JP2000314345A - エンジン用レーザ式物理量計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】レーザ光の透過率に基づいて燃料濃度を測定す
る装置において、レーザ光を導通させる光学ロッドの汚
れによる測定精度の低下を回避する。 【解決手段】燃焼室内にレーザ光を導入する光学ロッド
１１ａと、燃焼ガス中を透過したレーザ光を外部に取り
出す光学ロッド１１ｂとを、点火プラグに埋め込む。ま
た、光学ロッド１１ａ,１１ｂの基端側に、レーザ光の
進行方向を変化させるプリズム５５を回転可能に支持
し、レーザ光源からのレーザ光の進行方向を変えて光学
ロッド１１ａに導入できるようにする。そして、光学ロ
ッド１１ａ,１１ｂの汚れが検出されたときに、前記プ
リズム５５を回転させて、レーザ光が光学ロッド１１
ａ,１１ｂにおいて入出射する位置を移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの測定空
間（例えば燃焼室）におけるレーザ光の透過率に基づい
て、測定空間内の気体の物理量（例えば濃度）を計測す
るエンジン用レーザ式物理量計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、燃焼室内で燃料濃度を計測す
る装置として、燃焼室内に臨んで対向配置された一対の
光学素子の間に、燃料によって吸収されて減衰する波長
のレーザ光を投射させ、燃焼室内空間を透過するときの
レーザ光の減衰から、燃料濃度を計測する装置があった
（特開平８−９３５４２号公報、特開平８−７４６５１
号公報等参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記計測装置において
は、燃焼室内にレーザ光を導き、また、燃焼室空間を透
過したレーザ光を取り出すための光学素子（光学ロッ
ド）が、燃焼室内において燃料等によって汚損されるこ
とがある。

【０００４】ここで、従来装置では、光学素子において
レーザ光が燃焼室内空間に向けて出射される位置、及
び、燃焼室空間を透過したレーザ光が光学素子に入射す
る位置が固定であったため、係る固定される出射位置・
入射位置が汚損すると、たとえ燃料等によって汚損され
ていない部分が他にあったとしても、汚損された部分を
継続的に使用するしかなく、計測精度が低下してしまう
という問題があった。

【０００５】また、出射位置・入射位置が固定されるた
め、計測位置（レーザ光が透過する光路）が固定される
ことになり、計測位置の違いによる物理量（燃料濃度）
の違いを計測することができないという問題があった。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、光学素子の汚損された部分を回避して、レーザ光
を光学素子から測定空間内に出射でき、また、測定空間
内を透過したレーザ光を光学素子内に入射させることが
可能なエンジン用レーザ式物理量計測装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】また、レーザ光を測定空間内の異なる位置
で透過させて、異なる測定位置で物理量の計測をそれぞ
れ行えるエンジン用レーザ式物理量計測装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１に係る
発明は、エンジンの測定空間内に設置した光学素子を用
いて、測定空間内の気体中にレーザ光を透過させ、該気
体の透過によるレーザ光の減衰に基づいて気体の物理量
を検出するエンジン用レーザ式物理量計測装置におい
て、測定空間内での光学素子におけるレーザ光の入出射
位置が移動可能に構成される。

【０００９】かかる構成によると、測定空間内で光学素
子からレーザ光が出射する位置、及び、気体中を透過し
たレーザ光が測定空間内で光学素子に入射する位置が移
動可能に構成され、測定空間内において光学素子の異な
る部分を用いてレーザ光を気体中に透過させることが可
能になり、また、異なる入出射位置を用いることで、測
定空間内の異なる位置で物理量の計測が行われることに
なる。

【００１０】尚、エンジンの測定空間とは、燃焼室，排
気還流通路，排気通路などであり、計測される物理量と
は、濃度，圧力，温度などである。請求項２記載の発明
では、前記入出射位置での光学素子の汚れを検出して、
汚れの発生が検出されたときに、入出射位置を移動させ
る構成とした。

【００１１】かかる構成によると、レーザ光の入出射を
行わせている光学素子の表面が汚れて、該汚れによりレ
ーザ光が減衰するようになると、入出射位置を移動させ
ることで、汚れの発生していない光学素子の表面でレー
ザ光の入出射が行われるようになる。

