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JP3913135B2 - Abnormal combustion detection method, abnormal combustion adjustment method and apparatus for internal combustion engine - Google Patents
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Abnormal combustion detection method, abnormal combustion adjustment method and apparatus for internal combustion engine Download PDF

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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、ガスエンジンの燃焼室(シリンダ)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方法及びその装置に関し、特に、燃焼室で異常燃焼が発生した箇所(位置)を特定することのできる異常燃焼検知方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、トーチ点火ガス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い。そして、このような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、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一つとなっている。かかるノッキングを抑制する際には、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、迅速にノッキングを防止する処置を講ずる必要がある。
【0003】
従来、ガスエンジンにおいて、ノッキングの発生を検知する手法として、例えば、特開平8−128354号に記載されたノッキング判定方法が知られている(以下従来例と呼ぶ)。
【0004】
従来例では、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。
【0005】
ところで、ガスエンジン等の予混合内燃機関(エンジン)では、予混合気が急激に燃焼する上述のようなノッキングが発生することが多く、このノッキングがエンジンの効率限界となっている。そして、上述のようにして、ノッキングが検知されると、例えば、点火時期等を遅延させてノッキングを抑える燃焼制御(以下単にノッキング制御と呼ぶ)を行っている(つまり、効率を低下させてノッキングを抑える)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ノッキング制御を行う際には、従来例のように、燃焼室でノッキングが発生したか否かを判定して、ノッキングが発生したと判定すると、ノッキング制御に移行するようにしており、燃焼室内におけるノッキングが発生した箇所、つまり、異常燃焼が発生した箇所(位置)を特定することは行っておらず、単に、燃焼室でノッキングが発生したか否かを判定して、ノッキング制御を行っただけでは、精度よくノッキング制御を行うことが難しいという課題がある。
【0007】
言い換えると、単にノッキングの有無を検知して、ノッキングの発生を検知すると、ノッキング制御に移行しただけでは、ノッキングの抑制のみに注目して、不必要に効率を低下させてしまうことになって、精度よくノッキング制御ができないという課題がある。
【0008】
いずれにしても、従来例では、単に燃焼室におけるノッキングの有無を判定しているだけであって、燃焼室中のいずれの箇所でノッキングが発生したかを検出することはできない。
【0009】
本発明の目的は、燃焼室でノッキング等の異常燃焼が発生した際、異常燃焼の位置(異常燃焼発生部位)を容易に検知することのできる内燃機関の異常燃焼検知方法及びその装置を提供することにある。
【0010】
本発明の他の目的は、精度よく異常燃焼を調整することのできる内燃機関の異常燃焼調整方法及びその装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、内燃機関の燃焼室で異常燃焼が発生した際該異常燃焼を検知するための内燃機関の異常燃焼検知方法であって、前記燃焼室内において互いに異なる少なくとも第1〜第3の測定位置で前記燃焼室内における燃焼に起因する圧力又は発光を同時に測定して第1〜第3の測定結果を得る計測ステップと、前記第1〜前記第3の測定結果に応じて前記異常燃焼が発生した際該異常燃焼に係る圧力又は発光が前記第1〜前記第3の測定位置に到達する時間差を、前記第1の測定位置と前記第2の測定位置、前記第2の測定位置と前記第3の測定位置、及び前記第3の測定位置と前記第1の測定位置との間でそれぞれ求めて第1〜第3の到達時間差とする到達時間差算出ステップと、前記第1〜前記第3の到達時間差に基づいてそれぞれ前記第1の測定位置と前記第2の測定位置、前記第2の測定位置と前記第3の測定位置、及び前記第3の測定位置と前記第1の測定位置との間の距離差を第1〜第3の距離差として求める距離差算出ステップと、前記1の測定位置を中心とする半径rの第1の球と前記第2の測定位置を中心とする半径(r+第1の距離差)の第2の球とにおいて前記半径r=(1/2)×{(前記第1及び前記第2の測定位置間の距離)−前記第1の距離差}を初期値として前記半径rを増加した際前記第1の球と前記第2の球との交線の集合である第1の面を求める第1の面算出ステップと、前記第2の測定位置を中心とする半径rの第3の球と前記第3の測定位置を中心とする半径(r+第2の距離差)の第4の球とにおいて前記半径r=(1/2)×{(前記第2及び前記第3の測定位置間の距離)−前記第2の距離差}を初期値として前記半径rを増加した際前記第3の球と前記第4の球との交線の集合である第2の面を求める第2の面算出ステップと、
前記3の測定位置を中心とする半径rの第5の球と前記第1の測定位置を中心とする半径(r+第3の距離差)の第6の球とにおいて前記半径r=(1/2)×{(前記第3及び前記第1の測定位置間の距離)−前記第3の距離差}を初期値として前記半径rを増加した際前記第5の球と前記第6の球との交線の集合である第3の面を求める第3の面算出ステップと、前記第1〜前記第3の面のうちいずれか二つの面の交線を算出交線として求めて該算出交線と前記第1〜前記第3の面のうち残りの面と交点を前記異常燃焼検出位置として判定する判定ステップとを有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼検知方法が得られる。
【0015】
また、本発明では、前記第1〜前記第3の測定結果のうち少なくとも一つが予め設定された閾値レベルを越えると異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼検知ステップを有している。なお、前記燃焼室で発生する振動を検知して該振動のレベルが予め規定された振動閾値レベルを越えると前記異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼検知ステップを有するようにしてもよい。
【0016】
さらに、本発明では、上述のようにして得られた異常燃焼検出位置を受けると前記異常燃焼検出位置に向けて異常燃焼を抑制するための抑制流体を噴射する噴射ステップを有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼調整方法が得られる。このようにすれば、上述のようして検出された異常燃焼位置に向けて抑制流体を噴射することができ、精度よく異常燃焼を調整することができることになる。
【0017】
本発明によれば、内燃機関の燃焼室で異常燃焼が発生した際該異常燃焼を検知するための内燃機関の異常燃焼検知装置において、前記燃焼室内において互いに異なる少なくとも第1〜第3の測定位置で前記燃焼室内における燃焼に起因する圧力又は発光を同時に測定して第1〜第3の測定結果を得る計測手段と、前記第1〜前記第3の測定結果に応じて前記異常燃焼が発生した際該異常燃焼に係る圧力又は発光が前記第1〜前記第3の測定位置に到達する時間差を、前記第1の測定位置と前記第2の測定位置、前記第2の測定位置と前記第3の測定位置、及び前記第3の測定位置と前記第1の測定位置との間でそれぞれ求めて第1〜第3の到達時間差とする到達時間差算出手段と、前記第1〜前記第3の到達時間差に基づいてそれぞれ前記第1の測定位置と前記第2の測定位置、前記第2の測定位置と前記第3の測定位置、及び前記第3の測定位置と前記第1の測定位置との間の距離差を第1〜第3の距離差として求める距離差算出手段と、前記第1の測定位置と前記第2の測定位置、前記第2の測定位置と前記第3の測定位置、及び前記第3の測定位置と前記第1の測定位置との間においてそれぞれ前記第1〜前記第3の距離差に応じた三次元曲面を複数形成して、複数の三次元曲面が交わる交点を前記異常燃焼発生位置として検知する異常燃焼位置検知手段とを有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼検知装置が得られる。
