JPH03154852A - スモーク濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディーゼル機関の再循環排気ガス量（ＥＧＲ量
）の制御等に用いられるスモーク濃度測定装置に関する
。

〔従来の技術〕

ディーゼル機関においては、排気ガス中のカーボン粒子
等からなる排気煙スモークの濃度を測定し１、これにも
とづき機関を制御するものがある。

たとえば、スモーク濃度が一定値となるようにＥＧＲ量
をフィードバック制御するものがある。

このため、スモーク濃度測定装置が用いられる。

上述のスモーク濃度を測定する装置としては、排気ガス
中に光を発し、その透過光をスモーク濃度として受光す
る光式スモーク濃度測定装置が既に知られている（参照
：特開昭６０−３９５２７号公報、特開昭６０−２３３
５３６号公報、特開昭６２−４３５４４号公報）。

すなわち、排気管の途中に挿入されたセンサ部は、２本
の光ファイバを対向させる構造であり、１つの光ファイ
バの端面には発光素子（ＬＢＤ）が接続され、他の光フ
ァイバの端面には受光素子（フォトトランジスタ）が接
続されている。したがって、発光素子からの光はスモー
ク中を通過して受光素子に入射し、この結果、受光素子
の受光量出力によりスモーク量が測定できる。

上述のスモーク濃度測定装置の光ファイバの端面にカー
ボン等のスモーク粒子が付着した場合には、発光素子、
受光素子の温度特性の変化により０点のドリフト、ゲイ
ンの変動が発生する。このため、光ファイバの排気ガス
に触れる端面にはセラミックヒータを巻き付け、これに
より光フアイバ端面に付着されたスモーク粒子を焼切る
ようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述のごとく、セラミックヒータ等の加
熱手段を設けると、加熱手段による外乱光により受光素
子の出力が上昇するために受光素子の平均出力値も変動
し、やはり、発光素子、受光素子の強度特性の変化によ
り０点のドリフト、ゲインの変動が発生して測定誤差が
発生するという課題がある。また、セラミックヒータを
設けて光フアイバ端面のスモーク粒子を焼切っても、長
期使用による光ファイバの失透、焼切れなかったスモー
ク粒子の付着によって、やはり、測定誤差が生じるとい
う課題がある。

したがって、本発明の目的は、ヒータ等による外乱光の
影響を除去して測定誤差を小さくしたスモーク濃度測定
装置を提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は、長期使用による０点のド
リフト、ゲインの変動による測定誤差を小さくしたスモ
ーク濃度測定装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の課題を解するための手段は、発光素子をパルス駆
動させるパルス駆動回路を設け、差動回路によりこのパ
ルス駆動回路のパルス駆動に応じて発光素子のオン、オ
フ時の受光素子の出力差をスモーク濃度の信号として出
力するようにしたものである。

また、他の手段は、さらに、差動回路の出力を積分する
積分回路を設け、差動回路の平均出力を一定値となるよ
うにフィードバック制御するようにしたものである。

〔作　用〕

上述の手段によれば、発光素子のオン、オフ時の受光素
子の出力差には、ヒータ等による外乱光の影響が除去さ
れている。

また、上述の他の手段によれば、受光素子の平均出力を
一定とするので、光ファイバの失透、光フアイバ端面の
汚れによる受光素子の出力低下がなくなると共に、発光
素子、受光素子の温度補償もされる。

〔実施例〕

第１図は本発明に係るスモーク濃度測定装置の一実施例
を示す全体概略図である。第１図において、内部に排気
ガスを通す円管状の取付ブロックｌの側面の対向する位
置に貫通孔１ａ、ｌｂをあけ、この貫通孔１ａ、ｌｂに
嵌入する形式の光フアイバセンシング部２及び３をそれ
ぞれの側に装着し、一方の光フアイバセンシング部２よ
りの光フアイバケーブル２０１は発光素子たとえばしε
Ｄ４に接合され、他方の光フアイバセンシング部３の光
フアイバケーブル３０１　は受光素子たとえばフォトト
ランジスタ５に接合されている。ＬＥＤ　４は駆動／検
出回路６で駆動され、他方、駆動／検出回路６は、フォ
トトランジスタ５の信号を入力してスモーク濃度に対応
したスモーク濃度信号Ｓをたとえばディーゼル機関の制
御回路（マイクロコンピュータ）に出力する。光フアイ
バセンシング部２．３は同一構造のものであり、第１図
においては、光フアイバセンシング部３のみその断面構
造を示しである。