【００１２】請求項３記載の発明では、気体中を透過さ
せることで減衰しない波長のレーザ光を透過させ、該レ
ーザ光の減衰から前記入出射位置での前記光学素子の汚
れを検出する構成とした。

【００１３】かかる構成によると、気体中を透過させる
ことで減衰しない（気体に吸収されない）波長のレーザ
光を透過させれば、該レーザ光の減衰は、光学素子の汚
れによって発生することになり、光学素子の汚れが気体
の影響を受けずに検出されることになる。

【００１４】請求項４記載の発明では、前記入出射位置
を連続的に変化させることで、前記レーザ光の透過経路
を連続的に変化させる構成とした。かかる構成による
と、レーザ光の入出射位置を連続的に変化させること
で、気体中を透過するレーザ光の光路を連続的に変化さ
せ、測定空間内での異なる位置での物理量の検出を連続
して行わせる。

【００１５】請求項５記載の発明では、進路変更用の光
学素子を変位させてレーザ光源からのレーザ光の進行方
向を変化させることにより、前記測定空間内における前
記光学素子での前記レーザ光の入出射位置を移動させる
構成とした。

【００１６】かかる構成によると、レーザ光源と光学素
子との間に、変位可能に進路変更用の光学素子（プリズ
ム、ミラー等）が設けられ、レーザ光源から出射された
レーザ光の進行方向を、前記進路変更用の光学素子を変
位（回転、平行移動等）させることで、測定空間に臨ま
せる光学素子に対する入射位置を変化させる。光学素子
に対する入射位置が変化することで、光学素子内におけ
るレーザ光の透過経路が変化し、以って、光学素子から
のレーザ光の出射位置、測定気体中のレーザ光の透過経
路、及び、測定気体中を透過したレーザ光の光学素子に
対する入射位置が変化することになる。

【００１７】請求項６記載の発明では、前記光学素子を
中空円筒状に形成し、該円筒状光学素子の先端部に設け
た反射面によって、中心軸を挟んで対抗する部分の間で
レーザ光の出射・入射を行わせるよう構成する一方、前
記円筒状光学素子の中心軸周りに回転駆動される進路変
更用の光学素子としてのミラーの回転位置によって、レ
ーザ光源からのレーザ光の前記円筒状光学素子に対する
入射位置を周方向に変化させることにより、前記測定空
間内での前記光学素子における前記レーザ光の入出射位
置を周方向に移動させる構成とした。

【００１８】かかる構成によると、レーザ光源から出射
されたレーザ光を光学素子の基端側から入射させると、
先端部において径方向に進行方向を変えて出射し、中空
部を透過した後、出射位置に対して中心軸を挟んで対向
する位置から再度光学素子に入射し、ここで基端側に進
行方向を変えて透過後のレーザ光を受光させる。ここ
で、レーザ光源から出射されたレーザ光を光学素子に入
射させる位置を、光学素子の中心軸周りに回転駆動され
るミラーを用いて周方向に変化させることで、光学素子
の先端部におけるレーザ光の出射位置・入射位置を周方
向に変化させ、光学素子の中心軸を通るレーザ光の透過
経路を回転移動させる。

【００１９】請求項７記載の発明では、前記光学素子
を、間隙を挟んで略平行に対向配置される出射側光学素
子と入射側光学素子とで構成し、該光学素子の先端部に
設けた反射面によって、間隙を挟んで対抗する部分の間
でレーザ光の出射・入射を行わせるよう構成する一方、
回転駆動される進路変更用の光学素子としてのプリズム
によって、レーザ光源からのレーザ光が前記光学素子の
幅方向に走査されて、前記出射側光学素子に入射するよ
う構成し、前記測定空間内での前記光学素子における前
記レーザ光の入出射位置を平行移動させるよう構成し
た。

【００２０】かかる構成によると、出射側光学素子と入
射側光学素子とが略平行に対向配置され、出射側光学素
子の先端部でレーザ光が入射側光学素子に向けて出射
し、間隙空間を透過したレーザ光は、対向する入射側光
学素子に入射する。ここで、レーザ光源からのレーザ光
が光学素子に入射する位置が、回転駆動されるプリズム
によって光学素子の幅方向に変化し、これによって出射
側光学素子の先端部でレーザ光が入射側光学素子に向け
て出射する位置が光学素子の幅方向に変化し、入出射位
置が平行移動することになる。