【0019】
本発明では、例えば、前記第1〜前記第3の測定結果のうち少なくとも一つが予め設定された閾値レベルを越えると異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼検知手段を有している。また、前記燃焼室で発生する振動を検知する加速度センサと、該加速度センサで検知された振動のレベルが予め規定された振動閾値レベルを越えると前記異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼検知手段とを有するようにしてもよい。
【0020】
本発明では、上述のようにして得られた異常燃焼検出位置を受けると前記異常燃焼検出位置に向けて異常燃焼を抑制するための抑制流体を噴射する噴射手段を有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼調整装置が得られる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施の形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施の形態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。
【0022】
ここでは、トーチ点火式ガスエンジンに用いられる異常燃焼(ノッキング)検知装置について説明する。まず、図1を参照して、図示のトーチ点火式エンジン(以下単にエンジンと呼ぶ)100は、ピストン102、シリンダヘッド103a、及びシリンダ部103bを有しており、ピストン102、シリンダヘッド103a、及びシリンダ部103bによって燃焼室101が区画形成されている。さらに、図示のエンジン100にはトーチ着火用のトーチ副室104が備えられている。
【0023】
シリンダ部103bの側面には、燃焼室101に臨んで、少なくとも3つの圧力センサがそれぞれ互いに異なる箇所に取り付けられており(図1には、一つの圧力センサ1aのみが示されている)、これら圧力センサはコントローラ10に接続されている。圧力センサの取付けに当たっては、シリンダ部103bにおける気密性が損なわれないようにする必要がある。なお、圧力センサはシリンダヘッド103aに取り付けるようにしてもよい。
【0024】
コントローラ10は、後述するようにして、圧力センサで検出された燃焼室101内圧力に応じて異常燃焼(ノッキング)位置(部位)を検知・特定して、この検知結果に応じてノッキング制御を実行する。つまり、コントローラ10は圧力センサで検知した圧力信号に応じて、後述する流体噴射装置20及び弁回転装置22を制御する。
【0025】
図1に示すように、シリンダヘッド103aには、流体噴射弁26が取り付けられており、流体制御弁26の弁棒261がシリンダヘッド103a内に回動可能かつ上下動可能に嵌合されている。流体噴射弁26の詳細を示す図1(B)において、流体噴射弁26の弁棒261の外周面にシール部材26aを摺接して、燃焼室101内のガスをシールしている。
【0026】
流体噴射弁26は、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、後述するようにして、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。
【0027】
流体噴射弁26内には流体通路262が貫設されており、263は該流体噴射弁26内の先端部には、燃焼室101内に向けて開口するように噴孔263が穿孔されている。264は流体通路262と噴孔263との間には逆止弁264が設けられ、流体通路262側から噴孔263側、つまり燃焼室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。
【0028】
回転装置026は流体噴射弁26を回転駆動し、コントローラ10により制御される弁回転装置22からの回転力を歯車24及び弁棒261に相対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、流体噴射弁26に伝達し、流体噴射弁26をノッキング発生位部位に向けて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。
【0029】
流体噴射装置20には、抑制流体供給管27を通して水、蒸気等のノッキングの抑制流体が供給され、流体噴射装置20は抑制流体を加圧し、流体噴射弁26の上部に装着された流体継手21を通して流体噴射弁26に圧送する。
【0030】
図2を参照して、いま、シリンダ部103bの側面において、互いに異なる位置に3つの圧力センサ1a〜1cが取り付けられ(図2において、圧力センサ1a〜1cの取付け位置をそれぞれ▲1▼〜▲3▼で示す)、これら圧力センサ1a〜1cは燃焼室101に臨んでいる。圧力センサ1a〜1cの取付けに当たっては、図2に示すように、3次元空間において圧力センサ1a〜1cが同一平面内に配置されるように取り付けることが望ましい。
【0031】
いま、図2にPで示す位置で異常燃焼、つまり、ノッキングが発生したとする。ノッキングが発生すると、急激な燃焼による圧力波(衝撃波)が生じて、燃焼室101内を伝搬する(L1〜L3はそれぞれ圧力センサ1a〜1cからノッキング発生位置Pまでの距離を便宜上表しているが、この距離は当然のことながらノッキング発生位置Pに応じて変わる)。
【0032】
圧力センサ1a〜1cは常に燃焼室103内圧力を検出しており、その検出結果をコントローラ10に送出している。図3に示すように、コントローラ10はノッキング発生検出部11a、ノッキング位置検出部11b、流体噴射方向算出部12、及び流体噴射量算出部13を備えており、圧力センサ1a〜1cからの圧力信号(電気信号:以下圧力センサ1a〜1cから与えられる圧力信号をそれぞれ第1〜第3の圧力信号と呼ぶことにする)はノッキング発生検出部11aに与えられる。ノッキング発生検出部11aでは、第1〜第3の圧力信号のうち少なくとも一つが予め設定された閾値レベル(ノッキングが発生したか否かを判定するための閾値レベル)を越えると、ノッキングが発生したと判定して、ノッキング検知信号をノッキング位置検出部11bに送る。
【0033】
図4及び図5も参照して、ノッキング位置検出部11bには第1〜第3の圧力信号が与えられており、ノッキング検知信号を受けると(図4:ステップS1)、以下のようにしてノッキング位置検出を実行する。
【0034】
いま、ノッキングによって、図5(A)〜(C)に示すタイミングで第1〜第3の圧力信号がノッキング位置検出部11bに与えられたとすると、第1〜第3の圧力信号(ピーク又はエッジ)間の到達時間差を求める(図4:ステップS2)。具体的には、ノッキング位置検出部11bでは、第1の圧力信号(の立ち上がりエッジ)を受けた時間と第2の圧力信号(の立ち上がりエッジ)を受けた時間との差を、時間Δt12として求める(第1の到達時間差)。
【0035】
同様にして、第2の圧力信号(の立ち上がりエッジ)を受けた時間と第3の圧力信号(の立ち上がりエッジ)を受けた時間との差を、時間Δt23として求める(第2の到達時間差)。そして、第3の圧力信号(の立ち上がりエッジ)を受けた時間と第1の圧力信号(の立ち上がりエッジ)を受けた時間との差を、時間Δt31として求める(第2の到達時間差)。なお、これら時間差Δt12、Δt23、及びΔt31は絶対値である(単位秒)。
【0036】
次に、ノッキング位置検出部11bでは、上述の時間差に基づいて各圧力センサ1a〜1cとノッキング発生位置までの距離の差を求める(図4:ステップS3)。具体的には、いま、ノッキング発生位置と圧力センサ1a〜1cまでの距離をそれぞれL1〜L3と仮定すると(ノッキング位置検出部11bには圧力センサ1a〜1cの取付け位置(3次元座標の位置)が予め設定されている)、音速をC(m/秒)とすれば、絶対値(L1−L2)=ΔL12=C×Δt12である。同様に、絶対値(L2−L3)=ΔL23=C×Δt23、絶対値(L3−L1)=ΔL31=C×Δt31である。
【0037】
このようにして、圧力センサ1a〜1c(取付け位置)毎に距離差を求めた後、圧力センサ1a〜1cの一つを基準位置として、ノッキング位置検出部11bでは、次のようにしてノッキング発生位置が属する面を規定する(図4:ステップS4)。なお、ノッキング位置が発生する面を規定する際には、三次元曲面を形成するが、ここでは、三次元曲面として球を例にあげて説明する。
【0038】
まず、ノッキング位置検出部11bでは、燃焼室101を含む直交座標系(3次元)を規定して、この直交座標系に圧力センサ1a〜1cの取付け位置▲1▼〜▲3▼をプロットする。そして、圧力センサ1aを基準位置として、半径r(rは任意の数)の球(第1の球)を規定する。一方、圧力センサ1bを基準位置として、半径(r+ΔL12)の球(第2の球)を規定する。
【0039】
