JP5150824B2 - 燃料濃度計測装置及び燃料濃度計測方法、並びに、そのための較正曲線の準備方法 - Google Patents
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火花放電を発生させる放電装置と、火花放電で生じる光を分光し予め定められた2つの波長帯域の光の強度値を得るための計測手段と、2つの波長帯域の光の強度比を算出するための演算手段と、予め準備された較正曲線を用い、強度比に対応する燃料濃度を出力するための換算手段と、計測手段による計測時期を制御するための制御手段とを備え、制御手段は、計測手段による計測時期を、放電装置による放電期間内から選択することを特徴とするものである。
構成1を有する燃料濃度計測装置において、放電装置は、放電開始時に容量放電を行い、制御手段は、計測の開始時刻及び終了時刻を、その間の期間中に容量放電の期間が含まれるよう選択することを特徴とするものである。
構成2を有する燃料濃度計測装置において、制御手段は、計測時期として火花放電の開始時刻から50マイクロ秒までの期間を選択することを特徴とするものである。
構成2または構成3を有する燃料濃度計測装置において、放電手段の放電ギャップの間隔を3mm以上とすることを特徴とするものである。
構成1乃至構成4のいずれか一を有する燃料濃度計測装置において、2つの波長帯域の一方はCN発光の波長帯域を含み、他方はNH発光の波長帯域を含むことを特徴とするものである。
構成1乃至構成4のいずれか一を有する燃料濃度計測装置において、2つの波長帯域の一方は水素の原子発光の波長帯域を含み、他方は酸素の原子発光の波長帯域を含む
ことを特徴とするものである。
構成1乃至構成6のいずれか一を有する燃料濃度計測装置において、制御手段は、光路の遮断により計測時期を制御することを特徴とするものである。
構成1乃至構成6のいずれか一を有する燃料濃度計測装置において、計測手段は、2つの波長帯域の光を光電変換する検出器により光を検出し、制御手段は、検出器の駆動時期を制御することを特徴とするものである。
構成1乃至構成6のいずれか一を有する燃料濃度計測装置において、計測手段は、2つの波長帯域の光を逐次光電変換する検出器により検出し、制御手段は、検出器が出力する信号のうち、計測時期に対応するものを抽出して演算手段に与えることを特徴とするものである。
構成1乃至構成9のいずれか一を有する燃料濃度計測装置において、放電装置は火花点火装置であることを特徴とするものである。
構成1乃至構成10のいずれか一を有する燃料濃度計測装置において、放電装置は、火花放電を計測対象の最小着火エネルギ未満のエネルギで行うことを特徴とするものである。
構成1乃至構成11のいずれか一を有する燃料濃度計測装置において、さらに、火花放電の発生位置及びその付近の所定範囲からなる計測領域の外側から計測手段への光の入射を抑制するための光学系を備えることを特徴とするものである。
構成1乃至構成12のいずれか一を有する燃料濃度計測装置において、さらに、火花放電の発生位置に向けて電磁波を照射し火花放電により生じる荷電粒子にエネルギを供給するための手段を備えることを特徴とするものである。
火花放電を発生させる放電装置と、火花放電で生じる光を分光し2つの波長帯域の光の強度値を得る計測手段と、2つの波長帯域の光の強度比を算出する演算手段と、予め準備された較正曲線を用い、入力された強度比に対応する燃料濃度を出力するための換算手段とを制御し燃料濃度を計測するよう動作させる方法であって、計測手段による計測時期を、放電装置による放電期間内から選択することを特徴とするものである。
構成1乃至構成14のいずれか一に記載の較正曲線の準備方法であって、燃料濃度既知の予混合気を放電電極の付近に導入する第1工程と、放電電極を用いて火花放電を発生させる第2工程と、火花放電で生じる光を分光し、計測時期に該火花放電の発生位置で生じる2つの波長帯域の光の強度値を得る第3工程と、2つの波長帯域の光の強度比を算出する第4工程と、第1工程における燃料濃度と第4工程における強度比とを対応させて記録する第5工程とを有することを特徴とするものである。
図1に、本実施形態に係る燃料濃度計測装置100の概略構成をブロック図形式で示す。この燃料濃度計測装置100は、火花放電を行うための構成を備える。すなわち、所定の外部入力150に応答して火花放電を発生させるためのエネルギの投入開始及び終了を表す点火信号151を発生する点火制御器101と、直流電源102と、直流電源102に接続された点火コイル103と、点火コイル103に接続されたスパークプラグ104とを備える。点火制御器101は例えば内燃機関におけるエンジン制御ユニット(ECU)等であってよい。直流電源は具体的には自動車用12ボルトバッテリや、20ボルト直流安定化電源等を用いることができる。点火コイル103及びスパークプラグ104いずれも、内燃機関用の一般的なものであってよい。なお、スパークプラグ104の中心電極と接地電極との間の空隙(以下、この空隙を「放電ギャップ」という)は間隔は3mm以上に設定される。このスパークプラグは、燃料と空気との存在する環境下に放電ギャップが露出するよう配置される。例えば、バーナのガス噴出孔付近、燃焼室内などに配置される。スパークプラグ104は、一般的には点火に用いられるものであり、一般的にスパークプラグが配置されるいずれの位置にこのスパークプラグ104が配置されてもよい。