【００２１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、光学素子
におけるレーザ光の入出射位置を移動させることができ
るため、汚れ部分を避けてレーザ光を入出射させること
が可能になると共に、測定気体中を透過する位置を変化
させて異なる位置での物理量の測定が可能になるという
効果がある。

【００２２】請求項２記載の発明によると、光学素子の
汚れによってレーザ光が減衰するようになると、該汚れ
部分を避けてレーザ光を入出射させるようにするため、
光学素子の汚れによる検出精度の低下を防止できるとい
う効果がある。

【００２３】請求項３記載の発明によると、光学素子に
おけるレーザ光の入出射位置での汚れを精度良く検出で
き、汚れ部分を避けたレーザ光の入出射位置の移動を適
切に行わせることができるという効果がある。

【００２４】請求項４記載の発明によると、測定空間内
の異なる位置での測定を連続的に行わせることができ、
測定空間内での測定位置による物理量の違いを計測する
ことができるという効果がある。

【００２５】請求項５記載の発明によると、進路変更用
の光学素子を変位させることで、レーザの進行方向を変
化させ、以って、測定空間内におけるレーザ光の入出射
位置を簡便に移動させることができるという効果があ
る。

【００２６】請求項６記載の発明によると、円筒状光学
素子の半径方向の透過経路を、光学素子の中心軸を中心
に回転移動させることができ、光学素子の中空部内の全
領域で物理量の測定が可能になるという効果がある。

【００２７】請求項７記載の発明によると、略平行に対
向配置される光学素子の先端部において、レーザ光の透
過経路を平行移動させることができ、対向配置される光
学素子の間隙部の全域で物理量の測定が可能になるとい
う効果がある。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。図１は、本発明に係るレーザ
式物理量計測装置が適用される自動車用の筒内直噴ガソ
リンエンジンを示す。但し、エンジンを筒内直噴ガソリ
ンエンジンに限定するものではなく、例えば、吸気ポー
ト内に燃料を噴射するガソリンエンジンであっても良
い。

【００２９】図１に示すエンジン１の吸気通路にはスロ
ットルバルブ２が介装され、また、エンジン１の各気筒
には、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３がそ
れぞれ設けられており、前記スロットルバルブ２で流量
制御される空気と前記燃料噴射弁３により噴射される燃
料とによって、燃焼室内に混合気が形成される。

【００３０】ここで、吸気行程での燃料噴射による均質
燃焼と、圧縮行程での燃料噴射による成層燃焼とが、運
転条件に応じて切り換えられるようになっており、マイ
クロコンピュータを内蔵したエンジンコントロールユニ
ット（以下、ＥＣＵと略す）４は、目標空燃比と共に前
記燃焼モードの選択を行い、これらに基づいて燃料噴射
弁３の燃料噴射量及び噴射タイミングを制御する。

【００３１】前記燃料噴射弁３からの燃料噴射で形成さ
れた混合気は、点火プラグ５による火花点火によって着
火燃焼し、燃焼排気は、触媒６を介して大気中に排出さ
れる。

【００３２】前記ＥＣＵ４には、燃料噴射制御等のため
に各種センサからの検出信号が入力される。前記各種セ
ンサとしては、エンジン１の吸入空気流量Ｑａを検出す
るエアフローメータ７，スロットルバルブ２の開度ＴＶ
Ｏを検出するスロットルセンサ８，エンジン１の冷却水
温度ＴＷを検出する水温センサ９，クランク角を検出す
るクランク角センサ１０などが設けられている。

【００３３】また、測定空間としての点火プラグ５周り
の燃焼ガスにおける燃料濃度（物理量）を計測するレー
ザ式物理量計測装置が設けられており、前記ＥＣＵ４
は、点火時期における点火プラグ５回りの燃料濃度か
ら、燃料噴射量、噴射タイミング、噴射圧などを補正制
御する。

