JPH11229949A - Fuel concentration detector for internal combustion engine - Google Patents

Fuel concentration detector for internal combustion engine

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JPH11229949A
JPH11229949A JP10027998A JP2799898A JPH11229949A JP H11229949 A JPH11229949 A JP H11229949A JP 10027998 A JP10027998 A JP 10027998A JP 2799898 A JP2799898 A JP 2799898A JP H11229949 A JPH11229949 A JP H11229949A
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JP
Japan
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fuel
optical elements
light
pair
density
Prior art date
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Application number
JP10027998A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Kadoi
啓 角井
Tsutomu Kikuchi
勉 菊池
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely detect fuel concentration (an air-fuel ratio) inside a combustion chamber over a wide range from a low concentration to a high concentration by means of a simple structure. SOLUTION: When an attenuation ratio of an attenuator (optical attenuator) 19 is variably controlled according to gasoline density, which is replaced by crank angle position, between optical elements 10, 11, light intensity of light incident on between the optical element 10, 11 is variably controlled in compliance with the gasoline density between the optical elements 10, 11. In this way, such transmittance (a predetermined S/N ratio) as allows highly precise fuel concentration detection in spite of a change of the gasoline density between the optical element 10, 11 because of a change in space volume of the whole combustion chamber on the piston upper side, for example, is accomplished in detection of the gasoline density between the optical elements 10, 11, so that the gasoline density between the optical elements 10, 11 can be detected with high precision.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の燃料濃度
(空燃比)検出装置に関し、詳しくは、機関吸入混合気
の燃料濃度(空燃比)を、燃焼室内の混合気から直接的
に検出し得る装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel concentration (air-fuel ratio) detecting device for an internal combustion engine, and more specifically, to directly detecting the fuel concentration (air-fuel ratio) of an engine intake air-fuel mixture from an air-fuel mixture in a combustion chamber. Devices that can be used.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば特開平8−74651号公報、特
開平8−93542号公報等に開示される空燃比検出装
置では、燃料に吸収されやすい波長の光を、内燃機関の
燃焼室に臨んで対向配置された一対の光学素子の間に投
射させ、その透過光強度を検出することで、燃料濃度延
いては空燃比を検出するようにしている(図15参照)。
2. Description of the Related Art In an air-fuel ratio detecting apparatus disclosed in, for example, JP-A-8-74651 and JP-A-8-93542, light having a wavelength easily absorbed by fuel is directed to a combustion chamber of an internal combustion engine. By projecting the light between a pair of optical elements arranged opposite to each other and detecting the transmitted light intensity, the fuel concentration and hence the air-fuel ratio are detected (see FIG. 15).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
装置では、低濃度から高濃度まで広範囲に亘って燃料濃
度延いては空燃比を精度良く検出することができなかっ
た。即ち、透過光強度に基づく燃料濃度の検出原理は、
以下のようである。
However, the conventional apparatus cannot accurately detect the fuel concentration and the air-fuel ratio over a wide range from a low concentration to a high concentration. That is, the principle of detecting the fuel concentration based on the transmitted light intensity is as follows:
It is as follows.

【0004】図15に示す燃料濃度検出部(測定部)A
に、吸光物質{燃料(HC)}がないときの透過光強度
をIo、検出部Aの手前で分光された光の強度をIm
(出力モニタ)、吸光物質があるときの透過光強度をI
とし、I/Ioの対数をとったもの『ln(I/I
o)』を透過率とすると、この透過率と、濃度(分子密
度)と、の関係は、以下に示すlambert beerの式の関係
にある。
A fuel concentration detecting section (measuring section) A shown in FIG.
The intensity of transmitted light when there is no light-absorbing substance {fuel (HC)} is Io, and the intensity of light dispersed in front of the detection unit A is Im.
(Output monitor), the transmitted light intensity when there is a light absorbing substance is I
And the logarithm of I / Io [ln (I / I
o)] is the transmittance, the relationship between the transmittance and the concentration (molecular density) is the relationship of the following Lambert beer equation.

【0005】ln(I/Io)=−εLC ここで、εは吸光係数、Lは光路長(図15参照)、Cは
検出気体の濃度(分子密度)である。そして、この式か
ら、吸光係数が既知であれば、透過率から濃度(分子密
度)を求めることができる、というものである。
Ln (I / Io) =-εLC where ε is the extinction coefficient, L is the optical path length (see FIG. 15), and C is the concentration (molecular density) of the detected gas. From this equation, if the extinction coefficient is known, the concentration (molecular density) can be obtained from the transmittance.

【0006】なお、吸光係数は事前に実験等により求め
ることができる。つまり、濃度が既知である気体を作
り、そこに例えば赤外光(燃料分子に吸収されやすい波
長の光)を入射して、その濃度と、得られる透過率の値
と、から吸光係数の値は求めることができる。ところ
で、何らかの要因により、光源の出力が変動することが
考えられるため、図15では、分光強度Imをモニタし、
透過光強度Iを、Imで補正することにより、光源の出
力変動による透過光強度変動を補正し、正しく濃度を計
測できるようにしてある。
The extinction coefficient can be determined in advance by experiments or the like. In other words, a gas with a known concentration is created, and for example, infrared light (light having a wavelength easily absorbed by fuel molecules) is incident on the gas, and the value of the extinction coefficient is obtained from the concentration and the obtained transmittance value. Can be sought. By the way, since the output of the light source may fluctuate for some reason, in FIG. 15, the spectral intensity Im is monitored,
By correcting the transmitted light intensity I with Im, the transmitted light intensity fluctuation due to the output fluctuation of the light source is corrected so that the density can be measured correctly.

【0007】しかし、内燃機関においては、所定の空燃
比(燃料濃度)の混合気を吸入したとしても、ピストン
上側の全燃焼室空間(シリンダ)容積が時々刻々変化
し、燃焼室(シリンダ)内の燃料密度が変化するので、
例えば、ピストンが下死点にあるとき(ピストン上側の
全燃焼室空間容積最大時)には、燃焼室内の燃料分子密
度は小さくなり、I/Ioが1に近づき過ぎて、以って
所定のSN比を得ることができなくなってしまう惧れが
ある。言い換えれば、従来装置のように、光路長Lを固
定し、入射光強度一定とした場合には、特定濃度(特定
分子密度)付近でしか高精度な濃度検出を行なうことが
できなかった。
However, in an internal combustion engine, even if the air-fuel mixture having a predetermined air-fuel ratio (fuel concentration) is sucked, the volume of the entire combustion chamber space (cylinder) on the upper side of the piston changes every moment, and the internal combustion chamber (cylinder) changes. Changes the fuel density of
For example, when the piston is at the bottom dead center (when the volume of the entire combustion chamber space above the piston is the maximum), the density of the fuel molecules in the combustion chamber decreases, and I / Io approaches 1 so that a predetermined value is obtained. There is a possibility that the SN ratio cannot be obtained. In other words, when the optical path length L is fixed and the incident light intensity is constant as in the conventional apparatus, high-accuracy concentration detection can be performed only near a specific concentration (specific molecular density).

【0008】このため、低濃度(低密度)から高濃度
(高密度)まで広範囲に亘って高精度に(所定のSN比
を得ながら)濃度検出を行なえるようにするには、検出
される気体の分子密度(言い換えれば、検出時点でのピ
ストン上側の全燃焼室空間容積)に応じて光路長Lを可
変にすることが考えられる(上記lambert beerの式を参
照)。
For this reason, in order to be able to perform density detection with high accuracy (while obtaining a predetermined SN ratio) over a wide range from low density (low density) to high density (high density), the detection is performed. It is conceivable to make the optical path length L variable according to the molecular density of the gas (in other words, the total volume of the space in the combustion chamber above the piston at the time of detection) (see the above Lambert beer equation).

【0009】つまり、低濃度の気体を(言い換えれば、
ピストン上側の全燃焼室空間容積大時に)高精度に検出
するには、光路長Lを長くし、光路長L間に所定数の気
体分子を存在せることができるようにして、所定の透過
率延いては所定のSN比を達成させ、逆に、高濃度の気
体を(言い換えれば、ピストン上側の全燃焼室空間容積
小時に)高精度に検出するには、光路長Lを短くし、光
路長L間に所定数の気体分子に制限することができるよ
うにして、所定の透過率延いては所定のSN比を達成さ
せるようにすることが考えられる。
That is, a low-concentration gas (in other words,
In order to detect with high accuracy (when the volume of the entire combustion chamber on the upper side of the piston is large), the optical path length L is increased so that a predetermined number of gas molecules can exist between the optical path lengths L, and a predetermined transmittance is obtained. In order to achieve a predetermined S / N ratio and to detect highly concentrated gas with high accuracy (in other words, when the volume of the entire combustion chamber on the upper side of the piston is small), the optical path length L is shortened and the optical path length is reduced. It is conceivable to limit the number of gas molecules to a predetermined number during the length L so as to achieve a predetermined transmittance and a predetermined SN ratio.

【0010】しかし、内燃機関のように、検出部が小さ
い場合(例えば、燃焼室内の点火栓廻り等である場合)
には、光路長Lを可変にすることは物理的に困難で、ま
た例えできたとしても、光学系誤差を所定レベルに抑え
つつ高応答を達成できるようにするには、構造的に極め
て複雑化かつ高価なものとなるため、その採用は困難を
極めるものである。
However, when the detection unit is small as in the case of an internal combustion engine (for example, when it is around an ignition plug in a combustion chamber).
However, it is physically difficult to make the optical path length L variable, and even if it is possible, in order to achieve a high response while suppressing the optical system error to a predetermined level, it is structurally extremely complicated. It is extremely difficult to employ such a method because it is expensive and expensive.

【0011】本発明は、上記のような実情に鑑みなされ
たもので、簡単な構成でありながら、低濃度から高濃度
まで広範囲に亘って燃焼室内の燃料濃度延いては空燃比
を精度良く検出することができるようにした内燃機関の
燃料濃度(空燃比)検出装置を提供することを目的とす
る。即ち、本発明では、構成の簡略化を図る等のために
光路長Lを固定とするが、燃料分子密度に応じて、高精
度に(所定のSN比を得ながら)濃度検出を行なえるよ
うにするために、燃料分子密度に応じて光源光(或いは
入射光)強度を可変に制御するようにする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a simple structure, and accurately detects the fuel concentration in the combustion chamber and the air-fuel ratio over a wide range from low concentration to high concentration. It is an object of the present invention to provide a fuel concentration (air-fuel ratio) detecting device for an internal combustion engine, which is capable of detecting a fuel concentration. That is, in the present invention, the optical path length L is fixed in order to simplify the configuration and the like, but the concentration detection can be performed with high accuracy (while obtaining a predetermined SN ratio) according to the fuel molecule density. In order to achieve this, the light source light (or incident light) intensity is variably controlled in accordance with the fuel molecule density.

【0012】ところで、内燃機関において、所定濃度
(空燃比)の混合気を吸入した場合、燃料分子密度はピ
ストン上側の全燃焼室空間容積やクランク軸回転角度位
置(以下、クランク角度位置とも言う)等に相関するか
ら、燃料分子密度の代替特性としてピストン上側の全燃
焼室空間容積やクランク角度位置等に応じて、光源(或
いは入射光)強度を可変に制御することができる。
When an air-fuel mixture of a predetermined concentration (air-fuel ratio) is sucked in an internal combustion engine, the fuel molecular density is determined by the space volume of the entire combustion chamber above the piston and the crankshaft rotation angle position (hereinafter also referred to as crank angle position). Therefore, the intensity of the light source (or the incident light) can be variably controlled according to the total volume of the combustion chamber above the piston, the crank angle position, or the like as an alternative characteristic of the fuel molecule density.

