JPS59100841A - 内燃機関のスモ−ク検出器 - 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】 この発明は、内燃機関の排気中のスモーク濃度を光学的
に検出するスモーク検出器に関する。

一般に、内燃機関、特にディーゼル機関においては、機
関高負荷時に燃料噴射量が増大するに伴ってスモークの
発生量が増える傾向にあり、排気対策上スモークの低減
が重要な課題である。

そこで１本出願人は、先に機関排気中のスモーク濃度を
検出して、その検出結果に基づいて燃料噴射量及び噴射
時期を補正するようにしたスモーク制限装置を提案した
（特開昭５６−１０４１２４号公報参照）。

このようなスモーク制限装置において、スモーク濃度を
検出するスモーク検出器として、例えば第１図に示すよ
うなものがある（前記公報参照）。

このスモーク検出器は、光学的にスモーク濃度を検出す
るものであり、機関の排気通路１内に、光源２からの光
をレンズ３で集光した後、透明窓４を介して排気通路１
を横切る方向に射出し、この排気通路１内に射出された
光を、透明窓４に対面する透明窓５及び透明窓４に対面
しない透明窓６を介して、透過光及び散乱光としてレン
ズ７゜８で集光し、受光素子９，１０で受光して光電変
換し、これ等の受光素子Ｓ、１０の出力を差動増幅器１
１で比較して、その比較結果を検出信号として出力する
ようにしたものである。

このスモーク検出器によれば、排気通路１内のスモーク
量が増加すると、透明窓４から排気通路１内を透過して
直接的に、対面する透明窓５に入る透過光量が減少する
のに対して、排気通路１内のスモーク粒子によって散乱
される光量が多くなって透明窓６に入る散乱光量が増加
し、またスモーク量が減少すると、透過光量が増加する
のに対して、散乱光量が減少する。

このようにスモーク量に応じて透過光量及び散乱光量が
変化して、２つの受光素子９，１０の出力が光量に応じ
て変化し、差動増幅器１１がらスモーク量に応じた検出
信号が出力される。

しかしながら、このスモーク検出器にあっては。

排気通路に面する光の射出及び受光用の透明窓に、排気
中のカーボンが付着すると、透明窓を通過する光量が減
少して、正確にスモーク量を検出できなくなるという不
都合が生じる。

この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、上述
のような光学的なスモーク検出器の検出精度を向上する
ことを目的とする。

そのため、この発明による内燃機関のスモーク検出器は
、排気通路に面する光の射出又は受光用の透明窓若しく
は光反射用の反射板を加熱する加熱手段を設け、この加
熱手段によって透明窓若しくは反射板を加熱することに
よって、付着したカーボンを除去できるようにしたもの
である。

以下、この発明の実施例を添付図面の第２図以降を参照
して説明する。

第２図は、この発明を実施したスモーク検出器を備えた
スモーク制限装置の一例を示す概略構成図である。

同図において、渦流室式ディーゼル機関２１には、吸気
管２２及び排気管２３が夫々接続されると共に、渦流室
２４に燃温を噴射する噴射弁２５が取付けられる。

この噴射弁２５は、燃料タンク２６がらフィルタ２７．
燃料噴射ポンプ２８及び制御弁装置２日を介して供給さ
れる燃料を噴射する。

その制御弁装置２日は、例えば燃料噴射ポンプ２８から
供給された高圧燃料を噴射弁２５転送する高圧燃料通路
と、この高圧燃料通路を燃料タンク２６に連通する燃料
戻り通路及びこの燃料戻り通路を開閉する電磁弁とを備
え、この電磁弁を制御して燃料戻り通路を開閉すること
によって、燃料噴射ポンプ２８からの高圧燃料の噴射弁
２５への供給を制御できるようにしたものである。

制御回路３０は、クランク角センサ３１からの回転角信
号と、スモーク検出器３２からのスモーク検出信号ＳＡ
及び図示しないアクセルペダルの開度を示す信号等を入
力し、これ等に基づいて燃温噴射量及び噴射時期を演算
、補正して、この結果に基づいて制御弁装置２日の電磁
弁を制御する。

そのスモーク検出器３２は、排気管２３内の通路（排気
通路）に光を射出し、射出光を受ける投受光部３３と、
この投受光部３３から射出する光を発生する共に、投受
光部３３からの光を受光して、その受光量に応じたスモ
ーク検出信号ＳＡを出力する検出部３４とからなる。

