JPH0376706B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃エンジンの作動特性を指示する
ための方法及び装置、一層詳細には、内燃エンジ
ンから周期的に流出する排気ガス中の粒子を検出
し、検出された粒子からエンジンの作動条件を指
示するための方法及び装置に係る。

［従来の技術］ 空気の質を高度に維持することに対する関心か
ら、内燃機関からの排出物を減少させることの重
要性へ注目が集まつてきている。特にあらゆる路
上走行車輌及びその他の車輌に動力を与えるデイ
ーゼルエンジンからの排出物を減少させることに
焦点を当てるようになつてきた。このようなエン
ジン及び車輌の製造者、及び排気ガスの粒子含有
量を継続して且（又は）周期的に検出し検査する
ことに関心のある人々は、その目的を達成するた
めの正確で信頼性があり比較的経済的な手段を求
めている。

粒子排出量の測定のための現在の工業的に標準
的な手段は、光学的手法及びガスフイルタパツチ
サンプルを用いる不透明度計である。不透明度計
は、光源と透過光及び（又は）排気ガス流中の粒
子による反射光の検出手段とを必要とする光学原
理で作動し、優れた測定の適応性及び連続測定能
力を有する。

しかし、不透明度計は比較的安定な取付構造と
頻繁な清浄化とを必要とし、車輌搭載用の応用に
はあまり適していない。更に、不透明度計は比較
的高価であり、大量のマーケツトに普及するに至
つていない。最後に、不透明度計はその光学的特
性により、1μｍ以下の寸法の粒子に対する検出
感度よりもμｍ以上の寸法の粒子に対する検出感
度のほうが高い。従つて、大抵の光学式検出器は
粒子排出量の検出器というよりも煙検出器として
用いられている。

静電的な手段を用いてガス流中の粒子例えばエ
アロゾルの濃度を測定する計器は存在している。
しかし、これらの計器は典型的に、流れる粒子を
帯電させるために粒子の流路に高電圧コロナを生
じさせている。このような計器の例は、“粒子濃
度の測定方法及び装置”という名称の1970年９月
１日付米国特許第3526828号及び“改良されたユ
ニポーラ・チヤージング構造を有する粒子検出
器”という名称の1963年12月17日付米国特許第
3114877号に開示されている。“シールドされたプ
ローブを用いる質量流量測定装置”という名称の
1967年12月26日付米国特許第3359796号には、導
管の壁との摩擦接触により収集される粒子電荷に
よつて、ガス流に含まれている帯電固形粒子の質
量流量を測定する計器が開示されている。帯電粒
子が検出素子と衝突することによつて、粒子質量
流量の尺度として用いられる小さな電流が生ず
る。この計器の作動は、摩擦帯電が主要な帯電過
程である場合、及び流速が衝突電荷収集のために
十分な低い流速である場合に限られる。従つて、
この計器を内燃エンジンからの排気ガス中の粒子
レベルの測定に用いることは考えられない。

1969年９月30日付米国特許第3470551号明細書
には、燃焼から生ずる粒子の正味電荷を検出する
ことにより火煙の存在を検出するための装置が開
示されている。この装置は作動のために無電界領
域を必要とする。更に、この装置は２状態作動、
例えば“煙”又は“無煙”に制限されており、内
燃エンジンからの排気ガス中の粒子含有量の測定
を意図するものではない。

内燃エンジンからの排気ガスに対する煙測定装
置は、“内燃エンジンの排煙減少のための方法及
び装置”という名称の1973年７月10日付米国特許
第3744461号明細書に記載されている。この煙測
定装置は、内燃エンジンからの排気ガス流中の炭
素粒子が帯電されるという原理を利用している。
電極が排気ガス流中に配置されており、電荷が衝
突により電極で収集され、また電気回路が電極と
排出ダクトとの間に生じた電位に相当する出力信
号を与える。この信号は、低流量のような特に制
限された条件下で、煙濃度を示すことができ、エ
ンジンに供給される燃料の量を制御するのに用い
られ得る。