【００３４】前記レーザ式物理量計測装置は、前記点火
プラグ５に埋め込まれレーザ光の燃焼室内への出射及び
透過光の取り出しを行う光学ロッド（光学素子）１１
と、レーザ光を発生させるレーザ光源（半導体レーザ）
及び燃焼室空間を透過したレーザ光の強度検出を行う検
出器を備えた光学ユニット１２とから構成される。尚、
前記光学ロッド（光学素子）１１は、サファイア等の透
過性，耐熱性，強度に優れた材料で形成される。

【００３５】光学ユニット１２からのレーザ光は光ファ
イバ１３ａを介して光学ロッド１１に導入され、プラグ
ボディを上下方向に貫通する前記光学ロッド１１を通っ
て先端部に設けられた反射面（４５度カット面）で反射
することで燃焼室内に出射される。そして、燃焼室空間
を透過したレーザ光は、出射位置に対向する位置で光学
ロッド１１に入射して点火プラグ５の基端部に向けて反
射され、その後、光ファイバ１３ｂを介して光学ユニッ
ト１２内の検出器に受光されて、透過による強度の減衰
が検出される。

【００３６】前記レーザ光として、炭化水素系分子が選
択的に吸収する波長（例えば3.39μｍ）の赤外レーザ光
を用いる構成としてあり、燃料気体に強度Ｉｏの赤外光
を入射した時に、炭化水素系分子の赤外光吸収によって
透過光強度がＩまで減少したとすると、光の透過率Ｉ/
Ｉｏは濃度Ｃに依存し、光が通過する距離をＬとする
と、下式に示される関係が成立する。

【００３７】log(I/Io)＝-εＬＣ 前記εは吸光係数と呼ばれる被測定気体に依存する係数
であり、燃料としてのガソリンの吸光係数εが既知であ
れば、透過光強度の測定によりレーザ光が透過した測定
空間での燃料濃度を計測することができるものであり、
本実施形態のように点火プラグ５に光学ロッド１１を埋
め込む構成であれば、点火プラグ５周りの局所的な燃料
濃度を計測できることになる。

【００３８】尚、前記光学ロッド１１の燃料等による汚
損が、レーザ光の強度を低下させている状態を検出すべ
く、炭化水素系分子による吸収の無い波長の光（基準
光）を、前記炭化水素系分子により吸収される波長の赤
外光と同軸に入射させることができるようにしてあり、
更に、炭化水素による吸収の無い波長の光（基準光）の
強度と、炭化水素により吸収される波長の赤外光の強度
とが、光学ユニット１２において個別に検出できるよう
になっている。

【００３９】ここで、前記光学ロッド１１が埋め込まれ
る点火プラグ５の構造の第１実施形態を、図２〜図６に
基づいて詳細に説明する。図２に示すように、点火プラ
グ５のプラグボディに対して電極５ａをオフセットさせ
て設けることで、光学ロッド１１を埋め込むスペースを
確保するようにしてある。

【００４０】点火プラグ５のプラグボディは、図３に示
すように、本体部５１，プリズムスペーサ５２，キャッ
プ５３の３分割構成になっており、前記本体部５１に電
極部を避けて貫通形成された取付け穴５４に対して、略
平行に対向しかつ本体部５１先端から所定高さだけ突出
するように、一対の光学ロッド１１ａ，１１ｂが固定さ
れる。これにより、一対の光学ロッド１１ａ，１１ｂ
は、燃焼室内で燃焼室空間を挟んで対向配置されること
になる。

【００４１】前記プリズムスペーサ５２には、レーザ光
（赤外光）の進行方向を変化させるためのプリズム５５
（進路変更用の光学素子）を内在させる中空部５２ａが
形成される。前記プリズム５５は、図４及び図６に示す
ように、一対の光学ロッド１１ａ，１１ｂの配列方向を
軸方向として回転可能に支持されると共に、中央付近に
プーリー部５５ａが形成され、外部に設けられる図示し
ないモータの回転軸と前記プーリー部５５ａとの間に掛
け渡されるベルト５６によって回転駆動されるようにな
っている。

【００４２】前記キャップ５３には、前記光ファイバ１
３ａ，１３ｂが接続される光学コネクタ５７ａ，５７ｂ
が設けられると共に、前記ベルト５６を挿通させるベル
ト用穴５８が形成される。

