JP2009203874A

JP2009203874A - 内燃機関におけるガス濃度計測方法およびガス濃度計測装置

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Publication number: JP2009203874A
Application number: JP2008046847A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yamakage; 正裕山蔭; Seiichi Matsumoto; 清市松本; Sei Fukada; 聖深田; Kenji Muta; 研二牟田; Masazumi Taura; 昌純田浦
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: JP5252949B2

Abstract

【課題】内燃機関における例えば１回の燃焼についてのガス挙動をリアルタイムで計測・モニタすることができ、ガス挙動についてのサイクル間の変動や気筒間の変動等を把握することが可能となり、内燃機関の燃焼制御についての最適化につなげることができるガス濃度計測についての技術を提供すること。
【解決手段】濃度計測対象ガスに対してガス濃度計測用のレーザ光を照射するとともに濃度計測対象ガス中を透過したレーザ光を受光するセンサ部３０を備えるガス濃度計測装置を用い、濃度計測対象ガスのガス濃度を計測するエンジン１（内燃機関）におけるガス濃度計測方法であって、センサ部３０を、エンジン１の吸気通路８内および排気通路９内に対して設けることで、濃度計測対象ガスを、エンジン１の吸気ガスおよび排気ガスとし、エンジン１の１回の燃焼に要する時間よりも速い応答性をもって濃度計測対象ガスのガス濃度を計測する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関におけるガス濃度計測方法およびガス濃度計測装置に関する。

一般に、例えば自動車エンジン等の内燃機関（エンジン）の運転性能（トルクや燃費や排気エミッション等）は、燃焼噴射量や燃料噴射時期や点火時期などの制御パラメータの値によって大きく変化する。このため、エンジンの開発時には、エンジンベンチ上での実機による試験等によって最適な運転性能を得ることができる制御パラメータの値の適合が行われる。つまり、エンジンにおける燃焼を制御する制御装置（ＥＣＵ等）においては、エンジンの運転状態を示す制御マップが各種の運転条件毎に予め記憶されており、この制御マップが参照されて各部の制御量が定められる。また、近年、エンジンの高出力化や低燃費化やエミッション性能の向上についての技術開発から、バルブタイミングやバルブリフト量を可変とする機構や排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）等の様々な機能を搭載する高性能エンジンがある。こうした高性能エンジンにおいては、バルブタイミングやバルブリフト量や排気ガス再循環率（ＥＧＲ率）等も、適合されるべき制御パラメータとなる。

このようなエンジンの制御パラメータの値の適合に際しては、エンジンにおける燃焼にともなう各部のガス濃度の計測や分析が行われる。すなわち、制御パラメータの値の適合に際しては、例えば吸気側や排気側のガス濃度（例えば二酸化炭素濃度や酸素濃度など）が計測され、そのガス濃度の計測値から、エンジンにおけるガス挙動が把握される。そして、エンジンにおけるガス挙動からエンジンの燃焼状況が把握され、ガス濃度について得られたデータとそのデータが得られた時のエンジンに対する制御信号とが同期させられて取得・解析される。

例えば特許文献１には、前記のとおり適合すべき制御パラメータの一つであるＥＧＲ率の検出装置についての技術が開示されている。特許文献１に記載されている構成においては、ＥＧＲ率が求められるに際して、エンジンの吸気側および排気側それぞれに設けられる酸素濃度センサにより、ガス濃度である酸素濃度の計測が行われている。
また、従来、エンジンの制御パラメータの値の適合の際などにおけるガス濃度の計測に際しては、計測対象のガスの一部がサンプリングされるサンプリング方式のガス濃度分析計や、熱電対等が用いられている。

これら従来のガス濃度計測に用いられる機器等は、応答性に乏しい（例えば数百ｍｓｅｃ程度）。このため、前述したような制御パラメータの値の適合に際して、ガス濃度について取得されるデータの時間分解能が十分でないため、エンジンにおける１回の燃焼についてのガス挙動が捕えられず、その１回の燃焼等についての燃焼条件・結果の記録・解析ができていない。結果として、制御パラメータの値の適合により生成された制御プログラム等が、エンジンにおける全ての燃焼条件を網羅したものとなっていない。
すなわち、制御パラメータの値の適合に際しては、エンジンの制御についての最適化のために１回の燃焼等についてのガス挙動の把握が望まれるが、従来のガス濃度計測機器等によっては十分な時間分解能が得られず、例えば同サイクルにおける吸気ガスおよび排気ガスの同時計測データ等の、高い応答性によるガス濃度計測についてのデータの取得が行われていないのが現状である。

一方で、近年、エンジンの排気ガス等の分析用として、レーザ光を検出対象とするガス分析装置の開発が進められている（例えば、特許文献２参照。）すなわち、かかるガス分析装置においては、分析対象のガスに対してレーザ光が照射され、そのガスを透過したレーザ光が検出される。そして、検出されたレーザ光から、ガスの種類等の相違によりレーザ光のガスによる吸収量が相違することや、対象ガスによって一部が吸収された後の特定波長の光量等に基づいて、ガス濃度の計測や分析が行われる。このようなレーザ光を用いたガス分析装置によれば、前記のようなエンジンにおける１回の燃焼等についてのガス挙動を捕えるに十分な応答性が得られると考えられる。
特公平８−１９８７８号公報特開２００６−３４３２９３号公報

本発明は、上記のような背景技術に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の解決しようとする課題は、内燃機関における例えば１回の燃焼についてのガス挙動をリアルタイムで計測・モニタすることができ、ガス挙動についてのサイクル間の変動や気筒間の変動等を把握することが可能となり、内燃機関の燃焼制御についての最適化につなげることができるガス濃度計測についての技術を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、濃度計測対象ガスに対してガス濃度計測用のレーザ光を照射するとともに前記濃度計測対象ガス中を透過した前記レーザ光を受光するセンサ部を備えるガス濃度計測装置を用い、前記濃度計測対象ガスのガス濃度を計測する内燃機関におけるガス濃度計測方法であって、前記センサ部を、内燃機関の吸気通路内および排気通路内に対して設けることで、前記濃度計測対象ガスを、内燃機関の吸気ガスおよび排気ガスとし、内燃機関の１回の燃焼に要する時間よりも速い応答性をもって前記濃度計測対象ガスのガス濃度を計測するものである。