上記特許による煙測定装置は、エンジンからの
排気ガス流中の粒子含有量について或る程度の尺
度を与えるけれども、やはり幾つかの制限が存在
する。衝突による電荷収集に依存しているため
に、電極はガス流の内部及び（又は）それに隣接
して比較的大きな表面積を有していなければなら
ず、また動的なガス流の力に打ち勝つためかなり
高い電位を必要とする。更に、衝突過程は腐食に
より電極の寿命を著しく短縮する。加えて、電極
がガス流の方向に長く延びているため、得られる
信号は一般に幾つかのシリンダの離散的排出量の
平均を示す。

［発明が解決しようとする課題］ いくつかの要素が内燃エンジンからの過大な煙
又は粒子排出の原因となるが、一つの要素は特定
のシリンダ内の燃料噴射器の不適当な作動であ
る。更に、このような燃料噴射器の不良作動はエ
ンジンの性能を低下させ、またそれにより燃料経
済に不利な影響を及ぼす。

従つて、本発明の主な目的は、周期的に燃焼す
る内燃エンジンの作動特性を指示するため、エン
ジンから流出する排気ガス流中の粒子含有量を検
出し、それから指示を導き出す改良された装置を
提供することである。

本発明の他の目的は、比較的堅牢且長寿命であ
り、連続的な車輌搭載用の応用に適した粒子検出
器を提供することである。

本発明の別の目的は、内燃エンジンから周期的
に流出する排気ガス流中の粒子の含有量を定量的
に検出且指示するための改良された装置を提供す
ることである。

本発明の更に別の目的は、マルチ噴射器／マル
チシリンダ・エンジン内の燃料噴射器の相対的性
能を、それぞれのシリンダの粒子排出特性に基づ
いて検出且指示するための方法及び装置を提供す
ることである。

［発明の概要］ 本発明によれば、周期的に燃焼する内燃エンジ
ンが一つ又はそれ以上の燃焼チヤンバを有してお
り、また排気ガス流が燃焼チヤンバからダクトを
通つて周期的に流出する場合に、エンジンの作動
特性を指示するための方法及び装置が提供され
る。排気ガス流はエンジン燃焼チヤンバの下流の
検出位置に於て同一極性を有する帯電粒子を含ん
でいる。また帯電粒子はそれぞれのシリンダから
の排気ガスの周期的な吐出に基づいて集合として
集群している。導電性で且電気的に不動的な
（passive）電極、好ましくは環状電極が検出位置
に於て排気ガス流と近接して配置されており、原
理的に誘導される影像電荷により、帯電粒子のそ
れぞれの集合の通過を静電的に検出する。電極は
排出ダクトから電気的に絶縁されており、また排
気ガスの流れの阻止を最小化するような構造及び
（又は）配置とされていることが好ましい。検出
電極には信号形成回路が接続されており、電極に
よる粒子集合の通過の検出に応動して電気的信号
を形成するようになつている。その電気的信号
は、粒子集合の通過時間に相当し且粒子集合の電
気量に量的に相当する一連の脈動成分を含んでい
る。指示装置はこれらの脈動成分を入力として受
入れ、それからエンジンの作動特性の指示を与え
る。

好ましい実施例では、検出電極は導電性の閉じ
た環又は環状であり、排気ガス流と近接して同軸
に配置されており、またその軸線方向の長さは相
次ぐ粒子集合の間隔に比べて短いことが好まし
い。電極は排気ガスダクト又はパイプに組込まれ
ていてもよいし、その下流端を越えて少し離れた
位置に配置されていてもよい。環状電極の直径は
排気ガス流の大部分又は全部の通過を許すように
十分に大きく選定されており、典型的に排気ガス
ダクトの直径と同程度又はそれをこえる直径であ
つてよい。検出電極が排気ガス流の中またはそれ
に密に近接して配置されているので、漏洩電流を
導出するためのガードリング及び（又は）電極支
持絶縁体の表面へのすすの堆積を最小化するため
の覆いを設けることが望ましい。

信号形成回路は検出電極に接続されており、各
荷電粒子集合が検出電極を通過することに応答し
て一連の脈動成分を有する電気的信号を発生す
る。この脈動成分を有する電気的信号は、荷電粒
子集合の通過時間に相当し且その電気量に量的に
相当する。ガウスの法則により、環状プローブは
半径方向の電荷密度分布に関係なく環を通過する
各粒子を全て均等な重みで検出する。

