventional techniques, the conventional technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-87249 uses the entire wavelength range of combustion flame light, and information on the air ratio and temperature inside the combustion chamber cannot be obtained. When abnormal combustion occurs, the cause cannot be known.

また、特開昭57.−73646号公報のノッキング検
出法では、ノッキングが発生したときの信号は得られる
が、ノッキングが起こる直前の状態は知ることができな
い。すなわち、ノッキングが発生すると機関に衝撃を与
えてしまうので、前記したように、ノッキングが発生す
る直前で運転するのが理想的であるが、これに必要な情
報が得られないという問題がある。
Also, Japanese Patent Publication No. 57. In the knocking detection method disclosed in Japanese Patent No. 73646, a signal when knocking occurs can be obtained, but the state immediately before knocking cannot be known. That is, when knocking occurs, it gives a shock to the engine, so as mentioned above, ideally the engine should be operated just before knocking occurs, but there is a problem in that the information necessary for this cannot be obtained.

一方、火炎光の特定波長の二つの波長の発光強度比より
空気比と温度を計測する従来の方法には、計測手段は明
記されているが、最適な燃焼状態になるのを阻害してい
る原因の解明に基づく燃焼制御法は示されていない。
On the other hand, in the conventional method of measuring the air ratio and temperature from the emission intensity ratio of two specific wavelengths of flame light, the measurement method is clearly specified, but it prevents optimal combustion conditions from being achieved. Combustion control methods based on elucidation of the cause have not been proposed.

本発明の目的は、内燃機関燃焼室の火炎光に含まれる物
理的情報から、ノッキング発生とその前兆とが検出でき
、且つ、最適な燃焼状態を得るのに必要な制御パラメー
タを確定して容易に最適燃焼制御が得られるようにした
内燃機関のノッキング検出方法及び制御装置の提供にあ
る。
An object of the present invention is to be able to detect the occurrence of knocking and its precursors from physical information contained in flame light in the combustion chamber of an internal combustion engine, and to easily determine control parameters necessary to obtain an optimal combustion state. An object of the present invention is to provide a knocking detection method and a control device for an internal combustion engine, which enable optimum combustion control to be obtained.

ragを解決するための手段〕 上記目的を達成するために、火炎光に基づいて燃焼ガス
温度を検出し、この検出結果から燃焼ガス温度の各温度
値毎の出現頻度パターンを求め、この出現頻度パターン
と所定の基準パターンとの比較によりノッキングを判定
するようにしたものであり、さらに、火炎光のスペクト
ル分析に基づいて空気比の値を検出し、この検出結果か
ら各空気比の値毎の出現頻度パターンを求め、この出現
頻度パターンと所定の基準パターンとの比較により内燃
機関の燃焼状態を判定するようにしたものである。
[Means for solving rag] In order to achieve the above purpose, the combustion gas temperature is detected based on flame light, the appearance frequency pattern for each temperature value of the combustion gas temperature is determined from the detection result, and the appearance frequency pattern is calculated for each temperature value of the combustion gas temperature. Knocking is determined by comparing the pattern with a predetermined reference pattern.Furthermore, the air ratio value is detected based on spectrum analysis of flame light, and from this detection result, each air ratio value is determined. The combustion state of the internal combustion engine is determined by determining an appearance frequency pattern and comparing this appearance frequency pattern with a predetermined reference pattern.

C作用〕 燃焼ガス温度の出現頻度パターンはノッキングやその前
兆が現われたときに特有の変化を示す。
C effect] The appearance frequency pattern of combustion gas temperature shows a specific change when knocking or its precursor appears.

従って、予めノッキング発生時やその前兆が現われたと
きでのパターンを記憶しておき、これと比較してやるこ
とによりノッキング発生と、その前兆を精度よく検出で
きる。
Therefore, the occurrence of knocking and its precursors can be detected with high accuracy by storing in advance the pattern at the time of occurrence of knocking or the occurrence of its precursor, and comparing it with this pattern.

同様に、各空気比の値の出現頻度パターンは空気比変動
をもたらしている制御パラメータに反映している。従っ
て、予め制御パラメータごとのパターンを記憶しておき
、これと比較してやることにより空気比変動の原因とな
っている制御パラメータを特定でき、的確な燃焼制御が
可能になる。
Similarly, the frequency pattern of each air ratio value reflects the control parameters that are causing the air ratio fluctuations. Therefore, by storing a pattern for each control parameter in advance and comparing it with this pattern, the control parameter causing the air ratio fluctuation can be identified, and accurate combustion control becomes possible.

〔実施例] 以下、本発明による内燃機関のノッキング検出方法及び
制御装置について、図示の実施例により詳細に説明する
[Example] Hereinafter, the knocking detection method and control device for an internal combustion engine according to the present invention will be explained in detail with reference to the illustrated example.