【0013】なお、特開平6−288871号公報に
は、クランク角度に応じて筒内撮影を行なうものが開示
されているが、単にクランク角度で撮影のためのタイミ
ングを合わせ、光の入射・撮影を行なうものに過ぎない
ものである。
Japanese Patent Laying-Open No. 6-288871 discloses a technique for performing in-cylinder photographing in accordance with a crank angle. It is nothing more than doing.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】このため、請求項1の発
明にかかる内燃機関の燃料濃度検出装置では、図1に示
すように、内燃機関の燃焼室内に所定間隙をもって対向
配置された一対の光学素子と、燃料に吸収される光を前
記一対の光学素子の一方から他方に向けて入射させる光
源と、前記一対の光学素子間を透過した後の光の強度を
検出する透過光強度検出手段と、前記透過光強度検出手
段で検出された透過光強度に基づいて燃料濃度を検出す
る燃料濃度検出手段と、前記一対の光学素子間の燃料密
度に応じて、前記一対の光学素子間に入射される光の強
度を可変制御する入射光強度制御手段と、を含んで構成
した。
Therefore, in the fuel concentration detecting device for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, as shown in FIG. 1, a pair of opposed fuel cells are disposed in a combustion chamber of the internal combustion engine at a predetermined gap. An optical element, a light source that causes light absorbed by fuel to enter from one side of the pair of optical elements to the other, and a transmitted light intensity detecting unit that detects an intensity of light transmitted between the pair of optical elements. A fuel concentration detecting means for detecting a fuel concentration based on the transmitted light intensity detected by the transmitted light intensity detecting means; and a fuel concentration detecting means for detecting a fuel concentration between the pair of optical elements according to a fuel density between the pair of optical elements. Incident light intensity control means for variably controlling the intensity of the light to be emitted.

【0015】かかる構成とすれば、前記一対の光学素子
間の燃料密度に応じて、前記一対の光学素子間に入射さ
れる光の強度を可変制御することができるので、例えピ
ストン上側の全燃焼室空間容積が変化して、前記一対の
光学素子間の燃料密度が変化したとしても、精度良く燃
料濃度を検出できる透過光強度(或いは透過率、SN
比)でもって、前記一対の光学素子間の燃料濃度(延い
ては空燃比)を検出することができることになるので、
燃料濃度(空燃比)の検出精度を格段に向上させること
ができる。
With this configuration, the intensity of light incident between the pair of optical elements can be variably controlled in accordance with the fuel density between the pair of optical elements. Even if the chamber space volume changes and the fuel density between the pair of optical elements changes, the transmitted light intensity (or transmittance, SN,
Ratio), the fuel concentration between the pair of optical elements (and hence the air-fuel ratio) can be detected.
The detection accuracy of the fuel concentration (air-fuel ratio) can be significantly improved.

【0016】言い換えれば、光路長Lを変化させると言
った極めて困難な構成を採用することなく、簡単かつ信
頼性の高い構成で、ピストン上側の全燃焼室空間容積変
化に応じて変化する燃料分子密度変化に追従して高精度
に(所定のSN比を得ながら)燃料濃度(空燃比)検出
を行なえるようになる。請求項2に記載の発明では、前
記入射光強度制御手段が、前記一対の光学素子と、前記
光源と、の間に、前記一対の光学素子間の燃料密度に応
じて光の減衰率を変更可能な光減衰手段を介装し、該光
減衰手段の光減衰率を、前記一対の光学素子間の燃料密
度に応じて可変制御するように構成した。
In other words, without adopting an extremely difficult configuration such as changing the optical path length L, a simple and highly reliable configuration is employed, and the fuel molecules which change according to the change in the space volume of the entire combustion chamber above the piston. The fuel concentration (air-fuel ratio) can be detected with high accuracy (while obtaining a predetermined SN ratio) by following the density change. In the invention described in claim 2, the incident light intensity control means changes a light attenuation rate between the pair of optical elements and the light source according to a fuel density between the pair of optical elements. A possible light attenuating means is provided, and the light attenuating rate of the light attenuating means is variably controlled according to the fuel density between the pair of optical elements.

【0017】かかる構成とすれば、比較的簡単な構成
で、前記入射光強度制御手段を実現することができる。
請求項3に記載の発明では、前記光減衰手段が、液晶を
含んで構成され、該液晶に印加する電圧を、前記一対の
光学素子間の燃料密度に応じて可変制御することで、光
の減衰率を可変制御するように構成した。
According to this configuration, the incident light intensity control means can be realized with a relatively simple configuration.
In the invention according to claim 3, the light attenuating means is configured to include a liquid crystal, and the voltage applied to the liquid crystal is variably controlled according to the fuel density between the pair of optical elements, so that the light is reduced. The decay rate is variably controlled.

【0018】かかる構成とすれば、比較的簡単な構成
で、前記光減衰手段を実現することができる。請求項4
に記載の発明では、前記光減衰手段を、前記一対の光学
素子間の燃料密度変化に応じて移動されると共に移動方
向において異なる光の減衰率を有するように形成された
機械的光学要素を含んで構成し、該機械的光学要素を、
前記一対の光学素子間の燃料密度に応じて移動制御する
ことで、光の減衰率を可変制御するように構成した。
With such a configuration, the light attenuation means can be realized with a relatively simple configuration. Claim 4
In the invention described in (1), the light attenuating means includes a mechanical optical element that is moved according to a change in fuel density between the pair of optical elements and that has a different light attenuation rate in the moving direction. Wherein the mechanical optical element is
By controlling the movement according to the fuel density between the pair of optical elements, the light attenuation rate is variably controlled.

【0019】かかる構成とすれば、一層簡単な構成で、
前記光減衰手段を実現することができる。請求項5に記
載の発明では、前記入射光強度制御手段が、前記光源の
出力を、前記一対の光学素子間の燃料密度に応じて可変
制御するように構成した。かかる構成とすれば、比較的
簡単な構成で、前記入射光強度制御手段を実現すること
ができる。
With this configuration, a simpler configuration can be used.
The light attenuation means can be realized. In the invention described in claim 5, the incident light intensity control means is configured to variably control the output of the light source according to the fuel density between the pair of optical elements. With such a configuration, the incident light intensity control means can be realized with a relatively simple configuration.

【0020】請求項6に記載の発明では、前記一対の光
学素子間の燃料密度を、検出時点における、クランク軸
の回転角度位置、ピストン位置、ピストン上側の全燃焼
室空間容積、燃焼室内圧力、燃焼室内ガス温度の何れか
で代替するようにした。前記一対の光学素子間の燃料密
度の代替として、クランク軸の回転角度位置、、ピスト
ン位置、ピストン上側の全燃焼室空間容積、燃焼室内圧
力(筒内圧)、燃焼室内温度等を用いれば、簡単な構成
で、前記一対の光学素子間の燃料密度を容易に検知する
ことができることとなる。
According to a sixth aspect of the present invention, the fuel density between the pair of optical elements is determined at the time of detection by detecting the rotational angle position of the crankshaft, the piston position, the total volume of the combustion chamber above the piston, the pressure in the combustion chamber, Instead, any one of the gas temperatures in the combustion chamber was used. As an alternative to the fuel density between the pair of optical elements, the rotation angle position of the crankshaft, the piston position, the total volume of the combustion chamber above the piston, the pressure in the combustion chamber (in-cylinder pressure), the temperature in the combustion chamber, etc. can be easily used. With such a configuration, the fuel density between the pair of optical elements can be easily detected.

【0021】請求項7に記載の発明では、前記機械的光
学要素が、クランク軸に同期して回転され、その回転方
向において異なる光の減衰率を有するように形成される
ようにした。かかる構成とすれば、より一層簡単な構成
で、前記光減衰手段を実現することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, the mechanical optical element is formed so as to be rotated in synchronization with a crankshaft and to have different attenuation rates of light in the direction of rotation. With this configuration, the light attenuating unit can be realized with a simpler configuration.

【0022】請求項8に記載の発明では、前記機械的光
学要素が、クランク軸に連結される構成とした。かかる
構成とすれば、最も簡単な構成で、前記光減衰手段を実
現することができる。
According to an eighth aspect of the present invention, the mechanical optical element is connected to a crankshaft. With this configuration, the light attenuating unit can be realized with the simplest configuration.

【0023】[0023]

【発明の効果】請求項1の発明にかかる内燃機関の燃料
濃度検出装置によれば、前記一対の光学素子間の燃料密
度に応じて、前記一対の光学素子間に入射される光の強
度を可変制御することができるので、例えピストン上側
の全燃焼室空間容積が変化して、前記一対の光学素子間
の燃料密度が変化したとしても、精度良く燃料濃度を検
出できる透過光強度(或いは透過率、SN比)でもっ
て、前記一対の光学素子間の燃料濃度(空燃比)を検出
することができるので、燃料濃度(空燃比)の検出精度
を格段に向上させることができる。
According to the fuel concentration detecting device for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, the intensity of light incident between the pair of optical elements is changed according to the fuel density between the pair of optical elements. Since the variable control can be performed, even if the entire combustion chamber space volume above the piston changes and the fuel density between the pair of optical elements changes, the transmitted light intensity (or transmitted light) that can accurately detect the fuel concentration can be detected. Ratio, SN ratio), the fuel concentration (air-fuel ratio) between the pair of optical elements can be detected, so that the detection accuracy of the fuel concentration (air-fuel ratio) can be significantly improved.

【0024】言い換えれば、光路長を変化させると言っ
た極めて困難な構成を採用することなく、簡単かつ信頼
性の高い構成で、ピストン上側の全燃焼室空間容積変化
に応じて変化する燃料分子密度変化に追従して高精度に
燃料濃度(空燃比)検出を行なえる。請求項2に記載の
発明によれば、比較的簡単な構成で、前記入射光強度制
御手段を実現することができる。
In other words, without employing an extremely difficult configuration such as changing the optical path length, a simple and highly reliable configuration is employed, and the fuel molecular density changes in accordance with the change in the space volume of the entire combustion chamber above the piston. The fuel concentration (air-fuel ratio) can be detected with high accuracy following the change. According to the second aspect of the present invention, the incident light intensity control means can be realized with a relatively simple configuration.

【0025】請求項3に記載の発明によれば、比較的簡
単な構成で、前記光減衰手段を実現することができる。
請求項4に記載の発明によれば、一層簡単な構成で、前
記光減衰手段を実現することができる。請求項5に記載
の発明によれば、比較的簡単な構成で、前記入射光強度
制御手段を実現することができる。
According to the third aspect of the present invention, the light attenuation means can be realized with a relatively simple configuration.
According to the invention described in claim 4, the light attenuating means can be realized with a simpler configuration. According to the invention described in claim 5, the incident light intensity control means can be realized with a relatively simple configuration.

【0026】請求項6に記載の発明によれば、簡単な構
成で、前記一対の光学素子間の燃料密度を容易に検知す
ることができる。請求項7に記載の発明によれば、より
一層簡単な構成で、前記光減衰手段を実現することがで
きる。請求項8に記載の発明によれば、最も簡単な構成
で、前記光減衰手段を実現することができる。
According to the invention described in claim 6, the fuel density between the pair of optical elements can be easily detected with a simple configuration. According to the invention described in claim 7, the light attenuating means can be realized with a simpler configuration. According to the invention described in claim 8, the light attenuating means can be realized with the simplest configuration.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
添付の図面に基づいて説明する。本発明の第1の実施の
形態のシステム構成を示す図2において、内燃機関1の
吸気ポート2には燃料噴射弁3が設けられており、図示
しないエアクリーナ,スロットル弁を介して吸引される
空気に対して前記燃料噴射弁3から間欠的に燃料が噴射
供給されて混合気が形成される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below.
Description will be given based on the attached drawings. In FIG. 2 showing the system configuration of the first embodiment of the present invention, a fuel injection valve 3 is provided at an intake port 2 of an internal combustion engine 1 and air sucked through an air cleaner and a throttle valve (not shown). The fuel is intermittently injected from the fuel injection valve 3 to form an air-fuel mixture.

