JP6244878B2 - ディーゼルエンジンの燃焼状態の検出装置及び検出方法 - Google Patents

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Description

本発明はディーゼルエンジンの燃焼状態の検出装置及び検出方法に関し、更に詳しくは、ディーゼルエンジンの燃焼状態を低コストで検出することができる検出装置及び検出方法に関する。
一般に、ディーゼルエンジンにおいては、エンジン本体内に形成される燃焼室へ供給する燃料の噴射条件を変えることで、騒音の低下や排ガスの低減を図ることが行われている。そのため、ディーゼルエンジンの燃焼状態を正確に把握することが求められている。
このような問題を解決するために、ガソリンエンジンのノッキングを検出するノックセンサを用いてディーゼルエンジン本体の振動加速度を測定し、その測定結果を所定の周波数範囲でフィルタリングすることで燃焼状態を検出することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
このノックセンサの測定データをフィルタリングする専用集積回路（ＡＳＩＣ）は、ガソリンエンジンの機種毎に調整されている。そのため、ノッキング時に発生する特徴的な周波数を観測するガソリンエンジンのノッキング検出とは異なり、複数の周波数帯域が観測されるディーゼルエンジンの燃焼状態の検出においてノックセンサを利用するには、ＡＳＩＣを複数用意する必要がある。
しかしながら、そのようにＡＳＩＣを複数用意すると、燃焼状態の検出に係るコストが増加してしまうことになる。
特開２０１０−２１６２６４号公報
本発明の目的は、ディーゼルエンジンの燃焼状態を低コストで検出することができる検出装置及び検出方法を提供することにある。
上記の目的を達成する本発明のディーゼルエンジンの燃焼状態の検出装置は、ディーゼルエンジンのシリンダーブロックに取り付けられたノックセンサと、前記ノックセンサの測定結果を処理する処理手段とを備えたディーゼルエンジンの燃焼状態の検出装置において、前記処理手段は、前記ノックセンサにより前記シリンダーブロックの振動加速度を前記ディーゼルエンジンのサイクル毎に測定する第１のステップと、最初のサイクルにおいて測定された前記振動加速度を、予め設定された通過帯域のバンドパスフィルタでフィルタリングする第２のステップと、次のサイクルにおいて測定された前記振動加速度を、前ステップの通過帯域とは異なる予め設定された通過帯域のバンドパスフィルタでフィルタリングする第３のステップと、前記第３のステップを予め設定された回数繰り返す第４のステップと、前記第２〜第４のステップでそれぞれフィルタリングされた振動加速度を加算する第５のステップと、前記加算された振動加速度に基づいて前記ディーゼルエンジンの燃焼状態を判定する第６のステップとを行い、前記ディーゼルエンジンのエンジン回転速度及び燃料噴射量に応じて、前記サイクル毎の予め設定されたフィルタの通過帯域が設定されていることを特徴とするものである。
また、上記の目的を達成する本発明のディーゼルエンジンの燃焼状態の検出方法は、ディーゼルエンジンの燃焼状態を検出する検出方法であって、前記ディーゼルエンジンの燃焼室での燃焼に伴い発生する振動加速度を、ノックセンサを用いて該ディーゼルエンジンのサイクル毎に測定する第１のステップと、最初のサイクルにおいて測定された前記振動加速度を、予め設定されたフィルタの通過帯域でフィルタリングする第２のステップと、次のサイクルにおいて測定された前記振動加速度を、前ステップのフィルタの通過帯域とは異なる予め設定されたフィルタの通過帯域でフィルタリングする第３のステップと、前記第３のステップを予め設定された回数繰り返す第４のステップと、前記第２〜第４のステップでそれぞれフィルタリングされた振動加速度を加算する第５のステップと、前記加算された振動加速度に基づいて前記ディーゼルエンジンの燃焼状態を判定する第６のステップと、を含み、前記ディーゼルエンジンのエンジン回転速度及び燃料噴射量に応じて、前記サイクル毎の予め設定されたフィルタの通過帯域が設定されていることを特徴とするものである。
本発明のディーゼルエンジンの燃焼状態の検出装置及び検出方法によれば、市販品であるノックセンサをそのまま用いて燃焼状態を検出するようにしたので、ディーゼルエンジンの燃焼状態を低コストで検出することができる。
本発明の実施形態からなるディーゼルエンジンの燃焼状態の検出装置の構成図である。 本発明の実施形態からなるディーゼルエンジンの燃焼状態の検出方法を説明するフロー図である。
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなるディーゼルエンジンの燃焼状態の検出装置を示す。
このディーゼルエンジンの燃焼状態の検出装置（以下、単に「検出装置」という。）は、ディーゼルエンジン１のシリンダーブロック２の外壁に取り付けられたノックセンサ３と、そのノックセンサ３と信号線４で接続された処理手段であるＥＣＵ５とから構成されている。
シリンダーブロック２内には、シリンダー６と、そのシリンダー６内を往復動するピストン７の頂面と、シリンダーブロック２に上方から結合するシリンダーヘッド８の下面とにより、燃焼室９が区画されている。
ノックセンサ３は、ガソリンエンジンのノッキングの検出に用いられる市販品であり、振動を圧電素子により電気信号に変換する機能を有している。このノックセンサ３は、複数のシリンダー６毎に取り付けられている。
ディーゼルエンジン１の運転時においては、吸気管１０の吸気弁１１を開放して燃焼室９に空気を導入する吸気行程と、吸入した空気を燃焼室９で圧縮する圧縮行程と、燃料を噴射ノズル１２により燃焼室９の圧縮空気中に噴射して燃焼・膨張させる膨張行程と、排気管１３の排気弁１４を開放して燃焼室の排ガスを排出する排気行程とからなるサイクルが繰り返される。このサイクルの膨張行程において、燃料の燃焼圧力が燃焼室９からシリンダーブロック２やシリンダーヘッド８等に伝わり、その結果として発生した振動加速度をノックセンサ３を通じてＥＣＵ５が電気信号として測定する。
このような検出装置を用いたディーゼルエンジン１の燃焼状態の検出方法（以下、単に「検出方法」という。）を、図２に基づいて以下に説明する。
ＥＣＵ５は、制御変数ｎ（整数）を初期化した後に（Ｓ１０）、ディーゼルエンジン１の１回のサイクル中にシリンダーブロック２等に発生する振動加速度Ａn（１サイクル分の時系列データ）をノックセンサ３により測定する（Ｓ２０）。そして、その測定結果Ａnを予め設定された通過帯域Ｆnのバンドパスフィルタでフィルタリングしてフィルタリング結果Ｈnを求める（Ｓ３０）。
この通過帯域Ｆnは、予め作成されたマップ等により設定され、例えば５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲の特定の周波数帯域が選択される。また、フィルタリング処理は、ＥＣＵ５に組み込まれたＦＰＧＡなどの専用ＩＣによるものや、ＥＣＵ５のＣＰＵに格納されたソフトウェアにより行うことができる。
次に、制御変数ｎが、予め設定されたサイクル回数ｘになったかを判定し（Ｓ４０）、ｘ未満であるときには、制御変数ｎを増分して（Ｓ５０）、制御変数ｎがサイクル回数ｘになるまでステップ２０〜５０を繰り返す。なお、フィルタリングの通過帯域Ｆn+1は、前回の通過帯域Ｆnとは異なるようにするとともに、前回の通過帯域Ｆnに対して連続的又は断続的に選択される。
制御変数ｎがサイクル回数ｘになったときには、それまでに求められたフィルタリング結果Ｈ1〜Ｈxを加算してＳを算出する（Ｓ６０）。この加算結果Ｓを、予め実験又は計算により設定された燃焼状態との関係を示すマップ等と照合することにより、ディーゼルエンジン１の燃焼状態を判定する（Ｓ７０）。
このように、市販品であるノックセンサ３を検出装置及び検出方法にそのまま用いることより、ＡＳＩＣを複数用意する必要がなくなるため、ディーゼルエンジン１の燃焼状態を低コストで検出することができるのである。
上記の検出方法は、ディーゼルエンジン１のエンジン回転速度及び燃料噴射量が一定である時期に行うことが望ましい。それらの運転条件により、シリンダーブロック２等に発生する振動加速度の周波数帯域が変化するためである。
なお、運転条件が変化する場合には、予め実験により求められたエンジン回転速度及び燃料噴射量に対応して適用される周波数帯域が記録されたデータテーブルなどのマップに基づいて、通過帯域Ｆnを設定することが望ましい。そのようにすることで、ノックセンサ３が余計な振動加速度を測定することがなくなるので、燃焼状態を精度良く検知することが可能になる。
１ ディーゼルエンジン
２ シリンダーブロック
３ ノックセンサ
５ ＥＣＵ
９ 燃焼室