第1図は本発明をガソリンエンジンに適用した一実施例
で、図において、1は内燃機関の燃焼室、2はシリンダ
、3はピストン、4は点火栓、5は燃料噴H#を示す。
FIG. 1 shows an embodiment in which the present invention is applied to a gasoline engine. In the figure, 1 is a combustion chamber of an internal combustion engine, 2 is a cylinder, 3 is a piston, 4 is a spark plug, and 5 is a fuel injection H#.

燃焼室lに面する燃焼室頂部には、石英ロッドからなる
採光窓6が設けられており、該採光窓6に装着された光
ファイバ61により、燃焼室1内の火炎光が採光される
ようにする。光ファイバ61は、例えばクラツド径20
0μmの石英ガラス製で、それを複数本束ねたもので構
成され、その途中において、採光した光を分岐管7によ
り4等分のクラッドに分岐させ、4個所にある出射部6
2に導き、そこからそれぞれ出射される。
A lighting window 6 made of a quartz rod is provided at the top of the combustion chamber facing the combustion chamber l, and an optical fiber 61 attached to the lighting window 6 allows the flame light inside the combustion chamber 1 to be illuminated. Make it. The optical fiber 61 has a cladding diameter of 20 mm, for example.
It is made of quartz glass with a diameter of 0 μm and is made of multiple pieces bundled together. On the way, the collected light is split into four equally divided claddings by a branch tube 7, and the light is emitted from four emitting sections 6.
2, and each is emitted from there.

4分岐された光フアイバ出射部62の光路中には、特定
の波長を透過する光フィルタ81.82.83、及び8
4がそれぞれ設けられている。
In the optical path of the four-branched optical fiber output section 62, there are optical filters 81, 82, 83, and 8 that transmit a specific wavelength.
4 are provided respectively.

これらの光フィルタ81〜84は光学フィルタであり、
まず、光フィルタ81はOHラジカルからの発光を選択
的に透過するフィルタであり、その中心波長は431n
m、光フィルタ82はC。
These optical filters 81 to 84 are optical filters,
First, the optical filter 81 is a filter that selectively transmits light emitted from OH radicals, and its center wavelength is 431 nm.
m, and the optical filter 82 is C.

ラジカルからの発光を選択的に透過するフィルタでその
中心波長は517nmが用いられる。また、光フィルタ
83.84は、ラジカルからの発光を含有しない熱放射
光のうち、ある特定の波長を選択的に透過するもので、
例えば、光フィルタ83は中心波長が500nm、光フ
ィルタ84は中心波長800nmが用いられる。
A filter that selectively transmits light emitted from radicals and has a center wavelength of 517 nm is used. In addition, the optical filters 83 and 84 selectively transmit a certain wavelength of thermal radiation that does not contain light emitted from radicals,
For example, the optical filter 83 has a center wavelength of 500 nm, and the optical filter 84 has a center wavelength of 800 nm.

なお、この熱放射光についての波長選定は、500nm
と800nmに限定されるものではなく、好ましくは5
00nmから11000n付近の波長の中から、ラジカ
ルからの発光を含有しないものであれば任意に選定して
よい。
The wavelength selection for this thermal radiation light is 500 nm.
and 800 nm, preferably 5
Any wavelength from 00 nm to around 11000 nm may be selected as long as it does not contain light emission from radicals.

また、ここに、光フィルタについて中心波長というのは
、光を分光するときに光学的フィルタの製作上、僅かで
はあるが近接の波長も取り込まれる。従って、要求する
波長を中心波長という。
In addition, when the center wavelength of an optical filter is used to separate light, a small amount of nearby wavelengths are also taken in due to the manufacturing process of the optical filter. Therefore, the required wavelength is called the center wavelength.

次に、このように、光フィルタの中心波長を選択したの
は、以下の理由による。すなわち、内燃機関に用いられ
るガソリンまたは軽油のように、炭化水素系の燃焼火炎
中には、燃焼過程において生成するラジカルからの発光
が生じることが知られている。そして、このラジカル種
には、発光強度を強く示すOHラジカル、OHラジカル
、及びC,ラジカル等が存在する。
Next, the reason why the center wavelength of the optical filter was selected in this way is as follows. That is, it is known that in the combustion flame of hydrocarbons, such as gasoline or light oil used in internal combustion engines, light emission occurs from radicals generated during the combustion process. These radical species include OH radicals, OH radicals, and C, radicals, which exhibit strong emission intensity.

また、このラジカルによる発光は、空気比に影響を受け
ることも知られている。このうち、実験の結果、OHラ
ジカルは空気比に対する依存性が弱いので、強い依存性
をもつCH及びC,ラジカルを選択的に透過する光フィ
ルタを選択したのである。
It is also known that the light emission caused by these radicals is affected by the air ratio. Among these, as a result of experiments, OH radicals have a weak dependence on the air ratio, so an optical filter was selected that selectively transmits CH, C, and radicals, which have a strong dependence.