請求項２においては、請求項１に記載の内燃機関におけるガス濃度計測方法において、前記内燃機関は、前記排気通路内の排気ガスの一部を前記吸気通路内に還流する排気ガス再循環装置を備えるものであり、前記吸気通路内に対して設けた前記センサ部による前記濃度計測対象ガスを、前記排気ガス再循環装置による前記排気通路内からの還流排気ガスを含む吸気ガスとするとともに、前記センサ部を、内燃機関の燃焼室を形成する筒内に対してさらに設けることで、前記濃度計測対象ガスに、前記筒内のガスを含み、排気ガス再循環率の算出に際し、前記還流排気ガスを含む吸気ガス、前記排気ガス、および前記筒内のガスについてのガス濃度を計測するものである。

請求項３においては、濃度計測対象ガスに対してガス濃度計測用のレーザ光を照射する投光部と、前記濃度計測対象ガス中を透過した前記レーザ光を受光する受光部とを有するセンサ部を備える内燃機関におけるガス濃度計測装置であって、内燃機関の吸気通路内に対して設けられ、前記濃度計測対象ガスを内燃機関の吸気ガスとする前記センサ部である吸気側センサと、内燃機関の排気通路内に対して設けられ、前記濃度計測対象ガスを内燃機関の排気ガスとする前記センサ部である排気側センサと、内燃機関の１回の燃焼に要する時間よりも速い応答性を有し、前記センサ部からの検出信号に基づいて、前記濃度計測対象ガスのガス濃度を計測する計測手段と、を備えるものである。

請求項４においては、請求項３に記載の内燃機関におけるガス濃度計測装置において、前記内燃機関は、前記排気通路内の排気ガスの一部を前記吸気通路内に還流する排気ガス再循環装置を備えるものであり、前記吸気側センサは、前記濃度計測対象ガスを、前記排気ガス再循環装置による前記排気通路内からの還流排気ガスを含む吸気ガスとし、内燃機関の燃焼室を形成する筒内に対して設けられ、前記濃度計測対象ガスを前記筒内のガスとする前記センサ部である筒内センサと、前記計測手段による、前記還流排気ガスを含む吸気ガス、前記排気ガス、および前記筒内のガスについてのガス濃度の計測値に基づいて、排気ガス再循環率を算出する排気ガス再循環率算出手段と、をさらに備えるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、内燃機関における例えば１回の燃焼についてのガス挙動をリアルタイムで計測・モニタすることができ、ガス挙動についてのサイクル間の変動や気筒間の変動等を把握することが可能となり、内燃機関の燃焼制御についての最適化につなげることができる。

本発明は、内燃機関における排気ガス等について、１回の燃焼を十分に捕えることができる程度の高速応答性をもってガス濃度の計測を行うものであり、これをエンジンの燃焼制御につなげようとするものである。以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１に示すように、本実施形態において、ガス濃度の計測が行われる内燃機関（以下「エンジン」という。）１は、シリンダブロックにおいて形成されるシリンダ２を備える。本実施形態のエンジン１は、直列４気筒エンジンであり、４つのシリンダ２を備える（図１では一つのみ図示）。シリンダ２内には、ピストン３が摺動可能に内装される。ピストン３は、コンロッド４を介してクランクシャフト（図示略）に連結される。シリンダ２内におけるピストン３の上方には、燃焼室５が形成される。燃焼室５は、シリンダ２におけるピストン３よりも上方の空間が、シリンダブロックに取り付けられるシリンダヘッド等により区画されることで形成される。

燃焼室５に対しては、吸気ポート６および排気ポート７が連通する。吸気ポート６および排気ポート７は、シリンダヘッド内において形成される。吸気ポート６は、吸気通路８に接続される。吸気通路８は、各シリンダ２に対する分岐管を有しシリンダヘッドに取り付けられる吸気マニホールドにより構成される。排気ポート７は、排気通路９に接続される。排気通路９は、各シリンダ２に対する分岐管を有しシリンダヘッドに取り付けられる排気マニホールドにより構成される。

吸気ポート６と燃焼室５との間には、吸気ポート６の燃焼室５に対する開閉を行う吸気バルブ１１が設けられている。排気ポート７と燃焼室５との間には、排気ポート７の燃焼室５に対する開閉を行う排気バルブ１２が設けられている。吸気バルブ１１に対しては、エンジン１におけるバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ（ＶａｒｉａｂｌｅＶａｌｖｅＴｉｍｉｎｇ）機構）１３が設けられている。可変バルブタイミング機構１３は、吸気バルブ１１を作動させるカム（吸気カム）を有するカムシャフト（図示略）に設けられる。可変バルブタイミング機構１３は、吸気バルブ１１のバルブタイミングを可変とする。

なお、本実施形態では、エンジン１は、可変バルブタイミング機構として、吸気バルブ１１についてのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構１３を備える構成であるが、これに限定されるものではない。すなわち、エンジン１は、排気バルブ１２についての可変バルブタイミング機構を備える構成であってもよい。また、エンジン１が備える可変バルブタイミング機構は、吸気バルブ１１または排気バルブ１２のバルブリフト量を可変とする機能を有するものであってもよい。

また、図示は省略するが、エンジン１においては、燃焼室５に対して、燃焼室５内に燃料を噴射するインジェクタや、燃焼室５内の混合気に点火するための点火プラグ等が設けられる。

このような構成を備えるエンジン１において、ピストン３の下降とともに、吸気通路８からの吸気ガスが吸気バルブ１１を介して燃焼室５に吸入される吸気行程が行われる。吸気行程の後、吸気バルブ１１が閉じ、下死点に達したピストン３の上昇により、吸入空気に燃料が噴射された混合気が燃焼室５において圧縮される圧縮行程が行われる。ピストン３が上死点近くまで上昇すると、所定のタイミングでの混合気に対する点火によって燃焼行程が行われる。そして、燃焼の圧力によって下降したピストン３が、再度上昇する際に、排気バルブ１２が開かれ、燃焼室５内の燃焼ガスが、排気バルブ１２を介して排気ガスとして排気通路８に排出される排気行程が行われる。これら吸気・圧縮・燃焼・排気の４つの一連の行程が１回のサイクルとなる。

