JPS60235033A - 受光素子を用いた往復動内燃機関燃焼室の燃焼検知方法におけるレベル校正法 - 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】 往復動自然機関（以下これをし機関］という）燃焼室内
の燃焼実態検知の方法として最近、人工サファイア等の
通視室を燃焼室に設け、あるいは耐熱性の光ファイバ等
を燃焼室に挿入することによって、燃焼室の燃焼により
生ずる光エネルギー（以下これを［火淡像］という）を
とらえ、これを外部へ伝播させ公知の受光素子受光面に
導くことによって、火炎像を電気レベルに変換する方法
が行われつつあり、その−例として況を容易に知り得る
利点がある反面、以下に述ヒｉるような理由によって検
知レベルが安定しにくい問題がある。それらのうちの主
なものはし燃焼室に挿入した光ファイバ等の受光面に付
着するすす等の汚損によって火炎像の外部への伝播特性
の低下による検知レベルの低下］、し燃焼室の火炎像受
光面の高温化により、受光面に付着したすす、又は、光
フアイバ自体から発生する赤外線の受光素子への外乱作
用の影響による検知レベルＳＮ比の低下］および、［外
気温などの影響を受けての受光素子検知レベルの特性変
化１などがあげられる。これらのいわゆる外乱に対する
解決策としているいろな方法が採られている。例えば、
受光面の高温化の影響は受光すべき火炎像の波長帯によ
ってかなり異なるので、その影響による外乱を押除する
ため受光波長帯を特定域に限定して用いるなどの方法が
考えられ、すすの影響が著しい場合にはすすの影響を比
較的受けにくい赤外線領域の波長を検知する方法がある
。また受光素子の外気温によるレベル変化に対して、そ
の影響を大きく受ける赤外線検知用素子の使用をさける
などの方法があり、また、やむを得ず赤外線域のそれを
用いる必要が生じた場合には受光素子を冷却装置等を用
い温度管理するなどの方法が考えられる。しかし、いず
れにせよ外乱防止方法について、何らかの措置が一般に
は必要で、これを用いた場合、種々の技術的制限を受け
るなどの問題があった。

本発明はこのような問題を解決するため、後述の方法に
より、たえず検知レベルを校正し、これによって受光素
子を用いて機関の燃焼状況を検知するに際し、外乱の影
響を排除することにある。

以下に本発明の詳細を述べるに先立って、これら問題点
の詳細を述べよう。第１図は機関燃焼室の火炎像を前記
の方法で外部へ伝播させ受光素子で捕えた状況を示し、
横軸にクランク角度ＣＡ、縦軸に受光素子の電気的レベ
ルでみた燃焼室火炎像検知レベルである。図において、
線図Ａは令達べが予想される時間の直前（以下この時点
をし撚転開始点］という）Ｆに至った直後から燃焼レベ
ルは上昇しおおむね下死点ＵＤＣに至るまでの間に図示
のような変化を行う。同一のモードで、同一燃焼レベル
を機関が保持した場合に、検知した燃焼レベルは燃焼の
不整がない場合本来、同一の燃焼レベルを維持するが、
実際には前記の外乱の影響でたとえ燃焼不整のない燃焼
状態であってもつぎに述べるように、検知レベルが変化
することがある。

線図Ｂはその一例として燃焼室火炎像受光面へのすす等
の付着により、レベルが低下した例を示し、線図Ｃは受
光面附近の高温化により、附近から放射される赤外線を
受光素子が検知し、これによって全体のレベルが上昇し
、ＳＮ比が低下したものの例を示す。また、線図りは外
気温の影響を受け、−受Ｊ素子の検知レベルの特性自体
が変化した一例を示す。実際の外乱はこれらの状態が複
合して生ずる場合が多い。このように外乱により検知レ
ベルの絶対値が複雑に変化するため、この検知レベルを
そのまま機関の制御や状態モニタリングに使用すること
はいろいろ問題が多い。

しかし、これらの各状態のレベル変化をみると、いずれ
も共通の特徴、すなわち、燃焼開始点Ｆに至るまではそ
れ以前の吸入、圧縮の行程を通じほとんどレベルが同一
であるのに反し、燃焼開始点をすぎ機関の燃焼が開始さ
れると急激にレベルが上昇する現象が見られる。