一方、火炎中には微細なすすが存在し、すす自体の比熱
は小さいために、すすは火炎温度にほぼ等しい温度とな
る。このすすからの発光、即ち熱放射光は温度に依存性
が強い。そこで、これらの波長を利用して、空気比と温
度が計測できる。
On the other hand, since fine soot exists in the flame and the specific heat of the soot itself is small, the temperature of the soot is approximately equal to the flame temperature. The light emitted from this soot, that is, the thermal radiation, has a strong dependence on temperature. Therefore, using these wavelengths, air ratio and temperature can be measured.

光フィルタ81〜84で分光された光は、光電変換素子
91.92.93及び94へそれぞれ導かれ、光信号の
強度に対応した電気信号に変換される。なお、これらの
光電変換素子91〜94は、例えば光電子増倍管、フォ
トトランジスタ、フォトダイオード等が用いられる。ま
た、これら光電変換素子からの電気信号出力が小さいと
きには、増幅器を介して出力される。
The lights separated by the optical filters 81 to 84 are guided to photoelectric conversion elements 91, 92, 93 and 94, respectively, and converted into electrical signals corresponding to the intensity of the optical signals. Note that for these photoelectric conversion elements 91 to 94, for example, photomultiplier tubes, phototransistors, photodiodes, etc. are used. Moreover, when the electrical signal output from these photoelectric conversion elements is small, it is outputted via an amplifier.

光電変換素子91〜94からの電気信号出力は、制御ユ
ニット10へ入力される。
Electrical signal outputs from the photoelectric conversion elements 91 to 94 are input to the control unit 10.

制御ユニット1oは、エンジン制御に必要な各種の演算
処理を行ない、その結果として与えられる種々の制御信
号を発生し、それを、例えば点火時期調節器11や燃料
流量調節器12、それに空気流量調節器13などのアク
チュエータに供給し、エンジンの運転状態を制御する働
きをする。そして、このとき必要とするエンジン回転速
度などのデータは、クランク角検出器14から取り込む
ようになっている。
The control unit 1o performs various arithmetic processing necessary for engine control, generates various control signals given as a result, and transmits them to, for example, an ignition timing regulator 11, a fuel flow regulator 12, and an air flow regulator. The fuel is supplied to actuators such as the engine 13, and functions to control the operating state of the engine. The data required at this time, such as the engine rotational speed, is taken in from the crank angle detector 14.

ここで、この第1図の実施例の動作を説明する前に、こ
の実施例による検出原理について説明する。
Before explaining the operation of the embodiment shown in FIG. 1, the detection principle according to this embodiment will be explained.

まず、第2図は、空気比測定結果の一例を示す。First, FIG. 2 shows an example of the air ratio measurement results.

燃焼室内へ供給された燃料、空気の混合気は、点火栓4
により着火されて燃焼が開始し、燃焼の進行と共に気体
は膨張してピストンへ動力が与えられる。第2図はこの
燃焼過程をとらえたもので、−行程におけるCHラジカ
ルとCIラジカル発光強度に対応した電気信号出力、つ
まり発光強度と、この両者の比から演算された空気比が
示されており、空気比は燃焼時間と共に変化しているこ
とがわかる。
The mixture of fuel and air supplied into the combustion chamber is sent to the spark plug 4.
The gas is ignited and combustion begins, and as the combustion progresses, the gas expands and provides power to the piston. Figure 2 captures this combustion process, and shows the electrical signal output corresponding to the emission intensity of CH radicals and CI radicals in the -stroke, that is, the emission intensity, and the air ratio calculated from the ratio of the two. , it can be seen that the air ratio changes with combustion time.

次に、この空気比を、各値毎の出現頻度として示したの
が第3図及び第4図で、このときの運転条件は、供給ベ
ースにおいて空気比1.0で行った。
Next, this air ratio is shown as the appearance frequency for each value in FIGS. 3 and 4, and the operating conditions at this time were an air ratio of 1.0 on a supply basis.

これら第3図、第4図を比較すると、空気比の出現頻度
パターンが異なっていることが判る。すなわち、第3図
は、設定空気比1.0付近に高い出現頻度を示すが、第
4図の出現頻度は幅広く分布している。
Comparing these FIGS. 3 and 4, it can be seen that the appearance frequency patterns of the air ratio are different. That is, while FIG. 3 shows a high frequency of appearance near the set air ratio of 1.0, the frequency of appearance in FIG. 4 is widely distributed.