少なくとも上記の電気的信号の脈動成分に応動
する装置がエンジンの作動特性の指示を与える。
一つの実施例では、この装置は排気ガス流中の粒
子の含有量の定量的指示を与えるべく脈動信号の
二乗平均開平値に応動する。他の実施例では、こ
の装置は個々のシリンダ及び（又は）燃料噴射器
の性能の評価のために相次いで脈動する信号の波
形を表示する陰極線管又はそれと類似の装置を含
んでいる。後者の場合、特定の表示信号と特定の
噴射器の作動との相関は特定の噴射器の作動に摂
動を与え、それに伴なう表示信号の変化を観察す
ることにより得られる。また上記の相関はシステ
ムのジオメトリ及び目下の作動条件の関数として
計算されてもよい。

［実施例］ 第１図を参照すると、点火により燃焼を生じさ
せる圧縮点火エンジン１２のようなマルチシリン
ダ内燃エンジンの燃焼チヤンバ１０の一つの内部
が示されており、同時に燃焼過程で生じる電離が
示されている。ガスが直接燃焼領域内で導電性と
なる現象はよく知られている。内燃エンジンの作
動に当つては、不完全燃焼の結果として種々の粒
子１６が生成される。これらの粒子の寸法及び組
成はさまざまであり、広い範囲に亙つて分布して
おり、1μｍ以下の大きさのものも多く含まれる。
これらの粒子はエンジンの個々のシリンダ内で発
生され、燃焼過程で生ずる自由電荷の付着を受け
る。当然のことながら、大気圧若しくはそれ以上
の圧力の下で起こる付着反応又は集合反応により
電荷選択が起こる。即ち粒子は最終的に正電荷の
み又は負電荷のみを帯びた粒子１６となる。

説明の目的で第１図には、粒子１６が燃焼チヤ
ンバを去り排出ダクトを通過する際に、これらの
粒子が正の電荷を帯びているものとして図示され
ている。燃焼チヤンバ１０内での粒子１６に電荷
が付着する過程に続いて、正負の電荷は分離され
る。重要なことに、粒子に付着した電荷は粒子１
６と共にガス流の力により支配されるが、粒子に
付着しなかつた電荷（即ち第１図に於ては（負電
荷）は、非常に小さい質量を有するため可動性が
大変大きく、そのため静電力によつて支配され
る。従つて、軽い粒子（負電荷粒子）はシリンダ
の壁及びマニホールドに吸引されて急速に失わ
れ、かくして電荷分離がなされる。この電荷分離
の度合は個々のシリンダ内での不完全燃焼により
生ずる粒子の濃度の関数である。一層詳細には、
多くの粒子が生ずるほど、粒子に電荷が付着する
率が高くなり、付着しない逆電荷が粒子から分離
する度合は大きくなる。従つて、電荷量の測定に
よりエンジン排気ガス流中の粒子の含有量の直接
的尺度が得られる。

電荷分離の後に、第１図中の１６′で示される
帯電粒子は排気ガスダクトを通つて外部に流出す
る。個別のシリンダから排出される荷電粒子の集
合は、ターボチヤージヤの排気段階を通つたとし
ても、比較的抵抗を受けずに通過することも分つ
ている。このことが生ずるのは、第１に典型的な
エンジンの作動状態の下では流出力が静電力に打
勝つからである。このことは、非常に重要なこと
である。即ち、一つ又はそれ以上の燃焼チヤンバ
によつて周期的に燃料が燃焼され、バルブ１１な
どによつて周期的なパルスとして排気ガスが排出
される種類のエンジン１２を対象とする本発明に
とつてこれは重要なことである。その上、各個別
のシリンダからの粒子集合は比較的元の状態で他
の各シリンダからの粒子集合とは分離して不連続
パルスの形状で残つている。これらの荷電粒子の
集合は第１図に於て荷電粒子１６′の密な集団で
表わされている。