【0028】そして、前記混合気は、吸気弁4を介して
燃焼室5内に導入され、点火栓6による火花点火によっ
て着火燃焼する。機関1からの排気は、図示しない排気
弁,触媒,マフラーを介して大気中に排出される。ここ
で、前記燃焼室5内の圧力(筒内圧)を検出する筒内圧
センサ(筒内圧検出手段)7が設けられると共に、前記
燃焼室5を構成するシリンダヘッド8を貫通して点火栓
6の近傍に設けられた取付け穴に、円柱状の光学素子9
が嵌挿・保持されている。
Then, the air-fuel mixture is introduced into the combustion chamber 5 through the intake valve 4 and is ignited and burned by spark ignition by the spark plug 6. Exhaust gas from the engine 1 is discharged into the atmosphere via an exhaust valve (not shown), a catalyst, and a muffler. Here, an in-cylinder pressure sensor (in-cylinder pressure detecting means) 7 for detecting the pressure (in-cylinder pressure) in the combustion chamber 5 is provided, and the ignition plug 6 passes through a cylinder head 8 constituting the combustion chamber 5. A cylindrical optical element 9 is inserted into a mounting hole provided in the vicinity.
Is inserted and held.

【0029】前記円柱状の光学素子9の燃焼室5内に臨
む先端部には、図3(a),(b),(c) に示すように、一対の
光学素子(三角プリズム)10,11が一体的に設けられて
いる。なお、前記図3(a)は光学素子9の上面図、
(b)は正面図、(c)は底面図である。前記一対の光
学素子10,11は、所定間隙を介して対向配置され、基体
となる光学素子9の基端面側から入射し、光学素子9の
軸方向に沿って燃焼室5内に向けて進む光ビームを、一
方の光学素子10の45°反射面によって直角に屈曲させて
他方の光学素子11に入射させる一方、該他方の光学素子
11の45°反射面で光学素子9の基端側に向けて光ビーム
を直角に屈曲させる構成となっている。
As shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C, a pair of optical elements (triangular prisms) 10 and 11 are provided integrally. FIG. 3A is a top view of the optical element 9,
(B) is a front view and (c) is a bottom view. The pair of optical elements 10 and 11 are arranged to face each other with a predetermined gap therebetween, enter from the base end face side of the optical element 9 serving as a base, and advance toward the inside of the combustion chamber 5 along the axial direction of the optical element 9. The light beam is bent at a right angle by the 45 ° reflecting surface of one optical element 10 and is incident on the other optical element 11, while the other optical element
The configuration is such that the light beam is bent at a right angle toward the base end side of the optical element 9 at the 11 45 ° reflecting surface.

【0030】即ち、前記光ビームは、前記一対の光学素
子10,11間を投射されることによって、前記光学素子10
から光学素子11に向けて進むときに、両者の間隙、即
ち、燃焼室内の空間を通過することになり、吸入行程か
ら点火までの燃焼室5内に混合気が存在する状態のとき
には、前記光学素子10,11を介して光ビームを混合気中
に透過させることになる。
That is, the light beam is projected between the pair of optical elements 10 and 11 so that the optical element 10
When the air-fuel mixture advances toward the optical element 11, the air passes through the gap between them, that is, the space in the combustion chamber. When the air-fuel mixture exists in the combustion chamber 5 from the suction stroke to the ignition, The light beam is transmitted through the air-fuel mixture through the elements 10 and 11.

【0031】なお、前記光学素子9,10,11の材料とし
ては、石英やサファイヤなどを用いるが、耐熱,耐圧を
考慮すると、サファイヤを用いることが好ましい。ま
た、前記光学素子9,10,11は一体物として形成する必
要はなく、光学面の研磨が必要な場合には、かかる研磨
が容易に行えるように、例えば図3中に点線で示す分割
面に従った3部品構成とし、研磨加工の後で接合させて
も良い。
As the material of the optical elements 9, 10, and 11, quartz, sapphire, or the like is used, but sapphire is preferably used in consideration of heat resistance and pressure resistance. The optical elements 9, 10, and 11 do not need to be formed as an integral body. When the optical surface needs to be polished, for example, a divided surface shown by a dotted line in FIG. , And may be joined after polishing.

【0032】ところで、光源12は、ガソリン燃料によっ
て吸収される波長ν(例えば波長3.39μm)の赤外レー
ザ光を発するようになっている。そして、図2に示すよ
うに、光源12から出射されるレーザビームは、光ファイ
バー13によって前記光学素子9の軸に平行で光学素子10
に向かう方向に屈曲され、光学素子9の基端面に対して
直角に入射する。その後、光学素子10の45°反射面で反
射して、燃焼室空間を通過して対向配置される光学素子
11に入射し、光学素子11の45°反射面で反射した光は、
光学素子9の基端面に向けて進む波長νのレーザビーム
は、光ファイバー14を介して、受光器(光電変換素子)
15に入射し、その透過光強度が前記光電変換素子15で検
出される。
The light source 12 emits infrared laser light having a wavelength ν (for example, a wavelength of 3.39 μm) absorbed by gasoline fuel. Then, as shown in FIG. 2, the laser beam emitted from the light source 12 is parallel to the axis of the optical
, And enters the optical element 9 at right angles to the base end face thereof. After that, the optical element is reflected by the 45 ° reflecting surface of the optical element 10 and passes through the combustion chamber space and is opposed to the optical element.
Light incident on 11 and reflected by the 45 ° reflecting surface of the optical element 11 is
A laser beam having a wavelength ν that travels toward the base end face of the optical element 9 passes through an optical fiber 14 and is received by a photodetector (photoelectric conversion element).
The photoelectric conversion element 15 detects the transmitted light intensity.

【0033】なお、光源12からの波長νのレーザビーム
は、前記ハーフミラー16で反射して、受光器(光電変換
素子)17に入射し、その光強度が前記光電変換素子17で
検出されるようになっている。ところで、本実施形態に
おいては、機関1のクランク軸の回転角度位置(或いは
カム軸の回転角度位置)を検出するクランク角センサ18
が設けられており、その検出信号が、後述のコントロー
ルユニット35に入力されるようになっている。
The laser beam having the wavelength ν from the light source 12 is reflected by the half mirror 16 and is incident on a light receiver (photoelectric conversion element) 17, and the light intensity is detected by the photoelectric conversion element 17. It has become. By the way, in the present embodiment, the crank angle sensor 18 for detecting the rotation angle position of the crankshaft of the engine 1 (or the rotation angle position of the camshaft).
Is provided, and the detection signal is input to a control unit 35 described later.

【0034】前記受光器(光電変換素子)15,17の出力
及び筒内圧センサ7からの検出信号は、前記燃料噴射弁
3による燃料噴射を制御するためのマイクロコンピュー
タを内蔵したコントロールユニット35に入力される。コ
ントロールユニット35内のA/F検出部では、これらの
検出信号に基づいて燃焼室内の燃料濃度延いては機関吸
入混合気の空燃比を検出し、コントロールユニット35内
の燃料供給制御部では該検出された空燃比に基づいて燃
料噴射を制御する。
The outputs of the photodetectors (photoelectric conversion elements) 15 and 17 and the detection signal from the in-cylinder pressure sensor 7 are input to a control unit 35 having a microcomputer for controlling fuel injection by the fuel injection valve 3. Is done. The A / F detection unit in the control unit 35 detects the fuel concentration in the combustion chamber and the air-fuel ratio of the engine intake air-fuel mixture based on these detection signals, and the fuel supply control unit in the control unit 35 performs the detection. The fuel injection is controlled based on the set air-fuel ratio.

【0035】ここで、本実施形態における燃料濃度(空
燃比)検出の原理は、既述したと同様であり、以下概略
説明する。即ち、機関1に使用されるガソリン燃料は、
一般的に、赤外光を選択的に吸収する性質があり、混合
気においては該混合気中におけるガソリン濃度に略比例
して前記吸収量が増大する。即ち、透過光強度をI、入
射光強度をIO (既知)、ガソリン濃度をC、吸光係数
をε(既知)、光路長をL(既知)とすると、透過率l
n(I/Io)=−εLCとして表すことができる(図
15参照)。
Here, the principle of detecting the fuel concentration (air-fuel ratio) in the present embodiment is the same as described above, and will be briefly described below. That is, the gasoline fuel used for the engine 1 is
Generally, it has a property of selectively absorbing infrared light, and in an air-fuel mixture, the amount of absorption increases substantially in proportion to the gasoline concentration in the air-fuel mixture. That is, if the transmitted light intensity is I, the incident light intensity is I O (known), the gasoline concentration is C, the extinction coefficient is ε (known), and the optical path length is L (known), the transmittance l
n (I / Io) = − εLC (FIG.
15).

【0036】従って、混合気に対して所定強度IO の赤
外光(波長νのレーザ光)を照射し、透過光強度Iを検
出すれば、混合気中のガソリン濃度C、換言すれば、混
合気の空燃比を検出できることになる。なお、本実施形
態では、前記一対の光学素子10,11は、燃焼室5内の空
間を間隙として対向配置され、かかる間隙を波長νのレ
ーザ光が通過し、最終的に光電変換素子15に入射する構
成であるから、前記間隙に存在する混合気中のガソリン
濃度に見合う量だけ前記波長νのレーザ光が吸収され、
かかる吸収によって減衰したレーザ光が受光器(光電変
換素子)15に入射することになる。なお、該受光器(光
電変換素子)15は、本発明にかかる透過光強度検出手段
として機能するものであるしかしながら、レーザ光(赤
外光)の吸収量は、前記一対の光学素子10,11間に存在
する燃料分子密度に比例するから、同じ燃料濃度{空燃
比(空気重量/燃料重量)}状態であっても燃焼室内
(光学素子10,11間)における燃料分子密度が変化すれ
ば吸収量が変化することになり、以って透過強度延いて
は透過率ln(I/Io)が変化することになる。
Therefore, when the mixture is irradiated with infrared light (laser light having a wavelength ν) of a predetermined intensity I O and the transmitted light intensity I is detected, the gasoline concentration C in the mixture, in other words, The air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be detected. In the present embodiment, the pair of optical elements 10 and 11 are opposed to each other with a space in the combustion chamber 5 as a gap, and a laser beam having a wavelength ν passes through the gap. Since it is configured to be incident, the laser light having the wavelength ν is absorbed by an amount corresponding to the gasoline concentration in the gas mixture present in the gap,
The laser light attenuated by the absorption enters the light receiver (photoelectric conversion element) 15. The photodetector (photoelectric conversion element) 15 functions as the transmitted light intensity detecting means according to the present invention. However, the absorption amount of the laser light (infrared light) depends on the pair of optical elements 10 and 11. Since it is proportional to the density of the fuel molecules existing between them, even if the fuel concentration is the same {air-fuel ratio (air weight / fuel weight)}, if the fuel molecule density in the combustion chamber (between the optical elements 10 and 11) changes, it is absorbed The amount changes, so that the transmission intensity and thus the transmittance ln (I / Io) change.