一方、この運転条件における燃焼排ガス中の未燃節分で
ある一酸化炭素(G O)と炭化水素(HC)の量を両
者で比較すると、第4図の条件では第3図の条件の約2
倍であった。つまり、第4図の出現パターンは燃焼性が
悪いときのものとなる。
On the other hand, when comparing the amounts of unburned carbon monoxide (GO) and hydrocarbons (HC) in the combustion exhaust gas under these operating conditions, the conditions in Figure 4 are approximately 2 times lower than those in Figure 3.
It was double that. In other words, the pattern shown in FIG. 4 occurs when combustibility is poor.

これは、燃料噴射時期に起因していると考えられる。す
なわち、吸気弁が十分に開いていない状態において燃料
が噴射されると、吸気弁に燃料が付着し、燃焼時に空気
比が変わるものと考えられるからである。
This is considered to be due to the fuel injection timing. That is, if fuel is injected while the intake valve is not fully open, it is thought that the fuel will adhere to the intake valve and change the air ratio during combustion.

これを正常な噴射時期にすると、空気比の出現頻度パタ
ーンは設定空気比に集中して現われる。
If this is set as the normal injection timing, the frequency pattern of air ratios will appear concentrated around the set air ratio.

また、この出現頻度のばらつきを示す分散値でみると、
正常時は9.5%であるのに対し、噴射時期が適正時期
から早いか遅い場合には(不良)、18%以上となり、
COやHCの排出量も増して・くる。
Also, looking at the variance value that indicates the variation in the frequency of appearance,
Normally, it is 9.5%, but if the injection timing is earlier or later than the proper timing (defective), it will be 18% or more.
CO and HC emissions will also increase.

さらに、燃料と空気の供給比率が変化すると、空気比の
出現頻度パターンがシフトされる。すなわち、供給ベー
スの空気比が何らかの要因で、例えば0.9に変ると、
計測される空気比の出現頻度は0.9付近へピークを示
す特性となる。そして、この状態になると未燃ガスを排
出し、大気汚染を引き起こすので、空気か燃料の供給量
を制御する必要がある。
Furthermore, when the fuel and air supply ratio changes, the frequency pattern of the air ratio shifts. In other words, if the supply base air ratio changes to, for example, 0.9 for some reason,
The frequency of appearance of the measured air ratio has a characteristic of peaking around 0.9. In this state, unburned gas is discharged and causes air pollution, so it is necessary to control the amount of air or fuel supplied.

次に、温度測定結果について説明する。Next, temperature measurement results will be explained.

第5図、第6図及び第7図は、−行程における温度の出
現頻度パターンが異なる測定例を示したもので、まず、
第5図は正常燃焼状態にあるときの温度出現頻度を示し
、第6図は点火進角が変化しノッキングが発生した状態
の温度出現頻度であり、さらに第7図はノッキング発生
直前の温度出現頻度を示す。
Figures 5, 6, and 7 show measurement examples in which the temperature appearance frequency patterns in the -stroke are different.
Figure 5 shows the frequency of temperature appearance under normal combustion conditions, Figure 6 shows the frequency of temperature appearance when the ignition advance angle changes and knocking occurs, and Figure 7 shows the frequency of temperature appearance just before knocking occurs. Indicates frequency.

従って、このように、温度出現頻度パターンから燃焼状
態を知ることができる。この現象は、ノッキングが生じ
るとシリンダ壁面の温度境界層が衝撃波により破られ、
火炎の熱がシリンダに奪われるために温度が低下し、温
度出現頻度が広くなると考えられる。
Therefore, in this way, the combustion state can be known from the temperature appearance frequency pattern. This phenomenon occurs because when knocking occurs, the temperature boundary layer on the cylinder wall is broken by shock waves.
It is thought that the temperature decreases because the heat of the flame is taken away by the cylinder, and the frequency of temperature occurrence becomes wider.

従来、ノッキングのような異常燃焼では、ノッキングは
、発生してから検出されるが、本発明による温度出現頻
度パターンの評価法では、ノッキング発生に近い燃焼状
態、つまりノッキングの約兆をも検出できることが判る
Conventionally, abnormal combustion such as knocking is detected after knocking has occurred, but the method for evaluating temperature appearance frequency patterns according to the present invention can detect combustion conditions close to the occurrence of knocking, that is, about a sign of knocking. I understand.

従って、この温度出現頻度パターンを検出し、点火時期
を制御することにより、本発明によれば、正常な燃焼が
容易に維持できることになる。
Therefore, according to the present invention, normal combustion can be easily maintained by detecting this temperature appearance frequency pattern and controlling the ignition timing.

次に、これら出現頻度のばらつきを示す分散を比較して
みると、正常燃焼では9.5%、ノッキング発生時は2
5%になっている。
Next, when we compare the variance indicating the variation in the frequency of these occurrences, we find that it is 9.5% in normal combustion and 2% in the case of knocking.
It is now 5%.

そこで、この分散を指標として燃焼制御することができ
る。
Therefore, combustion can be controlled using this dispersion as an index.