【００４３】尚、図４において、符号５９ａ，５９ｂ
は、前記プリズム５５の回転軸を軸支するベアリングを
示す。上記構成において、プリズム５５を回転させる
と、図５に示すように、光学ユニット１２から導入した
光学ロッド１１ａ，１１ｂの延設方向と平行なレーザ光
の向きが変化して、光学ロッド１１ａ，１１ｂの幅方向
に略扇状に走査されることになり、係るレーザ光の進行
方向の変化によって、レーザ光が導入される光学ロッド
１１ａ（出射側光学素子）先端の反射面における反射位
置が変化し、以って、反射後に光学ロッド１１ａから出
射する位置が変化する。

【００４４】ここで、レーザ光が略扇状に走査されるこ
とに対応して、前記光学ロッド１１ａ，１１ｂ先端の反
射面１１０及び基端側の入出射面１１１を湾曲させてあ
り（図６参照）、光学ロッド１１ａ，１１ｂの延設方向
に対して角度を持って進むレーザ光を、前記反射面１１
０で光学ロッド１１ａの延設方向に対して直交する方向
に反射させることができ、また、前記光学ロッド１１
ａ，１１ｂ基端面におけるレーザ光の入出射においてレ
ーザ光が直進するようにしてある。

【００４５】光学ロッド１１ａ先端の反射面１１０で反
射したレーザ光は、光学ロッド１１ｂと対向する側面に
略直角に入射してそのまま直進して燃焼室空間内に出射
される。

【００４６】該出射光は、燃焼室空間内の燃焼ガス（燃
料気体）中を透過した後、前記出射位置に対向する光学
ロッド１１ｂ（入射側光学素子）の内方側面の位置から
直角に入射し、光学ロッド１１ｂ先端の反射面１１０で
反射され、光学ロッド１１ａ中を通るレーザ光と平行に
光学ロッド１１ｂ中を進むことになり、プリズム５５を
通過した後は、光学ロッド１１ａ，１１ｂの延設方向と
平行なレーザ光になって進み、プリズム５５の回転位置
に関わらず一定位置から透過光が取り出せることにな
る。

【００４７】上記のように、プリズム５５を回転（変
位）させると、燃焼室内（測定空間内）における光学ロ
ッド１１ａ，１１ｂ先端でのレーザ光の出射位置・入射
位置が移動することになり、また、燃焼室内（測定空間
内）におけるレーザ光の透過経路が平行移動することに
なる。

【００４８】従って、前記基準光の強度低下に基づき、
燃焼室内でレーザ光の出射位置・入射位置として使用し
ている光学ロッド１１ａ，１１ｂ側面の汚れが検出され
たときに、プリズム５５を回転させてレーザ光の出射位
置・入射位置を移動させるようにすれば、光学ロッド１
１ａ，１１ｂ側面において汚れの付着が進んでいない部
分を選んで、レーザ光の燃焼室内への出射及び透過光の
入射を行わせることができ、汚れによる計測精度の低下
を回避できる。

【００４９】また、点火時期直前の点火プラグ５回りの
燃料濃度を計測する場合に、点火時期よりも所定角度だ
け前又は所定時間だけ前の時期から点火時期までの間、
プリズム５５を回転させつつ燃料濃度の計測を行わせる
ようにすれば、平行移動する透過経路における測定結果
を逐次得ることができ、例えば各測定位置での測定結果
を平均化することで、光学ロッド１１ａ，１１ｂの先端
間隙部の２次元的な濃度特性を検出することができ、点
火プラグ５回りの燃料濃度としてより信頼性の高い測定
結果を得ることが可能になる。

【００５０】ところで、上記実施の形態では、プリズム
５５の回転駆動により測定空間内におけるレーザ光の透
過経路が平行移動するように構成したが、以下に示す第
２の実施形態のように構成すれば、測定空間内における
レーザ光の透過経路を回転変化させることができ、特
に、前記回転中心を点火プラグ５の電極付近とすれば、
電極周りの燃料濃度をより高精度に計測できることにな
る。

【００５１】図７〜図１２は、第２の実施形態における
点火プラグ５の構造を示すものであり、ここでは、図７
及び図８に示すように、電極をプラグボディの略中心に
配置し、該電極を取り囲むようにして円筒状の光学ロッ
ド１１を埋め込んである。