エンジン１のサイクルにおいて、吸気通路８からの吸気ガスの吸入のタイミングおよび排気通路９への排気ガスの排出のタイミングは、それぞれ吸気バルブ１１および排気バルブ１２の開弁タイミングによって設定される。ここで、エンジン１においては、吸気バルブ１１の開弁タイミング（排気バルブ１２の開弁時期に対するオーバーラップ量）は、可変バルブタイミング機構１３により可変とされる。

また、エンジン１は、排気通路９内の排気ガスの一部を吸気通路８内に還流する排気ガス再循環装置（以下、「ＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置」という。）２０を備える。ＥＧＲ装置２０は、ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲバルブ２２とを備える。

ＥＧＲ通路２１は、一端側が吸気通路８に、他端側が排気通路９にそれぞれ接続され、燃焼室５の下流側となる排気通路９と燃焼室５の上流側となる吸気通路８とをバイパスする。つまり、ＥＧＲ通路２１により、排気通路９へ排出された既燃ガス（排気ガス）の一部が、吸気通路８へと戻される。吸気通路８へと戻された既燃ガスは、吸入新気（吸気ガス）とともに筒内（燃焼室５内）に導入される。ＥＧＲバルブ２２は、例えば電子制御バルブとして構成され、ＥＧＲ通路２１の通路面積を調整する。ＥＧＲバルブ２２の開度により、ＥＧＲ通路２１を通過する既燃ガスの流量が調整される。

このような構成のＥＧＲ装置２０により、比較的比熱の大きい排気ガスが一部吸気側に戻されることで、燃焼温度が低下し、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成が抑制される。なお、ＥＧＲ通路２１においては、ＥＧＲ通路２１を通過する既燃ガスの温度を低下させるＥＧＲクーラ等が適宜設けられる。

以上の構成を備える本実施形態のエンジン１において、吸気ガスおよび排気ガスについてのガス濃度の計測が行われる。ガス濃度の計測には、複数のセンサ部を備えるガス濃度計測装置が用いられる。

ガス濃度計測装置について、図２を加えて説明する。本実施形態に係るガス濃度計測装置１０は、センサ部３０と、計測装置４０とを備える。ガス濃度計測装置１０は、前記のとおり吸気ガスおよび排気ガスについてのガス濃度の計測を行うものであるため、吸気通路８内に対して設けられるセンサ部３０である吸気側センサ５０と、排気通路９内に対して設けられるセンサ部３０である排気側センサ６０とを有する（図１参照）。

センサ部３０は、濃度計測対象ガス（以下単に「対象ガス」という。）に対してガス濃度計測用のレーザ光（以下単に「レーザ光」という。）を照射するとともに対象ガス中を透過したレーザ光を受光する。したがって、図２に示すように、センサ部３０は、対象ガスに対してレーザ光を照射する投光部３１と、対象ガス中を透過したレーザ光を受光する受光部３２とを有する。

すなわち、ガス濃度計測装置１０は、そのセンサ部３０において、対象ガスにレーザ光を照射するとともに、対象ガスを透過したレーザ光を検出する。そして、ガス濃度計測装置１０は、センサ部３０により検出したレーザ光から、ガスの種類等の相違によりレーザ光のガスによる吸収量が相違することや、対象ガスによって一部が吸収された後の特定波長の光量等に基づいて、ガス濃度の計測を行う。センサ部３０は、計測装置４０に接続される。

計測装置４０は、レーザ光の発信・受光用の光コントローラ部４１と、光コントローラ部４１からのデータに基づいてガス濃度の計測を行うガス濃度計測部４２とを備える。計測装置４０は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、プログラム等を格納する格納部や、プログラム等に従って所定の演算を行う演算部や、演算部による演算結果などを記憶する記憶部等を有する。

光コントローラ部４１は、複数の波長の赤外線レーザ光を照射する投光部である。レーザ光の波長は、検出するガスの成分に合わせて設定される。また、計測装置４０においては、光コントローラ部４１に対して、センサ部３０に接続される図示せぬ差分型光検出器等が設けられる。かかる光コントローラ部４１により、センサ部３０により受光された信号光が導光され、対象ガス中を透過して減衰したレーザ光と、対象ガス中を透過していないレーザ光との信号光が、ガス濃度計測部４２に出力される。

なお、計測装置４０が備える光コントローラ部４１とガス濃度計測部４２とは、コントローラ装置やコンピュータ装置が用いられる等して、別体として構成されてもよい。

図２に示すように、センサ部３０を構成する投光部３１および受光部３２は、所定の支持体３３に対して設けられる。支持体３３は、対象ガスが存在することとなる空間部である対象ガス空間部３３ａを形成する。支持体３３は、エンジン１の構成部材とは別部材により構成されても、エンジン１の構成部材が用いられて構成されてもよい。

投光部３１は、赤外線送信用の光ファイバ３４を有する。光ファイバ３４は、図示せぬ入光コリメータ等を介して支持体３３に対して位置決めされた状態で設けられる。具体的には、光ファイバ３４は、その投光面が対象ガス空間部３３ａに臨む状態となる所定の姿勢で、支持体３３に対して位置決めされる。

受光部３２は、レーザ光を検出するディテクタ３５を有する。ディテクタ３５は、図示せぬ受光コリメータ等を介して支持体３３に対して位置決めされた状態で設けられる。具体的には、ディテクタ３５は、その受光面が対象ガス空間部３３ａに臨む状態であり、光ファイバ３４から照射されるレーザ光を受光可能な状態となる所定の姿勢で、支持体３３に対して位置決めされる。

これら投光部３１を構成する光ファイバ３４、および受光部３２を構成するディテクタ３５は、それぞれ上述した計測装置４０（の光コントローラ部４１）に対して接続される。そして、計測装置４０の光コントローラ部４１から射出されたレーザ光は、光ファイバ３４により照射されて、対象ガス空間部３３ａに導かれる。対象ガス空間部３３ａ内の対象ガス中を透過したレーザ光は、ディテクタ３５にて受光される。ディテクタ３５からの受光信号は、光コントローラ部４１に対して入力される。

なお、センサ部３０が有する投光部３１および受光部３２の構成は、本実施形態に限定されるものではない。例えば、投光部３１より照射されるレーザ光は、紫外線レーザ光等でもよい。また、光ファイバ３４やディテクタ３５の代わりに、レーザダイオードやフォトダイオードが用いられてもよい。