以上のように、本発明では、火炎光より燃焼室内の空気
比と温度を検出することができると同時に、出現パター
ンから正常燃焼と以上燃焼が判別できることを見出し、
この出現パターンを用いて制御を行い、最適燃焼状態に
制御するのであり、以下、このようにした本発明の一実
施例について、説明する。
As described above, in the present invention, it has been discovered that the air ratio and temperature in the combustion chamber can be detected from flame light, and at the same time, normal combustion and over-normal combustion can be distinguished from the pattern that appears.
Control is performed using this appearance pattern to achieve an optimal combustion state.An embodiment of the present invention in this manner will be described below.

第8図は、第1図の本発明の一実施例の動作を示す流れ
図で、制御ユニット10内に設けられているマイクロコ
ンピュータにより実行されるもので、この処理が開始さ
れると、初めに、処理ステップ801で初期値の設定を
行う。初期値としては、個々のエンジン毎に異なり、各
々のエンジンにおいて望ましい温度、空気比、それらの
分散値の他、実際に運転されている最中の温度、空気比
、それらの分散値と望ましい温度、空気比、それらの分
散値との許容誤差等を入力する。これらの値は、他の実
験等で予め定められる。
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of one embodiment of the present invention shown in FIG. 1, which is executed by a microcomputer provided in the control unit 10. , initial values are set in processing step 801. Initial values differ for each individual engine, and include the desired temperature, air ratio, and their variance for each engine, as well as the temperature, air ratio, and their variance during actual operation, and the desired temperature. , air ratio, and the allowable error between them and their variance values. These values are determined in advance through other experiments and the like.

次いで、処理ステップ802では温度や空気比を測定す
るための光信号が入力される。これらの装置構成等は、
第1図で詳細述べた。
Next, in processing step 802, optical signals for measuring temperature and air ratio are input. The configuration of these devices, etc.
The details are explained in Figure 1.

処理ステップ803では該光信号を用いて空気比λと温
度Tを算出する。従って、このステップには、該光信号
強度から温度や空気比を算出するための検量線が予め入
力されている。
In processing step 803, the air ratio λ and temperature T are calculated using the optical signal. Therefore, in this step, a calibration curve for calculating the temperature and air ratio from the optical signal intensity is input in advance.

このステップ終了後において、処理は、温度や空気比の
分散を計算する流れと、空気比を用いてエンジンを制御
する流れとに分かれる。
After completing this step, the process is divided into two processes: one for calculating the variance of temperature and air ratio, and the other for controlling the engine using the air ratio.

まず、空気比を用いてエンジンを制御する流れについて
説明する。
First, the flow of controlling the engine using the air ratio will be explained.

まず、実際に運転されている最中のエンジンの空気比が
、初期設定された望ましい空気比とどの程度ずれている
かについて判定する処理ステップ810に至る。ここで
、どの程度ずれているか、即ち許容範囲は初期設定され
ている。
First, the process proceeds to processing step 810 in which it is determined to what extent the air ratio of the engine that is actually being operated deviates from the initially set desired air ratio. Here, the degree of deviation, that is, the allowable range is initially set.

そして、実際に運転されている最中のエンジンの空気比
が許容範囲内に有るときは処理ステップ811に移行し
、現状の運転プロセス量を維持する。
When the air ratio of the engine that is actually being operated is within the allowable range, the process moves to step 811 and the current operating process amount is maintained.

ここで言う運転プロセス量とは、空気比を左右するプロ
セス量であり、特に、空気の供給量、燃料の供給量等で
ある。
The operating process amount referred to here is a process amount that influences the air ratio, and in particular, the amount of air supplied, the amount of fuel supplied, and the like.

しかして、実際に運転されている最中のエンジンの空気
比が許容範囲から外れた場合には処理ステップ812に
進み、空気の供給量あるいは燃料の供給量を適当に変化
させることになる。プロセス量を変化させた場合には、
エンジン内燃焼が変化し、従って、火炎からの光信号が
変化するので、再び光信号を入力し、空気比を計算し、
初期値と比較する一連の流れを繰り返すことにする。な
お、プロセス量を変化させない場合にも何等かの要因で
、実際に運転されている最中のエンジンの空気比が許容
範囲から外れる場合があるので、上述の一連の流れを繰
り返すのである。
If the air ratio of the engine during actual operation falls outside the allowable range, the process proceeds to step 812, where the air supply amount or fuel supply amount is appropriately changed. When changing the process amount,
Since the combustion in the engine changes and therefore the light signal from the flame changes, input the light signal again and calculate the air ratio,
We will repeat the series of comparisons with the initial values. Note that even when the process amount is not changed, the air ratio of the engine during actual operation may deviate from the allowable range due to some factor, so the above-mentioned series of steps is repeated.