光フアイバセンシング部３の内部構造について説明する
。円筒状セラミックヒータ３０２の中心軸上に石英ファ
イバ３０３が嵌入されており、この石英ファイバ３０３
はそのまま光フアイバケーブル３０１となって後方へ伸
びている。セラミックヒータ３０２はフランジ３０４に
耐熱性接着材３０５により固着され、フランジ３０４は
ボルト（図示せず）で取付ブロック１に装着されている
。セラミックヒータ３０２のヒータ用リード線は薄膜状
になって、セラミックヒータ３０２の中間部の表面に露
出しており、ターミナル３０６及び３０７の接触により
取り出されて、ヒータ用リード線３０８．３０９に接続
されている。

これらリード線３０８．３０９はヒータ用回路（図示せ
ず）に接続されており、これにより、セラミックヒータ
３０２は所定の抵抗値になるように、すなわち、所定の
温度になるように電力が供給され、石英ファイバ３０３
の排気ガス側端面に付着するスモーク等の汚れ成分を焼
却する構成となっている。

光フアイバセンシング部２の構造も同一であるので詳細
な説明は省略するが、光フアイバケーブル２０１が後方
へ引き出され、ヒータ用リード線２０８゜２０９には上
述と同様にして電力が供給されている。

取付ブロック１中を流れる排気ガス中を光フアイバセン
シング部２から発せられるＬＥＤ光が透過し、対向位置
にある光フアイバセンシング部３に受光され、フォトト
ランジスタ５に入力する。

このとき、排気ガス中にスモークが存在していると、Ｌ
ＥＤ光の透過率が下がるため、フォトトランジスタ５の
受光量が減少し、フォトトランジスタ５の出力が低下す
る。したがって、ＬＥＤ　４を一定の発光量にしておき
、フォトトランジスタ５の出力を検出すれば、その低下
量から、スモーク濃度を測定できる。特に、ディーゼル
機関の排気管中にこの装置を装着した場合、燃焼サイク
ルに起因したスモーク濃度変動によりフォトトランジス
タ５の出力が変動し、この変動の変動量はスモーク濃度
と対応するため、この変動量からスモーク濃度を求める
こともできる（参照；特願昭６３−１３４８３９号）。

光ファイバ３０３の端面等の受発光面の汚れは、微量な
ものではなく、スモークを含む排気ガスが流れると数分
間で全く光を透さなくなるほど多量である。したがって
、何らかのクリーニングの方法を併用せざるを得す、車
載用の小型軽量な装置で実現するには、セラミックヒー
タ３０２で焼き切る方法が最適である。

ところで、セラミックヒータ３０２を用いている限り、
セラミックヒータ３０２の光もフォトトランジスタ５に
受光してしまうのでこの分の補償が必要である。また、
スモーク濃度測定装置をテールパイプにつけたような場
合には、外乱光が入光する恐れもあり、したがって、こ
の場合、この分も補償する必要がある。さらに、排気ガ
ス中で未燃成分の燃焼等の発光現象が起こると、その光
もフォトトランジスタ５が受光するので、この分も補償
する必要がある。さらにまた、セラミックヒータ３０２
の光は、セラミックヒータ３０２の温度自体は時間的平
均として一定値になるようにフィードバック制御してい
るが、排気ガスの速度や温度は、常に変化するため、瞬
間的には、セラミックヒータ３０２の温度が変化するこ
とは十分考えられ、従って、ヒータ光も変化し、時間的
に一定ではない。

さらに、外乱光や排気ガス中の発光現象も、時間的に一
定でない。そこで、駆動／検出回路６は、常に０点を確
認してスモーク濃度だけによるスモーク濃度信号Ｓを生
成するために、第２図に示すごとく構成されている。

第２図において、タイミング発生回路６０１は、パルス
駆動回路６０２、オン時サンプルホールド回路６０３、
オフ時サンプルホールド回路６０４に、それぞれ、第３
図（Ａ）、　　（Ｂ）、　　（Ｃ）に示すタイミング信
号Ｔ、、Ｔ２．Ｔ３を発生する。この結果、パル各駆動
回路６０２は、第３図（Ｄ）に示すように、上述のタイ
ミング発生回路６０１のタイミング信号Ｔ１　に応じて
駆動電圧Ｖ。のパルス信号ＳｌをＬＥＤ　４に発生する
が、このパルス信号Ｓｌの駆動電圧Ｖ、は後述の積分回
路６０６の出力信号Ｓ６によって可変とされる。したが
って、フォトトランジスタ５は第３図（Ｅ）に示す出力
Ｓ２を発生する。これを受けてオン時サンプルホールド
回路６０３はタイミング信号Ｔ２の間だけフォトトラン
ジスタ５の出力Ｓ２をサンプルホールドし、この結果、
第３図（Ｆ）に示す出力Ｓ、を送出する。他方、オフ時
サンプルホールド回路６０４はタイミング信号Ｔ、の間
だけフォトトランジスタ５の出力Ｓ２をサンプルホール
ドし、この結果、第３図（Ｇ）に示す出力Ｓ、を送出す
る。これら２つのサンプルホールド回路６０３．６０４
の出力Ｓｓ、Ｓａは差動増幅器６０５に入力され、差動
アンプ６０５は第３図（Ｈ）に示すような差動出力Ｓ　
ｓ　（ΔＶ＝Ｓ３　　Ｓ４）を送出する。