また、センサ部３０については、投光部３１から照射されるレーザ光が、多重反射した後に受光部３２にて受光される構成であってもよい。かかる構成は、支持部３３の内周面が鏡面仕上げされることで反射面とされたり反射鏡（ミラー）が用いられたりすることで実現される。このようにセンサ部３０においてレーザ光が多重反射する構成が採用されることで、レーザ光が対象ガス中を通過する距離（測定長）が長くなり測定感度が増すことから、測定精度の向上が図れる。その他、センサ部３０については、必要に応じて適宜公知の技術が用いられる。

このような構成を有するセンサ部３０が、吸気側センサ５０および排気側センサ６０として設けられる。すなわち、吸気側センサ５０は、吸気通路８内に対して設けられ、対象ガスをエンジン１の吸気ガスとするセンサ部３０である。また、排気側センサ６０は、排気通路９内に対して設けられ、対象ガスをエンジン１の排気ガスとするセンサ部３０である。

吸気側センサ５０は、センサ部３０の構成における支持体３３との関係について、例えば次のようにして設けられる。すなわち、支持体３３がエンジン１の構成部材とは別部材により構成される場合は、投光部３１および受光部３２を有する支持体３３が、例えば吸気通路８を構成する吸気マニホールドの各シリンダ２に対する分岐管とこの分岐管が接続されるシリンダヘッドとの間に介装されること等により、吸気側センサ５０が設けられる。また、支持体３３がエンジン１の構成部材が用いられて構成される場合は、例えばシリンダヘッドや吸気マニホールドの分岐管の一部がセンサ部３０における支持体３３とされ、この支持体３３に対して投光部３１および受光部３２が構成されることにより、吸気側センサ５０が設けられる。

また、吸気側センサ５０は、対象ガスを、ＥＧＲ装置２０による排気通路９内からの還流排気ガスを含む吸気ガスとする。つまり、吸気側センサ５０は、燃焼室５に対する吸気ガスの流れにおいて、ＥＧＲ装置２０のＥＧＲ通路２１の吸気通路８に対する合流部よりも下流側に設けられる。これにより、吸気側センサ５０によってガス濃度が検出される吸気ガスが、ＥＧＲ装置２０による排気還流ガスを含むものとなる。

排気側センサ６０についても吸気側センサ５０と同様に、支持体３３がエンジン１の構成部材とは別部材により構成される場合は、その支持体３３が、例えば排気通路９を構成する排気マニホールドの各シリンダ２に対する分岐管とこの分岐管が接続されるシリンダヘッドとの間に介装されること等により、排気側センサ６０が設けられる。また、支持体３３がエンジン１の構成部材が用いられて構成される場合は、例えばシリンダヘッドや排気マニホールドの分岐管の一部がセンサ部３０における支持体３３とされ、排気側センサ６０が設けられる。

以上のような構成を備えるガス濃度計測装置１０によれば、精度の良いガス濃度の計測が、エンジン１の運転状況に応じてリアルタイムに連続して行われる。つまり、本実施形態のガス濃度計測装置１０によれば、吸気側センサ５０および排気側センサ６０によって、吸気側および排気側でガス濃度がどのように変化するかを瞬時に計測することができ、エンジン１におけるガス挙動をリアルタイムに連続して計測することができる。

具体的には、ガス濃度計測装置１０によれば、エンジン１における１回の燃焼についてのガス挙動を捕えるに十分な応答性が得られる。つまり、計測装置４０においては、ガス濃度計測部４２によるガス濃度の計測について、エンジン１における１回の燃焼に要する時間よりも速い高速応答性が得られる。したがって、本実施形態では、計測装置４０が、エンジン１の１回の燃焼に要する時間よりも速い応答性を有し、センサ部３０からの検出信号に基づいて、対象ガスのガス濃度を計測する計測手段として機能する。

ここで、エンジン１の１回の燃焼に要する時間とは、エンジン１の各シリンダ２（以下「気筒」ともいう。）については、１回のサイクルに要する時間となる。本実施形態のエンジン１は、４ストロークエンジンであり、各気筒における１回のサイクルで、クランクシャフトが２回転（クランク角で７２０°）し、ピストン３が２往復することで、１回の燃焼が行われる。

また、本実施形態のエンジン１のように、複数の気筒を備える多気筒エンジンにおいては、各気筒における燃焼が所定の順番で等間隔（クランク角で等角度間隔）で行われる。つまり、本実施形態のエンジン１のように、４気筒エンジンにおいては、各気筒における燃焼がクランク角で１８０°ごとに行われることとなる。したがって、エンジン１において、各気筒についてのガス濃度の計測が行われる場合は、エンジン１の１回の燃焼に要する時間は、いずれかの気筒における燃焼に要する時間となる。

これらのことから、エンジンの１回の燃焼に要する時間は、エンジンにおける回転数や気筒数等に応じた時間となる。より具体的には、計測装置４０は、その計測速度が例えば連続計測時で数ｍｓｅｃ程度となる高速応答性を有することとなる。

以上のように、本実施形態に係るエンジン１におけるガス濃度計測方法は、対象ガスに対してレーザ光を照射するとともに対象ガス中を透過したレーザ光を受光するセンサ部３０を備えるガス濃度計測装置１０を用い、対象ガスのガス濃度を計測するものであり、センサ部３０を、吸気通路８内および排気通路９内に対して設けることで、対象ガスを、エンジン１の吸気ガスおよび排気ガスとする。そして、エンジン１の１回の燃焼に要する時間よりも速い応答性をもって対象ガスのガス濃度を計測する。

本実施形態のガス濃度計測が、エンジン１についての制御パラメータの値の適合（以下「エンジン制御パラメータの適合」という。）に際して用いられる場合について説明する。

図１に示すように、エンジン制御パラメータの適合に際しては、高速データ収録手段としてのデータロガー８０と、エンジン１の走行試験時における制御を行うＥＣＵ（電子制御ユニット）９０とが用いられる。

データロガー８０は、計測装置４０からのガス濃度計測値に係る情報についての出力信号を高周波サンプリングして、ガス濃度計測装置１０によるガス濃度の計測結果を収録する。すなわち、データロガー８０は、ガス濃度計測装置１０における応答性に対して、計測装置４０からの出力を抽出して解析するのに十分高い周波数（例えば、エンジン１の気筒毎およびサイクル毎の単位期間毎の出力データの収録が可能な程度の周波数）で、計測装置４０からの出力信号をサンプリングする。