次に、温度や空気比を計算後、温度や空気比の分散を計
算する流れでは、該分散値を用いてノッキングの判定、
制御等を行う。そこで、まず、処理ステップ804で分
散値の算出を行なう。
Next, after calculating the temperature and air ratio, in the process of calculating the variance of the temperature and air ratio, the variance value is used to determine knocking.
Performs control, etc. Therefore, first, in processing step 804, a variance value is calculated.

そして、温度の分散値を計算後は、該温度の分散値が初
期設定の温度の分散値より大きいか5あるいは小さいか
、等しいかを判定する処理ステップ820に至る。小さ
いあるいは等しい場合には、ノッキングが発生していな
いと判定し、処理ステップ821に移行し、現状の運転
プロセス量を維持した運転をおこなう。
After calculating the temperature variance value, the process proceeds to processing step 820 in which it is determined whether the temperature variance value is greater than, 5, smaller than, or equal to the initially set temperature variance value. If they are smaller or equal, it is determined that knocking has not occurred, and the process proceeds to step 821, where operation is performed while maintaining the current operating process amount.

しかして、該温度の分散値が初期設定の温度の分散値よ
り大きい場合には、処理ステップ822に進み、第1図
には図示してない他のノックセンサの出力値等と総合的
に判断して、ノッキングの有無を判定する6そして、ノ
ッキングが発生していると判定された場合には、その対
策が採られる。
However, if the temperature variance value is larger than the initially set temperature variance value, the process proceeds to step 822 and is comprehensively determined based on the output values of other knock sensors not shown in FIG. Then, if it is determined that knocking is occurring, countermeasures are taken.

通常は、処理ステップ823に示すように、進角制御が
採られる。
Normally, advance angle control is adopted as shown in processing step 823.

進角が変化させられると、それに伴い燃焼のタイミング
等が変化し、従ってエンジン内の温度やその分散値も変
化するので、光計測、温度の計算、温度の分散値の計算
、ノッキングの判定、進角制御の一連の流れが繰り返さ
れることになる。
When the advance angle is changed, the combustion timing etc. change accordingly, and the temperature inside the engine and its dispersion value also change, so optical measurement, temperature calculation, temperature dispersion value calculation, knocking judgment, etc. The series of steps for advance angle control will be repeated.

一方、処理ステップ820で空気比の分散値を計算後は
、該空気比の分散値が初期設定の空気比の分散値より大
きいか、あるいは小さいか、等しいかを判定する処理ス
テップ830に至る。そして小さいあるいは等しい場合
には、■サイクル毎の燃焼が安定に運転されているとい
うことであり従って、処理ステップ831に進み、現状
の運転プロセス量を維持した運転を行なう。
On the other hand, after calculating the air ratio variance value in process step 820, the process proceeds to process step 830 in which it is determined whether the air ratio variance value is greater than, smaller than, or equal to the initially set air ratio variance value. If they are smaller or equal, it means that the combustion in each cycle is being operated stably, and therefore the process proceeds to step 831, where operation is performed while maintaining the current operating process amount.

しかして、該空気比の分散値が初期設定の空気比の分散
値より大きい場合には、1サイクル毎の燃焼が不安定で
あるということであり、その対策を行う必要ある。一般
的には、空気と燃料との混合が充分でない場合には、1
サイクル中の空気比の変動が大きく、従って空気比の分
散値も大きくなる。そこで、分散値を小さくする、すな
わち空気比の変動を小さくするには、燃料と空気が充分
に混合されるようにすれば良い。その1方法が燃料噴射
時期を変化させる方法があり、それが処理ステップ83
1に示しである。
However, if the dispersion value of the air ratio is larger than the initially set dispersion value of the air ratio, it means that the combustion in each cycle is unstable, and it is necessary to take countermeasures against this. Generally, if the air and fuel are not mixed sufficiently, 1
The fluctuation of the air ratio during the cycle is large, and therefore the dispersion value of the air ratio is also large. Therefore, in order to reduce the dispersion value, that is, to reduce the fluctuation in the air ratio, it is sufficient to mix the fuel and air sufficiently. One method is to change the fuel injection timing, which is the process step 83.
It is shown in 1.

なお、これらの上述の一連の流れは、エンジン運転中繰
り返される。
Note that these above-described series of flows are repeated during engine operation.

この実施例によれば、エンジンの燃焼室内からの火炎の
発光を採光して、エンジン内の空気比や温度、あるいは
それらの分散値を用いてノッキングや空気比のばらつき
等を判定し、望ましい運転状態に制御できる効果がある
According to this embodiment, the emission of flame from the combustion chamber of the engine is illuminated, and the air ratio and temperature in the engine, or their dispersion values, are used to determine knocking, variations in the air ratio, etc., and the desired driving performance is determined. The state has a controllable effect.