【００５２】前記光学ロッド１１は周方向に連続する完
全な円筒状であって良いが、中心の電極部の固定が困難
になるので本実施の形態では左右２分割に構成され、断
面が半円状である２つの光学ロッド１１ｃ，１１ｄを組
み合わせて用いるようにしてあり、これにより、中心を
挟んで対向する周方向の２箇所で光学ロッドが途切れる
構成となっている（図７参照）。

【００５３】尚、周方向において光学ロッドが途切れる
部分に、プラグ電極に接続されるハイテンションコード
７１（図８参照）を挿通させている。前記光学ロッド１
１ｃ，１１ｄの先端は４５°にカットされて反射面１１
０を構成し、光学ロッド１１ｃ，１１ｄの延設方向に沿
って光学ロッド１１ｃ，１１ｄ内を基端側から先端部に
向けて進んできたレーザ光は、前記反射面１１０で反射
して円筒中心に向け９０°方向を変えて進み、光学ロッ
ド１１ｃ，１１ｄの内周面から出射する。そして、円筒
中空部を透過して対向する光学ロッド１１ｃ，１１ｄに
入射し、今度は先端の反射面１１０で反射することで、
光学ロッド１１ｃ，１１ｄの延設方向に沿って基端側に
向かう方向に進行方向を変える。

【００５４】従って、光学ロッド１１ｃ，１１ｄの延設
方向に沿って基端部から光学ロッド１１ｃ，１１ｄにレ
ーザ光を導入させれば、円筒中心を挟んで対向する位置
から測定空間（燃焼室）を透過した後のレーザ光が取り
出されることになる。

【００５５】そして、本実施の形態では、光学ロッド１
１ｃ，１１ｄの基端部に対するレーザ光の導入位置を周
方向に移動させるべく、回転駆動されるミラー群を用い
る構成としてある。

【００５６】本実施の形態において、光学ユニット１２
から導入されるレーザ光が、図８に示すように、円筒中
心に沿って光学ロッド１１ｃ，１１ｄの先端部に向けて
進むように、光ファイバ１３ａが接続される光学コネク
５７ａの位置が設定されている。一方、ミラー６０は、
前記光学コネク５７ａから投射されるレーザ光の光路上
（光学ロッド１１ｃ，１１ｄの円筒中心軸上）に４５°
傾けて設置され、かつ、前記円筒中心を回転軸として回
転駆動されるようになっている。従って、ミラー６０を
回転させると、円筒中心の周りに放射状にレーザ光が投
射されることになる。

【００５７】また、前記ミラー６０と一体的に回転駆動
され、前記ミラー６０で反射したレーザ光を光学ロッド
１１の基端面に向けて反射させるミラー６１が設けられ
ており、ミラー６０の回転位置で決定される角度位置に
おいて、光学ロッド１１ｃ，１１ｄに対してその延設方
向に沿ってレーザ光が導入されることになる。

【００５８】光学ロッド１１ｃ，１１ｄの先端部で径方
向に反射されて燃焼室空間を透過したレーザ光は、円筒
中心を挟んで対向する光学ロッド１１ｃ，１１ｄ内を進
んで基端部から出射され、前記ミラー６１と円筒中心を
挟んで対向する位置に設けられ、前記ミラー６０と一体
的に回転するミラー６３で反射されることで円筒中心に
向かう。

【００５９】そして、同じくミラー６０と一体に回転駆
動されるミラー６４で反射されて、円筒中心軸上の光学
コネクタ５７ａよりも遠い位置に設定された交点におい
て、中心軸と所定角度で交差する方向に進み、前記交点
に位置合わせして固定された光学コネクタ５７ｂに照射
され、光ファイバ１３ｂを介して燃焼室内を透過したレ
ーザ光が取り出される。

【００６０】図９〜図１２は、前記ミラー６０〜６４の
回転駆動機構を示すものであり、光学ロッド１１ｃ，１
１ｄの円筒中心と同軸に、ミラー６０〜６４が固定され
る円筒状のロータ６５をベアリング６６ａ，６６ｂによ
って回転可能に支持し、前記ロータ６５の外周とモータ
７２の回転軸との間にベルト６７を掛け渡してロータ６
５を回転駆動させる。