図6(A)に示すように、r=(1/2)(L12−ΔL12)の際には、半径rの球と半径(r+ΔL12)の球とは交点のみを形成することになるが(L12は圧力センサ1aと圧力センサ1bとの距離であり、ノッキング位置検出部11bには圧力センサ1a〜1cの取付け位置が予め設定されているから、距離L12を求めることができる)、半径r>(1/2)(L12−ΔL12)であると、半径rの球と半径(r+ΔL12)の球とは交線(円)ができる(図6(B)参照)。ノッキング発生位置は少なくともこの円上に存在することになるが、半径rは任意の値であるため、r=(1/2)(L12−ΔL12)を起点として、半径rを徐々に増加させて、交線の集合である面(第1の面)CAを規定する(図7参照)。
【0040】
同様にして、圧力センサ1bを基準として、半径rの球(第3の球)を規定する。一方、圧力センサ1cを基準位置として、半径(r+ΔL23)の球(第4の球)を規定する。r=(1/2)(L23−ΔL23)から(L23は圧力センサ1bと圧力センサ1cとの距離である)半径rを徐々に増加させて、図8に示す交線の集合である面(第2の面)CBを規定する。
【0041】
さらに、圧力センサ1cを基準位置として、半径rの球(第5の球)を規定する。一方、圧力センサ1aを基準位置として、半径(r+ΔL31)の球(第6の球)を規定する。r=(1/2)(L31−ΔL31)から(L31は圧力センサ1cと圧力センサ1aとの距離である)半径rを徐々に増加させて、図9に示す交線の集合である面(第3の面)CCを規定する。(図4のステップ4)
【0042】
次に、ノッキング位置検出部11bでは、上述のようにして規定された第1及び第2の面CA及びCBに応じて、第1及び第2の面とが交わる交線(第1の交線LA)を求める(図4のステップS5:図8参照)。
【0043】
さらに、ノッキング位置検出部11bでは、第1の交線LAと第3の面CCとに応じて、第1の交線LAと第3の面CCとが交わる交点PAを求める(図4のステップS6:図9参照)。つまり、第1の交線LAと第3の面CCとの交点が全ての条件を満たし、ノッキング発生位置となる。そして、ノッキング位置検出部11bはこの交点PAをノッキング発生位置Pとすることになる(図4:ステップS7)。
【0044】
上述のようにして、求められたノッキング発生位置は流体噴射方向算出部12に与えられる。なお、第1〜第3の面を求める順序は特に規定されず、最終的に、第1〜第3の面が交わる交点PAを求めるようにすればよい。
【0045】
流体噴射方向算出部12では、ノッキング検出位置を受けると、流体噴射弁26の設置位置とノッキング検出位置との相対関係に基づいて、抑制流体噴射方向を求める。そして、この算出抑制流体噴射方向は流体噴射制御部14に与えられる。
【0046】
図3に示すように、流体噴射量算出部13には、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器15とエンジン出力(エンジン負荷)を検出するエンジン出力検出器16が接続されており、流体噴射量算出部13には、エンジン回転数検出器15及びエンジン出力検出器16からそれぞれエンジンの回転数及びエンジン出力の検出値が与えられる。
【0047】
流体噴射量算出部13においては、エンジン回転数及びエンジン出力の検出値が示されるエンジン運転状態検出値に基づいて、エンジン運転状態に対応するノッキング抑制流体の噴射量を算出して、流体噴射制御部14に与える。これにより、エンジン回転数、エンジン出力で表されるエンジン運転状態の検出値に適合した抑制流体の噴射量に制御することができる。
【0048】
流体噴射制御部14では、流体噴射方向算出部12から与えられたノッキング抑制流体噴射方向に応じて、弁回転装置22を制御して、流体噴射弁26の噴孔263の方向をノッキング流体噴射方向に向ける。さらに、流体噴射制御部14では、流体噴射量選出部13から与えられたノッキング抑制流体の噴射量に基づいて、流体噴射装置20を動作する。
【0049】
上述のようにして、流体噴射装置20及び弁回転装置22を制御すると、流体噴射弁26からの抑制流体は、エンジン運転状態に対応する噴射量で、ノッキング発生位置に向けて噴射されることになり、ノッキング発生点近傍における燃焼温度が、低下し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できることになる。
【0050】
ところで、上述の例では、圧力センサ1a〜1cから受ける圧力信号(第1〜第3の圧力信号)のうちの少なくとも一つの予め定められた閾値レベルを越えた際、ノッキング発生検出部11aでノッキングが発生したと判定したが、別に振動センサ等の加速度センサをシリンダヘッド等に取り付けて、加速度センサで検出される加速度を加速度検出信号としてノッキング発生検出部11aに与えて、この加速度検出信号のレベルが所定の閾値レベルを越えた際ノッキング発生と認定して、ノッキング発生検出部11aからノッキング位置検出部11bにノッキング検出信号を与えるようにしてもよい。
【0051】
さらに、上述の例では、圧力センサを用いてノッキングによる圧力波(衝撃波)を検出するようにしたが、圧力センサの代わりに、光センサを用いるようにしてもよい。つまり、ノッキング等の異常燃焼が発生した際には、通常の燃焼と比べて、ノッキングが発生した位置においては、輝度等が異なるから、光センサで輝度の変化を検出して(輝度が予め設定された輝度閾値レベルを越えた際)、ノッキングが発生したと判定する。そして、上記の輝度の変化が到達する時間差を求めて、上述したような演算を行えば、燃焼室内のノッキング発生位置を特定することができる。
【0052】
いずれにしても、ノッキングに応じて変化する圧力又は発光による輝度等の変化を検知して、前述のようにして、ノッキング発生位置を特定するようにすればよい。
【0053】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内燃機関の燃焼室で異常燃焼が発生した際該異常燃焼を検知する際、燃焼室内において互いに異なる少なくとも第1〜第3の測定位置で、燃焼室内における燃焼に起因する圧力又は発光を同時に測定して第1〜第3の測定結果を得て、異常燃焼が発生すると第1〜第3の測定結果に応じて、異常燃焼が発生した燃焼室内の位置を異常燃焼発生位置として特定するようにし、その異常燃焼位置を特定する際、第1〜第3の測定結果に応じて、異常燃焼が発生した際異常燃焼に係る圧力又は発光が第1〜第3の測定位置に到達する時間差を、第1の測定位置と第2の測定位置、第2の測定位置と第3の測定位置、及び第3の測定位置と第1の測定位置との間でそれぞれ求めて第1〜第3の到達時間差として、第1〜第3の到達時間差に基づいてそれぞれ第1の測定位置と第2の測定位置、第2の測定位置と第3の測定位置、及び第3の測定位置と第1の測定位置との間の距離差を第1〜第3の距離差として求め、第1の測定位置と第2の測定位置、第2の測定位置と第3の測定位置、及び第3の測定位置と第1の測定位置との間においてそれぞれ第1〜前記第3の距離差に応じた三次元曲面を複数形成して、複数の三次元曲面が交わる交点を異常燃焼発生位置として検知するようにしたから、容易に異常燃焼発生位置を特定できるという効果がある。
【0055】
さらに、本発明では、上述のようして検出された異常燃焼位置に向けて抑制流体を噴射するようにしたから、精度よく異常燃焼を調整することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による異常燃焼検知装置の一例をトーチ点火式ガスエンジンととも示す図であり、(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】 図1に示す圧力センサの配置関係を示す平面図である。
【図3】 図1に示すコントローラを詳細に示す制御ブロック図である。
【図4】 図3に示すノッキング位置検出部の動作を説明するためのフロー図である。
【図5】 圧力センサで検出される衝撃波のタイミングを示す図である。
【図6】 ノッキング位置を検出する際の演算を説明するための図であり、(A)は二つの球が接した状態を示す図、(B)は半径rを増加して二つの球が交わった状態を示す図である。
【図7】 図6において半径rを増加していった際二つの球の交わりによって形成される面を示す図である。
【図8】 図7で示すようにして形成された二つの面の交線を示す図である。
【図9】 図7に示す交線と別の面との交点が異常燃焼位置となる状態と示す図である。
【符号の説明】
1a〜1c 圧力センサ
10 コントローラ
11a ノッキング発生検出部
11b ノッキング位置検出部
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
100 トーチ点火式エンジン
101 燃焼室
102 ピストン
104 トーチ副室
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to an abnormal combustion detection method and apparatus for an internal combustion engine that detects abnormal combustion such as knocking in a combustion chamber (cylinder) of a gas engine. The present invention relates to an abnormal combustion detection method and apparatus capable of specifying (position).