エンジン１２の排出ダクト又はパイプ２０中の
帯電粒子１６′の検出は、排気ガス流と近接して
燃焼チヤンバ１０の下流に取付けられた電気的に
不動的な（passive）静電誘導プローブ又は電極
３０の使用により実現されている。ここで用いら
れている“電気的に不動的な（passive）”という
用語は、プローブが衝突又は荷電集積の原理で作
動せず、従つて信号発生のためにバイアス電位を
殆ど又は全く必要としないことを意味する（ただ
し、後記のようにガードリングに対して或るバイ
アスが用いられる場合がある）。エンジンの試験
又は診断の際には、プローブ３０は、エンジン１
２の排出パイプ２０と連絡される試験台の延長導
管に取付けられてよい。他の応用では、プローブ
３０は車輌搭載用に使用するためにエンジンの排
気系統に直接に取付けられてもよい。絶縁体３２
はプローブ３０をパイプ２０から電気的に絶縁し
ている。

排出ダクト中の粒子１６′の通過を正しく検出
するために重要なことは、粒子の実電荷が比較的
僅かしかプローブにより収集されないこと、又は
全く収集されないことである。帯電粒子の実質的
にすべての通過は、帯電粒子がプローブ表面の近
傍に近接するにつれて、逆符号の影像電荷が導体
プローブ電極３０に誘導されることによつて検出
される。それによつて、後記のように、プローブ
電極３０に接続されている信号形成回路３３を通
つて流れる実電流が得られる。誘導される影像電
荷現象の効果によつて、帯電粒子が電極３０から
離れるにつれて、その電極の表面に誘導される電
荷の大きたは減少し、その結果逆方向の電流が生
ずる。従つて、単一の帯電粒子１６′の通過によ
つては小さな交番電流が生ずるだけであるが、通
常の場合、個々のシリンダの排気ガス吐出によつ
て粒子の集合又は塊が通過するためはるかに大き
い大きさの信号が生ずる。

所与のエンジン内の個々のシリンダの性能を比
較するためには、信号を時間分解した測定又は解
析により直接的情報が得られる。特に、個々のシ
リンダからの排気ガスの塊の通過によりプローブ
３０に誘導されるAC状の脈動信号から直接的な
情報が得られる。電極３０に誘導される電荷、従
つてまた信号回路に流れる電流は、特定の瞬間に
排気ガス流中の電極を通過する帯電粒子１６の数
又は量の関数である。それぞれの排気ガスの塊の
間の粒子濃度の増大は、電極３０に誘導される電
荷の大きさの増大、従つてまたそれから形成され
る電圧または電流信号の増大により示される。

第２図及び第３図を参照すると、静電粒子検出
プローブ３０の好ましい実施例が詳細に示されて
いる。プローブ３０は電気伝導性のワイヤから形
成された環状の電極からなつており、その軸線が
パイプ２０中の排気ガス流の軸線又は中心線と平
行、好ましくは実質的に同軸、になるように向け
られている。導電性プローブ３０が絶縁被覆を有
しても、本発明におけるその性能を損なうことが
ないことは理解されよう。第３図では、電極３０
なセラミツク絶縁体３２に取付けられ且それによ
り支持されている。この絶縁体は、検出位置で切
断されたパイプ２０の隣接端を気密に連結するカ
ラー６０に気密に取付けられている。

本発明によれば、ガス流の軸線方向の電極３０
の流さｌは、帯電粒子の相次ぐ集合間の良好な信
号分解能を得るために制限されている。単位時間
あたりの燃焼事象の数が増大するにつれて、相次
ぐ粒子集合の間の間隔又は長さが減少することは
理解されよう。従つて、電極３０の流さｌは、任
意の瞬間において実質的に只一つの集合、一層好
ましくはその増大する一部分、の帯電粒子に応動
するように十分に短くなければならない。相次ぐ
集合中の帯電粒子ピークの間の間隔は主としてエ
ンジンのシリンダ数、エンジン作動の排気量、エ
ンジンの速度及び排出ダクト系のジオメトリの関
数である。典型的に、5000rpmまでの回転数で作
動可能な４シリンダ・デイーゼルエンジンでは、
約３〜４mmの電極の長さｌにより良好な結果が得
られる。このようなシスムに於ては、電極の長さ
ｌは約10〜15mmよりも短くする必要があり、この
寸法はその箇所における排出ダクト２０の典型的
な直径Ｄ、たとえば50mmに比べてはるかに小さ
い。