第６図は、このスモーク検出器３２の詳細を示す概略構
成図である。

同図において、投受光部′５３は、排気通路２３ａ内に
排気通路２３ａを横切る方向に光を射出する投光部３日
と、この投光部３６に対面して排気通路２５ａを透過し
た光を入射する受光部３７とからなり、その投光部３６
及び受光部３７は、夫々光学ファイバ３８．３９を介し
て検出部３４との間で光を伝送する。

その投光部３６は、第４図にも示すように、外周面に雄
ねじ４１．を形成したホルダ４１の内部に、光学ファイ
バ６８と、この光学ファイバ３８の先端に取付けた２枚
の石英ガラスで加熱手段であるヒータ４２を挾んでなる
光射出用の透明窓４３及びヒータ４２の給電線４２ａ、
４２ｂとを、ガス漏れ防止用充填材４４を充填して一体
的に固定し、第３図に示すようにホルダ４１を排気管２
３に螺着して、透明窓４３が排気通路２３ａに面するよ
うに排気管２３に取付けである。

なお、第４図中、４５は光学ファイバ３８及びヒータ用
給電線４２ａ、４２ｂの保護カバーである。

第３図に戻って、受光部３７も投光部３６と同様に、外
周面にねじ４６．を形成したホルダ４６の内部に、光学
ファイバ３日と、この先学ファイバ３日の先端に取付け
た２枚の石英ガラスで加熱手段であるヒータ４７を挾ん
でなる受光用の透明窓４８及びヒータ用給電線４７ａ、
４７ｂとを、ガス漏れ防止用充填材４日を充填して一体
的に固定し、ホルダ４６を排気管２！１に螺着して、透
明窓４８が排気通路２３．に面するように取付けである
。

一方、検出部３４は、光学ファイバ３８を介して投光部
３６に接続したレーザ光を発生するレーザダイオードか
らなる発光素子５１及びこの発光素子５１用の電源回路
５２と、光学ファイバ３日を介して受光部３７に接続し
たフォトダイオード等からなる受光素子５３及びこの受
光素子用電源回路５４と、この受光素子５３の出力を増
幅してスモーク検出信号ＳＡを第２図の制御回路３０に
出力する増幅器５５と、ヒータ用給電線４２ａ。

４２ｂ及び４７ａ、４７ｂを介して投光部３６のヒータ
４２に及び受光部３７のヒータ４７に給電するヒータ用
電源回路５６とからなる。

なお、この検出部３４は、機関の排熱や振動の影響を直
接受けない部位、例えば車室内の一部に配置している。

次に、このように構成した実施例の作用について説明す
る。

まず、第３図を参照して、スモーク検出器３２について
述べると、検出部３４の発光素子５１がら発生されたレ
ーザ光は、光学ファイバ３８を介して投光部３６に伝送
されて、透明窓４乙から排気通路２３ａ内に射出される
。

そして、排気通路２３ａを透過した射出光は、受光部３
７の透明窓４８に入って、光学ファイバ３日を介して検
出部３４の受光素子５６に入射される。

それによって、受光素子５３は受光量に応じた電圧を出
力し、この出力が増幅器５５で増幅されてスモーク検出
信号ＳＡとして出力される。

ところで、排気通路２３ａを透過する光量は、前述した
ように排気中のスモーク量に応じて、スモーク量が多く
なる程少なくなり、スモーク量が少なくなる程多くなる
ので、受光素子５６の出力を増幅したスモーク検出信号
ＳＡは排気中のスモーク量に応じて変化し、スモーク濃
度を検出できる。

また、このスモーク検出器３２は、排気通路２３ａに面
する光射出用及び受光用透明窓４３゜４８に内蔵したヒ
ータ４２，４７で透明＄４３゜４８を加熱している。

したがって、透明窓４３．４８の排気通路２３ａ側表面
に排気中のカーボン粒子が付着した場合、カーボン粒子
は透明＄４３．４８の温度が高いために直ちに昇華して
しまうので、射出光量及び受光光量がカーボン粒子によ
って減少することがなく、正確にスモーク濃度を検出で
きる。

また、この実施例では、スモーク検出器３２の発光素子
５１．受光素子５３等を機関の排熱や振動の影響を受け
ない部位に配置して、光学ファイバ！１Ｂ、！１Ｂを介
して光を送受するように構成しているので、発光素子や
受光素子が熱や振動の影響を受けず、精度の維持及び耐
久性が向上する。

次に、第２図及び第５図を参照して、スモーク制限装置
について簡単に説明する。

まず、スモークの排出濃度は、噴射時期を極度に遅らせ
た場合を除いて、通常の運転範囲内では第５図に示すよ
うに、燃料噴射量が増加する程、また噴射時期が進む程
高くなる。