[0002]
[Prior art]
Generally, in a torch ignition gas engine, since it is premixed combustion, knocking due to non-uniformity in the concentration distribution of the mixed gas in the combustion chamber is likely to occur. One of the major issues is to prevent the occurrence of such knocking, avoid a decrease in combustion efficiency, and prevent the combustion chamber surrounding members from being damaged due to the knocking. In order to suppress such knocking, it is necessary to accurately detect that knocking has occurred during engine operation and to take measures to prevent knocking quickly.
[0003]
Conventionally, as a technique for detecting the occurrence of knocking in a gas engine, for example, a knocking determination method described in JP-A-8-128354 is known (hereinafter referred to as a conventional example).
[0004]
In the conventional example, the vibration of the engine is detected by an acceleration sensor, the detection vibration data is subjected to a predetermined process, process detection data is created and continuously stored, and each of the process detection data is stored in these processes. Compared with the threshold value, the ratio of data exceeding the threshold value among the predetermined number of processing detection data is calculated, and when this ratio exceeds a certain value, it is determined that knocking has occurred.
[0005]
By the way, in a premixed internal combustion engine (engine) such as a gas engine, the above-mentioned knocking in which the premixed gas burns rapidly often occurs, and this knocking is the engine efficiency limit. Then, as described above, when knocking is detected, for example, combustion control (hereinafter simply referred to as knocking control) that delays ignition timing or the like to suppress knocking is performed (that is, knocking is performed with reduced efficiency). ).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when performing knocking control, as in the conventional example, it is determined whether knocking has occurred in the combustion chamber, and if knocking is determined to occur, the control shifts to knocking control. The location where knocking has occurred in the room, that is, the location (position) where abnormal combustion has occurred is not specified, and it is simply determined whether knocking has occurred in the combustion chamber, and knocking control is performed. However, there is a problem that it is difficult to accurately perform knocking control.
[0007]
In other words, by simply detecting the presence or absence of knocking and detecting the occurrence of knocking, simply shifting to knocking control will focus on only knocking suppression and unnecessarily reduce efficiency. There is a problem that knocking control cannot be performed with high accuracy.
[0008]
In any case, in the conventional example, the presence or absence of knocking in the combustion chamber is merely determined, and it is not possible to detect where knocking has occurred in the combustion chamber.
[0009]
An object of the present invention is to provide an abnormal combustion detection method and apparatus for an internal combustion engine that can easily detect the position of abnormal combustion (abnormal combustion occurrence site) when abnormal combustion such as knocking occurs in a combustion chamber. There is.
[0010]
Another object of the present invention is to provide an abnormal combustion adjustment method and apparatus for an internal combustion engine that can accurately adjust abnormal combustion.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  According to the present invention, there is provided an abnormal combustion detection method for an internal combustion engine for detecting the abnormal combustion when abnormal combustion occurs in the combustion chamber of the internal combustion engine, wherein at least first to third different from each other in the combustion chamber. A measurement step of simultaneously measuring pressure or light emission resulting from combustion in the combustion chamber at a measurement position to obtain first to third measurement results;When the abnormal combustion occurs according to the first to third measurement results, a time difference at which the pressure or light emission related to the abnormal combustion reaches the first to third measurement positions is determined as the first measurement. The first and third measurement positions are obtained between the position and the second measurement position, the second measurement position and the third measurement position, and the third measurement position and the first measurement position, respectively. An arrival time difference calculating step as an arrival time difference, and the first measurement position, the second measurement position, the second measurement position, and the third measurement based on the first to third arrival time differences, respectively. A distance difference calculating step for obtaining a position and a distance difference between the third measurement position and the first measurement position as first to third distance differences; and a radius r centered on the first measurement position A radius (r + first) centered on the first sphere and the second measurement position The radius r = (1/2) × {(distance between the first and second measurement positions) −the first distance difference} with respect to the second sphere of separation) as the initial value. a first surface calculation step for obtaining a first surface which is a set of intersection lines of the first sphere and the second sphere when r is increased; and a radius r centered on the second measurement position Of the third sphere and a fourth sphere having a radius (r + second distance difference) centered on the third measurement position, the radius r = (1/2) × {(the second and the second 3) (the distance between the three measurement positions) −the second distance difference} as an initial value, and the radius r is increased, the second surface is a set of intersection lines of the third sphere and the fourth sphere. A second surface calculating step for obtaining
  In the fifth sphere having a radius r centered on the third measurement position and the sixth sphere having a radius (r + third distance difference) centered on the first measurement position, the radius r = (1 / 2) × {(distance between the third and first measurement positions) −the third distance difference} as an initial value when the radius r is increased, the fifth sphere and the sixth sphere A third surface calculating step for obtaining a third surface which is a set of intersecting lines, and calculating the intersecting line of any two of the first to third surfaces as a calculated intersecting line. A determination step of determining a line and the remaining surface of the first to third surfaces and an intersection as the abnormal combustion detection position.An abnormal combustion detection method for an internal combustion engine characterized by the above can be obtained.
[0015]
Further, the present invention includes an abnormal combustion detection step of determining that abnormal combustion has occurred when at least one of the first to third measurement results exceeds a preset threshold level. An abnormal combustion detection step may be provided in which vibration generated in the combustion chamber is detected and it is determined that the abnormal combustion has occurred when the vibration level exceeds a predetermined vibration threshold level.