電極３０はそれに最も近接した比較的僅かな帯
電粒子によつてではなく集合中の帯電粒子の実質
的にすべてにより影響されることが好ましい。従
つて、ガウスの法則から、プローブは環状である
ことが好ましく、またその直径ｄはダクト２０中
の排気ガス流の実質的にすべての通過を許すのに
十分な大きい寸法であることが好ましい。即ち、
電極直径ｄはダクトの直径とほぼ同一又はそれ以
上であることが好ましい。第３図の実施例では、
電極３０の直径ｄはダクトの直径Ｄを若干越えて
おり、従つて全ガス流が電極３０を通過して流
れ、また流れの阻止は生じない。又、典型的に、
電極３０の周の厚みは、ガス流に対して横方向の
表面積を最小化しガス流の阻止を最小化するよう
に、約１〜４mmに過ぎない。

第４図及び第５図を参照すると、静電プローブ
の代替的な取付構造が示されている。第４図で
は、同じく環状の電極３０′が、パイプ２０の壁
の開口に直接に気密に取付けられた絶縁体３２′
によりパイプ２０から絶縁されて取付けられてい
る。プローブ３０′の直径ｄはパイプ２０の直径
Ｄよりも僅かに小さく、プローブ３０はパイプ２
０から間隔をおいている（従つて絶縁されてい
る）。排気ガス流及びそれに含まれる粒子の実質
的に全てがこのプローブを通過することは理解さ
れよう。

第５図では、同じく環状の電極３０″が、排出
パイプ２０の端部付近に取付けられたブラケツト
７０により支持されている絶縁体３２″上に設置
されている。絶縁体３２″を気密に取付ける必要
がないように、電極３０″は軸線方向にパイプ２
０の端部を少し越えた位置に取付けられている。
更に、絶縁体３２″は、すすの堆積を最小化する
ように、パイプ２０の端部の上流側に取付けられ
ている。更に他の実施例（図示せず）では、排出
ダクトに挿入され又はその延長部をなす環状絶縁
体にプローブ電極が埋込まれている。しかし、こ
のような場合には、絶縁体上へのすす及び他の伝
導性付着物の堆積を回避するように配慮されなけ
ればならない。

プローブ３０とダクト２０の導電性部分との間
には高度の電気絶縁が保たれていなければならな
い。もしも絶縁体３２が排気ガス流に対して露出
されて配置されていれば、その上に煤が堆積し
て、特に温気のあるときに漏洩電流を生ずる可能
性がある。煤の堆積を最小化するため、第３図中
の覆い８０ａ及び８０ｂ又は第４図中の覆い８
０′ａ及び８０′ｂのように一つ、又は一層好まし
くは二つの覆いがガス流から絶縁体の表面を覆う
ように配置され得る。

覆いが用いられている場合にも、用いられてい
ない場合にも、漏洩電流の影響はガードリングの
使用により最小化され得る。従つて、第３図中の
絶縁体３２及び第４図中の絶縁体３２′はそれぞ
れガードリング３６，３６′を含んでいる。絶縁
体３２は内側の円筒状絶縁体３２ａとそれに対し
て同心の外側の円筒状絶縁体３２ｂとからなつて
いる。環状電極３０の底部は例えば摩擦取付け又
は接着により内側絶縁体３２ａに固定して取付け
られている。ガードリング３６は円筒状であり、
また絶縁体３２ａ，３２ｂ及びそれを通つて延在
するプローブ３０の延長部と同心である。ガード
リング３６はプローブ３０と実質的に同一の電位
に置かれ、従つて絶縁体の表面内及びこれを越え
て電極３０と実質的に同一電位の領域を形成す
る。従つて漏洩電流はこの領域を横切つて流れ得
ない。覆いが用いられていない場合でも、エンジ
ン１２の包囲構造及び排出ダクト２０からの漏洩
電流は外側絶縁体３２ｂから煤を経てガードリン
グ３６に流れ、そこから大地に排流されるので、
プローブ電極３０に到達し得ない。更に、電極３
０及びガードリング３６は実質的に同一の電位に
保たれているので、ガードリングと電極との間に
は漏洩電流が生じ得ない。