ＥＣＵ９０は、前記のとおりエンジン１の制御を行う。ＥＣＵ９０には、クランクシャフト近傍に設けられクランク位置やクランク角速度の検出を行う回転センサやエンジン１内における水温の検出を行う水温センサ等の、エンジン１の運転状態を計測する各種センサからの情報が計測情報として入力される。ＥＣＵ９０には、エンジン１の制御情報として、エンジン１の走行試験用の制御マップ等、エンジン制御パラメータの適合に際してエンジン１を制御することのできる制御マップが備えられる。したがって、エンジン１の走行試験時には、ＥＣＵ９０は、この制御マップによって、前記各種センサからの計測情報などに基づいて、エンジン１の燃料噴射量や点火時期等の制御を行う。

このような構成において、エンジン制御パラメータの適合に際しては、エンジン１が、ＥＣＵ９０によって制御されながら、負荷装置等が用いられて、回転速度や負荷に基づいて決定される所定の運転状態で運転させられる。そして、データロガー８０において、計測装置４０から入力される、ガス濃度計測装置１０によるエンジン１における各部のガス濃度（例えば二酸化炭素の濃度等）についての計測値と、ＥＣＵ９０から入力される、ＥＣＵ９０からエンジン１に対する制御信号についての情報（制御結果）とが、同期してモニタされつつ取得・解析される。

具体的には、エンジン１に対して所定の回転速度や負荷が与えられている条件下で、制御パラメータ（例えば点火時期等）に応じたエンジン特性（例えばトルク変動等）の変化が解析される。ここで、エンジン特性についての条件や、規制対象ガスについての条件や、燃料消費量などから、所定の条件を満たす制御パラメータについての適合点（適合値）が求められる。そして、エンジン１の種々の回転速度や負荷における適合点の集合である制御マップが作成される。かかる制御マップは、実際にエンジン１の制御を行うＥＣＵにて予め設定され記憶させられる。つまり、エンジン制御パラメータの適合により作成された制御マップに基づいて、エンジン１が制御される。これにより、エンジン１について、その運転状態に応じて種々のエンジン特性を満たすエンジンが実現される。

上述のようなシステム構成により、例えば図３〜図５に示すような計測データが得られる。なお、図３〜図５の各グラフにおいて、横軸はクランク角（ｄｅｇ）を示すものであり、クランク角の０°が、吸気行程の開始時、つまりピストン３が上死点にある時点に対応する。したがって、１サイクルにおいては、クランク角０°から１８０°毎に、吸気、圧縮、燃焼、排気の各工程が行われることとなる。

図３に示す計測データは、吸気ガス中に含まれる二酸化炭素（ＣＯ_２）の濃度（％）の１サイクル（クランク角で７２０°）あたりの変化を示すグラフである。つまり、図３に示すグラフは、ガス濃度計測装置１０における吸気側センサ５０による検出値に基づいて得られた、１サイクルにおける吸気ガスのＣＯ_２濃度の変化を表すものである。

同様に、図４に示す計測データは、排気ガス中のＣＯ_２濃度の１サイクルあたりの変化を示すグラフである。つまり、図４に示すグラフは、ガス濃度計測装置１０における排気側センサ６０による検出値に基づいて得られた、１サイクルにおける排気ガスのＣＯ_２濃度の変化を表すものである。

これらの計測データのように、１つの気筒について、１サイクルあたりの吸気ガスおよび排気ガスのガス濃度の変化についてのデータが取得されることで、１回の燃焼において、例えば吸気ガスのガス濃度が排気ガスのガス濃度に与える影響がどの程度であるか等、吸気ガスとそれに対応する（同サイクルの）排気ガスとの相互間の影響の把握が可能となる。

具体的には、同サイクルにおいて、図３に示すような吸気ガスについてのＣＯ_２濃度と、図４に示すような排気ガスについてのＣＯ_２濃度とが計測される。まず、吸気ガス濃度の変化を示す図３のグラフから、吸気ガスにおいて、吸入新気（大気）にはほとんど含まれないＣＯ_２の濃度が、吸気行程の開始時（クランク角０°）付近で増加していることがわかる（符号Ａ１部分参照）。これは、吸気ガスに、燃焼室５内から吹き返される既燃ガスや、ＥＧＲ装置２０によりＥＧＲ通路２１を介して吸気側へと戻された還流排気ガスの成分が含まれることを示すものである。

燃焼室５内から吹き返される既燃ガスの吸気ガスに対する影響を表すものが、図５に示す計測データである。図５に示す計測データは、吸気ガスについての、可変バルブタイミング機構１３による吸気バルブ１１の開弁タイミング（排気バルブ１２の開弁時期に対するオーバーラップ量）の変化にともなうＣＯ_２濃度の変化を示すグラフである。図５に示すグラフにおいて、吸気バルブ１１の排気バルブ１２の開弁時期に対するオーバーラップ量（以下単に「オーバーラップ量」という。）は、排気バルブ１２の閉弁タイミングに対応するクランク角０°付近（符号Ｃ１参照）と、この排気バルブ１２の閉弁タイミングまでの（排気バルブ１２が開いている状態での）吸気バルブ１１の開弁タイミングに対応するクランク角（符号Ｃ２参照）との間のクランク角範囲（矢印範囲ＯＬ参照）により表される。

図５に示す各グラフは、吸気バルブ１１のオーバーラップ量が、ほぼ０の状態のもの（グラフＧ１）から、クランク角で１０°ずつ増加された場合（グラフＧ２〜Ｇ５）のＣＯ_２濃度の変化を示すものである。図５に示す各グラフから、吸気バルブ１１のオーバーラップ量が増加されることにより、燃焼室５内から吸気側へ吹き返される既燃ガスの量が増加し、吸気ガスの、吸気行程の開始時（クランク角０°）付近におけるＣＯ_２濃度の増加量が増していっていることがわかる。

吸気ガスが燃焼室５からの吹返しのガスや還流排気ガスの成分を含むことにより、これらのガスの成分を含まない吸気ガスに対して、酸素濃度（酸素量）が減少する。吸気ガスにおける酸素濃度の変化は、燃焼に影響を及ぼす。つまり、図３に示すような吸気ガスにおけるＣＯ_２濃度の変化から、吸気ガスにおける酸素濃度の変化が把握でき、それが燃焼に及ぼす影響を把握することが可能となる。