Claims (2)

  1. ディーゼルエンジンのシリンダーブロックに取り付けられたノックセンサと、前記ノックセンサの測定結果を処理する処理手段とを備えたディーゼルエンジンの燃焼状態の検出装置において、
    前記処理手段は、
    前記ノックセンサにより前記シリンダーブロックの振動加速度を前記ディーゼルエンジンのサイクル毎に測定する第１のステップと、
    最初のサイクルにおいて測定された前記振動加速度を、予め設定された通過帯域のバンドパスフィルタでフィルタリングする第２のステップと、
    次のサイクルにおいて測定された前記振動加速度を、前ステップの通過帯域とは異なる予め設定された通過帯域のバンドパスフィルタでフィルタリングする第３のステップと、
    前記第３のステップを予め設定された回数繰り返す第４のステップと、
    前記第２〜第４のステップでそれぞれフィルタリングされた振動加速度を加算する第５のステップと、
    前記加算された振動加速度に基づいて前記ディーゼルエンジンの燃焼状態を判定する第６のステップと、を行い、
    前記ディーゼルエンジンのエンジン回転速度及び燃料噴射量に応じて、前記サイクル毎の予め設定されたフィルタの通過帯域が設定されていることを特徴とする検出装置。
  2. ディーゼルエンジンの燃焼状態を検出する検出方法であって、
    前記ディーゼルエンジンの燃焼室での燃焼に伴い発生する振動加速度を、ノックセンサを用いて該ディーゼルエンジンのサイクル毎に測定する第１のステップと、
    最初のサイクルにおいて測定された前記振動加速度を、予め設定されたフィルタの通過帯域でフィルタリングする第２のステップと、
    次のサイクルにおいて測定された前記振動加速度を、前ステップのフィルタの通過帯域とは異なる予め設定されたフィルタの通過帯域でフィルタリングする第３のステップと、
    前記第３のステップを予め設定された回数繰り返す第４のステップと、
    前記第２〜第４のステップでそれぞれフィルタリングされた振動加速度を加算する第５のステップと、
    前記加算された振動加速度に基づいて前記ディーゼルエンジンの燃焼状態を判定する第
    ６のステップと、を含み、
    前記ディーゼルエンジンのエンジン回転速度及び燃料噴射量に応じて、前記サイクル毎の予め設定されたフィルタの通過帯域が設定されていることを特徴とする検出方法。
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