[0016]
Furthermore, the present invention includes an injection step of injecting a suppression fluid for suppressing abnormal combustion toward the abnormal combustion detection position when the abnormal combustion detection position obtained as described above is received. An abnormal combustion adjustment method for an internal combustion engine is obtained. In this way, the suppression fluid can be injected toward the abnormal combustion position detected as described above, and abnormal combustion can be adjusted with high accuracy.
[0017]
  According to the present invention, in the abnormal combustion detection device for an internal combustion engine for detecting the abnormal combustion when the abnormal combustion occurs in the combustion chamber of the internal combustion engine, at least first to third measurement positions different from each other in the combustion chamber. Measuring means for simultaneously measuring pressure or light emission resulting from combustion in the combustion chamber to obtain first to third measurement results;When the abnormal combustion occurs according to the first to third measurement results, a time difference at which the pressure or light emission related to the abnormal combustion reaches the first to third measurement positions is determined as the first measurement. The first and third measurement positions are obtained between the position and the second measurement position, the second measurement position and the third measurement position, and the third measurement position and the first measurement position, respectively. An arrival time difference calculating means for obtaining an arrival time difference, and the first measurement position, the second measurement position, the second measurement position, and the third measurement based on the first to third arrival time differences, respectively. A distance difference calculating means for obtaining a position and a distance difference between the third measurement position and the first measurement position as first to third distance differences; and the first measurement position and the second measurement position. Measurement position, second measurement position and third measurement position, and third measurement position A plurality of three-dimensional curved surfaces corresponding to the first to third distance differences are formed between the first measurement position and the first measurement position, and an intersection where the plurality of three-dimensional curved surfaces intersect is detected as the abnormal combustion occurrence position. Having abnormal combustion position detection meansAn abnormal combustion detection device for an internal combustion engine characterized by the above can be obtained.
[0019]
In the present invention, for example, there is an abnormal combustion detection means for determining that abnormal combustion has occurred when at least one of the first to third measurement results exceeds a preset threshold level. Further, an acceleration sensor for detecting vibration generated in the combustion chamber, and an abnormal combustion detection means for determining that the abnormal combustion has occurred when the level of vibration detected by the acceleration sensor exceeds a predetermined vibration threshold level You may make it have.
[0020]
In the present invention, an internal combustion engine having injection means for injecting a suppression fluid for suppressing abnormal combustion toward the abnormal combustion detection position when the abnormal combustion detection position obtained as described above is received. An abnormal combustion adjusting device is obtained.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to the description unless otherwise specified. It is just an example.
[0022]
Here, an abnormal combustion (knocking) detection device used in a torch ignition type gas engine will be described. First, referring to FIG. 1, a torch ignition type engine (hereinafter simply referred to as an engine) 100 includes a piston 102, a cylinder head 103 a, and a cylinder portion 103 b, and the piston 102, cylinder head 103 a, A combustion chamber 101 is defined by the cylinder portion 103b. Further, the illustrated engine 100 is provided with a torch sub chamber 104 for torch ignition.
[0023]
On the side surface of the cylinder portion 103b, at least three pressure sensors are respectively attached to different locations facing the combustion chamber 101 (only one pressure sensor 1a is shown in FIG. 1). The pressure sensor is connected to the controller 10. When mounting the pressure sensor, it is necessary to prevent the airtightness of the cylinder portion 103b from being impaired. The pressure sensor may be attached to the cylinder head 103a.
[0024]
As will be described later, the controller 10 detects and identifies an abnormal combustion (knocking) position (part) according to the pressure in the combustion chamber 101 detected by the pressure sensor, and executes knocking control according to the detection result. To do. That is, the controller 10 controls the fluid ejection device 20 and the valve rotation device 22 described later according to the pressure signal detected by the pressure sensor.
[0025]
As shown in FIG. 1, a fluid injection valve 26 is attached to the cylinder head 103a, and a valve rod 261 of the fluid control valve 26 is fitted in the cylinder head 103a so as to be rotatable and vertically movable. . In FIG. 1B showing the details of the fluid injection valve 26, a seal member 26a is slidably contacted with the outer peripheral surface of the valve rod 261 of the fluid injection valve 26 to seal the gas in the combustion chamber 101.
[0026]
The fluid injection valve 26 is rotated in the combustion chamber 101 in response to a control operation signal from the controller 10 and injects a knocking suppression fluid such as water and steam into a portion where knocking occurs as described later. To do.
[0027]
A fluid passage 262 is provided in the fluid injection valve 26, and an injection hole 263 is bored at the tip of the fluid injection valve 26 so as to open toward the combustion chamber 101. . 264 is provided with a check valve 264 between the fluid passage 262 and the injection hole 263, and is configured to allow only a flow from the fluid passage 262 side to the injection hole 263 side, that is, the combustion chamber 101 side. The backflow of the combustion gas from the combustion chamber 101 is prevented.
[0028]
The rotating device 026 is driven to rotate the fluid injection valve 26, and the rotational force from the valve rotating device 22 controlled by the controller 10 is fitted to the gear 24 and the valve rod 261 so as not to rotate relative to each other and to be relatively movable in the axial direction. Further, the fluid is transmitted to the fluid injection valve 26 via the gear 25, and the fluid injection valve 26 is rotated to inject the suppression fluid toward the knocking position.
[0029]
The fluid ejection device 20 is supplied with a suppression fluid for knocking such as water or steam through the suppression fluid supply pipe 27, and the fluid ejection device 20 pressurizes the suppression fluid and is a fluid coupling 21 attached to the upper portion of the fluid ejection valve 26. Through the fluid injection valve 26.
[0030]
Referring to FIG. 2, three pressure sensors 1a to 1c are attached at different positions on the side surface of cylinder portion 103b (in FIG. 2, the attachment positions of pressure sensors 1a to 1c are respectively indicated by (1) to (▲). 3), these pressure sensors 1 a to 1 c face the combustion chamber 101. When attaching the pressure sensors 1a to 1c, as shown in FIG. 2, it is desirable to attach the pressure sensors 1a to 1c in the same plane in a three-dimensional space.
[0031]
Now, assume that abnormal combustion, that is, knocking occurs at a position indicated by P in FIG. When knocking occurs, a pressure wave (shock wave) due to rapid combustion is generated and propagates in the combustion chamber 101 (L1 to L3 represent the distances from the pressure sensors 1a to 1c to the knocking occurrence position P for convenience. This distance naturally varies depending on the knocking occurrence position P).
[0032]
The pressure sensors 1 a to 1 c always detect the pressure in the combustion chamber 103 and send the detection result to the controller 10. As shown in FIG. 3, the controller 10 includes a knocking generation detection unit 11a, a knocking position detection unit 11b, a fluid ejection direction calculation unit 12, and a fluid ejection amount calculation unit 13, and pressure signals from the pressure sensors 1a to 1c. (Electrical signals: hereinafter, the pressure signals supplied from the pressure sensors 1a to 1c will be referred to as first to third pressure signals, respectively) are supplied to the knocking generation detection unit 11a. In knocking detection unit 11a, knocking occurs when at least one of the first to third pressure signals exceeds a preset threshold level (threshold level for determining whether knocking has occurred). And a knocking detection signal is sent to the knocking position detector 11b.
[0033]
4 and 5, the first to third pressure signals are given to knocking position detector 11b. When the knocking detection signal is received (FIG. 4: step S1), the following is performed. Execute knocking position detection.