また、排気ガス濃度の変化を示す図４のグラフからは、排気行程においてＣＯ_２濃度が上昇していることがわかる（符号Ｂ１部分参照）。また、他の各工程におけるＣＯ_２濃度の上昇（符号Ｂ２〜Ｂ４部分参照）は、他の気筒における燃焼による排気ガスの影響によるものである。

このような吸気ガスおよび排気ガスについての同サイクルのガス濃度が、例えばエンジン１における４つの気筒それぞれについて連続的に計測される。各気筒についてのガス濃度が計測される場合、各気筒に対する吸気通路８内および排気通路９内それぞれに対して、吸気側センサ５０および排気側センサ６０が設けられることとなる。

このように、本実施形態のガス濃度計測においては、同サイクル中の吸気ガスおよび排気ガスについてのガス濃度が同時に計測・モニタすることができるため、例えば、吸気ガス中の酸素濃度変化が、燃焼およびその結果としての排気ガスのガス濃度に与える影響等、１サイクルのガス挙動を、高応答にリアルタイムで把握することができる。また、１サイクルについてのガス濃度の計測が、各気筒について連続的に行われることで、エンジン１におけるガス挙動について、前後のサイクルとの比較によるサイクル間の変動や、他の気筒との比較による気筒間の変動や差などを把握することができる。

以上のように、本実施形態のエンジン１におけるガス濃度計測方法およびガス濃度計測装置１０によれば、エンジン１における例えば１回の燃焼についてのガス挙動をリアルタイムで計測・モニタすることができ、ガス挙動についてのサイクル間の変動や気筒間の変動等を把握することが可能となり、エンジン１の燃焼制御についての最適化につなげることができる。

すなわち、上述したようなエンジン制御パラメータの適合に際して、前記のとおりサイクル間変動等が把握できるガス濃度についてのデータと、そのデータが得られた時のエンジン１に対する制御信号とが同期して取得・解析されることで、ＣＯ_２等の規制対象ガスの低減化などについて、エンジン制御プログラムの最適化を図ることができる。

また、本実施形態のガス濃度計測装置１０においては、エンジン１の空燃比（エンジン内で燃焼する吸入空気と燃料との比率）の算出が行われる。本実施形態では、空燃比の算出は、エンジン１における排気ガスのガス濃度が用いられて行われる。すなわち、本実施形態のガス濃度計測装置１０においては、排気側センサ６０からの検出値に基づく排気ガスについてのガス濃度から、計測装置４０によって空燃比の算出が行われる。

本実施形態のガス濃度計測装置１０においては、空燃比の算出に際し、計測装置４０が空燃比算出部４３を備える。そして、空燃比算出部４３は、排気側センサ６０からの検出値に基づいてガス濃度計測部４２によって計測される排気ガスについてのガス濃度から、エンジン１の空燃比の算出を行う。具体的には、空燃比は、エンジン１における燃焼について完全燃焼の仮定の下、排気ガスに含まれる成分についての分子量等から予め求められている計算式に基づいて、排気ガスに含まれるガス濃度（ＣＯ_２濃度等）から算出される。

このように、本実施形態においては、計測装置４０が、空燃比算出部４３によって格納部に格納された空燃比算出プログラムに従って所定の演算等を行うことで、エンジン１における空燃比の算出を行う。つまり、本実施形態では、計測装置４０が、排気側センサ６０により検出される検出値に基づいてエンジン１の空燃比の算出を行う空燃比算出手段として機能する。

そして、本実施形態のガス濃度計測装置１０によれば、前述したようにリアルタイムで気筒毎にガス濃度の計測が行われることから、これらの計測結果に基づく気筒毎の空燃比の算出が可能となる。

このように、エンジン１における気筒毎の空燃比が計測できることにより、空燃比の気筒間のバラツキを確認することができる。これにより、吸気通路８を構成する吸気マニホールドの設計や、ＥＧＲ装置２０による還流排気ガスの流量についての最適化を図ることが可能となる。すなわち、各気筒に対する吸気ガスの量や、ＥＧＲ装置２０による還流排気ガスの流量が、吸気マニホールドの配管形状により異なることから、空燃比が気筒間でばらつく場合がある。そこで、気筒毎の空燃比の計測が行われることで、前記のとおり吸気マニホールドの設計や還流排気ガスの流量についての最適化が図れる。
また、ガス濃度計測装置１０によって算出される空燃比が、前述したようなエンジン制御パラメータ適合に際して用いられることで、空燃比のサイクル間変動や気筒間変動等も考慮された制御パラメータについての適合値が得られる。

ところで、前述したようにＥＧＲ装置２０および可変バルブタイミング機構１３を備えるエンジン１においては、両者により、燃焼室５において燃焼に関与する吸入空気以外の既燃ガス（排気ガス）の量が調整される。すなわち、ＥＧＲ装置２０によれば、排気通路９からＥＧＲ通路２１および吸気通路８を介して燃焼室５に強制的に戻されて導入される排気ガスの量が、ＥＧＲバルブ２２の制御により調整される。また、可変バルブタイミング機構１３によれば、吸気バルブ１１の開閉時期の制御により、吸気バルブ１１のオーバーラップ量が調整され、燃焼室５から吸気ポート６側に吹き返されたり燃焼室５から排出されずに残留させられたりする既燃ガスの量が調整される。なお、可変バルブタイミング機構１３が吸気バルブ１１のバルブリフト量を可変とする機能を有する場合は、バルブリフト量の制御によっても、燃焼室５内の既燃ガスの量が調整される。

このように、エンジン１においては、燃焼室５に存在することとなる吸入空気以外の既燃ガス（排気ガス）として、ＥＧＲ装置２０によるもの（以下「外部ＥＧＲ」という。）と、可変バルブタイミング機構１３によるもの（以下「内部ＥＧＲ」という。）とがある。つまり、エンジン１においては、燃焼室５に対するＥＧＲとして、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとが存在する。そして、ＥＧＲ装置２０におけるＥＧＲバルブ２２の開度により、外部ＥＧＲの量が調整され、可変バルブタイミング機構１３によるバルブタイミングやバルブリフト量により、内部ＥＧＲの量が変化する。