そこで、制御回路３０は、スモーク検出器′５２からの
スモーク検出信号ＳＡに基づいて、スモーク濃度が予め
定めた所定の限界値を越えないように、例えば第５図の
斜線で示す濃度領域に入らないように噴射量及び噴射時
期を補正して、制御弁装置２日を制御して燃料噴射をコ
ントロールする。

第６図は、この発明を実施した第２図のスモーク検出器
３２の他の例を示す第３図と同様な概略構成図である。

このスモーク検出器が第３図のスモーク検出器と異なる
点は、まず投受光部３乙を、排気通路２３ａ内に光を射
出すると共に、光を入射する受光部を兼ねる投光部３６
と、この投光部３６から射出されて排気通路２３ａを透
過した光を投光部３６に向けで反射する反射部６１とで
構成している。

その反射部６１は、外周に雄ねじを形成したホルダ６２
の内部に、加熱手段であるヒータ６３を内蔵した反射板
６４及びヒータ用給電線６３ａ。

６３ｂを、ガス漏れ防止用充填材６５を充填して固定し
、ホルダ６２を排気管２３に螺着して、反射板６４の反
射面が排気通路２３ａに面するように排気管２３に取付
けである。

そして、投光部３６に接続した光学ファイバ３８を途中
で分岐して、反射板６４で反射されて投光部３６に入射
した光を光学ファイバ６７を介して検出部３４の受光素
子５３に伝送するようにしたものである。

このように、射出光を反射板６４で反射して受光するよ
うにすれば、光伝送用の光学ファイバの使用量が減ると
共に、分岐点までの光学ファイバが一本になって構成が
簡単になる。

なお、その他の構成及び作用は、第６図のスモ・−り検
出器と同様であるので、その説明は省略する。

第７図は、この発明を実施した他のスモーク検出器を備
えたスモーク制限装置の他の例を示す第２図と同様な概
略構成図である。

このスモーク制限装置の制御回路７０は、第２図の制御
回路３０と同様に、噴射時期及び噴射量の演算、補正と
、この演算、補正結果に基づく制御弁装置２日の制御を
すると共に、機関の運転状態に応じてスモーク検出器７
２のヒータの通電を制御するための駆動信号ｓｎを出力
し、またスモーク検出器７２からのヒータ断線検知信号
ＳＣに基づいてヒータの断線の判別等を行なう。なお、
詳細は後述する。

スモーク検出器７２の検出部７４は、第３図のスモーク
検出器３２の検出部６４と同様に、投受光部３３に光を
入射し、この投受光部３３からの光を受光して、その受
光量に応じたスモーク検出信号ＳＡを出力すると共に、
制御回路７０からの駆動信号ＳＢに応じてヒータを駆動
し、またヒータの断線を示す断線検出釦信号ＳＣを出力
する。

なお、その他の構成は、第２図と同様であるので、その
詳細な説明は省略する。

第８図は、そのスモーク検出器７２の一例を示す第３図
と同様な概略構成図である。

同図に示すように、このスモーク検出器７２の検出部７
４は、制御回路７０から抵抗Ｒ６を介して入力される駆
動信号ＳＨによってオン・オフ制御されて、電源回路５
６から投受光部３３の各ヒータ４２，４７へのヒータ電
圧給電線４２ａ及び４７ａを接続及び切断するスイッチ
ングトランジスタ７５と、ヒータ４２及び４７がいずれ
も通電された時にのみハイレベル゛Ｈ″になるヒータ断
線検知信号ＳＣを出力する抵抗Ｒ，，Ｒ２及びＡＮＤ回
路７６からなる断線検知回路をも備えている。

なお、このスモーク検出器７２のその他の構成及び作用
は、第３図と同様であるので、その詳細は省略する。

次に、第７図の制御回路７０が実行する噴射制御及びヒ
ータ制御の動作について、第９図及び第１０図も参照し
て説明する。

第９図を参照して、制御回路７０は、まず機関回転数及
びアクセルペダル開度に基づいて燃料噴射量及び噴射時
期を演算し、この演算結果に基づいてスモーク検出器領
域か否かを判定する。

すなわち、演算した噴射量及び噴射時期が予め定めたス
モーク濃度値、例えば第１０図の線Ｓで示されるスモー
ク濃度値に対応する噴射量及び噴射時期を越えているか
否かを判別する。