【0037】つまり、低密度のとき(ピストンが下死点
近傍にあり、ピストン上側の全燃焼室空間容積が大きい
とき)には、I/Ioが1に近づき過ぎ、逆に、高密度
のとき(ピストンが上死点近傍にあり、ピストン上側の
全燃焼室空間容積が小さいとき)には、I/Ioが小さ
くなり過ぎるため、精度の良い透過率延いては所定のS
N比でもって、時々刻々変化する光学素子10,11間のガ
ソリン濃度(クランク角度毎のガソリン濃度)を検出す
ることができなくなる惧れがあり、検出精度の低下を招
く惧れがある。
That is, when the density is low (when the piston is near the bottom dead center and the total volume of the combustion chamber above the piston is large), I / Io is too close to 1; (When the piston is near the top dead center and the total volume of the combustion chamber above the piston is small), I / Io becomes too small, so that the transmittance with high accuracy and the predetermined S
There is a possibility that the gasoline concentration between the optical elements 10 and 11 that changes from moment to moment (gasoline concentration at each crank angle) cannot be detected by the N ratio, which may lead to a decrease in detection accuracy.

【0038】このため、本実施形態では、図2、図4
(外観システム図)に示すように、光源12と、ハーフミ
ラー16との間に、アッテネータ(光減衰装置)19を介装
するようにしてある。このアッテネータ19は、液晶を用
いたもので、液晶に印加する電圧を制御することで、ア
ッテネータ19を通過する光の減衰率を可変に制御できる
ように構成されている(例えば、英国 meadow lark社製
等参照)。
For this reason, in the present embodiment, FIGS.
As shown in (appearance system diagram), an attenuator (light attenuator) 19 is interposed between the light source 12 and the half mirror 16. The attenuator 19 uses liquid crystal, and is configured so that the attenuation rate of light passing through the attenuator 19 can be variably controlled by controlling the voltage applied to the liquid crystal (for example, meadow lark, UK). Etc.).

【0039】そして、コントロールユニット35では、ク
ランク角センサ18の信号を受け、クランク角度位置(延
いては光学素子10,11間のガソリン密度)に応じて、ア
ッテネータ駆動装置20を制御して、アッテネータ19の減
衰率を変化させることができるようになっている。つま
り、光学素子10,11間のガソリン密度(クランク角度位
置で代替している)に応じて、入射光強度を可変にする
ことで、精度の良い透過率延いては所定のSN比で、光
学素子10,11間のガソリン密度(延いては空燃比)を高
精度に検出することができるようになっている。ここに
おいて、前記アッテネータ19、アッテネータ駆動装置20
等が、本発明にかかる入射光強度制御手段、光減衰手段
の一部を構成することとなる。
The control unit 35 receives the signal from the crank angle sensor 18 and controls the attenuator driving device 20 in accordance with the crank angle position (and, consequently, the gasoline density between the optical elements 10 and 11). Nineteen attenuation rates can be changed. That is, by changing the incident light intensity according to the gasoline density between the optical elements 10 and 11 (substituted by the crank angle position), it is possible to improve the transmittance with high precision and, hence, the optical signal at a predetermined SN ratio. The gasoline density (and hence the air-fuel ratio) between the elements 10 and 11 can be detected with high accuracy. Here, the attenuator 19, the attenuator driving device 20
These constitute a part of the incident light intensity control means and the light attenuation means according to the present invention.

【0040】即ち、第1の実施形態におけるコントロー
ルユニット35では、図5のフローチャートに示すような
制御を行なうようになっている。なお、後述するよう
に、本発明にかかる透過光強度検出手段、燃料濃度検出
手段、入射光強度制御手段、光減衰手段としてのソフト
ウェア的な機能は、コントロールユニット35が奏するこ
とになる。
That is, the control unit 35 in the first embodiment performs control as shown in the flowchart of FIG. As will be described later, the control unit 35 performs software functions as a transmitted light intensity detecting unit, a fuel concentration detecting unit, an incident light intensity controlling unit, and a light attenuating unit according to the present invention.

【0041】つまり、ステップ(図では、Sと記してあ
る。以下、同様)1では、クランク角度位置を検出す
る。なお、クランク角度位置でなくても、光学素子10,
11間のガソリン密度として代替可能な、ピストン位置、
ピストン上側の全燃焼室空間容積、燃焼室内圧力(筒内
圧)等で用いることもできる。
That is, in step (denoted by S in the figure, the same applies hereinafter) 1, the crank angle position is detected. In addition, even if it is not the crank angle position, the optical element 10,
Piston position, which can be substituted as gasoline density between 11
It can also be used for the total volume of the combustion chamber above the piston, the pressure in the combustion chamber (in-cylinder pressure), and the like.

【0042】ステップ2では、クランク角度位置に応じ
た要求透過率(精度よく検出するための透過率或いはS
N比)を達成するための制御電圧を算出する。ステップ
3では、ステップ2で算出された制御電圧を達成するよ
うに、アッテネータ駆動装置20を制御し、アッテネータ
19にステップ2で算出された制御電圧を印加させる。
In step 2, the required transmittance (the transmittance or S for accurate detection) corresponding to the crank angle position is determined.
N ratio) is calculated. In step 3, the attenuator driving device 20 is controlled so as to achieve the control voltage calculated in step 2, and the attenuator is controlled.
In 19, the control voltage calculated in step 2 is applied.

【0043】ステップ4では、アッテネータ19を通過し
た後の分光強度Imを、受光器(光電変換素子)17にて
電圧に変換する。つまり、透過率を、ln(I/Im)
=−εLCとして算出するようになっている。但し、原
理的には、In(I/Io)であるので、Io(透過
光)とIm(モニタ光)とが等しくなるように、分光割
合を合わせるようにする。なお、光源12に出力変動等が
ない場合には、アッテネータ19を通過した後の分光強度
Imを用いることなく、予め定められる入射光強度Io
の電圧値(クランク角度位置に応じて設定される)を用
いることもできる。
In step 4, the spectral intensity Im after passing through the attenuator 19 is converted into a voltage by the light receiving device (photoelectric conversion element) 17. That is, the transmittance is expressed as ln (I / Im)
= −εLC. However, since it is In (I / Io) in principle, the spectral ratio is adjusted so that Io (transmitted light) and Im (monitor light) are equal. When the output of the light source 12 does not fluctuate or the like, the predetermined incident light intensity Io is used without using the spectral intensity Im after passing through the attenuator 19.
(Set according to the crank angle position) can also be used.

【0044】ステップ5では、検出部(測定部;光学素
子10,11間)を透過後の光強度Iを、受光器(光電変換
素子)15にて電圧に変換する。ステップ6では、ステッ
プ4で求めた分光電圧、ステップ5で求めた検出部(測
定部)透過光電圧から、lambert beerの式より、透過率
を演算する。ステップ7では、透過率、検出部圧力・温
度での検出対象の吸光特性{ある濃度(密度)のガスが
ある温度・圧力で吸光する割合;予め検定実験等により
把握しておく}に基づいて、ガソリン濃度(延いては空
燃比)を算出する。
In step 5, the light intensity I after passing through the detecting section (measuring section; between the optical elements 10 and 11) is converted into a voltage by the photodetector (photoelectric conversion element) 15. In step 6, the transmittance is calculated from the spectral voltage obtained in step 4 and the transmitted light voltage of the detection unit (measurement unit) obtained in step 5 from the Lambert beer equation. In step 7, based on the transmittance, the light absorption characteristics of the detection target at the detection unit pressure / temperature {the ratio of the gas having a certain concentration (density) to absorb at a certain temperature / pressure; Calculate the gasoline concentration (and hence the air-fuel ratio).

【0045】ステップ8では、濃度(或いは空燃比)の
計算結果を(例えば、外部表示器や前記燃料制御部等
へ)、時系列的に(例えば、クランク角度位置に応じ
て)出力する。ステップ9では、計測終了か否かを判断
し、YESであれば本フローを終了し、NOであればス
テップ1へリターンする。
In step 8, the calculation result of the concentration (or air-fuel ratio) is output in a time series (for example, according to the crank angle position) (for example, to an external display or the fuel control unit). In step 9, it is determined whether or not the measurement has been completed. If YES, the present flow ends, and if NO, the process returns to step 1.

【0046】なお、計測終了か否かは、例えば、現在の
クランク角度が、所定クランク角度範囲内(例えば吸気
行程から点火時期まで、或いは吸気行程から膨張行程終
了時期まで等)にあるか否か等で判断すること等が可能
である。即ち、燃料密度(空燃比)の実測期間内である
か否かで判断することができる。このように、第1の実
施形態によれば、光学素子10,11間のガソリン密度に応
じてアッテネータ19を通過する光の減衰率を可変制御す
ることで、光学素子10,11間のガソリン密度に応じて入
射光強度を可変に制御できるようにしたので、例えピス
トン上側の全燃焼室空間容積が変化して光学素子10,11
間のガソリン密度が変化したとしても、精度の良い透過
率延いては所定のSN比でもって、光学素子10,11間の
ガソリン濃度(延いては空燃比)を高精度に検出するこ
とが可能となる。
Whether or not the measurement has been completed is determined, for example, by determining whether or not the current crank angle is within a predetermined crank angle range (for example, from the intake stroke to the ignition timing, or from the intake stroke to the end of the expansion stroke). And so on. That is, it can be determined based on whether the fuel density (air-fuel ratio) is within the actual measurement period. As described above, according to the first embodiment, the gasoline density between the optical elements 10 and 11 is controlled by variably controlling the attenuation rate of light passing through the attenuator 19 according to the gasoline density between the optical elements 10 and 11. The intensity of the incident light can be variably controlled in accordance with the conditions of the optical elements 10 and 11 even if the volume of the entire combustion chamber above the piston changes.
Even if the gasoline density changes, the gasoline concentration between the optical elements 10 and 11 (and hence the air-fuel ratio) can be detected with high accuracy with a high transmittance and a predetermined SN ratio. Becomes

【0047】言い換えれば、光路長Lを変化させると言
った極めて困難な構成を採用することなく、簡単かつ信
頼性の高い構成で、ピストン上側の全燃焼室空間容積変
化に応じて変化する燃料分子密度変化に追従して(換言
すれば、低密度から高密度まで広範囲に亘って)高精度
に(所定のSN比を得ながら)ガソリン濃度(空燃比)
検出を行なえるようになる。
In other words, without adopting an extremely difficult configuration such as changing the optical path length L, a simple and highly reliable configuration is employed, and the fuel molecules that change according to the change in the space volume of the entire combustion chamber above the piston. Following the density change (in other words, over a wide range from low density to high density), gasoline concentration (air-fuel ratio) with high accuracy (while obtaining a predetermined SN ratio)
The detection can be performed.