[発明の効果] 本発明によれば、内燃機関燃焼室の火炎光を直接採光し
、行程ごとの空気比と温度を検出すると共に、これを燃
焼制御の指標にするので、実時間で燃焼制御ができ、内
燃機関の高効率燃焼が図れるばかりでなく、未燃焼ガス
の発生が少なくなるので、公害防止からも優れた効果を
得ることができる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, flame light from the combustion chamber of an internal combustion engine is directly illuminated, the air ratio and temperature for each stroke are detected, and these are used as indicators for combustion control, so combustion control can be performed in real time. This not only allows for highly efficient combustion in the internal combustion engine, but also reduces the amount of unburned gas produced, resulting in excellent pollution prevention effects.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による内燃機関のノッキング検出方法及
び制御装置の一実施例を示す構成図、第2図はCHラジ
カル及びCIラジカル発光強度と空気比の関係を示す特
性図、第3図及び第4図は空気比の出現頻度分布を示す
特性図、第5図、第6図及び第7図は温度の出現頻度分
布を示す特性図、第8図は制御ユニットによる動作の一
実施例を示す流れ図である。 1・・・・・・燃焼室、2・・・・・・シリンダ、3・
・・・・・ピストン、4・・・・・・点火栓、5・・・
・・・燃料噴射弁、6・・・・・・採光窓、10・・・
・・・制御ユニット、11・・・・・・点火時期lll
#器、】2・・・・・・燃料流量調節器、13・・・・
・・空気流量調節器、14・・・・・・クランク角検出
器、61・・・・・光ファイバ、81〜84・・・・・
・光フィルタ、91〜94・・・・・・光電変換素子。 第1図 61、七フ1【18 第 図 第 図 第 図 空気北(−) ¥色比( 度 五 皮 逼 炭
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the knocking detection method and control device for an internal combustion engine according to the present invention, FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between CH radical and CI radical emission intensity and air ratio, and FIG. Figure 4 is a characteristic diagram showing the appearance frequency distribution of air ratio, Figures 5, 6 and 7 are characteristic diagrams showing the appearance frequency distribution of temperature, and Figure 8 is an example of the operation by the control unit. FIG. 1... Combustion chamber, 2... Cylinder, 3.
...Piston, 4...Spark plug, 5...
...Fuel injection valve, 6...Lighting window, 10...
...Control unit, 11...Ignition timingllll
# device, ]2...Fuel flow rate regulator, 13...
...Air flow rate regulator, 14...Crank angle detector, 61...Optical fiber, 81-84...
- Optical filter, 91-94...Photoelectric conversion element. Fig. 1 61, 7F 1 [18 Fig. Fig. Fig. Air north (-)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、内燃機関の燃焼室から採光した火炎光に基づいて燃
焼ガス温度を検出し、この検出結果から燃焼ガス温度の
各温度値毎の出現頻度パターンを求め、この出現頻度パ
ターンと所定の基準パターンとの比較によりノッキング
発生及びその前兆の少なくとも一方を判定するように構
成したことを特徴とする内燃機関のノッキング検出方法
。 2、請求項1の発明において、上記出現頻度パターンと
所定の基準パターンとの比較が、燃焼ガス温度の各温度
値毎の出現頻度分布のばらつきを表わす分散値の比較で
あることを特徴とする内燃機関のノッキング検出方法。 3、内燃機関の燃焼室から採光した火炎光に基づいて燃
焼ガス温度を検出する手段と、該手段による検出結果か
ら燃焼ガス温度の各温度値毎の出現頻度パターンを求め
る手段と、該手段により求めた出現頻度パターンと所定
の基準パターンとの比較によりノッキング発生及びその
前兆の少なくとも一方を判定する手段とを設け、この手
段の判定結果に応じて点火時期を制御するように構成し
たことを特徴とする内燃機関の制御装置。 4、内燃機関の燃焼室から採光した火炎光のスペクトル
分析に基づいて空気比の値を検出する手段と、該手段に
よる検出結果から各空気比の値毎の出現頻度パターンを
求める手段と、該手段により求めた出現頻度パターンと
所定の基準パターンとの比較により内燃機関の燃焼状態
を判定する手段とを設け、この手段の判定結果に応じて
内燃機関の運転状態を制御するように構成したことを特
徴とする内燃機関の制御装置。 5、請求項4の発明において、上記内燃機関の運転状態
を制御するための手段が、吸気流量、燃料供給量、点火
時期、それに燃料噴射時期の少なくとも1を制御する手
段で構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装
置。
[Scope of Claims] 1. Detect the combustion gas temperature based on flame light taken from the combustion chamber of the internal combustion engine, determine the appearance frequency pattern for each temperature value of the combustion gas temperature from this detection result, and calculate the appearance frequency. A method for detecting knocking in an internal combustion engine, characterized in that the method is configured to determine at least one of the occurrence of knocking and its precursor by comparing the pattern with a predetermined reference pattern. 2. The invention according to claim 1, characterized in that the comparison between the frequency of occurrence pattern and a predetermined reference pattern is a comparison of variance values representing variations in the distribution of frequency of occurrence for each temperature value of combustion gas temperature. Method for detecting knocking in internal combustion engines. 3. means for detecting combustion gas temperature based on flame light taken from a combustion chamber of an internal combustion engine; means for determining an appearance frequency pattern for each temperature value of combustion gas temperature from the detection result by the means; A means for determining at least one of the occurrence of knocking and its precursor by comparing the obtained appearance frequency pattern with a predetermined reference pattern is provided, and the ignition timing is controlled according to the determination result of this means. A control device for an internal combustion engine. 4. means for detecting an air ratio value based on spectrum analysis of flame light taken from a combustion chamber of an internal combustion engine; means for determining an appearance frequency pattern for each air ratio value from the detection results by the means; means for determining the combustion state of the internal combustion engine by comparing the appearance frequency pattern obtained by the means with a predetermined reference pattern, and the operating state of the internal combustion engine is controlled according to the determination result of this means. An internal combustion engine control device characterized by: 5. In the invention of claim 4, the means for controlling the operating state of the internal combustion engine comprises means for controlling at least one of intake flow rate, fuel supply amount, ignition timing, and fuel injection timing. An internal combustion engine control device characterized by:
JP2257069A 1990-09-28 1990-09-28 Detection of knocking and controller for internal combustion engine Pending JPH04136455A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2257069A JPH04136455A (en) 1990-09-28 1990-09-28 Detection of knocking and controller for internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2257069A JPH04136455A (en) 1990-09-28 1990-09-28 Detection of knocking and controller for internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04136455A true JPH04136455A (en) 1992-05-11