外部ＥＧＲおよび内部ＥＧＲは、それぞれ燃焼に与える効果が異なり別の効果を生み出すことが知られている。具体的には、外部ＥＧＲは、ＮＯｘの低減に主に関与し、内部ＥＧＲは、ノッキングの抑制に主に関与する。こうしたことから、各ＥＧＲについての排気ガス再循環率（以下「ＥＧＲ率」という。）は、切り分けて測定されることが望まれる。しかし、従来においては、次のような理由から、外部ＥＧＲについてのＥＧＲ率（以下「外部ＥＧＲ率」という。）と、内部ＥＧＲについてのＥＧＲ率（以下「内部ＥＧＲ率」という。）とが切り分けて測定されていない。

すなわち、外部ＥＧＲ率と内部ＥＧＲ率とが切り分けて測定されるためには、エンジンにおいて気筒内を含む様々な場所に存在するガスについてのガス濃度が直接計測される必要がある。しかし、従来においては、気筒内のガス濃度を直接計測することが困難である。また、従来のガス濃度計測においては、十分な応答性が得られず、その計測値から外部ＥＧＲによる影響と内部ＥＧＲによる影響とを別々に把握することが困難である。

そこで、本実施形態のガス濃度計測装置１０は、吸気ガスおよび排気ガスについてのガス濃度の計測に加え、燃焼室５を形成する筒内（以下単に「筒内」という。）に存在するガス（以下「筒内ガス」という。）についてのガス濃度の計測を行う。このため、ガス濃度計測装置１０は、吸気側センサ５０および排気側センサ６０に加え、筒内に対して設けられるセンサ部３０である筒内センサ７０を有する（図１参照）。つまり、筒内センサ７０は、筒内に対して設けられ、対象ガスを筒内ガスとするセンサ部３０である。

筒内センサ７０は、例えば次のようにして設けられる。すなわち、エンジン１におけるシリンダ２に対して、ピストン３の上死点よりも上部におけるシリンダブロックの部分に、投光部３１および受光部３２が設けられることにより、筒内センサ７０が設けられる。つまりこの場合、センサ部３０において投光部３１および受光部３２を有する支持体３３が、エンジン１を構成するシリンダブロックの一部となる。

このように、本実施形態に係るエンジン１におけるガス濃度計測方法は、ガス濃度計測装置１０が備えるセンサ部３０を、筒内に対してさらに設けることで、対象ガスに、筒内ガスを含む。そして、エンジン１の１回の燃焼に要する時間よりも速い応答性をもって筒内ガスのガス濃度を計測する。

ガス濃度計測装置１０において、筒内センサ７０が設けられることにより、例えば図６に示すような計測データが得られる。なお、図６のグラフは、図３〜図５の各グラフと同様、横軸がクランク角（ｄｅｇ）を示すものであり、クランク角の０°が吸気行程の開始時に対応する。

図６に示す計測データは、筒内ガス中のＣＯ_２濃度の１サイクルあたりの変化を示すグラフである。つまり、つまり、図６に示すグラフは、ガス濃度計測装置１０における筒内センサ７０による検出値に基づいて得られた、１サイクルにおける筒内ガスのＣＯ_２濃度の変化を表すものである。

このように、筒内ガスのガス濃度についての計測データが得られることで、例えば１回の燃焼において、吸気ガスと排気ガスと筒内ガスとのガス濃度についての相互間の影響の把握が可能となる。

そして、エンジン１におけるガス濃度として、吸気ガスおよび排気ガスに加え、筒内ガスのガス濃度の計測が行われることにより、外部ＥＧＲ率と内部ＥＧＲ率とを切り分けた測定が可能となる。具体的には、外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率の測定は、次のようにして行われる。

まず、エンジン１におけるＥＧＲは、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとからなることから、次式（１）が成り立つ。
ＥＧＲ率＝外部ＥＧＲ率＋内部ＥＧＲ率・・・（１）

そして、ＥＧＲ率（％）は、次式（２）により導かれる。

また、外部ＥＧＲ率（％）は、次式（３）により導かれる。

したがって、内部ＥＧＲ率（％）は、上記式（１）〜（３）により、次式（４）により導かれる。

上記式（２）〜（４）において、［ＣＯ_２］_ｉｎｔは吸気ガスについてのＣＯ_２濃度（％）、［ＣＯ_２］_ｅｘｈは排気ガスについてのＣＯ_２濃度（％）、［ＣＯ_２］_ｃｈａは筒内ガスについてのＣＯ_２濃度（％）、［ＣＯ_２］_ａｉｒは大気中のＣＯ_２濃度（％）をそれぞれ表す。

本実施形態のガス濃度計測装置１０においては、外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率の測定に際し、計測装置４０がＥＧＲ率算出部４４を備える。そして、ＥＧＲ率算出部４４は、吸気側センサ５０、排気側センサ６０および筒内センサ７０からの検出値に基づいてガス濃度計測部４２によって計測される吸気ガス、排気ガスおよび筒内ガスについてのＣＯ_２濃度、ならびに大気中のＣＯ_２濃度から、上記式（３）および（４）に基づいて、外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率の算出を行う。

ここで、本実施形態においては、外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率の算出に際して必要となる大気中のＣＯ_２濃度は、ＣＯ_２センサ１４が用いられて計測される（図１参照）。つまり、本実施形態のガス濃度計測装置１０は、大気中のＣＯ_２濃度が計測可能な位置に設けられるＣＯ_２センサ１４を備える。ＣＯ_２センサ１４としては、周知のものが用いられる。そして、ＣＯ_２センサ１４によって検出された大気中のＣＯ_２濃度についての検出信号が、計測装置４０に入力される。ただし、外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率の算出に際して用いられる大気中のＣＯ_２濃度は、一般的な大気中のＣＯ_２濃度の値が用いられてもよい。つまりこの場合、計測装置４０において一般的な大気中のＣＯ_２濃度の値が予め設定され、ＥＧＲ率算出部４４によるＥＧＲ率の算出に際して用いられる。

このように、本実施形態においては、計測装置４０が、ＥＧＲ率算出部によって格納部に格納されたＥＧＲ率算出プログラムに従って所定の演算等を行うことで、エンジン１における外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率の算出を行う。すなわち、本実施形態では、計測装置４０が、ガス濃度計測部４２による、吸気側センサ５０、排気側センサ６０、および筒内センサ７０のそれぞれによる検出値に基づく、還流排気ガスを含む吸気ガス、排気ガス、および筒内ガスについてのＣＯ_２濃度の計測値に基づいて、ＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率）を算出する排気ガス再循環率算出手段として機能する。

