JPH0361020B2

JPH0361020B2 -

Info

Publication number: JPH0361020B2
Application number: JP57210565A
Authority: JP
Inventors: Kimitake Sone; Yoshihisa Kawamura; Hatsuo Nagaishi; Takeshi Kitahara; Yoshiji Shimaoka
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-12-02
Filing date: 1982-12-02
Publication date: 1991-09-18
Also published as: JPS59101554A

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
を光学的に検出し、この検出結果に基づいて燃料
噴射を制御するスモーク制限装置に関する。

一般に、内燃機関、特にデイーゼル機関におい
ては、機関高負荷時に燃料噴射量が増大するに伴
つ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、本出願人は、先に機関排気中のスモー
ク濃度を検出して、その検出結果が予め定めた固
定の設定値を越えたか否かを判定し、この判定結
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９，１０の出力を差動増
幅器１１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
スモーク粒子によつて散乱される光量が多くなつ
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からス
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つて
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。

したがつてまた、このようにスモーク検出器の
検出結果がカーボンの付着によつて変化するにも
拘らず、スモーク濃度を判定するための設定値を
固定値にしていると、正確に燃料噴射を制御でき
ないという問題が生じる。

この発明は上記の点に鑑みてなされたものであ
り、上述のような内燃機関のスモーク制限装置の
スモーク濃度検出精度を高め、制御精度を向上す
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
制御装置は、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の加熱手段
を設け、この加熱手段によつて透明窓若しくは反
射板を加熱することによつて、付着したカーボン
を除去できるようにすると共に、スモーク濃度に
応じて燃料噴射を制御する必要のないスモーク濃
度の低い運転領域において、カーボンの除去動作
を行い、更にスモーク濃度検出を行い、その検出
レベルと予め定めた透明窓等が汚れていない状態
での検出レベルとの比較結果に応じて、つまり透
明窓等の経時的な汚れ具合に応じてスモーク濃度
判定用の設定値を補正す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内燃機関のスモ
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、渦流室式デイーゼル機関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に燃料を噴射する噴射弁２５
が取付けられる。

この噴射弁２５は、燃料タンク２６からフイル
タ２７、燃料噴射ポンプ２８及び制御弁装置２９
を介して供給される燃料を噴射する。

その制御弁装置２９は、例えば燃料噴射ポンプ
２８から供給される高圧燃料を噴射弁２５に転送
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つて、
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、後述するスモーク検出器３２から
のスモーク検出信号S_A及び加熱手段の断線を示
す断線検知信号S_Cと、図示しないアクセルペダル
の開度を示す信号とを入力する。

そして、この制御回路３０は、回転角信号及び
アクセルペダル信号とに基づいて燃料噴射量及び
噴射時期を演算し、スモーク検出信号S_Aを設定
値と比較してスモーク濃度を判定し、この板定結
果に基づいて演算結果を補正して、この結果に応
じて制御弁装置２９の電磁弁を制御する。

また、この制御回路３０は、スモーク検出領域
判定手段と駆動手段及び判定レベル設定手段を兼
ねており、前記回転角信号及びアクセルペダル信
号から演算された燃料噴射量及び噴射時期に基づ
いて、運転領域がスモーク濃度検出結果に応じた
燃料噴射制御を行うスモーク検出領域か否かの判
定を行うと共に、断線検知信号S_Cに基づいてスモ
ーク検出器３２の加熱手段の断線を判別し、また
スモーク検出器３２の加熱手段を駆動制御するた
めの駆動信号S_Bを出力する。更に、スモーク検出
領域以外の運転領域において、後述する透明窓４
３，４８に付着したカーボンを加熱手段の加熱で
除去した後のスモーク検出信号S_Aのレベルと予
め定めた前記透明窓４３，４８が汚れていない状
態での信号レベルとを比較しその比較結果に応じ
てスモーク濃度判定のための設定値を設定する。

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、この射出光を受け
る投受光部３３と、この投受光部３３から射出す
る光を発生し、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S_Aを
出力すると共に、投受光部３３の加熱手段の駆動
及び断線検知を司る検出部３４とからなる。

第３図は、このスモーク検出器３２の一例を示
す概略構成図である。

同図において、投受光部３３は、排気通路２３
ａ内に排気通路２３ａを横切る方向に光を射出す
る投光部３６と、この投光部３６に対面して排気
通路２３ａ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、
夫々光学フアイバ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図にも示したように、
外周面に雄ねじ４１ａを形成したホルダ４１の内
部に、光学フアイバ３８と、この光学フアイバ３
８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２３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に取付けてある。

なお、第４図中、４５は光学フアイバ３８及び
ヒータ用給電線４２ａ，４２ｂの保護カバーであ
る。

第３図に戻つて、受光部３７も投光部３６と同
様に、外周面にねじ４６ａを形成したホルダ４６
の内部に、光学フアイバ３９と、この光学フアイ
バ３９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４９を充填して一体的に固
定し、ホルダ４６を排気管２３に螺着して、透明
窓４８が排気通路２３ａに面するように取付けて
ある。