信号形成回路３３はプローブ３０と設置基準電
位との間のプローブ回路に接続されている。信号
形成回路３３は電流−電圧変換器４８及びゲイン
回路５０を含んでいる。1MΩの抵抗５１が変換
器４８の入出力端間に接続されているものとし
て、1μAの入力により1Vの出力が得られる。ゲ
イン回路５０は典型的に利得率が50であつてよ
い。

第３図に示されている実施例では、指示計５３
は二乗平均開平（rms）電圧計５４からなつてい
る。この電圧計が信号形成回路３３の出力端から
信号電圧を受け入れる。

rms計５４の出力は、排出ダクト２０を帯電粒
子集合が相次いで通過する際に生ずる信号の二乗
平均開平値の可視的指示であつてよい。この指示
は排気ガス流中の粒子の百分率として較正且表示
されてもよいし、ガス流の不透明度として較正且
表示されてもよい。代替的又は追加的に、適当な
時定数を有する信号平均化回路を用いて、排気ガ
ス流中の粒子の平均値を示す実質的に直流の電気
的信号を得ることもできる。この時定数はエンジ
ン燃焼サイクルの関数として選定され得る。この
ような指示信号は追加的又は代替的に種々の制御
目的に用いられ得る。

指示装置５３は代替的に、回路３３からの出力
信号を時間分解形態で表示する陰極線管（CRT）
又はそれと類似の表示装置を含んでいてよい。一
層詳細には、回路３３により与えられる信号は、
時間をＸ軸とするＸ−Ｙ表示のための垂直又はＹ
入力を含んでいてよい。換言すれば、排気ガス流
中の相次ぐ粒子集合の通過の結果として抵抗の両
端に現われる脈動電圧が同様の時間分解形態で第
６図、第７図及び第８図のように表示装置のスク
リーン上に表示される。

第６図、第７図及び第８図の信号表示は、プロ
ーブ３０からの出力をTektronics7834形オシロ
スコープの“Ｙ”入力の1MΩ抵抗に直接接続す
ることにより共通のエンジン速度に於て得られ
た。これらの表示は第６図、第７図及び第８図の
各々に上側トレースとして示されている。これら
の図面の各々の下側トレースは、例えばエンジン
シリンダの特定の一つと組合わされ且各第二上死
点（TDC）からそれと同時に得られたタイミン
グ信号を示している。TDC信号は例えばエンジ
ンのフライホール上のタイミングマークを検出し
且各第二TDC事象の必要でない指示を抑制する
磁気センサ（図示せず）により周知の仕方で得ら
れる。これらのタイミング信号は粒子信号中のピ
ークと合致して示されているけれども、一般には
燃料チヤンバとプローブ３０の取付位置との間の
遅れ、即ち位相遅れが存在することは理解されよ
う。上側及び下側トレースは、例えば前述の図面
にあるタイミング信号を構成するTDC信号のよ
うにエンジンの作動サイクル中に周期的に繰返す
事象によりトリガされることがトレースの脈動を
比較的定常的に表示するために好ましい。上側の
トレースの粒子信号のピークは約200ｍＶの大き
さを有し、また典型的に1μAの1/10のオーダーの
電流含有量を表わしている。第６図中の粒子信号
は、測定された不透明度が約１％以下である排気
ガス条件に対して得られた。

第７図は第６図に比べて実質的に大きな粒子含
有量信号として、測定された不透明度が約13％の
高い粒子含有量を表わしている。実際に、粒子含
有量信号の大きさと不透明度の測定結果との間に
は粒子含有量の広い範囲にわたつて良好な相関関
係が示された。

第８図には、異なる燃焼チヤンバから流出する
排気ガスの塊中の相対的粒子含有量の違いが示さ
れている。一層詳細には、４シリンダ点火順序で
第１、第３及び第４シリンダ（いずれも図示せ
ず）からの粒子含有量信号即ちパルスＡ，Ｃ及び
Ｄの大きさは比較的正常な大きさであるが、第２
シリンダと関連している信号Ｂの大きさは実質的
に他にくらべて大きい。相次ぐ粒子信号をそれぞ
れのエンジンシリンダと相関させることにより、
異常な粒子含有量状態が生じているシリンダ及び
燃焼チヤンバを同定することが可能である。それ
に基づいて、たとえば燃料噴射器１４のうち特定
の１つの調節又は変換が行われ得る。