Family

ID=17301315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2257069A Pending JPH04136455A (en) 1990-09-28 1990-09-28 Detection of knocking and controller for internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH04136455A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9777946B2 (en) 2011-03-25 2017-10-03 Kurita Water Industries Ltd. Liquid heating method, liquid heating apparatus, and heated liquid supplying apparatus
JP2020176576A (en) * 2019-04-19 2020-10-29 マツダ株式会社 Control method and control device of internal combustion engine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9777946B2 (en) 2011-03-25 2017-10-03 Kurita Water Industries Ltd. Liquid heating method, liquid heating apparatus, and heated liquid supplying apparatus
JP2020176576A (en) * 2019-04-19 2020-10-29 マツダ株式会社 Control method and control device of internal combustion engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5186146A (en) Combustion evaluation apparatus and combustion controller
US5659133A (en) High-temperature optical combustion chamber sensor
JPH05506072A (en) Means and method for measuring and controlling smoke from internal combustion engines
CA1338205C (en) Method of operating an engine and measuring certain operating parameters
JPH07505694A (en) Device for detecting engine parameters of internal combustion engines
Ohyama et al. Study on mixture formation and ignition process in spark ignition engine using optical combustion sensor
Hildenbrand et al. Measurements and simulation of in-cylinder UV-absorption in spark ignition and Diesel engines
Gallo et al. A study of in-cylinder soot oxidation by laser extinction measurements during an EGR-sweep in an optical diesel engine
US8454353B2 (en) Method for evaluating the state of a fuel/air mixture
Wermuth et al. Absorption and fluorescence data of acetone, 3-pentanone, biacetyl, and toluene at engine-specific combinations of temperature and pressure
Kalghatgi et al. Studies of knock in a spark ignition engine with" CARS" temperature measurements and using different fuels
JPH04136455A (en) Detection of knocking and controller for internal combustion engine
GB2098756A (en) Fibre optic vehicle control arrangements and methods
Vögelin et al. Experimental investigation of multi-in-cylinder pyrometer measurements and exhaust soot emissions under steady and transient operation of a heavy-duty diesel engine
CN215726810U (en) Visual gas turbine combustion chamber experimental system
US5099683A (en) Method and apparatus for determining certain operating and running parameters in an internal combustion engine
JP3603341B2 (en) In-cylinder state detection device for internal combustion engine
Day et al. Start of combustion sensor
Tomita et al. In situ fuel concentration measurement near spark plug in spark-ignition engines by 3.39 μm infrared laser absorption method
Maurya et al. Knocking and combustion noise analysis
Lopez et al. Characterization of in-cylinder soot oxidation using two-color pyrometry in a production light-duty diesel engine
Hartman et al. Diesel smoke measurement and control using an in-cylinder optical sensor
Yeo Development and application of in-cylinder fuel concentration and pyrometry optical diagnostic tools in diesel-ignited dual-fuel natural gas engines
JPH0378639A (en) Evaluating and controlling devices of combustion
JP2003014640A (en) Fuel concentration measuring apparatus of engine