[0034]
Now, assuming that the first to third pressure signals are given to the knocking position detector 11b at the timing shown in FIGS. 5A to 5C by knocking, the first to third pressure signals (peak or edge) are given. ) Is obtained (FIG. 4: Step S2). Specifically, the knocking position detector 11b calculates the difference between the time when the first pressure signal (rising edge) is received and the time when the second pressure signal (rising edge) is received as the time Δt.12(First difference in arrival time).
[0035]
Similarly, the difference between the time at which the second pressure signal (rising edge) is received and the time at which the third pressure signal (rising edge) is received is expressed as time Δt.23As (second arrival time difference). The difference between the time at which the third pressure signal (rising edge) is received and the time at which the first pressure signal (rising edge) is received is expressed as time Δt.31As (second arrival time difference). These time differences Δt12, Δt23, And Δt31Is an absolute value (in seconds).
[0036]
Next, the knocking position detector 11b obtains a difference in distance from each of the pressure sensors 1a to 1c to the knocking occurrence position based on the above-described time difference (FIG. 4: Step S3). Specifically, assuming that the distance between the knocking occurrence position and the pressure sensors 1a to 1c is L1 to L3, respectively (the mounting positions of the pressure sensors 1a to 1c (positions of the three-dimensional coordinates) in the knocking position detection unit 11b) If the sound speed is C (m / sec), the absolute value (L1−L2) = ΔL12 = C × Δt12It is. Similarly, absolute value (L2−L3) = ΔL23 = C × Δt23, Absolute value (L3−L1) = ΔL31 = C × Δt31It is.
[0037]
Thus, after obtaining the distance difference for each of the pressure sensors 1a to 1c (attachment positions), the knocking position detection unit 11b generates knocking as follows with one of the pressure sensors 1a to 1c as a reference position. The surface to which the position belongs is defined (FIG. 4: step S4). Note that a three-dimensional curved surface is formed when the surface on which the knocking position occurs is defined. Here, a sphere will be described as an example of the three-dimensional curved surface.
[0038]
First, the knocking position detector 11b defines an orthogonal coordinate system (three-dimensional) including the combustion chamber 101, and plots the mounting positions {circle around (1)} to {circle around (3)} of the pressure sensors 1a to 1c on this orthogonal coordinate system. Then, a sphere (first sphere) having a radius r (r is an arbitrary number) is defined with the pressure sensor 1a as a reference position. On the other hand, a sphere (second sphere) having a radius (r + ΔL12) is defined using the pressure sensor 1b as a reference position.
[0039]
As shown in FIG. 6A, when r = (1/2) (L12−ΔL12), a sphere having a radius r and a sphere having a radius (r + ΔL12) form only an intersection ( L12 is the distance between the pressure sensor 1a and the pressure sensor 1b, and since the mounting positions of the pressure sensors 1a to 1c are set in advance in the knocking position detector 11b, the distance L12 can be obtained), radius r> When (1/2) (L12−ΔL12), the sphere having the radius r and the sphere having the radius (r + ΔL12) can intersect (circle) (see FIG. 6B). The knocking occurrence position exists at least on this circle, but since the radius r is an arbitrary value, the radius r is gradually increased with r = (1/2) (L12−ΔL12) as a starting point. Then, a surface (first surface) CA that is a set of intersecting lines is defined (see FIG. 7).
[0040]
Similarly, a sphere having a radius r (third sphere) is defined using the pressure sensor 1b as a reference. On the other hand, a sphere (fourth sphere) having a radius (r + ΔL23) is defined using the pressure sensor 1c as a reference position. From r = (1/2) (L23−ΔL23) (L23 is the distance between the pressure sensor 1b and the pressure sensor 1c), the surface is a set of intersection lines shown in FIG. Second side) CB is defined.
[0041]
Furthermore, a sphere having a radius r (fifth sphere) is defined using the pressure sensor 1c as a reference position. On the other hand, a sphere (sixth sphere) having a radius (r + ΔL31) is defined using the pressure sensor 1a as a reference position. From r = (1/2) (L31−ΔL31) (L31 is the distance between the pressure sensor 1c and the pressure sensor 1a), a surface which is a set of intersecting lines shown in FIG. Third aspect) Define CC. (Step 4 in FIG. 4)
[0042]
Next, in the knocking position detection unit 11b, an intersecting line (first intersecting line) intersecting the first and second surfaces according to the first and second surfaces CA and CB defined as described above. LA) is obtained (see step S5 in FIG. 4: FIG. 8).
[0043]
Further, the knocking position detection unit 11b obtains an intersection PA where the first intersection line LA and the third plane CC intersect according to the first intersection line LA and the third plane CC (step of FIG. 4). S6: See FIG. That is, the intersection of the first intersection line LA and the third surface CC satisfies all the conditions and becomes the knocking occurrence position. Then, the knocking position detector 11b sets the intersection PA as the knocking occurrence position P (FIG. 4: step S7).
[0044]
As described above, the obtained knocking occurrence position is given to the fluid ejection direction calculation unit 12. Note that the order of obtaining the first to third surfaces is not particularly defined, and finally, the intersection PA where the first to third surfaces intersect may be obtained.
[0045]
When the fluid ejection direction calculation unit 12 receives the knocking detection position, the fluid ejection direction calculation unit 12 obtains the suppressed fluid ejection direction based on the relative relationship between the installation position of the fluid ejection valve 26 and the knocking detection position. The calculated suppression fluid ejection direction is given to the fluid ejection control unit 14.
[0046]
As shown in FIG. 3, the fluid injection amount calculation unit 13 is connected to an engine speed detector 15 that detects the engine speed and an engine output detector 16 that detects an engine output (engine load). The fluid injection amount calculation unit 13 is supplied with the engine speed and the detected value of the engine output from the engine speed detector 15 and the engine output detector 16, respectively.
[0047]
The fluid injection amount calculation unit 13 calculates the injection amount of the knocking suppression fluid corresponding to the engine operation state based on the engine operation state detection value indicating the detected value of the engine speed and the engine output, and performs fluid injection control. Part 14 is given. Thereby, it can control to the injection quantity of the suppression fluid suitable for the detected value of the engine operating state represented by an engine speed and an engine output.
[0048]
The fluid ejection control unit 14 controls the valve rotation device 22 in accordance with the knocking suppression fluid ejection direction given from the fluid ejection direction calculation unit 12 to change the direction of the nozzle hole 263 of the fluid ejection valve 26 to the knocking fluid ejection direction. Turn to. Further, the fluid ejection control unit 14 operates the fluid ejection device 20 based on the ejection amount of the knocking suppression fluid given from the fluid ejection amount selection unit 13.
[0049]
When the fluid injection device 20 and the valve rotation device 22 are controlled as described above, the suppression fluid from the fluid injection valve 26 is injected toward the knocking occurrence position with an injection amount corresponding to the engine operating state. Thus, the combustion temperature in the vicinity of the knocking occurrence point is lowered and the rapid pressure rise is suppressed, and normal combustion can be restored.