上述の実施形態では、NHラジカルとCNラジカルに対応する波長成分の光の強度値を抽出したが、本発明はこのようなものには限定されない。例えば、燃料濃度計測装置100において、第1の信号抽出部121が抽出の対象とする波長帯域を波長656nmを含む帯域とし、第2の信号抽出部122が抽出の対象とする波長帯域を波長777nmを含む帯域としてもよい。
上述の各実施形態では、スパークプラグ104での放電は、計測対象を着火させるのに十分なエネルギを放電によって計測対象に与えるようにしてもよい。このようにすれば、点火と燃料濃度計測とを同時にかつ同一位置で行うことができる。
102 直流電源
103 点火コイル
104 スパークプラグ
110 集光光学系
111 導光路
112 分光器
113 検出器
114 信号処理器
115 時間差制御器
120 演算器
121 第1の信号抽出部
122 第2の信号抽出部
123 発光強度比算出部
124 較正曲線記憶部
125 換算部
Claims (15)
- 火花放電を発生させる放電装置と、
前記火花放電で生じる光を分光し予め定められた2つの波長帯域の光の強度値を得るための計測手段と、
前記2つの波長帯域の光の強度比を算出するための演算手段と、
予め準備された較正曲線を用い、前記強度比に対応する燃料濃度を出力するための換算手段と、
前記計測手段による計測時期を制御するための制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記計測手段による計測時期を、前記放電装置による放電期間内から選択する
ことを特徴とする燃料濃度計測装置。 - 前記放電装置は、放電開始時に容量放電を行い、
前記制御手段は、前記計測の開始時刻及び終了時刻を、その間の期間中に前記容量放電の期間が含まれるよう選択する
ことを特徴とする請求項1記載の燃料濃度計測装置。 - 前記制御手段は、前記計測時期として前記火花放電の開始時刻から50マイクロ秒までの期間を選択する
ことを特徴とする請求項2記載の燃料濃度計測装置。 - 前記放電手段の放電ギャップの間隔を3mm以上とする
ことを特徴とする請求項2、または、請求項3記載の燃料濃度計測装置。 - 前記2つの波長帯域の一方はCN発光の波長帯域を含み、他方はNH発光の波長帯域を含む
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の燃料濃度計測装置。 - 前記2つの波長帯域の一方は水素の原子発光の波長帯域を含み、他方は酸素の原子発光の波長帯域を含む
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の燃料濃度計測装置。 - 前記制御手段は、光路の遮断により前記計測時期を制御する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一に記載の燃料濃度計測装置。 - 前記計測手段は、前記2つの波長帯域の光を光電変換する検出器により光を検出し、
前記制御手段は、前記検出器の駆動時期を制御する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一に記載の燃料濃度計測装置。 - 前記計測手段は、前記2つの波長帯域の光を逐次光電変換する検出器により検出し、
前記制御手段は、前記検出器が出力する信号のうち、前記計測時期に対応するものを抽出して前記演算手段に与える
ことを特徴とする、請求項1乃至請求項6のいずれか一に記載の燃料濃度計測装置。 - 前記放電装置は火花点火装置である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか一に記載の燃料濃度計測装置。 - 前記放電装置は、前記火花放電を計測対象の最小着火エネルギ未満のエネルギで行う
ことを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか一に記載の燃料濃度計測装置。 - さらに、前記火花放電の発生位置及びその付近の所定範囲からなる計測領域の外側から前記計測手段への光の入射を抑制するための光学系を備える
ことを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか一に記載の燃料濃度計測装置。 - さらに、前記火花放電の発生位置に向けて電磁波を照射し前記火花放電により生じる荷電粒子にエネルギを供給するための手段を備える
ことを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか一に記載の燃料濃度計測装置。 - 火花放電を発生させる放電装置と、前記火花放電で生じる光を分光し2つの波長帯域の光の強度値を得る計測手段と、2つの波長帯域の光の強度比を算出する演算手段と、予め準備された較正曲線を用い、入力された強度比に対応する燃料濃度を出力するための換算手段とを制御し燃料濃度を計測するよう動作させる方法であって、
前記計測手段による計測時期を、前記放電装置による放電期間内から選択する
ことを特徴とする燃料濃度計測方法。 - 請求項1乃至請求項14のいずれか一に記載の較正曲線の準備方法であって、
燃料濃度既知の予混合気を放電電極の付近に導入する第1工程と、
前記放電電極を用いて火花放電を発生させる第2工程と、
前記火花放電で生じる光を分光し、前記計測時期に該火花放電の発生位置で生じる2つの波長帯域の光の強度値を得る第3工程と、
2つの波長帯域の光の強度比を算出する第4工程と、
前記第1工程における燃料濃度と前記第4工程における強度比とを対応させて記録する第5工程とを有する
ことを特徴とする較正曲線の準備方法。
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