したがって、セラミックヒータ３０２等による外乱光の
影響があればその影響は２つのサンプルホールド回路６
０３．６０４に同時に現われるので、これらの差動出力
である差動増幅器６０５の出力Ｓ、においてはセラミッ
クヒータ３０２等による外乱光の影響は相殺されること
になる。

６０６は積分回路であって、第４図に示すように、差動
増幅器６０５の出力Ｓ５の平均出力Ｓ６を出力する。上
述したように、この平均出力Ｓ６はパルス駆動回路６０
２に負帰還され、その出力信号Ｓ。

の駆動電圧Ｖ。を制御する。つまり、積分回路６０６の
出力Ｓ６がハイレベルになる程、パルス駆動回路６０２
はその出力信号Ｓ１の駆動電圧Ｖ。を小さくし、逆に、
積分回路６０６の出力Ｓ６がローレベルになる程、パル
ス駆動回路６０２はその出力信号Ｓ１の駆動電圧Ｖｏを
大きくする。したがって、長期使用による光ファイバの
失透、焼切れないスモーク粒子の付着等によってフォト
トランジスタ５の出力Ｓ２のレベルが低下した場合には
、積分回路６０６の出力Ｓ６のレベルが低下するので、
ＬＥＤ　４の駆動電圧Ｖｎは上昇し、この結果、長期使
用による０点のドリフト、ゲイン変動が補償される。

６０７も差動増幅器であって、差動増幅器６０５の出力
Ｓ、と積分回路６０６の出力Ｓ８との差動出力Ｓ７を発
生するものである。つまり、差動増幅器６０７は差動増
幅器６０５の出力Ｓ、から直流成分を除去し、交流成分
のみを出力するものであり、積分回路６０７　と共に低
域フィルタの役目をなす。

６０８は変動量検出回路であって、差動増幅器６０７の
出力Ｓｔの交流成分の振幅（厳密には、ピークピーク値
）をスモーク濃度信号Ｓとして送出する。

このようにして得られたスモーク濃度信号Ｓはディーゼ
ル機関のＥＧＲ量制御、燃料噴射制御等に用いられるこ
とになる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ヒータ等による外
乱光の影響を除去でき、また、長期使用による０点のド
リフト、ゲインの変動を小さくでき、従って、測定誤差
を小さ（できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るスモーク濃度測定装置の一実施例
を示す全体概略図、 第２図は第１図の駆動／検出回路の詳細な回路図、 第３図、第４図は第２図の回路動作を説明するタイミン
グ図である。 ｌ・・・取付ブロック、 ２．３・・・光フアイバセンシング部、４・・・発光素
子、　　　　５・・・受光素子、６・・・駆動／検出回
路、 ６０１・・・タイミング発生回路、 ６０２・・・パルス駆動回路、 ６０３・・・オン時サンプルホールド回路、６０４・・
・オフ時サンプルホールド回路、６０５、６０７・・・
差動増幅器、６０６・・・積分回路、６０８・・・変動
量検出回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発光素子（４）と、 該発光素子との間のガス流のスモーク濃度に応じた該発
   光素子からの光を受光する受光素子（５）と、 前記発光素子をパルス駆動させるパルス駆動回路（６０
   ２）と、 該パルス駆動回路のパルス駆動に応じて前記発光素子の
   オン、オフ時の前記受光素子の出力差を前記スモーク濃
   度の信号として出力する差動回路（６０５）と を具備するスモーク濃度測定装置。 ２、さらに、 前記差動回路の出力を積分する積分回路（６０８）を具
   備し、 前記パルス駆動回路は該積分回路の出力に応じて前記発
   光素子を駆動して前記差動回路の平均出力を一定値とな
   るようにフィードバック制御するようにした請求項１に
   記載のスモーク濃度測定装置。