そして、スモーク検出領域でなければ、つまり演算結果
が第１０図の線Ｓで示されるスモーク濃度に対応する噴
射量及び噴射時期よりも低い領域内であれば、駆動信号
ＳＢをローレベル゛Ｌ″にしてスモーク検出器７２のス
イッチングトランジスタ７５（第８図）をオフ状態にし
、その投受光部３３のヒータ４２，４７をオフ状態にし
た後、スモーク検出器７２からのスモーク検出信号ＳＡ
の読込みを停止して、演算した噴射量及び噴射時期に基
づいて制御弁装置２日（第７図）を制御して噴射をコン
トロールする。すなわち、オープンループで噴射を制御
する。

これに対して、スモーク検出領域であれば、つまり演算
結果が第１０図の線Ｓで示されるスモーク濃度値に対応
する噴射量及び噴射時期よりも高い領域内であれば、駆
動信号ＳＢをハイレベル゛Ｈ″にしてスモーク検出器７
２のスイッチングトランジスタ７５をオン状態にし、そ
の投受光部３３のヒータ４２，４７をオン状態にする。

そして、スモーク検出器７２からのヒータ断線検知信号
ＳＣを読込んでヒータ４２．４７が断線しているか否か
を判別する。

この判別結果がヒータ断線であＪＬば、スモーク検出信
号ＳＡの読込みを停止して、演算した噴射量及び噴射時
期に基づいて噴射をコン１ヘロールする。

これに対して、判別結果がヒータ断線でなければ、内部
のヒータ昇温用カウンタを起動して、カウンタのカウン
ト値が設定値になったか否かを判別し、カラン１−値が
設定値になる（カウントアツプする）までの間は、つま
りヒータ４２，４７の通電によって透明窓４り、４Ｂが
充分昇温するまでの間は、演算した噴射量及び噴射時期
に基づいて噴射をコントロールする。

そして、カウンタのカウント値が設定値になったときに
は、スモーク検出器７２からのスモーク検出信号ＳＡを
読込んで、スモーク濃度が予め定めたスモーク濃度判定
レベルよりも低いか否かを判別し、この判別結果に応し
て演算した噴射量を機関トルクが最大となるように増加
又は減少補正して、この補正した噴射量及び演算した噴
射時期に基づいて噴射をコントロールする。

このように、この実施例では、機関の運転状態に応じて
、スモーク検出器７２のヒータを通電制御するので、電
力消費量が減少すると共に、ヒータの寿命が長くなる。

第１１図は、第７図のスモーク検出器７２の他の例を示
す第６図及び第８図と同様な概略構成図であり、このス
モーク検出器は第６図に示すスモーク検出器の投受光部
′５３と第８図に示すスモーク検出器の検出部７４とを
組合せたものであるので、対応する部分に同一符号をイ
］シてその説明を省略する。

以上説明したように、この説明によれば、光学的なスモ
ーク検出器の検出精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の内燃機関のスモーク検出器の一例を示
す概略構成図である。 第２図は、この発明を実施したスモーク検出器を備えた
スモーク制限装置の一例を示す概略構成図、 第３図は、第２図のスモーク検出器の一例を示す概略構
成図、 第４図は、第３図の投光部′！３日の詳細を示す拡大断
面図。 第５図は、第２図のスモーク制限装置の作用説明に供す
る線図、 第６図は、第２図のスモーク検出器の他の例を示す概略
構成図である。 第７図は、この発明を実施した他のスモーク検出器を備
えたスモーク制限装置の他の例を示ず概略構成図、 第８図は、第７図のスモーク検出器の一例を示す概略構
成図、 第９図は、第７図の制御回路が実行するスモーク検出器
のヒータ制御及び噴射制御の動作を示すフロー図、 第１０図は、第７図のスモーク制限装置の作用説明に供
する線図、 第１１図は、第７図のスモーク検出器の他の例を示す概
略構成図である。 ２１・・・ディーゼル機関　　２３・・・排気管２３、
・・・排気通路　　　　３０．７０・・・制御回路３２
．７２・・・スモーク検出器　　′５６・・投光部３７
・・・受光部　　　　３８．６９・・・光学ファイバ４
２．４７・・・ヒータ（加熱手段） ４り、４Ｂ・・・透明窓　　　５１・・・発光素子５３
・・・受光素子　　　　　５５・・・増幅器６１・・・
反射部　　　　　　６４・・・反射板７５・・・スイッ
チングトランジスタ ７６・・・ＡＮＤ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　内燃機関の排気通路内に光を射出し、該射出光の排
   気通路透過量に基づいて排気中のスモーク濃度を検出す
   る光学的なスモーク検出器において、前記排気通路に面
   する前記光の射出又は受光用の透明窓若しくは光反射用
   の反射板を加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする
   内燃機関のスモーク検出器。