[0050]
By the way, in the above-described example, knocking occurrence detection unit 11a knocks when at least one predetermined threshold level of pressure signals (first to third pressure signals) received from pressure sensors 1a to 1c is exceeded. However, an acceleration sensor such as a vibration sensor is attached to the cylinder head or the like, and the acceleration detected by the acceleration sensor is given as an acceleration detection signal to the knocking generation detection unit 11a. The level of the acceleration detection signal When knocking exceeds a predetermined threshold level, it may be recognized that knocking has occurred, and a knocking detection signal may be given from the knocking occurrence detection unit 11a to the knocking position detection unit 11b.
[0051]
Furthermore, in the above example, the pressure wave (shock wave) due to knocking is detected using the pressure sensor, but an optical sensor may be used instead of the pressure sensor. In other words, when abnormal combustion such as knocking occurs, the brightness and the like are different at the position where knocking occurs compared to normal combustion. When the brightness threshold level is exceeded), it is determined that knocking has occurred. And if the time difference which said brightness | luminance change arrives is calculated | required and calculation as mentioned above will be performed, the knocking generation position in a combustion chamber can be specified.
[0052]
In any case, it is only necessary to detect a change in pressure due to knocking or a change in luminance or the like due to light emission and specify the knocking occurrence position as described above.
[0053]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, when abnormal combustion is detected in the combustion chamber of the internal combustion engine, when detecting the abnormal combustion, at least first to third measurement positions different from each other in the combustion chamber, The first or third measurement result is obtained by simultaneously measuring the pressure or light emission resulting from the combustion in the combustion chamber, and when abnormal combustion occurs, the combustion chamber in which abnormal combustion has occurred depends on the first to third measurement results. To identify the position as the abnormal combustion occurrence position.When specifying the abnormal combustion position, according to the first to third measurement results, the time difference in which the pressure or light emission related to the abnormal combustion reaches the first to third measurement positions when abnormal combustion occurs, First to third arrivals obtained respectively between the first measurement position and the second measurement position, the second measurement position and the third measurement position, and the third measurement position and the first measurement position. As the time difference, based on the first to third arrival time differences, the first measurement position and the second measurement position, the second measurement position and the third measurement position, and the third measurement position and the first measurement, respectively. A distance difference between the first position and the third position, and a first measurement position, a second measurement position, a second measurement position, a third measurement position, and a third measurement position; A plurality of three-dimensional curved surfaces corresponding to the first to third distance differences are formed between the first measurement position and the plurality of first measurement positions. It is so arranged to detect the intersection dimension curved intersection as abnormal combustion occurrence position, easily identify abnormal combustion occurrence positionThere is an effect that can be done.
[0055]
Furthermore, in the present invention, since the suppression fluid is injected toward the abnormal combustion position detected as described above, there is an effect that the abnormal combustion can be adjusted with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of an abnormal combustion detection device according to the present invention together with a torch ignition type gas engine, (A) is an overall configuration diagram thereof, and (B) is an enlarged sectional view of a Z portion in (A). .
FIG. 2 is a plan view showing the arrangement relationship of the pressure sensors shown in FIG.
FIG. 3 is a control block diagram showing details of the controller shown in FIG. 1;
4 is a flowchart for explaining the operation of the knocking position detection unit shown in FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating the timing of a shock wave detected by a pressure sensor.
6A and 6B are diagrams for explaining calculation when detecting a knocking position, in which FIG. 6A is a diagram showing a state where two spheres are in contact with each other, and FIG. It is a figure which shows the state which crossed.
7 is a diagram showing a surface formed by the intersection of two spheres when the radius r is increased in FIG. 6;
FIG. 8 is a diagram showing a line of intersection between two surfaces formed as shown in FIG. 7;
FIG. 9 is a diagram showing a state where an intersection point between the intersection line shown in FIG. 7 and another surface is an abnormal combustion position.
[Explanation of symbols]
1a to 1c pressure sensor
10 Controller
11a Knock occurrence detection unit
11b Knocking position detector
12 Fluid injection direction calculation unit
13 Fluid injection amount calculation unit
14 Fluid injection control unit
15 Engine speed detector
16 Engine output detector
20 Fluid ejection device
22 Valve rotation device
26 Fluid injection valve
100 torch ignition engine
101 Combustion chamber
102 piston
104 Torch subchamber

Claims (8)

内燃機関の燃焼室で異常燃焼が発生した際該異常燃焼を検知するための内燃機関の異常燃焼検知方法であって、
前記燃焼室内において互いに異なる少なくとも第1〜第3の測定位置で前記燃焼室内における燃焼に起因する圧力又は発光を同時に測定して第1〜第3の測定結果を得る計測ステップと、
前記第1〜前記第3の測定結果に応じて前記異常燃焼が発生した際該異常燃焼に係る圧力又は発光が前記第1〜前記第3の測定位置に到達する時間差を、前記第1の測定位置と前記第2の測定位置、前記第2の測定位置と前記第3の測定位置、及び前記第3の測定位置と前記第1の測定位置との間でそれぞれ求めて第1〜第3の到達時間差とする到達時間差算出ステップと、
前記第1〜前記第3の到達時間差に基づいてそれぞれ前記第1の測定位置と前記第2の測定位置、前記第2の測定位置と前記第3の測定位置、及び前記第3の測定位置と前記第1の測定位置との間の距離差を第1〜第3の距離差として求める距離差算出ステップと、
前記1の測定位置を中心とする半径rの第1の球と前記第2の測定位置を中心とする半径(r+第1の距離差)の第2の球とにおいて前記半径r=(1/2)×{(前記第1及び前記第2の測定位置間の距離)−前記第1の距離差}を初期値として前記半径rを増加した際前記第1の球と前記第2の球との交線の集合である第1の面を求める第1の面算出ステップと、
前記第2の測定位置を中心とする半径rの第3の球と前記第3の測定位置を中心とする半径(r+第2の距離差)の第4の球とにおいて前記半径r=(1/2)×{(前記第2及び前記第3の測定位置間の距離)−前記第2の距離差}を初期値として前記半径rを増加した際前記第3の球と前記第4の球との交線の集合である第2の面を求める第2の面算出ステップと、
前記3の測定位置を中心とする半径rの第5の球と前記第1の測定位置を中心とする半径(r+第3の距離差)の第6の球とにおいて前記半径r=(1/2)×{(前記第3及び前記第1の測定位置間の距離)−前記第3の距離差}を初期値として前記半径rを増加した際前記第5の球と前記第6の球との交線の集合である第3の面を求める第3の面算出ステップと、
前記第1〜前記第3の面のうちいずれか二つの面の交線を算出交線として求めて該算出交線と前記第1〜前記第3の面のうち残りの面と交点を前記異常燃焼検出位置として判定する判定ステップとを有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼検知方法。
An abnormal combustion detection method for an internal combustion engine for detecting abnormal combustion when abnormal combustion occurs in a combustion chamber of the internal combustion engine,
A measurement step of simultaneously measuring pressure or light emission resulting from combustion in the combustion chamber at at least first to third measurement positions different from each other in the combustion chamber to obtain first to third measurement results;
When the abnormal combustion occurs according to the first to third measurement results, a time difference at which the pressure or light emission related to the abnormal combustion reaches the first to third measurement positions is determined as the first measurement. The first and third measurement positions are obtained between the position and the second measurement position, the second measurement position and the third measurement position, and the third measurement position and the first measurement position, respectively. An arrival time difference calculating step as an arrival time difference;
Based on the first to third arrival time differences, the first measurement position, the second measurement position, the second measurement position, the third measurement position, and the third measurement position, respectively. A distance difference calculating step for obtaining a distance difference between the first measurement position and the first to third distance differences;
In the first sphere having a radius r centered on the first measurement position and the second sphere having a radius centered on the second measurement position (r + first distance difference), the radius r = (1 / 2) × {(distance between the first and second measurement positions) −the first distance difference} when the radius r is increased as an initial value, the first sphere and the second sphere A first surface calculating step for obtaining a first surface that is a set of intersecting lines of
The radius r = (1) in a third sphere having a radius r centered on the second measurement position and a fourth sphere having a radius (r + second distance difference) centered on the third measurement position. / 2) × {(the distance between the second and third measurement positions) −the second distance difference} when the radius r is increased as an initial value, the third sphere and the fourth sphere A second surface calculating step for obtaining a second surface that is a set of intersecting lines with:
In the fifth sphere having a radius r centered on the third measurement position and the sixth sphere having a radius (r + third distance difference) centered on the first measurement position, the radius r = (1 / 2) × {(distance between the third and first measurement positions) −the third distance difference} as an initial value when the radius r is increased, the fifth sphere and the sixth sphere A third surface calculating step for obtaining a third surface that is a set of intersecting lines of
The intersecting line between any two of the first to third surfaces is obtained as a calculated intersecting line, and the calculated intersecting line and the remaining surface of the first to third surfaces intersect with the abnormal point. An abnormal combustion detection method for an internal combustion engine, comprising: a determination step for determining the combustion detection position .