なお、本実施形態では、外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率の測定に際しＣＯ_２濃度が用いられているが、これに限定されず、例えば酸素濃度が用いられてもよい。

以上のように、本実施形態のガス濃度計測方法においては、ＥＧＲ率の算出に際し、吸気通路８内、排気通路９内、および筒内のそれぞれに対して設けられたセンサ部３０による検出値に基づいて、還流排気ガスを含む吸気ガス、排気ガス、および筒内のガスについてのガス濃度が計測される。

これにより、エンジン１におけるＥＧＲ率について、外部ＥＧＲ率と内部ＥＧＲ率とを切り分けた測定が可能となる。
そして、本実施形態のガス濃度計測装置１０によれば、前述したようにリアルタイムで気筒毎にガス濃度の計測が行われることから、これらの計測結果に基づく気筒毎やサイクル毎のＥＧＲ率の算出が可能となる。つまり、ＥＧＲ率の気筒間変動やサイクル間変動を把握することが可能となる。

このように、外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率がそれぞれ別々にリアルタイムで計測されることで、上述したようなエンジン制御パラメータの適合に際して、適合されるべき制御パラメータとしてのＥＧＲ率やバルブタイミングやバルブリフト量についての最適化が図れる。

具体的には、エンジン制御パラメータの適合に際しては、上述したように、データロガー８０とＥＣＵ９０とが用いられる。ここで、ＥＣＵ９０により、ＥＧＲ装置２０のＥＧＲバルブ２２の開度と、可変バルブタイミング機構１３による吸気バルブ１１の開度が制御される。そして、外部ＥＧＲ率については、ＥＣＵ９０により制御されるＥＧＲバルブ２２の開度についての適合値が求められ、内部ＥＧＲ率については、ＥＣＵ９０による吸気バルブ１１等の開度等についての適合値が求められることで、制御マップが作成される。このようにして作成された制御マップに基づいて、エンジン１が制御される。

以上のように、本実施形態のガス濃度計測が用いられてエンジン制御パラメータの適合が行われることにより、エンジン１においてフィードバック制御が効かないエンジン始動直後や、エンジン１の運転状態が急激に変化する過渡時における最適な運転条件（ＥＧＲバルブ２２の開度や吸気バルブ１１のバルブタイミング等）が決定される。これにより、本実施形態のガス濃度計測を、エンジン１の低燃費化や高出力化につなげることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るエンジン制御パラメータの適合システムの構成を示す図。本発明の一実施形態に係るガス濃度計測装置の構成を示す図。吸気ガスのＣＯ_２濃度についての計測データの一例を示す図。排気ガスのＣＯ_２濃度についての計測データの一例を示す図。バルブオーバーラップ量の変化にともなう吸気ガスのＣＯ_２濃度変化の一例を示す図。筒内ガスのＣＯ_２濃度についての計測データの一例を示す図。

符号の説明

１エンジン
２シリンダ
５燃焼室
８吸気通路
９排気通路
１０ガス濃度計測装置
１３可変バルブタイミング機構
２０ＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）
３０センサ部
３１投光部
３２受光部
４０計測装置
４１光コントローラ部
４２ガス濃度計測部
４４ＥＧＲ率算出部
５０吸気側センサ
６０排気側センサ
７０筒内センサ

Claims

濃度計測対象ガスに対してガス濃度計測用のレーザ光を照射するとともに前記濃度計測対象ガス中を透過した前記レーザ光を受光するセンサ部を備えるガス濃度計測装置を用い、前記濃度計測対象ガスのガス濃度を計測する内燃機関におけるガス濃度計測方法であって、
前記センサ部を、内燃機関の吸気通路内および排気通路内に対して設けることで、前記濃度計測対象ガスを、内燃機関の吸気ガスおよび排気ガスとし、
内燃機関の１回の燃焼に要する時間よりも速い応答性をもって前記濃度計測対象ガスのガス濃度を計測することを特徴とする内燃機関におけるガス濃度計測方法。
前記内燃機関は、前記排気通路内の排気ガスの一部を前記吸気通路内に還流する排気ガス再循環装置を備えるものであり、
前記吸気通路内に対して設けた前記センサ部による前記濃度計測対象ガスを、前記排気ガス再循環装置による前記排気通路内からの還流排気ガスを含む吸気ガスとするとともに、
前記センサ部を、内燃機関の燃焼室を形成する筒内に対してさらに設けることで、前記濃度計測対象ガスに、前記筒内のガスを含み、
排気ガス再循環率の算出に際し、
前記還流排気ガスを含む吸気ガス、前記排気ガス、および前記筒内のガスについてのガス濃度を計測することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関におけるガス濃度計測方法。
濃度計測対象ガスに対してガス濃度計測用のレーザ光を照射する投光部と、前記濃度計測対象ガス中を透過した前記レーザ光を受光する受光部とを有するセンサ部を備える内燃機関におけるガス濃度計測装置であって、
内燃機関の吸気通路内に対して設けられ、前記濃度計測対象ガスを内燃機関の吸気ガスとする前記センサ部である吸気側センサと、
内燃機関の排気通路内に対して設けられ、前記濃度計測対象ガスを内燃機関の排気ガスとする前記センサ部である排気側センサと、
内燃機関の１回の燃焼に要する時間よりも速い応答性を有し、前記センサ部からの検出信号に基づいて、前記濃度計測対象ガスのガス濃度を計測する計測手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関におけるガス濃度計測装置。
前記内燃機関は、前記排気通路内の排気ガスの一部を前記吸気通路内に還流する排気ガス再循環装置を備えるものであり、
前記吸気側センサは、前記濃度計測対象ガスを、前記排気ガス再循環装置による前記排気通路内からの還流排気ガスを含む吸気ガスとし、
内燃機関の燃焼室を形成する筒内に対して設けられ、前記濃度計測対象ガスを前記筒内のガスとする前記センサ部である筒内センサと、
前記計測手段による、前記還流排気ガスを含む吸気ガス、前記排気ガス、および前記筒内のガスについてのガス濃度の計測値に基づいて、排気ガス再循環率を算出する排気ガス再循環率算出手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関におけるガス濃度計測装置。