【００６１】尚、前記ロータ６５を回転可能に支持し、
かつ、モータ７２を固定する機構部分を、点火プラグ５
とは別体としてシリンダヘッド７３に締め付け固定させ
るようにしてある。

【００６２】即ち、シリンダヘッド７３の点火プラグ５
の取付け孔の開放端近傍に、雌ねじ部９１を形成する一
方、該雌ねじ部９１に螺合する中空の雄ねじ部９２を一
体的に備えたブラケット９３を備える。前記ブラケット
９３には、中空雄ねじ部９２と同軸に、ロータ６５がベ
アリング６６ａ，６６ｂによって回転可能に支持される
と共に、モータ７２及び光学コネク５７ａ，５７ｂが固
定される。

【００６３】前記ミラー６０〜６４が固定される前記円
筒状のロータ６５が、モータ７２の回転によって回転駆
動されると、光学ロッド１１ｃ，１１ｄの円筒中心と同
軸にロータ６５が回転し、光学ロッド１１ｃ，１１ｄの
周方向への入出射位置の移動が行われ、レーザ光の透過
経路が、円筒中心を常に通って同一平面上で回転変化す
ることになる。

【００６４】従って、前記基準光の強度低下に基づき、
レーザ光の出射位置・入射位置として使用している光学
ロッド１１ｃ，１１ｄ側面の汚れが検出されたときに、
ロータ６５を回転させてレーザ光の出射位置・入射位置
を移動させるようにすれば、光学ロッド１１c，１１ｄ
の内側面において汚れの付着が進んでいない部分を選ん
で、レーザ光の燃焼室内への出射及び透過光の入射を行
わせることができ、汚れによる計測精度の低下を回避で
きる。

【００６５】また、点火時期直前の点火プラグ５回りの
燃料濃度を計測する場合に、点火時期よりも所定角度だ
け前又は所定時間だけ前の時期から点火時期までの間、
ロータ６５を回転させつつ燃料濃度の計測を行わせるよ
うにすれば、点火プラグ５の電極を略中心とする一定半
径の領域内における２次元的な測定結果を得ることがで
きる。

【００６６】尚、上記各実施の形態では、ベルト５６を
用いてプリズム５５やロータ６５に回転駆動力を伝える
ようにしたが、ギヤの組み合わせを用いるようにしても
良い。また、プリズム５５やロータ６５を回転させる駆
動源としては、モータの他に、エンジンを用いることが
可能であり、カムシャフトやクランクシャフトの回転を
ベルトやギヤを介して伝えるようにしても良い。

【００６７】更に、点火プラグ５に光学ロッド１１等を
一体的に備える構成とせずに、点火プラグ５とは別体
に、光学ロッド１１等をシリンダヘッドに取付ける構成
としても良い。

【００６８】また、プリズム５５やロータ６５を回転さ
せながら得た２次元的な計測結果から、極端に透過率の
低いデータを除外するなどの統計的な処理を行うこと
で、汚れの影響を排除することも可能である。

【００６９】また、上記では、測定空間を燃焼室とし、
測定する物理量を燃料濃度としたが、これに限定される
ものではなく、同じ濃度計測であっても計測対象とする
成分により吸収される波長を適宜選択することで、炭化
水素系分子以外の成分（例えばＮＯｘ，ＣＯ₂，Ｈ₂Ｏ）
の濃度を計測させることが可能であり、測定空間も燃焼
室の他、排気通路、排気還流通路、触媒内などを選択で
きる。また、気体の２つの吸収線のスペクトルプロファ
イルを測定し、それらの比から温度、濃度、流速を同時
計測することも可能であり、更に、複数の波長のレーザ
光を同時に透過させて、複数種の気体濃度を同時に測定
させることも可能である。

【００７０】更に、上記各実施の形態では、プリズムや
ミラーを回転させることで、レーザ光の進行方向を変化
させる構成としたが、プリズムやミラーを平行移動させ
ることで、光学ロッドにおける入出射位置を移動させる
ことも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態におけるエンジンの全体構成図。