【0048】なお、本実施形態では、光学素子10,11間
のガソリン密度の代替特性として、クランク角度位置を
用いたが、ピストン位置、ピストン上側の全燃焼室空間
容積、燃焼室内圧力(筒内圧)、燃焼室内温度等で代替
可能である。ところで、前述のようにして検出された燃
料濃度(点火栓6近傍の局所空燃比)は、コントロール
ユニット35による燃料供給制御(燃料噴射量制御,燃料
噴射時期制御)の制御情報として用いられる。点火時期
における点火栓近傍の燃料濃度(空燃比)は、点火限界
を決定することになり、特に、着火性が悪化する希薄燃
焼機関では重要な要素となるが、上記のようにして点火
前の点火栓近傍における燃料濃度(空燃比)を検出でき
れば、点火栓近傍の燃料濃度(空燃比)を高精度に制御
して、良好な着火性を安定的に得ることが可能となる。
In this embodiment, the crank angle position is used as an alternative characteristic of the gasoline density between the optical elements 10 and 11, but the piston position, the total volume of the combustion chamber above the piston, the pressure in the combustion chamber (in-cylinder pressure) ), The temperature in the combustion chamber can be substituted. The fuel concentration (local air-fuel ratio in the vicinity of the ignition plug 6) detected as described above is used as control information of fuel supply control (fuel injection amount control and fuel injection timing control) by the control unit 35. The fuel concentration (air-fuel ratio) near the ignition plug at the ignition timing determines the ignition limit, and is an important factor particularly in a lean-burn engine in which the ignitability deteriorates. If the fuel concentration (air-fuel ratio) in the vicinity of the ignition plug can be detected, the fuel concentration (air-fuel ratio) in the vicinity of the ignition plug can be controlled with high accuracy, and good ignitability can be stably obtained.

【0049】また、前記光電変換素子15で検出される透
過光強度は、一対の光学素子10,11の間隙における空燃
比状態のみに影響され、燃焼室内の他の領域における空
燃比状態に影響されないから、局所的な空燃比を高精度
に検出できる。前記空燃比の検出結果を用いた燃料供給
制御としては、検出された空燃比を目標空燃比に一致さ
せるべく燃料供給量をフィードバック制御したり、ま
た、空燃比変動のリッチピーク時期が点火時期と重なる
ように燃料噴射弁による噴射タイミングを制御すること
で、点火栓近傍の空燃比を所期状態に制御できる。
The transmitted light intensity detected by the photoelectric conversion element 15 is affected only by the air-fuel ratio state in the gap between the pair of optical elements 10 and 11, and is not affected by the air-fuel ratio state in other areas of the combustion chamber. Thus, the local air-fuel ratio can be detected with high accuracy. As the fuel supply control using the detection result of the air-fuel ratio, the fuel supply amount is feedback-controlled so that the detected air-fuel ratio matches the target air-fuel ratio. By controlling the injection timings of the fuel injection valves so that they overlap, the air-fuel ratio near the ignition plug can be controlled to a desired state.

【0050】次に、本発明の第2の実施形態について説
明する。第2の実施形態のシステム構成を、図6に示
す。なお、光学素子9の配置等については、第1の実施
形態と同様で良い。従って、第1の実施形態において説
明した燃焼室断面構造を含む図2のようなシステム構成
図については省略する。また、第1の実施形態で説明し
た要素と同一要素については、同一符号を付して説明を
省略することとする。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows a system configuration of the second embodiment. The arrangement of the optical element 9 and the like may be the same as in the first embodiment. Therefore, the system configuration diagram as shown in FIG. 2 including the combustion chamber cross-sectional structure described in the first embodiment is omitted. Further, the same elements as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0051】即ち、第2の実施形態では、ピストン上側
の全燃焼室空間容積変化に応じて変化する燃料分子密度
変化に追従して、高精度に燃料濃度(空燃比)検出を行
なえるようにするために、以下のような構成を採用して
いる。つまり、第2の実施形態では、図6に示すよう
に、光源強度制御装置30を備え、これにより、光源12の
出力(光強度)を、光学素子10,11間のガソリン密度
(例えば、クランク角度位置)に応じて可変制御するよ
うになっている。ここにおいて、前記光源強度制御装置
30が、本発明にかかる入射光強度制御手段の一部を構成
することとなる。
That is, in the second embodiment, the fuel concentration (air-fuel ratio) can be detected with high accuracy by following the change in the fuel molecule density that changes according to the change in the volume of the entire combustion chamber above the piston. For this purpose, the following configuration is adopted. That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 6, a light source intensity control device 30 is provided, whereby the output (light intensity) of the light source 12 is controlled by the gasoline density between the optical elements 10 and 11 (for example, the crankshaft). (Angle position). Here, the light source intensity control device
30 constitutes a part of the incident light intensity control means according to the present invention.

【0052】そして、第2の実施形態におけるコントロ
ールユニット35では、図7のフローチャートに示すよう
な制御を行なうようになっている。なお、後述するよう
に、本発明にかかる透過光強度検出手段、燃料濃度検出
手段、入射光強度制御手段としてのソフトウェア的な機
能は、コントロールユニット35が奏することになる。つ
まり、ステップ11では、クランク角度位置を検出する。
なお、クランク角度位置でなくても、光学素子10,11間
のガソリン密度として代替可能な、ピストン位置、ピス
トン上側の全燃焼室空間容積、燃焼室内圧力(筒内圧)
等で用いることもできる。
The control unit 35 according to the second embodiment performs control as shown in the flowchart of FIG. As will be described later, the control unit 35 performs software functions as the transmitted light intensity detection unit, the fuel concentration detection unit, and the incident light intensity control unit according to the present invention. That is, in step 11, the crank angle position is detected.
The piston position, the volume of the entire combustion chamber above the piston, and the pressure in the combustion chamber (in-cylinder pressure) can be substituted for the gasoline density between the optical elements 10 and 11 even if it is not the crank angle position.
Etc. can also be used.

【0053】ステップ12では、クランク角度位置に応じ
た要求光強度(精度よく検出するための透過率或いはS
N比)を達成するための制御電圧を算出する。ステップ
13では、ステップ12で算出された制御電圧を達成するよ
うに、光源強度制御装置30を制御し、光源12にステップ
12で算出された制御電圧を印加させる。
In step 12, the required light intensity (transmittance or S for accurate detection) corresponding to the crank angle position is determined.
N ratio) is calculated. Steps
In 13, the light source intensity control device 30 is controlled so as to achieve the control voltage calculated in Step 12, and the light source 12 is controlled in Step 13.
The control voltage calculated in 12 is applied.

【0054】ステップ14では、分光強度Imを、受光器
(光電変換素子)17にて電圧に変換する。なお、分光強
度Imを用いる理由は、第1の実施形態の場合と同様で
ある。ステップ15では、検出部(測定部;光学素子10,
11間)を透過後の光強度Iを、受光器(光電変換素子)
15にて電圧に変換する。
In step 14, the spectral intensity Im is converted into a voltage by the photodetector (photoelectric conversion element) 17. Note that the reason for using the spectral intensity Im is the same as in the first embodiment. In step 15, the detection unit (measurement unit; optical element 10,
11), the light intensity I after transmission through the light receiver (photoelectric conversion element)
Convert to voltage at 15.

【0055】ステップ16では、ステップ14で求めた分光
電圧、ステップ15で求めた検出部(測定部)透過光電圧
から、lambert beerの式より、透過率を演算する。ステ
ップ17では、透過率、検出部圧力・温度での検出対象の
吸光特性{ある濃度(密度)のガスがある温度・圧力で
吸光する割合;予め検定実験等により把握しておく}に
基づいて、ガソリン濃度(延いては空燃比)を算出す
る。
In step 16, the transmittance is calculated from the spectral voltage obtained in step 14 and the transmitted light voltage of the detection unit (measurement unit) obtained in step 15 by the Lambert beer equation. In step 17, based on the transmittance, the light absorption characteristics of the detection target at the detection unit pressure / temperature {the ratio of the gas having a certain concentration (density) to absorb at a certain temperature / pressure; Calculate the gasoline concentration (and hence the air-fuel ratio).

【0056】ステップ18では、濃度(或いは空燃比)の
計算結果を(例えば、外部表示器や前記燃料制御部等
へ)、時系列的に(例えば、クランク角度位置に応じ
て)出力する。ステップ19では、計測終了か否かを判断
し、YESであれば本フローを終了し、NOであればス
テップ1へリターンする。
In step 18, the calculation result of the concentration (or the air-fuel ratio) is output in a time series (for example, according to the crank angle position) (for example, to an external display or the fuel control unit). In step 19, it is determined whether or not the measurement has been completed. If YES, the flow ends, and if NO, the process returns to step 1.

【0057】このように、第2の実施形態によれば、光
学素子10,11間のガソリン密度に応じて光源12の出力
(光強度)を可変制御することで、光学素子10,11間の
ガソリン密度に応じて入射光強度を可変に制御できるよ
うにしたので、例えピストン上側の全燃焼室空間容積が
変化して光学素子10,11間のガソリン密度が変化したと
しても、精度の良い透過率延いては所定のSN比でもっ
て、光学素子10,11間のガソリン濃度(延いては空燃
比)を高精度に検出することが可能となる。
As described above, according to the second embodiment, the output (light intensity) of the light source 12 is variably controlled in accordance with the gasoline density between the optical elements 10 and 11, so that the optical elements 10 and 11 can be controlled. Since the incident light intensity can be variably controlled according to the gasoline density, even if the gasoline density between the optical elements 10 and 11 changes due to a change in the total volume of the combustion chamber above the piston, accurate transmission can be achieved. It is possible to detect the gasoline concentration between the optical elements 10 and 11 (and hence the air-fuel ratio) with high accuracy by using a predetermined SN ratio.

【0058】言い換えれば、光路長Lを変化させると言
った極めて困難な構成を採用することなく、簡単かつ信
頼性の高い構成で、ピストン上側の全燃焼室空間容積変
化に応じて変化する燃料分子密度変化に追従して(換言
すれば、低密度から高密度まで広範囲に亘って)高精度
に(所定のSN比を得ながら)ガソリン濃度(空燃比)
検出を行なえるようになる。
In other words, without adopting an extremely difficult configuration such as changing the optical path length L, a simple and highly reliable configuration is employed, and the fuel molecules which change in accordance with the change in the volume of the entire combustion chamber above the piston are changed. Following the density change (in other words, over a wide range from low density to high density), gasoline concentration (air-fuel ratio) with high accuracy (while obtaining a predetermined SN ratio)
The detection can be performed.

【0059】なお、第2の実施形態では、光学素子10,
11間のガソリン密度の代替特性として、クランク角度位
置で代替したが、他にも、ピストン位置、ピストン上側
の全燃焼室空間容積、燃焼室内圧力(筒内圧)、燃焼室
内温度等で代替可能である。ところで、上記第1及び第
2の実施形態では、ピストン上側の全燃焼室空間容積変
化に応じて変化する燃料分子密度変化に追従して高精度
にガソリン濃度(空燃比)検出を行なう場合を主に説明
したが、機関が吸入する混合気の燃料濃度(空燃比)自
体を低濃度で運転させたり、高濃度で運転させたりする
場合にも適用できるものであり、この場合には、光学素
子10,11間のガソリン密度変化に応じて入射光強度を可
変制御すると共に、吸入混合気濃度に応じて(これを、
光学素子10,11間のガソリン密度変化に応じて、と言う
こともできる)入射光強度を可変に制御するようにする
ことができるものである。
In the second embodiment, the optical elements 10 and
As a substitute characteristic of the gasoline density between the 11 units, the crank angle position was used, but the piston position, the total volume of the combustion chamber above the piston, the pressure in the combustion chamber (in-cylinder pressure), the temperature in the combustion chamber, etc. is there. In the first and second embodiments, the case where the gasoline concentration (air-fuel ratio) is detected with high accuracy following the change in the fuel molecular density which changes in accordance with the change in the volume of the entire combustion chamber above the piston is mainly described. However, the present invention is also applicable to the case where the fuel concentration (air-fuel ratio) of the air-fuel mixture sucked by the engine is operated at a low concentration or at a high concentration, and in this case, the optical element is used. The incident light intensity is variably controlled according to the gasoline density change between 10 and 11, and according to the concentration of the intake air mixture (this is
The intensity of incident light can be variably controlled according to the change in gasoline density between the optical elements 10 and 11).