従って、燃焼レベルを機関の各種制御や測定などに用い
る場合、レベルの急激な上昇が予想される附近を基準と
していわゆる校正を行い、かく校正された基準からの変
化をみることとすれば、たとえ検知レベルが外乱の影響
をうけて第１図に示すように変動しても、これら外乱を
大巾に排除することができる。そして、このような方法
をとった場合外乱による検知レベルの変化が、第１図に
示す上ｆ向に平行移動する場合（このようなケ−スは受
光素子が温度の影響をうけ特性が変化した場合に生ずる
ことが多い。）には外乱の影響をほぼ完全に排除し、燃
焼レベル変化を正確に把握できる。また外乱な完全に排
除するに至らない場合でも、校正が行われることにより
て、開始点Ｆ附近の検知レベルは常に同一レベルを保持
することになり、各種の制御などを実施する上で好都合
でおる。しかも、校正を行うべき時点であるレベルの急
上昇が予想される点すなわち燃料着火時期は、クランク
角度や燃料制御機構、例えば点火装置や燃料噴射装置の
作動状況からきわめて容易に検知し得る。本発明の特徴
は燃焼レベルをこのような方法によって校正し、これに
よって外乱を排除し機関燃焼状態の検知を容易にするこ
とにある。

つぎに火花点火機関の燃焼室に耐熱性の光ファイバを挿
入することによって機関燃焼室の火炎像を外部へ伝播さ
せ、これを光ファイバの他端に設けた受光用素子を用い
火炎像を電気的レベルに変換する燃焼検知方法に本発明
を適用した場合の一実施例を第一図に示すブロック図に
基づいて述べてみよ５゜図において機関ＥＮの図示しな
い燃料供給装置から行程毎に供給される燃料が炉焼する
燃焼室ＣＣの隔壁を貫通して設置された耐熱性の光ファ
イバＯＦの先端にある受光部ＯＤは燃焼室ＣＣ内の火炎
発生の状況を検知しやすい箇所を選んで設置されている
。

同ファイバの他端には公知の光電変換素子ＯＥが設置さ
れ、本素子は定められた波長域にある受光エネルギーを
公知の手段により増幅器ｌを用いて電、気的レベルに変
換する機能を有し光ファイバＯＦを経由して入力される
燃焼室ＣＣの火炎像を電気レベルに変換し公知のゲート
コに出力する。

機関の微小な一定角度回転毎にパルスを発生する公知の
パルス式発電器ＴＧからのパルス、及び、からの情報を
入力する行程検知器ダはこれらコ曜の情報を入力し、内
蔵するカウンタ等を用い、機関が燃焼を行い得る最大期
間、すなわち、第１図に示すところの開始点Ｆ付近から
おおむねクランク角度の下死点ＵＤＣ附近までの開動作
となってその旨の情報をゲー）Ｊに出力し、これを受け
て、ゲートコは増幅器／でＮり的レベルに変換された火
炎像をゲートコが動作となった期間だけ公知のレベル変
換器を含む校正器ｔに出力する。機関ＥＮの燃焼期間附
近に限って、かような方法により校正器ｔＫ出力される
火炎像は、燃焼開始点すなわち入力が開始された時点で
レベルを予め定められた特定のレベル、例えば０に公知
の方法で変換校正し、かく校正されたレベルを基準とし
て、その時点以後はゲートコが動作となっている間に限
りゲートを経由して入力される入力レベル全てを変換し
て、出力する。かような方法によりレベルの校正が行わ
れた場合、例えば第１図に示すレベルを校正した場合は
第３図に示すごとく第１図のレベルＡがＡ′に、ＣがＣ
′にさらにＤが「に校正出力される。このように校正が
なされた火炎像の検知レベルはその校正がなされる以前
のものに比べると外乱の影響を排除したものとなってい
るので、格段信頼性が向上したものとなる。そして、そ
の出力の用途には例えばレベルの絶２体値がある定めら
れた値を上回ったことを条件として燃焼開始時期を探知
する方法など多用な用途が考えられる。

前記の実施例では第一図におけるゲートコが動作を開始
する燃焼開始点はクランク角度検知器ＣＡＤにより検知
されるため、モードのいかんにかかわらず一定である。

しかし、この校正を行う時点は本来の主旨からもなるべ
く実際の燃焼がなされる直前が好ましい。

ところが、機関の燃料着火時期は枦関回転数に応じ、い
わゆる進角制御が行われ変動するので、前記実施例の如
く燃焼開始点をモードに関係なく一定とした場合には実
際の燃料着火時期と燃焼開始点との間に相当の差異が生
じ、校正が必ずしも実際の燃料着火点でなされないとい
う問題が生ずる。