粒子集合信号と特定のシリンダ及び（又は）噴
射器との対応付けは、噴射器を“摂動”させて、
粒子信号中に“摂動”を生ぜしめることにより行
われ得る。噴射器の“摂動”は、噴射器への燃料
管を断つこと又はそのホルダーを回転することに
より行われ得る。このような方法は、特にどの多
数の燃料噴射器が異常な作動をしているかを同定
するのに適している。このような方法はエンジン
の初期検査中に製造作業員によつて便利に用いら
れ、同様に修理作業員及びサービス作業員によつ
ても便利に用いられる。不調のシリンダ及び（又
は）噴射器の同定に加えて、不調の性質、たとえ
ば特定の噴射器により供給される燃料は過剰か又
は不足かを粒子信号の大きさから知ることも可能
である。

もし表示される粒子の波形とその波形が発せら
れた燃焼チヤンバとの間の伝達時間を決定するこ
どが可能であれば、それによつて連続して表示さ
れる粒子の波形の中で或る燃料噴射器に相当する
位置を同定することができ、前述のようにその燃
料噴射器を接動させる必要性は回避することがで
きる。このような決定をするためには、排気装置
のジオメトリーや、エンジンの速度や、エンジン
の作動事項（即ちTDC）や、エンジン及び／又
は空気の温度や、空気圧等の要素が典型的に考慮
される。

rms計５４の代替又は捕足として、プローブ３
０により与えられる信号を比較的高い周波数で標
本化し、次いで平均化して粒子含有量の尺度を得
ることもできる。

他のプローブも用いられ得るが、本発明のプロ
ーブはループであることが好ましい。プローブは
（第２図に示されているように）それ自体で短絡
されている必要はないが、本願と譲受人を同じく
する“燃焼エンジン用の無接触式静電フープ・プ
ローブ”という名称の米国特許出願第
号の明細書に示されているように短絡されていて
もよい。プローブは前記のようにガス流と電気的
にほとんど接触していないこと又は全く接触して
いないことが好ましく、従つてここで述べられて
いるような形式をしているのがよい。代替的に、
プローブは上記米国特許出願の明細書に示されて
いるように電気的絶縁物の効果又は寸法によりガ
ス流から完全に電気的に絶縁されていてもよい。