【0060】次に、本発明の第3の実施形態について説
明する。第3の実施形態のシステム構成を、図8に示
す。なお、光学素子9の配置等については、第1の実施
形態と同様で良い。従って、第1の実施形態において説
明した燃焼室断面構造を含む図2のようなシステム構成
図については省略する。また、第1の実施形態で説明し
た要素と同一要素については、同一符号を付して説明を
省略することとする。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 shows a system configuration of the third embodiment. The arrangement of the optical element 9 and the like may be the same as in the first embodiment. Therefore, the system configuration diagram as shown in FIG. 2 including the combustion chamber cross-sectional structure described in the first embodiment is omitted. Further, the same elements as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0061】即ち、第3の実施形態では、ピストン上側
の全燃焼室空間容積変化に応じて変化する燃料分子密度
変化に追従して、高精度に燃料濃度(空燃比)検出を行
なえるようにするために、以下のような構成を採用して
いる。つまり、第3の実施形態では、図8に示すよう
に、クランク軸(或いはカム軸。以下、クランク軸で代
表させる)に連結されて同期回転する円板状のアッテネ
ータ40が備えられており、これを介して、光源12の光を
光学素子9へ入射させることで、入射光強度を、光学素
子10,11間のガソリン密度(クランク角度位置)に応じ
て可変制御するようになっている。なお、前記円板状の
アッテネータ40は、機械的光学要素(プラスチックやガ
ラス等)であり、クランク角度位置に応じた要求透過率
(言い換えれば、要求減衰率)を達成できるように形成
されている(例えば、回転方向に対してグラデーション
状に透過率の異なる反射膜等が塗布或いは融着等されて
いる)。
That is, in the third embodiment, the fuel concentration (air-fuel ratio) can be detected with high accuracy by following the change in the fuel molecule density that changes according to the change in the volume of the entire combustion chamber above the piston. For this purpose, the following configuration is adopted. That is, in the third embodiment, as shown in FIG. 8, a disk-shaped attenuator 40 which is connected to a crankshaft (or a camshaft; hereinafter, represented by a crankshaft) and rotates synchronously is provided. Through this, the light from the light source 12 is made incident on the optical element 9 so that the intensity of the incident light is variably controlled according to the gasoline density (crank angle position) between the optical elements 10 and 11. The disk-shaped attenuator 40 is a mechanical optical element (such as plastic or glass) and is formed so as to achieve a required transmittance (in other words, a required attenuation rate) according to the crank angle position. (For example, a reflective film or the like having a different transmittance in a gradation manner with respect to the rotation direction is applied or fused).

【0062】ここにおいて、前記アッテネータ40が、本
発明にかかる入射光強度制御手段、光減衰手段の一部を
構成することとなる。そして、第3の実施形態における
コントロールユニット35では、図9のフローチャートに
示すような制御を行なうようになっている。なお、後述
するように、本発明にかかる透過光強度検出手段、燃料
濃度検出手段としてのソフトウェア的な機能は、コント
ロールユニット35が奏することになる。つまり、ステッ
プ21では、アッテネータ40を透過後の分光強度Imを、
受光器(光電変換素子)17にて電圧に変換する。つま
り、透過率を、ln(I/Im)=−εLCとして算出
するようになっている。なお、光源12に出力変動等がな
い場合には、分光強度Imを用いることなく、予め定め
られる入射光強度Ioの電圧値(クランク角度位置に応
じて設定される)を用いることができる。
Here, the attenuator 40 constitutes a part of the incident light intensity control means and the light attenuation means according to the present invention. The control unit 35 according to the third embodiment performs control as shown in the flowchart of FIG. As will be described later, the software function as the transmitted light intensity detecting means and the fuel concentration detecting means according to the present invention is performed by the control unit 35. That is, in step 21, the spectral intensity Im after passing through the attenuator 40 is
The light is converted into a voltage by a light receiver (photoelectric conversion element) 17. That is, the transmittance is calculated as In (I / Im) = − εLC. When the light source 12 does not have an output fluctuation or the like, a predetermined voltage value of the incident light intensity Io (set according to the crank angle position) can be used without using the spectral intensity Im.

【0063】ステップ22では、検出部(測定部;光学素
子10,11間)を透過後の光強度Iを、受光器(光電変換
素子)15にて電圧に変換する。ステップ23では、ステッ
プ21で求めた分光電圧、ステップ22で求めた検出部(測
定部)透過光電圧から、lambert beerの式より、透過率
を演算する。ステップ24では、透過率、検出部圧力・温
度での検出対象の吸光特性{ある濃度(密度)のガスが
ある温度・圧力で吸光する割合;予め検定実験等により
把握しておく}に基づいて、ガソリン濃度(延いては空
燃比)を算出する。
In step 22, the light intensity I after passing through the detection unit (measurement unit; between the optical elements 10 and 11) is converted into a voltage by the photodetector (photoelectric conversion element) 15. In step 23, the transmittance is calculated from the spectral voltage obtained in step 21 and the transmitted light voltage of the detection unit (measurement unit) obtained in step 22 by the Lambert beer equation. In step 24, based on the transmittance, the light absorption characteristics of the detection target at the detection unit pressure / temperature {the ratio of the gas having a certain concentration (density) to absorb at a certain temperature / pressure; Calculate the gasoline concentration (and hence the air-fuel ratio).

【0064】ステップ25では、濃度(或いは空燃比)の
計算結果を(例えば、外部表示器や前記燃料制御部等
へ)、時系列的に(例えば、クランク角度位置に応じ
て)出力する。なお、クランク角度位毎に出力する場合
には、別途クランク角度位置を検出しておく。ステップ
26では、計測終了か否かを判断し、YESであれば本フ
ローを終了し、NOであればステップ1へリターンす
る。
In step 25, the calculation result of the concentration (or the air-fuel ratio) is output in time series (for example, to an external display or the fuel control unit) (for example, according to the crank angle position). In addition, when outputting at every crank angle position, the crank angle position is separately detected. Steps
At 26, it is determined whether or not the measurement has been completed. If YES, this flow is finished; if NO, the process returns to step 1.

【0065】このように、第3の実施形態によれば、光
学素子10,11間のガソリン密度に応じてアッテネータ40
を通過する光の減衰率を可変制御することで、光学素子
10,11間のガソリン密度に応じて入射光強度を可変に制
御できるようにしたので、例えピストン上側の全燃焼室
空間容積が変化して光学素子10,11間のガソリン密度が
変化したとしても、精度の良い透過率延いては所定のS
N比でもって、光学素子10,11間のガソリン濃度(延い
ては空燃比)を高精度に検出することが可能となる。
As described above, according to the third embodiment, the attenuator 40 depends on the gasoline density between the optical elements 10 and 11.
Optical element by variably controlling the attenuation rate of light passing through
Since the incident light intensity can be variably controlled according to the gasoline density between 10 and 11, even if the total volume of the combustion chamber above the piston changes and the gasoline density between the optical elements 10 and 11 changes. , The transmittance with high accuracy and the predetermined S
With the N ratio, the gasoline concentration between the optical elements 10 and 11 (and hence the air-fuel ratio) can be detected with high accuracy.

【0066】言い換えれば、光路長Lを変化させると言
った極めて困難な構成を採用することなく、簡単かつ信
頼性の高い構成で、ピストン上側の全燃焼室空間容積変
化に応じて変化する燃料分子密度変化に追従して(換言
すれば、低密度から高密度まで広範囲に亘って)高精度
に(所定のSN比を得ながら)ガソリン濃度(空燃比)
検出を行なえるようになる。
In other words, a simple and highly reliable configuration is employed without employing an extremely difficult configuration such as changing the optical path length L. Following the density change (in other words, over a wide range from low density to high density), gasoline concentration (air-fuel ratio) with high accuracy (while obtaining a predetermined SN ratio)
The detection can be performed.

【0067】しかも、本実施形態では、第1や第2の実
施形態で説明したような比較的高価で、かつ、複雑な制
御ロジックを必要とするアッテネータ19やアッテネータ
駆動装置20、光源強度制御装置30を用いることなく、メ
カ式のアッテネータ40を用いるようにしたので、最大
限、構成の簡略化、制御ロジックの簡略化延いては演算
処理時間の短縮や記憶容量等の削減等を図ることが可能
となる。
Moreover, in the present embodiment, the attenuator 19, the attenuator driving device 20, the light source intensity control device and the attenuator 19, which are relatively expensive and require complicated control logic as described in the first and second embodiments. Since the mechanical attenuator 40 is used without using the 30, the maximum simplification of the configuration and simplification of the control logic can be achieved to reduce the operation processing time and the storage capacity. It becomes possible.

【0068】次に、本発明の第4の実施形態について説
明する。第4の実施形態のシステム構成を、図10に示
す。なお、光学素子9の配置等については、第1の実施
形態と同様で良い。従って、第1の実施形態において説
明した燃焼室断面構造を含む図2のようなシステム構成
図については省略する。また、第1の実施形態で説明し
た要素と同一要素については、同一符号を付して説明を
省略することとする。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 shows the system configuration of the fourth embodiment. The arrangement of the optical element 9 and the like may be the same as in the first embodiment. Therefore, the system configuration diagram as shown in FIG. 2 including the combustion chamber cross-sectional structure described in the first embodiment is omitted. Further, the same elements as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0069】即ち、第4の実施形態では、ピストン上側
の全燃焼室空間容積変化に応じて変化する燃料分子密度
変化に追従して、高精度に燃料濃度(空燃比)検出を行
なえるようにするために、以下のような構成を採用して
いる。つまり、第4の実施形態では、図10に示すよう
に、パルスモータ駆動装置52を介して駆動制御されるパ
ルスモータ51に連結されて回転する円板状のアッテネー
タ50が備えられており、該アッテネータ50を介して、光
源12の光を光学素子9へ入射させることで、入射光強度
を、光学素子10,11間のガソリン密度(クランク角度位
置)に応じて可変制御するようになっている。なお、前
記円板状のアッテネータ50は、第3の実施形態における
アッテネータ40と同様、パルスモータ51の回転角度位置
(延いては機関1のクランク角度位置或いはカム角度位
置))に応じた要求透過率(言い換えれば、要求減衰
率)を達成できるように形成されている。
That is, in the fourth embodiment, the fuel concentration (air-fuel ratio) can be detected with high accuracy by following the change in the fuel molecule density which changes in accordance with the change in the volume of the entire combustion chamber above the piston. For this purpose, the following configuration is adopted. That is, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 10, a disk-shaped attenuator 50 that is connected to and rotates with a pulse motor 51 that is driven and controlled via a pulse motor driving device 52 is provided. By making the light of the light source 12 incident on the optical element 9 via the attenuator 50, the intensity of the incident light is variably controlled according to the gasoline density (crank angle position) between the optical elements 10 and 11. . The disk-shaped attenuator 50 is, like the attenuator 40 in the third embodiment, required transmission according to the rotational angle position of the pulse motor 51 (and, in turn, the crank angle position or cam angle position of the engine 1). The rate (in other words, the required attenuation rate) is formed.