前記第1〜前記第3の測定結果のうち少なくとも一つが予め設定された閾値レベルを越えると異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼発生検知ステップを有することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の異常燃焼検知方法。 The abnormal combustion generation detection step of determining that abnormal combustion has occurred when at least one of the first to third measurement results exceeds a preset threshold level . Abnormal combustion detection method for an internal combustion engine. 前記燃焼室で発生する振動を検知して該振動のレベルが予め規定された振動閾値レベルを越えると前記異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼判定ステップを有することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の異常燃焼検知方法。 2. The abnormal combustion determination step of detecting an abnormal combustion by detecting vibration generated in the combustion chamber and determining that the abnormal combustion has occurred when the level of the vibration exceeds a predetermined vibration threshold level. An abnormal combustion detection method for an internal combustion engine as described. 請求項1〜3のいずれかに記載された内燃機関の異常燃焼検知方法とともに用いられ、前記異常燃焼検出位置を受けると前記異常燃焼検出位置に向けて異常燃焼を抑制するための抑制流体を噴射する噴射ステップを有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼調整方法。4. An abnormal fluid detection method for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein when the abnormal combustion detection position is received, a suppression fluid is injected toward the abnormal combustion detection position to suppress abnormal combustion. An abnormal combustion adjustment method for an internal combustion engine, characterized by comprising an injection step of: 内燃機関の燃焼室で異常燃焼が発生した際該異常燃焼を検知するための内燃機関の異常燃焼検知装置において、In the abnormal combustion detection device for an internal combustion engine for detecting the abnormal combustion when abnormal combustion occurs in the combustion chamber of the internal combustion engine,
前記燃焼室内において互いに異なる少なくとも第1〜第3の測定位置で前記燃焼室内にIn the combustion chamber at at least first to third measurement positions different from each other in the combustion chamber. おける燃焼に起因する圧力又は発光を同時に測定して第1〜第3の測定結果を得る計測手段と、前記第1〜前記第3の測定結果に応じて前記異常燃焼が発生した際該異常燃焼に係る圧力又は発光が前記第1〜前記第3の測定位置に到達する時間差を、前記第1の測定位置と前記第2の測定位置、前記第2の測定位置と前記第3の測定位置、及び前記第3の測定位置と前記第1の測定位置との間でそれぞれ求めて第1〜第3の到達時間差とする到達時間差算出手段と、前記第1〜前記第3の到達時間差に基づいてそれぞれ前記第1の測定位置と前記第2の測定位置、前記第2の測定位置と前記第3の測定位置、及び前記第3の測定位置と前記第1の測定位置との間の距離差を第1〜第3の距離差として求める距離差算出手段と、前記第1の測定位置と前記第2の測定位置、前記第2の測定位置と前記第3の測定位置、及び前記第3の測定位置と前記第1の測定位置との間においてそれぞれ前記第1〜前記第3の距離差に応じた三次元曲面を複数形成して、複数の三次元曲面が交わる交点を前記異常燃焼発生位置として検知する異常燃焼位置検知手段とを有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼検知装置。Measuring means for simultaneously measuring the pressure or light emission resulting from combustion in the first to obtain the first to third measurement results, and when the abnormal combustion occurs according to the first to third measurement results, the abnormal combustion The time difference at which the pressure or the light emission related to the first to the third measurement positions reaches, the first measurement position and the second measurement position, the second measurement position and the third measurement position, And arrival time difference calculating means for obtaining the first to third arrival time differences respectively obtained between the third measurement position and the first measurement position, and based on the first to third arrival time differences. A distance difference between the first measurement position and the second measurement position, the second measurement position and the third measurement position, and the third measurement position and the first measurement position, respectively. Distance difference calculating means for obtaining first to third distance differences and the first measurement Between the first measurement position and the second measurement position, between the second measurement position and the third measurement position, and between the third measurement position and the first measurement position, respectively. Abnormal combustion detection of an internal combustion engine, comprising: an abnormal combustion position detecting means that forms a plurality of three-dimensional curved surfaces according to a distance difference and detects an intersection where the plurality of three-dimensional curved surfaces intersect as the abnormal combustion occurrence position apparatus.
前記第1〜前記第3の測定結果のうち少なくとも一つが予め設定された閾値レベルを越えると異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼検知手段を有することを特徴とする請求項5に記載の内燃機関の異常燃焼検知装置。The internal combustion engine according to claim 5, further comprising an abnormal combustion detection unit that determines that abnormal combustion has occurred when at least one of the first to third measurement results exceeds a preset threshold level. Engine abnormal combustion detection device. 前記燃焼室で発生する振動を検知する加速度センサと、An acceleration sensor for detecting vibrations generated in the combustion chamber;
該加速度センサで検知された振動のレベルが予め規定された振動閾値レベルを越えると前記異常燃焼が発生したと判定する異常燃焼検知手段とを有することを特徴とする請求項5に記載の内燃機関の異常燃焼検知装置。6. The internal combustion engine according to claim 5, further comprising: an abnormal combustion detection unit that determines that the abnormal combustion has occurred when a level of vibration detected by the acceleration sensor exceeds a predetermined vibration threshold level. Abnormal combustion detection device.
請求項5〜7のいずれかに記載された内燃機関の異常燃焼検知装置とともに用いられ、前記異常燃焼検出位置を受けると前記異常燃焼検出位置に向けて異常燃焼を抑制するための抑制流体を噴射する噴射手段を有することを特徴とする内燃機関の異常燃焼調整装置。8. When used with the abnormal combustion detection device for an internal combustion engine according to any one of claims 5 to 7, and when receiving the abnormal combustion detection position, a suppression fluid is injected toward the abnormal combustion detection position to suppress abnormal combustion. An abnormal combustion adjusting device for an internal combustion engine, characterized by comprising injection means for performing the operation.
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