本発明をその好ましい実施例について詳細に説
明してきたが、本発明の範囲内でその形態及び細
部に種々の変更がなされ得ることは当業者により
理解されよう。たとえば、プローブを排出ダクト
から絶縁する絶縁体が排気ガスとの接触を十分に
回避されていれば、覆い及び（又は）ガードリン
グを設ける必要はない。さらに、完全な環状の電
極構造によりいくつかの利点が得られるけれど
も、プローブを完全な円の一部分をなす１つ又は
それ以上の弧状電極から形成し、それらを互いに
電気的に接続しておくこともできる。さらに電極
は流れ方向に対して横方向にガス流のなか又はそ
の近くへ延びる直線上の電極であつてもよい。先
に述べたように、このような電極はガス流の方向
に比較的小さな寸法ｌを有しているが、前述のよ
うな環状プローブに比べてこのような電極は排気
ガス流中の帯電粒子の半径方向の位置に幾分依存
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、排気ガス流のなかに設けられており
エンジン作動特性の指示のための回路に脈動信号
を与える静電誘導粒子センサを有する内燃エンジ
ンを解図的に示す図である。第２図は排気ガス流
の方向に見た静電誘導粒子検出プローブの好まし
い実施例の図である。第３図は排気ガス流に対し
て垂直の方向に見た第２図のプローブとその取付
構造と信号形成及び利用回路の詳細とを示す図で
ある。第４図は本発明によるプローブの他の取付
構造を示す図である。第５図は本発明によるプロ
ーブのさらに他の取付構造を示す図である。第６
図は排気ガス中の比較的低レベルの粒子集合に対
して検出される信号を示す波形図である。第７図
は排気ガス中の比較的高いレベルの粒子集合に対
して検出される信号を示す波形図である。第８図
は相次ぐ各燃料チヤンバからのレベルの異なる相
次ぐ粒子集合に対して検出される信号を示す波形
図である。 １０……燃焼チヤンバ、１２……エンジン、１
６，１６′……粒子、２０……排出ダクト、３０
……プローブ、３２……絶縁体、３３……信号形
成回路、３６……ガードリング、５３……指示装
置、５４……rms計、８０ａ，８０ｂ……覆い。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排気ガス通路を郭定するダクト装置２０を有
   し、少くとも一つの燃焼室１０から周期的に排気
   ガス流が前記排気ガス通路に排出され、前記排気
   ガス流は前記排気ガス通路上の検出位置に於て実
   質的に全てが同一の極性を有する荷電粒子１６′
   を含んでおり、前記燃焼室に於ける周期的な燃焼
   及びそれに続く排気ガスの排出によつて前記荷電
   粒子はそれぞれに対応した周期的な集合に区分さ
   れるよう構成されている内燃機関に於てその作動
   特性を指示する装置にして、 荷電粒子が到達するとそれに応答する導電性電
   極３０であつて、前記ダクト装置２０から電気的
   に隔離され前記検出位置にて前記排気ガス流に近
   接して配置され、前記荷電粒子の集合の各々が到
   達したこと及びその各々の荷電量を検出するよう
   構成され、その内径ｄは前記排気ガス流の大部分
   がその中を通つて流れるために充分な大きさであ
   る電極と、 前記電極３０に作動可能に接続された信号形成
   装置３３であつて、前記荷電粒子の集合の各々が
   前記電極に到達した時間に相当し且前記荷電粒子
   の集合の各々の荷電量に定量的に相当した一連の
   所定の脈動成分（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を有する電気
   的信号を供給する信号形成装置と、 前記電気的信号の所定の脈動成分に応答し、エ
   ンジンの作動特性を指示する指示装置５３と、を
   含んでおり、 前記電極３０は実質的に環状体であり、前記環
   状体の軸線は排気ガス流の軸線と実質的に平行で
   あり、前記電極３０の前記排気ガス流の軸線方向
   の長さｌはエンジンの全作動速度範囲に亙つて前
   記荷電粒子の集合のうち相次ぐ二つの集合の間の
   最少間隔より小さく、それによつて相次ぐ荷電粒
   子の集合を個別に検出するための充分な分解度が
   得られ、前記電極３０は荷電粒子が該電極を通過
   するとき主として荷電粒子の集合の各々の到達時
   間及び量に対応して電極上に生ずる影像の静電誘
   導によつて荷電粒子の通過を検出するように構成
   されていることを特徴とする装置。 ２ 排気ガス通路を郭定するダクト装置を有し、
   燃焼室から前記排気ガス通路へ周期的に排気ガス
   流が排出され、前記排気ガス流は前記排気ガス通
   路上の検出位置に於て実質的に全てが同一の極性
   を有する荷電粒子を含んでおり、前記燃焼室に於
   ける周期的な燃焼及びそれに続く排気ガスの排出
   によつて荷電粒子はそれぞれ対応した周期的な集
   合に区分されるように構成されているデイーゼル
   エンジンに於て、前記デイーゼルエンジンの各燃
   焼室と組み合わされている燃料噴射装置の相対的
   性能を分析する方法にして、 前記排気ガス流内の荷電粒子を前記検出位置に
   て検出することと、 前記荷電粒子の集合の各々が前記検出位置に到
   達した時間に相当し且前記荷電粒子の集合の各々
   の荷電量に定量的に相当した一連の所定の脈動成
   分を有する電気的信号を荷電粒子の関数として発
   生させることと、 前記電気的信号の脈動成分から前記デイーゼル
   エンジンの作動特性を指示することと、 の各工程を含み、 前記荷電電子粒子を検出する各工程に於て、前
   記荷電粒子の各集合が通過したこと及びその荷電
   量は主として前記検出位置に於ける前記ダクト装
   置の全断面を通過した荷電粒子に対応する影像電
   荷の静電誘導によつて検知されることと、前記荷
   電粒子の一つの集合より小さい荷電粒子群の通過
   は前記電気的信号の波形が各前記荷電粒子群の充
   分な分解度を与えることによつて常に検知される
   ことと、前記荷電粒子の一つの集合より小さい荷
   電粒子群が通過することの検出は常に環状形の導
   電性電極を使用することによつて行われること
   と、を特徴とする方法。