一方、検出部３４は、まず、光学フアイバ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、光学フアイ
バ３９を介して受光部３７に接続したフオトダイ
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S_Aを第２図の制御回路
３０に出力する増幅器５５とを備えている。

また、この検出部３４は、ヒータ用給電線４２
ａ，４２ｂ及び４７ａ，４７ｂを介して投光部３
６のヒータ４２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、制御回路３０か
ら抵抗R₀を介して入力される駆動信号S_Bによつ
てオン・オフ制御されて、給電線４２ａ，４７ａ
を接続及び切断するスイツチングトランジスタ５
７と、ヒータ４２及び４７がいずれも通電された
ときのみハイレベル“Ｈ”になる断線検知信号S_C
を出力する抵抗R₁、R₂及びAND回路５８からな
る断線検知回路とをも備えている。

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か
ら発生されたレーザ光は、光学フアイバ３８を介
して投光部３６に伝送されて、透明窓４３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３７の透明窓４８は入つて、光学フアイバ
３９を介して検出部３４の受光素子５３に入射さ
れる。

それによつて、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S_A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５３の出力
を増幅したスモーク検出信号S_A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２
３ａに面する光射出用及び受光用透明窓４３，４
８にヒータ４２，４７を内蔵して透明窓４３，４
８を加熱できるようにしている。

したがつて、ヒータ４２，４７に通電して透明
窓４３，４８を加熱すれば、透明窓４３，４８の
排気通路２３ａ側表面にカーボン粒子が付着した
場合、カーボン粒子は透明窓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つて減少するこ
とがなく、正確にスモーク濃度を検出できる。

そして、このスモーク検出器３２にあつては、
ヒータ４２，４７がいずれも正常であれば、
AND回路５８から出力される断線検知信号S_Cは
ハイレベル“Ｈ”になつているが、ヒータ４２，
４７の少なくとも一方が断線すると、AND回路
５８から出力される断線検知信号S_Cがローレベル
“Ｌ”になる。

すなわち、ヒータ４２，４７のいずれかでも断
線すると、透明窓４３，４８を有効に加熱できな
くなつて、表面に付着したカーボン粒子を除去で
きなくなり、カーボン粒子によつて射出光量又は
受光光量が減少してスモーク量の検出精度が低下
してしまうため、ヒータ４２，４７の断線を検知
して、断線時にはその旨を外部に伝達するように
している。

それによつて、スモーク検出器３２のスモーク
検出信号S_Aに基づく制御を行なう側では、断線
検知信号S_Cをチエツクして、ヒータ４２，４７が
断線したときにはスモーク検出信号S_Aを無視す
るようにすれば、制御精度が向上する。

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、光学フアイ
バ３８，３９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の精度を維持で
きると共に耐久性が向上する。

次に、制御回路３０による噴射制御について、
第５図及び第６図をも参照して説明する。

第５図を参照して、制御回路３０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
いてスモーク検出領域か否かを判別する。

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６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６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低い領域
内であれば、スモーク濃度判定用の設定値を設定
したときに“１”にするフラグＦが“０”か否か
をチエツクして、設定値が設定されているか否か
を判別する。

この判別結果が、Ｆ＝０であれば、駆動信号S_B
をハイレベル“Ｈ”にしてスモーク検出器３２の
スイツチングトランジスタ５７をオン状態にし、
その投受光部３３のヒータ４２，４７を通電（オ
ン状態）する。

そして、内部のヒータ昇温用カウンタを起動し
て、カウンタが予め定めたカウント値になる（カ
ウントアツプする）までの間待機する。つまり、
ヒータ４２，４７に通電してから透明窓４３，４
７が充分昇温するまでには時間を要するので、こ
の間は次の動作を実行しない。

そして、ヒータ昇温用カウンタがカウントアツ
プすると、スモーク検出器３２からのスモーク検
出信号S_Aを読込んで、スモーク濃度判定用設定
値を設定して、フラグＦを“１”にする。なお、
フラグＦは、キーをオフ状態にしたときにリセツ
トされる。

つまり、スモーク検出器３２の透明窓４３，４
８は、カーボンの付着等によつて経時的に汚れ、
それによつてスモーク量が同じでも受光光量が変
化してスモーク検出信号S_Aのレベルが変化する。

そこで、スモーク濃度が低い領域内で、透明窓
４３，４８を加熱してその汚れを最小限にし、こ
のときのスモーク検出信号S_Aのレベルを、例え
ば透明窓が汚れていない時のスモーク検出信号
S_Aのレベルと比較し、その差に応じてスモーク
濃度判定用の設定値を設定（補正）する。

このようにすれば、透明窓４３，４８の経時的
汚れによるスモーク検出信号S_Aのレベル変化、
つまり検出したスモーク濃度のスモークに起因し
ない変化を補正できるので、正確にスモーク濃度
を判定でき、燃料噴射の制御精度が向上する。