【0070】ここにおいて、前記アッテネータ50、パル
スモータ51、パルスモータ駆動装置52が、本発明にかか
る入射光強度制御手段、光減衰手段の一部を構成するこ
ととなる。そして、第4の実施形態におけるコントロー
ルユニット35では、図11のフローチャートに示すような
制御を行なうようになっている。なお、後述するよう
に、本発明にかかる透過光強度検出手段、燃料濃度検出
手段、入射光強度制御手段、光減衰手段としてのソフト
ウェア的な機能は、コントロールユニット35が奏するこ
とになる。
Here, the attenuator 50, the pulse motor 51, and the pulse motor driving device 52 constitute a part of the incident light intensity control means and the light attenuation means according to the present invention. The control unit 35 according to the fourth embodiment performs control as shown in the flowchart of FIG. As will be described later, the control unit 35 performs software functions as a transmitted light intensity detecting unit, a fuel concentration detecting unit, an incident light intensity controlling unit, and a light attenuating unit according to the present invention.

【0071】つまり、ステップ31では、クランク角度位
置を検出する。なお、クランク角度位置でなくても、光
学素子10,11間のガソリン密度として代替可能な、ピス
トン位置、ピストン上側の全燃焼室空間容積、燃焼室内
圧力(筒内圧)等で用いることもできる。
That is, in step 31, the crank angle position is detected. It is to be noted that the piston position, the total volume of the combustion chamber above the piston, the pressure in the combustion chamber (in-cylinder pressure), and the like, which can be substituted for the gasoline density between the optical elements 10 and 11, can be used instead of the crank angle position.

【0072】ステップ32では、クランク角度位置に応じ
た要求減衰率(精度よく検出するための透過率或いはS
N比)を達成するためにパルスモータ51を回転させるた
めに必要な制御電圧を算出する。ステップ33では、ステ
ップ32で算出された制御電圧を達成するように、パルス
モータ駆動装置52を制御し、パルスモータ51にステップ
32で算出された制御電圧を印加させる。
In step 32, the required attenuation rate (transmittance or S for accurate detection) corresponding to the crank angle position is determined.
The control voltage required to rotate the pulse motor 51 to achieve the N ratio) is calculated. In step 33, the pulse motor driving device 52 is controlled so that the control voltage calculated in step 32 is achieved, and the pulse motor 51
The control voltage calculated in 32 is applied.

【0073】ステップ34では、アッテネータ50を透過後
の分光強度Imを、受光器(光電変換素子)17にて電圧
に変換する。つまり、透過率を、ln(I/Im)=−
εLCとして算出するようになっている。なお、光源12
に出力変動等がない場合には、分光強度Imを用いるこ
となく、予め定められる入射光強度Ioの電圧値(クラ
ンク角度位置に応じて設定される)を用いることができ
る。
In step 34, the spectral intensity Im having passed through the attenuator 50 is converted into a voltage by the light receiving device (photoelectric conversion element) 17. That is, the transmittance is expressed as ln (I / Im) = −
It is calculated as εLC. The light source 12
In the case where there is no output fluctuation or the like, a predetermined voltage value of the incident light intensity Io (set according to the crank angle position) can be used without using the spectral intensity Im.

【0074】ステップ35では、検出部(光学素子10,11
間)を透過後の光強度Iを、受光器(光電変換素子)15
にて電圧に変換する。ステップ36では、ステップ34で求
めた分光電圧、ステップ35で求めた検出部透過光電圧か
ら、lambert beerの式より、透過率を演算する。ステッ
プ37では、透過率、検出部圧力・温度での検出対象の吸
光特性{ある濃度(密度)のガスがある温度・圧力で吸
光する割合;予め検定実験等により把握しておく}に基
づいて、ガソリン濃度(延いては空燃比)を算出する。
In step 35, the detecting section (optical elements 10, 11)
Light intensity I after passing through the light receiving device (photoelectric conversion element) 15
To convert to voltage. In step 36, the transmittance is calculated from the spectral voltage obtained in step 34 and the detection unit transmitted light voltage obtained in step 35 from the Lambert beer equation. In step 37, based on the transmittance, the light absorption characteristics of the detection target at the pressure and temperature of the detection portion {the ratio of the gas of a certain concentration (density) absorbing at a certain temperature and pressure; Calculate the gasoline concentration (and hence the air-fuel ratio).

【0075】ステップ38では、濃度(或いは空燃比)の
計算結果を(例えば、外部表示器や前記燃料制御部等
へ)、時系列的に(例えば、クランク角度位置に応じ
て)出力する。ステップ39では、計測終了か否かを判断
し、YESであれば本フローを終了し、NOであればス
テップ31へリターンする。
In step 38, the calculation result of the concentration (or the air-fuel ratio) is output in time series (for example, to an external display or the fuel control unit) (for example, according to the crank angle position). In step 39, it is determined whether or not the measurement has been completed. If YES, this flow ends, and if NO, the process returns to step 31.

【0076】このように、第4の実施形態によれば、光
学素子10,11間のガソリン密度に応じてアッテネータ50
を通過する光の減衰率を可変制御することで、光学素子
10,11間のガソリン密度に応じて入射光強度を可変に制
御できるようにしたので、例えピストン上側の全燃焼室
空間容積が変化して光学素子10,11間のガソリン密度が
変化したとしても、精度の良い透過率延いては所定のS
N比でもって、光学素子10,11間のガソリン濃度(延い
ては空燃比)を高精度に検出することが可能となる。
As described above, according to the fourth embodiment, the attenuator 50 according to the gasoline density between the optical elements 10 and 11.
Optical element by variably controlling the attenuation rate of light passing through
Since the incident light intensity can be variably controlled according to the gasoline density between 10 and 11, even if the total volume of the combustion chamber above the piston changes and the gasoline density between the optical elements 10 and 11 changes. , The transmittance with high accuracy and the predetermined S
With the N ratio, the gasoline concentration between the optical elements 10 and 11 (and hence the air-fuel ratio) can be detected with high accuracy.

【0077】言い換えれば、光路長Lを変化させると言
った極めて困難な構成を採用することなく、簡単かつ信
頼性の高い構成で、ピストン上側の全燃焼室空間容積変
化に応じて変化する燃料分子密度変化に追従して(換言
すれば、低密度から高密度まで広範囲に亘って)高精度
に(所定のSN比を得ながら)ガソリン濃度(空燃比)
検出を行なえるようになる。
In other words, without adopting an extremely difficult configuration such as changing the optical path length L, a simple and highly reliable configuration is employed, and the fuel molecules that change in accordance with the change in the volume of the entire combustion chamber above the piston are changed. Following the density change (in other words, over a wide range from low density to high density), gasoline concentration (air-fuel ratio) with high accuracy (while obtaining a predetermined SN ratio)
The detection can be performed.

【0078】しかも、本実施形態では、第1や第2の実
施形態で説明したような比較的高価で、かつ、複雑な制
御ロジックを必要とするアッテネータ19やアッテネータ
駆動装置20、光源強度制御装置30を用いることなく、メ
カ式のアッテネータ50を用いるようにしたので、構成の
簡略化、制御ロジックの簡略化延いては演算処理時間の
短縮や記憶容量等の削減等を促進することが可能とな
る。
Further, in the present embodiment, the attenuator 19, the attenuator driving device 20, the light source intensity control device, and the like which are relatively expensive and require complicated control logic as described in the first and second embodiments are used. Since the mechanical attenuator 50 is used without using the 30, the simplification of the configuration, the simplification of the control logic, and the shortening of the arithmetic processing time and the reduction of the storage capacity can be promoted. Become.

【0079】なお、上記各実施形態では、透過率を用い
て、燃料濃度を検出する構成として説明したが、これは
光源12の出力(入射光強度)の変動等を補正して、良好
に燃料濃度を検出できるようにするためのものであり、
光源12の出力(入射光強度)の変動等がない場合や検出
精度に影響がない場合等には、透過光強度のみで、燃料
濃度を検出することも可能である。
In each of the above embodiments, the configuration has been described in which the fuel concentration is detected by using the transmittance. However, this is achieved by correcting fluctuations in the output (incident light intensity) of the light source 12 to obtain a good fuel concentration. It is for detecting the concentration,
When there is no change in the output (incident light intensity) of the light source 12 or when there is no influence on the detection accuracy, the fuel concentration can be detected only by the transmitted light intensity.

【0080】ところで、上記各実施形態では、点火栓6
の近傍に、一対の光学素子10,11を備えた光学素子9を
配設する構成としたが、点火栓6の電極雰囲気の空燃比
を制御して点火限界を高める等のためには、点火栓6
(電極部)になるべく近い位置で空燃比を検出すること
が望まれ、また、部品点数の削減,組み立て性及び燃焼
室を構成するシリンダヘッドにおけるスペース効率を考
慮すると、点火栓6と前記一対の光学素子10,11とを一
体化して設けることが好ましい。
In each of the above embodiments, the ignition plug 6
The optical element 9 having the pair of optical elements 10 and 11 is disposed near the optical element. However, in order to control the air-fuel ratio of the electrode atmosphere of the ignition plug 6 to increase the ignition limit, for example, Stopper 6
(Electrode part) It is desired to detect the air-fuel ratio at a position as close as possible, and in consideration of reduction in the number of parts, assemblability and space efficiency in the cylinder head constituting the combustion chamber, the ignition plug 6 and the pair of Preferably, the optical elements 10 and 11 are provided integrally.

【0081】ここで、点火栓6に対して前記一対の光学
素子10,11を一体的に設けた一例を、図12〜図14に基づ
いて説明する。図12〜図14において、ホルダ21は取付け
用ねじ22によってシリンダヘッドに取付けられるもので
あり、このホルダ21には、ターミナル23a,中軸23b,
中心電極23c,接地電極23dからなる点火栓本体23がホ
ルダ21の軸心に対してオフセットして保持されている。
Here, an example in which the pair of optical elements 10 and 11 are provided integrally with the ignition plug 6 will be described with reference to FIGS. 12 to 14, a holder 21 is mounted on a cylinder head by a mounting screw 22. The holder 21 has a terminal 23a, a center shaft 23b,
An ignition plug main body 23 composed of a center electrode 23c and a ground electrode 23d is held offset from the axis of the holder 21.

【0082】また、前記ホルダ21には、前記点火栓本体
23をオフセットさせて保持させたことによって生じる空
きスペース部分に、前記実施形態における一対の光学素
子10,11に相当する2本の円柱状サファイヤロッド24,
25が、所定間隔を有して平行にホルダ21の軸方向に貫通
して固着されている。前記2本のサファイヤロッド24,
25の先端部分は、図12や図13に示すように、45°にカッ
トされた光学面をそれぞれ有し、かかる光学面を相対さ
せることで、前記実施形態と同様に、一方のサファイヤ
ロッド24を通過してきたレーザ源からのレーザ光が、前
記45°の光学面で反射して、燃焼室5内の空間に出射し
た後、他方のサファイヤロッド25に入射する。
The holder 21 includes the ignition plug main body.
Two cylindrical sapphire rods 24, which correspond to the pair of optical elements 10, 11 in the above embodiment, are provided in an empty space generated by holding the offset 23.
25 are fixedly penetrated in the axial direction of the holder 21 in parallel at a predetermined interval. The two sapphire rods 24,
As shown in FIGS. 12 and 13, the distal end portion of each of the sapphire rods 24 has an optical surface cut at 45 °, and the optical surfaces are opposed to each other, as in the above-described embodiment. The laser light from the laser source that has passed through is reflected by the 45 ° optical surface, emitted to the space in the combustion chamber 5, and then enters the other sapphire rod 25.