【図２】レーザ式物理量計測装置の第１の実施形態にお
ける点火プラグの概観図。

【図３】第１の実施形態における点火プラグのボディ構
成を示す分解斜視図。

【図４】第１の実施形態における点火プラグの縦断面
図。

【図５】第１の実施形態におけるレーザ光の進行方向の
変化を示す状態図。

【図６】第１の実施形態におけるプリズムと光学ロッド
との位置関係を示す斜視図。

【図７】レーザ式物理量計測装置の第２の実施形態にお
ける点火プラグに対する光学ロッドの取付け状態を示す
部分断面図。

【図８】第２の実施形態におけるレーザ光の光路を示す
状態図。

【図９】第２の実施形態においてレーザ光の入出射位置
の変更に用いるミラーの取付け状態を示す図。

【図１０】第２の実施形態における点火プラグの全体構
成を示す断面図。

【図１１】第２の実施形態におけるミラー回転駆動機構
を詳細に示す図。

【図１２】第２の実施形態におけるミラー回転駆動機構
を詳細に示す図。

【符号の説明】

１…エンジン ５…点火プラグ ５ａ…電極 11,11a,11b,11c,11d…光学ロッド 12…光学ユニット 13a,13b…光ファイバ 55…プリズム 56,67…ベルト 57a,57b…光学コネクタ 60,61,63,64…ミラー 65…ロータ 72…モータ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの測定空間内に設置した光学素子
   を用いて、前記測定空間内の気体中にレーザ光を透過さ
   せ、該透過による前記レーザ光の減衰に基づいて前記気
   体の物理量を検出するエンジン用レーザ式物理量計測装
   置において、 前記測定空間内での前記光学素子における前記レーザ光
   の入出射位置が移動可能に構成されたことを特徴とする
   エンジン用レーザ式物理量計測装置。
2. 【請求項２】前記入出射位置での前記光学素子の汚れを
   検出し、汚れの発生が検出されたときに、前記入出射位
   置を移動させるよう構成したことを特徴とする請求項１
   記載のエンジン用レーザ式物理量計測装置。
3. 【請求項３】前記気体中を透過させることで減衰しない
   波長のレーザ光を透過させ、該レーザ光の減衰から前記
   入出射位置での前記光学素子の汚れを検出することを特
   徴とする請求項２記載のエンジン用レーザ式物理量計測
   装置。
4. 【請求項４】前記入出射位置を連続的に変化させること
   で、前記レーザ光の透過経路を連続的に変化させること
   を特徴とする請求項１記載のエンジン用レーザ式物理量
   計測装置。
5. 【請求項５】進路変更用の光学素子を変位させてレーザ
   光源からのレーザ光の進行方向を変化させることによ
   り、前記測定空間内における前記光学素子での前記レー
   ザ光の入出射位置を移動させることを特徴とする請求項
   １〜４のいずれか１つに記載のエンジン用レーザ式物理
   量計測装置。
6. 【請求項６】前記光学素子を中空円筒状に形成し、該円
   筒状光学素子の先端部に設けた反射面によって、中心軸
   を挟んで対抗する部分の間でレーザ光の出射・入射を行
   わせるよう構成する一方、前記円筒状光学素子の中心軸
   周りに回転駆動される進路変更用の光学素子としてのミ
   ラーの回転位置によって、レーザ光源からのレーザ光の
   前記円筒状光学素子に対する入射位置を周方向に変化さ
   せることにより、前記測定空間内での前記光学素子にお
   ける前記レーザ光の入出射位置を周方向に移動させるこ
   とを特徴とする請求項５記載のエンジン用レーザ式物理
   量計測装置。
7. 【請求項７】前記光学素子を、間隙を挟んで略平行に対
   向配置される出射側光学素子と入射側光学素子とで構成
   し、該光学素子の先端部に設けた反射面によって、間隙
   を挟んで対抗する部分の間でレーザ光の出射・入射を行
   わせるよう構成する一方、回転駆動される進路変更用の
   光学素子としてのプリズムによって、レーザ光源からの
   レーザ光が前記光学素子の幅方向に走査されて、前記出
   射側光学素子に入射するよう構成し、前記測定空間内で
   の前記光学素子における前記レーザ光の入出射位置を平
   行移動させるよう構成したことを特徴とする請求項５記
   載のエンジン用レーザ式物理量計測装置。