そして、このスモーク検出領域でないときに
は、上述のスモーク濃度判定用設定値の設定が必
要なとき（Ｆ＝０のとき）にはその処理の終了
後、また不要なとき（Ｆ＝１のとき）にはその
まま、駆動信号S_Bをローレベル“Ｌ”にしてスモ
ーク検出器３２のスイツチングトランジスタ５７
をオフ状態にし、ヒータ４３，４８をオフ状態に
した後、演算した噴射量及び噴射時期に基づい
て、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、判別結果がスモーク検出領域で
あれば、つまり演算結果が第６図の線Ｓで示すス
モーク濃度値に対応する噴射量及び噴射時期であ
れば、駆動信号S_Bを“Ｈ”にしてヒータ４３，４
８をオン状態にした後、スモーク検出器３２から
の断線検知信号S_Cを読込んでヒータ４３，４８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れば、正確にス
モーク濃度を検出できないので、演算した噴射量
及び噴射時期に基づいて噴射を制御する。

この判別結果がヒータ断線でなければ、前述し
た内部のヒータ昇温用カウンタを起動して、カウ
ントアツプするまでの間は、同様に演算した噴射
量及び噴射時期で噴射を制御する。

そして、カウンタがカウントアツプした後は、
スモーク検出信号S_Aを読込んで、前述のように
して設定したスモーク濃度判定用設定値と比較し
て、検出したスモーク濃度が設定値よりも高けれ
ば噴射量を減少補正し、スモーク濃度が設定値よ
りも低ければ噴射量を増加補正して、機関のトル
クが最大になるようにし、この補正した噴射量及
び演算した噴射時期に基づいて燃料噴射を制御す
る。

このように、この実施例では、スモーク濃度の
低い領域において、スモーク検出器３２の投受光
部３３の汚れ具合を検出し、検出した汚れ具合に
応じてスモーク濃度判定レベルを補正するので、
スモーク検出器３２の検出精度が向上し、スモー
ク制限のための燃料噴射の制御精度が向上する。
また、機関の運転状態に応じてスモーク検出器の
ヒータの通電制御をするので、省電力になると共
にヒータの寿命が向上する。

第７図は、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３３を、排気通路２
３ａ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３
６に向けて反射する反射部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に取付けてある。

そして、投光部３６に接続した光学フアイバ３
８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アイバ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、光伝送用の光学フアイバの
使用量が減ると共に、分岐点までの光学フアイバ
が一本になつて構成が簡単になる。

なお、その他の構成及び作用は、第３図のスモ
ーク検出器と同様であるので、その説明は省略す
る。

以上説明したように、この発明によれば、スモ
ーク濃度に応じて燃料噴射制御を行う運転領域以
外の運転領域においてスモーク濃度検出手段の汚
れ具合を検出し、その汚れ具合に応じてスモーク
濃度判定レベルを補正するようにしたので、スモ
ーク濃度の検出精度を高められ、スモーク制限装
置の燃料の噴射制御の制御精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の内燃機関のスモーク制限装置
におけるスモーク検出器の一例を示す概略構成
図、第２図は、この発明を実施した内燃機関のス
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３２の一例を示す概
略構成図、第４図は、第３図の投光部３６の詳細
を示す拡大断面図、第５図は、第２図の制御回路
３０が実行する燃料噴射制御動作の一例を示すフ
ロー図、第６図は、同じく制御回路３０の燃料噴
射制御動作の説明に供するスモーク発生量を噴射
量及び噴射時期をパラメータにして表わす線図、
第７図は、第２図のスモーク検出器３２の他の例
を示す概略構成図である。２１……デイーゼル機関、２３……排気管、２
３ａ……排気通路、２９……制御弁装置、３０…
…制御回路（判定レベル設定手段）、３２……ス
モーク検出器、３６……投光部、３７……受光
部、３８，３９……光学フアイバ、４２，４７…
…ヒータ（加熱手段）、４３，４８……透明窓、
５１……発光素子、５３……受光素子、５７……
スイツチングトランジスタ、５８……AND回路、
６１……反射部、６４……反射板。

Claims

【特許請求の範囲】

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
濃度を検出するスモーク濃度検出手段を備え、該
スモーク濃度検出手段の検出結果が予め定めた設
定値を越えたか否かを判定し、該判定結果に基づ
いて燃料の噴射を制御するようにしたスモーク制
限装置において、前記排気通路に面する光射出又
は受光用の透明窓若しくは光反射用の反射板を加
熱する加熱手段と、スモーク濃度検出結果に基づ
いて燃料の噴射を制御する運転領域か否かを機関
運転状態に基づいて判定するスモーク検出領域判
定手段と、該スモーク検出領域判定手段がスモー
ク検出領域以外の運転領域と判定したとき前記加
熱手段を駆動する駆動手段と、前記加熱手段が駆
動してから所定時間経過後に前記スモーク濃度検
出手段で検出される検出レベルと予め定めた前記
光射出又は受光用の透明窓若しくは光反射用の反
射板の清浄状態時の検出レベルとを比較しその比
較結果に応じて前記設定値を設定する判定レベル
設定手段とを設けたことを特徴とする内燃機関の
スモーク制限装置。