しかし、実際の燃料着火時期は機関によってかなり正確
に予想できる。例えば火花点火機関でのその時期は点火
時期の直後であり、ディーゼル機関は燃料噴射開始時期
の直後、さらにより真近をめるならば噴ｇノズルのリフ
ト動作の直後であつて、しかも、これらの時点、すなわ
ち、機関の燃料着火開始指令時点はいずれも公知の手段
で容易に検知し得る。従って、火炎像検知レベルの校正
を行うことができる。

この方法を第２図に示す火花点火の機関ＥＮに適用した
場合についてみるとパルス式発電器ＴＧからの機関回転
数情報、及び、クランク角度検知器ＣＡＤからのクラン
ク角度情報を入力し、これらコ情報に基づいて最適の火
花点火時期を検知する機構を有する公知の点火装置６が
、公知の方法により検知した最適点火時期にバッテリー
７から供給される電気エネルギにより点火プラグＰに火
花を発生させ、燃焼室ＣＣの燃料を着火させるに際し、
点火プラグＰへ圧加する電圧の一部をトリガーとして前
記行稈検知器ゲヘクランク角度検知器ＣＡＤからの出力
情報に代えて入力させることとすればよい。

と清洗を採岨旦、ゲート−の動作開始時点は点火プラグ
Ｐへの着火開始指令時点であり、この時点にゲートを動
作させることにより、火炎像の検知レベルはモードのい
かんにかかわらず、常に実際の溶料着火開始の直前に校
正されることになり、外乱に対する信頼度を一段と向上
させることができる。

なお、本実施例は、燃焼開始点の校正を火花点火機関で
実施する例について述べたが、他の往復動機関、例えば
ディーゼル機関についても本実施例とほぼ同じ−考え方
で実施すればよく燃料着火開始指令時点の検知方法は、
いつ流式噴射ポンプを用いるものについてはプランジャ
のリフトで捕える方法が考えられ、電子式の噴射ポンプ
を用いるものでは電気的な噴射指令から検知する方法が
考えられ、さらにはノズルのリフトで直接噴射時期を検
知する方法など、多様な組合せが考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は機関燃焼室の火炎像を受光素子で電り的レベル
に変赫検知した状況の例を示し、第２図は本発明の実施
例を示す機関の構造概念図を含むブロック図、第３図は
第７図を本発明の方法により校正した場合の例を示す。 ＥＮ・・・機関、ＣＣ・・・燃焼室、ＯＤ−・・受光部
、ＯＦ・・・元ファイバ、ＣＡＤ・・・クランク角度検
知器、ＯＥ・・・光電変換素子、ｌ・・・増幅器、コ・
・・ゲート、ダ・・・行程検知器、ｔ・・・校正器 Ｘ　１　図 ／ｆ　２　図 オ　３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）往復動内燃機関燃焼室の燃焼火炎像を外部５伝播す
   る手段を設けるとともに、当該手段の他端に設けた受光
   用素子を用い外部へ伝播した火炎像を電気的レベルに変
   換することにより燃焼室の燃焼状況を検知するものにお
   いて、機関の行程を検知することによって燃焼室の燃料
   が着火が予想される時点より前の時点において溶焼検知
   レベルを定められた特定レベルに校正し、かく校正した
   レベルを基準として燃焼室の燃焼レベルを検知すること
   を特徴とする受光素子を用いた往復動内燃機関燃焼室の
   燃焼検知方法におけるレベル校正法・。 コ）往復動内燃機関燃焼室の燃焼火ｆ？像を外部へ伝播
   する手段を設けるとともに、当該手段の他端に設けた受
   光用素子を用い外部へ伝播した火炎像を電気的レベルに
   変換することにより燃焼室の燃焼状況を検知するものに
   おいて、機関の行程を検知することによって燃焼室の燃
   料が着火が予想される時点より前の時点において、燃焼
   検知レベルを定められた特定レベルに校正し、かく校正
   したレベルを基準として燃焼室の燃焼レベルを検知する
   に際し、検知レベルの校正を機関の燃料着火開始指令時
   点に行うことを特徴とする受光素子を用いた往復動内燃
   機関燃焼室の燃焼検知方法におけるレベル校正法。