【0083】なお、前記サファイヤロッド24,25のレー
ザ光が反射又は透過する光学面は充分な研磨が必要であ
るので、例えば各サファイヤロッド24,25を図12に点線
で示す面で分けて2部品構成とし、研磨加工後に溶着等
で一体にすると良い。上記図12に示す構成では、2本の
サファイヤロッド24,25は、基端側から反射面を有する
先端側まで同一径に形成され、ホルダ21に対して固着さ
れる構成であるが、かかる取付け方法に限定されるもの
ではない。
Since the optical surfaces of the sapphire rods 24 and 25 on which the laser light is reflected or transmitted need to be sufficiently polished, for example, the sapphire rods 24 and 25 are divided by a surface shown by a dotted line in FIG. It is good to make it a component structure and to integrate it by welding etc. after polishing. In the configuration shown in FIG. 12, the two sapphire rods 24 and 25 are formed to have the same diameter from the base end side to the distal end side having the reflection surface, and are fixed to the holder 21. The method is not limited.

【0084】また、サファイヤロッド24,25は、先端側
では所定の間隙を有して対向することが必要であるが、
基端側では別体である必要はなく、一体化させても良
い。なお、サファイヤロッド24,25の先端側でロッド間
を移動するレーザ光の光路は、点火栓の火花間隙(点火
ギャップ)の近傍を通過する構成としても良いが、点火
栓による着火性を左右する空燃比を高精度に検出すべ
く、図13や図14に示すように、前記光路が前記火花間隙
(点火ギャップ)を横切るようにして、火花間隙付近の
局所空燃比が検出できるようにすることができる。
Further, the sapphire rods 24 and 25 need to face each other with a predetermined gap on the tip side.
The base end does not need to be separate and may be integrated. The optical path of the laser beam moving between the rods at the tip ends of the sapphire rods 24 and 25 may be configured to pass near the spark gap (ignition gap) of the spark plug, but the ignitability of the spark plug is affected. In order to detect the air-fuel ratio with high accuracy, as shown in FIG. 13 and FIG. 14, the optical path crosses the spark gap (ignition gap) so that the local air-fuel ratio near the spark gap can be detected. Can be.

【0085】即ち、図13や図14に示すように、サファイ
ヤロッド24の先端側の45°光学面で反射したレーザ光
が、中心電極23cと接地電極23dとの間の火花間隙(点
火ギャップ)を通ってサファイヤロッド25側に入射する
ように構成することができる。かかる構成によると、点
火栓による着火性を左右する空燃比をより的確に検出す
ることができ、燃焼室5内における空燃比ばらつきに影
響されずに、高精度な空燃比制御が可能となる。
That is, as shown in FIG. 13 and FIG. 14, the laser beam reflected by the 45 ° optical surface on the tip side of the sapphire rod 24 causes a spark gap (ignition gap) between the center electrode 23c and the ground electrode 23d. Through to the sapphire rod 25 side. According to such a configuration, the air-fuel ratio that affects the ignitability of the ignition plug can be more accurately detected, and highly accurate air-fuel ratio control can be performed without being affected by the air-fuel ratio variation in the combustion chamber 5.

【0086】また、上記各実施形態では、燃料をガソリ
ンとして説明してきたが、他の燃料、例えば軽油、アル
コール、LPG,CNG等にも適用することができるも
のである。
In each of the above embodiments, the fuel has been described as gasoline. However, the present invention can be applied to other fuels such as light oil, alcohol, LPG, CNG and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の構成を説明するブロック図。FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態を示すシステム構成図
(その1)。
FIG. 2 is a system configuration diagram (part 1) showing the first embodiment of the present invention.

【図3】同上実施形態における光学素子を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an optical element in the embodiment.

【図4】同上実施形態を示すシステム構成図(その
2)。
FIG. 4 is a system configuration diagram showing the embodiment (part 2);

【図5】同上実施形態で行なわれる燃料濃度(空燃比)
検出(演算)ルーチンを示すフローチャート。
FIG. 5 shows a fuel concentration (air-fuel ratio) performed in the embodiment.
9 is a flowchart illustrating a detection (calculation) routine.

【図6】本発明の第2の実施形態を示すシステム構成図FIG. 6 is a system configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図7】同上実施形態で行なわれる燃料濃度(空燃比)
検出(演算)ルーチンを示すフローチャート。
FIG. 7 shows a fuel concentration (air-fuel ratio) performed in the embodiment.
9 is a flowchart illustrating a detection (calculation) routine.

【図8】本発明の第3の実施形態を示すシステム構成図FIG. 8 is a system configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図9】同上実施形態で行なわれる燃料濃度(空燃比)
検出(演算)ルーチンを示すフローチャート。
FIG. 9 shows a fuel concentration (air-fuel ratio) performed in the embodiment.
9 is a flowchart illustrating a detection (calculation) routine.

【図10】本発明の第4の実施形態を示すシステム構成図FIG. 10 is a system configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図11】同上実施形態で行なわれる燃料濃度(空燃比)
検出(演算)ルーチンを示すフローチャート。
FIG. 11 shows a fuel concentration (air-fuel ratio) performed in the embodiment.
9 is a flowchart illustrating a detection (calculation) routine.

【図12】光学素子を一体化させた点火栓の一例を示す側
面図。
FIG. 12 is a side view showing an example of an ignition plug in which an optical element is integrated.

【図13】点火栓の火花間隙を光路とする実施形態を示す
側面図。
FIG. 13 is a side view showing an embodiment in which a spark gap of an ignition plug is used as an optical path.

【図14】図13に示す点火栓の底面図。14 is a bottom view of the ignition plug shown in FIG.

【図15】従来装置のシステム構成図。FIG. 15 is a system configuration diagram of a conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 内燃機関 2 吸気ポート 3 燃料噴射弁 4 吸気弁 5 燃焼室 6 点火栓 9、10、11 光学素子 12 レーザ源(光源) 13、14 光ファイバー 15 受光器(光電変換素子;透過光強度検出手段) 16 ハーフミラー 17 受光器(光電変換素子) 18 クランク角センサ 19 アッテネータ(光減衰手段) 20 アッテネータ駆動装置 30 光源強度制御装置 35 コントロールユニット(CPU) 40、50 アッテネータ(光減衰手段) 51 パルスモータ 52 パルスモータ駆動装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 2 Intake port 3 Fuel injection valve 4 Intake valve 5 Combustion chamber 6 Spark plug 9, 10, 11 Optical element 12 Laser source (light source) 13, 14 Optical fiber 15 Light receiver (photoelectric conversion element; transmitted light intensity detection means) 16 Half mirror 17 Optical receiver (photoelectric conversion element) 18 Crank angle sensor 19 Attenuator (light attenuating means) 20 Attenuator driving device 30 Light source intensity control device 35 Control unit (CPU) 40, 50 Attenuator (light attenuating means) 51 Pulse motor 52 Pulse motor drive

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】内燃機関の燃焼室内に所定間隙をもって対
向配置された一対の光学素子と、 燃料に吸収される光を前記一対の光学素子の一方から他
方に向けて入射させる光源と、 前記一対の光学素子間を透過した後の光の強度を検出す
る透過光強度検出手段と、 前記透過光強度検出手段で検出された透過光強度に基づ
いて燃料濃度を検出する燃料濃度検出手段と、 前記一対の光学素子間の燃料密度に応じて、前記一対の
光学素子間に入射される光の強度を可変制御する入射光
強度制御手段と、 を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の燃料濃度
検出装置。
A pair of optical elements disposed opposite to each other with a predetermined gap in a combustion chamber of an internal combustion engine; a light source for causing light absorbed by fuel to enter from one of the pair of optical elements to the other; Transmitted light intensity detecting means for detecting the intensity of light transmitted between the optical elements, fuel concentration detecting means for detecting a fuel concentration based on the transmitted light intensity detected by the transmitted light intensity detecting means, An incident light intensity control means for variably controlling the intensity of light incident between the pair of optical elements in accordance with the fuel density between the pair of optical elements; Concentration detection device.
【請求項2】前記入射光強度制御手段が、前記一対の光
学素子と、前記光源と、の間に、前記一対の光学素子間
の燃料密度に応じて光の減衰率を変更可能な光減衰手段
を介装し、該光減衰手段の光減衰率を、前記一対の光学
素子間の燃料密度に応じて可変制御することを特徴とす
る請求項1に記載の内燃機関の燃料濃度検出装置。
2. An optical attenuation device according to claim 1, wherein said incident light intensity control means changes a light attenuation rate between said pair of optical elements and said light source in accordance with a fuel density between said pair of optical elements. 2. The fuel concentration detecting device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein means is interposed, and a light attenuation rate of the light attenuating means is variably controlled according to a fuel density between the pair of optical elements.
【請求項3】前記光減衰手段が、液晶を含んで構成さ
れ、該液晶に印加する電圧を、前記一対の光学素子間の
燃料密度に応じて可変制御することで、光の減衰率を可
変制御するように構成されたことを特徴とする請求項2
に記載の内燃機関の燃料濃度検出装置。
3. The light attenuating means is configured to include a liquid crystal, and a voltage applied to the liquid crystal is variably controlled according to a fuel density between the pair of optical elements to change a light attenuation rate. 3. The control system according to claim 2, wherein
3. A fuel concentration detecting device for an internal combustion engine according to claim 1.
【請求項4】前記光減衰手段を、前記一対の光学素子間
の燃料密度変化に応じて移動されると共に移動方向にお
いて異なる光の減衰率を有するように形成された機械的
光学要素を含んで構成し、該機械的光学要素を、前記一
対の光学素子間の燃料密度に応じて移動制御すること
で、光の減衰率を可変制御するように構成したことを特
徴とする請求項2に記載の内燃機関の燃料濃度検出装
置。
4. The optical attenuating means includes a mechanical optical element which is moved in accordance with a change in fuel density between the pair of optical elements and which has a different light attenuation rate in a moving direction. 3. The apparatus according to claim 2, wherein the mechanical optical element is configured to move and control the mechanical optical element according to a fuel density between the pair of optical elements, thereby variably controlling a light attenuation rate. Fuel concentration detecting device for an internal combustion engine.
【請求項5】前記入射光強度制御手段が、前記光源の出
力を、前記一対の光学素子間の燃料密度に応じて可変制
御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃
料濃度検出装置。
5. The fuel concentration of an internal combustion engine according to claim 1, wherein said incident light intensity control means variably controls an output of said light source according to a fuel density between said pair of optical elements. Detection device.
【請求項6】前記一対の光学素子間の燃料密度を、検出
時点における、クランク軸の回転角度位置、ピストン位
置、ピストン上側の全燃焼室空間容積、燃焼室内圧力、
燃焼室内ガス温度の何れかで代替することを特徴とする
請求項1〜請求項5の何れか1つに記載の内燃機関の燃
料濃度検出装置。
6. A fuel density between said pair of optical elements, a rotation angle position of a crankshaft, a piston position, a space volume of all combustion chambers above the piston, a pressure in the combustion chamber at the time of detection.
The fuel concentration detecting device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the temperature is replaced by any one of a gas temperature in a combustion chamber.
【請求項7】前記機械的光学要素が、クランク軸に同期
して回転され、その回転方向において異なる光の減衰率
を有するように形成されたことを特徴とする請求項4に
記載の内燃機関の燃料濃度検出装置。
7. The internal combustion engine according to claim 4, wherein said mechanical optical element is rotated in synchronization with a crankshaft, and is formed so as to have different attenuation rates of light in the direction of rotation. Fuel concentration detector.
【請求項8】前記機械的光学要素が、クランク軸に連結
されることを特徴とする請求項7に記載の内燃機関の燃
料濃度検出装置。
8. The fuel concentration detecting device for an internal combustion engine according to claim 7, wherein said mechanical optical element is connected to a crankshaft.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006145268A (en) * 2004-11-17 2006-06-08 Yamaha Motor Co Ltd Air/fuel ratio detector, engine equipped therewith and vehicle equipped with them
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