JPS59100840A - 内燃機関のスモ−ク検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
に検出するスモーク検出器に関する。

一般に、内燃機関、特にディ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ってスモークの
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
をレンズ乙で集光した後、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、これ等の受光素千日、１０の出力を差動増幅器１
１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がら排気通路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って散乱
される光量が多くなって透明窓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が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っては、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。

この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、上述
のような光学的なスモーク検出器の検出精度を向上し、
且つ検出精度が低下する場合にその旨を外部に伝達する
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検出器は
、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を加熱する加熱手段を設け、この加
熱手段によって透明窓若しくは反射板を加熱することに
よって、付着したカーボンを除去できるようにすると共
に、加熱手段の断線を検知する断線検知手段を設けて、
断線によって加熱できないときには、その上外部に伝達
するようにしたものである。

以下、この発明の実施例を添イ」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スモーク検出器を備えた
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、渦流室式ディーゼル機関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に燃温を噴射する噴射弁２５が取付けられる。

この噴射弁２５は、燃料タンク２６がらフィルタ２７．
燃料噴射ポンプ２８及び制御弁装置２日を介して供給さ
れる燃料を噴射する。

その制御弁装置２日は、例えば燃料噴射ポンプ２８から
供給された高圧燃料を噴射弁２５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
によって、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！１１からの回転角
信号と、スモーク検出器３２からのスモーク検出信号Ｓ
Ａ及び断線検知信号ＳＢと、図示しないアクセルペダル
の開度を示す信号等を入力し、これ等に基づいて燃温噴
射量及び噴射時期を演算。

補正して、この結果に基づいて制御弁装置２日の電磁弁
を制御する。

そのスモーク検出器′５２は、排気管２３内の通路（排
気通路）に−光を射出し、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する共に、
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３Ａを出力すると共に、加熱手段の断
線を検知して、断線検知信号ＳＢを出力する検出部３４
とからなる。

第３図は、このスモーク検出器３２の詳細を示す概略構
成図である。

同図において、投受光部３乙は、排気通路２３ａ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？光学ファイバ３８．３９を介して
検出部３４との間で光な伝送する。

その投光部３日は、第４図にも示すように、外周面に雄
ねじ４１ａを形成したホルダ４１の内部に、光学ファイ
バ３８と、この光学ファイバ乙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２
３に螺着して、透明窓４３が排気通路２６ａに面するよ
うに排気管２３に取付けである。

なお、第４図中、４５は光学ファイバ３８及びヒータ用
給電線４２ａ、４２ｂの保護カバーである。

第３図に戻って、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
ファイバ３日と、この光学ファイバ３日の先端に取付け
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４日を充填して一体
的に固定し、ホルダ４６を排気管２乙に螺着して、透明
窓４８が排気通路２３ａに面するように取付けである。

一方、検出部３４は、光学ファイバ′５８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、光学ファイバ３日を介して受光部３７に接続
したフォ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の出方を
増幅してスモーク検出信号ＳＡを第２図の制御回路３ｏ
に出力する増幅器５５と、ヒータ用給電線４２ａ。

４２ｂ及び４７ａ、４７ｂを介して投光部３６のヒータ
４２に及び受光部３７のヒータ４７に給電するヒータ用
電源回路５６と、ヒータ４２及び４７とアース間に接続
した抵抗Ｒ１，Ｒ２及びこの抵抗Ｒ１、Ｒ２の各両端電
圧を六カして断線検知信号ＳＢを出力するＡＮＤ回路５
７で構成した断線検知手段とからなる。

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６２について
述べると、検出部３４の発光素子５１がら発生されたレ
ーザ光は、光学ファイバ３８を介して投光部３６に伝送
されて、透明窓４３がら排気通路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３
７の透明窓４８に入って、光学ファイバ３日を介して検
出部３４の受光素子５３に入射される。

それによって、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ＳＡとして出力される。

ところで、排気通路２３．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
ＳＡ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２３ａに面
する光射出用及び受光用透明窓４３゜４８に内蔵したヒ
ータ４２，４７で透明窓４３゜４８を加熱している。

したがって、透明窓４３．４８の排気通路２３ａ側表面
に排気中の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
っ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乙２にあっては、ヒータ４
２，４７がいずれも正常であれば、ＡＮＤ回路５７から
出力される断線検知信号ＳＢはハイレベル゛Ｈ″になっ
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５７から出力される断線検知信号ＳＢ
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って、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
子によっ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。

それによって、スモーク検出器３２のスモーク検出信号
ＳＡに基づく制御を行なう側では、断線検知信号ＳＢを
チェックして、ヒータ４２，４７が断線したときにはス
モーク検出信号Ｓへ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、光学ファイバ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、第２図及び第５図を参照して、制御回路３０によ
る噴射制御について説明する。

第５図を参照して、制御回路′５０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
時期を演算する。

そして、スモーク検出器３２からの断線検知信号ＳＢを
読込んでヒータ４２，４７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、スモーク検出器３２からのスモ
ーク検出信号ＳＡの読込みを停止し、演算した噴射量及
び噴射時期に基づいて制御弁装置２９を制御して噴射を
制御する。すなわち、オープンループで燃料噴射を制御
する。

この場合、演算結果の噴射量及び噴射時期ではスモーク
濃度が高（なりすぎるようであれば、スモーク濃度を低
めに抑制するようしこ補正して制御する。

これに対して、判別結果がヒータ断線でなければ、スモ
ーク検出器３２からのスモーク検出信号ＳＡを読み込ん
で、検出されたスモーク濃度（検出濃度）が予め定めた
スモーク濃度（設定濃度）よりも高いか否かを判別し、
検出濃度か設定濃度よりも高ければ噴射量を減少補正し
、検出濃度が設定濃度以下であれば噴射量を増加補正し
て、噴射量を設定濃度に対応する最適量にし、この、補
正した噴射量及び演算した噴射時期に基づいて噴射を制
御する。

第６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６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２３ａ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３６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６乙ａ。

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
けである。

そして、投光部３６に接続した光学ファイバ３８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
した光を光学ファイバ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、光伝送用の光学ファイバの使用量が減ると
共に、分岐点までの光学ファイバが一本になって構成が
簡単になる。

なお、その他の構成及び作用は、第６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、スモーク検出
器の検出精度が向上し、しかも検出精度が低下する場合
にはその旨を外部に伝達できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の内燃機関のスモーク検出器の一例を示
す概略構成図である。 第２図は、この発明を実施したスモーク検出器を備えた
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の一例を示す概略構
成図。 第４図は、第６図の投光部６６の詳細を示す拡大断面図
、 第５図は、第２図の制御回路が実行する噴射制御の動作
フローを示すフロー図、 第６図は、第２図のスモーク検出器の他の例を示す概略
構成図である。 ２１・・・ディーゼル機関　　２３・・・排気管２３ａ
・・・排気通路　　　　３０・・・制御回路３２・・・
スモーク検出器　　３６・・・投光部３７・・・受光部
　　　　３８．３９・・・光学ファイバ４２．４７・・
・ヒータ（加熱手段） ４３．４８・・・透明窓　　　５１・・・発光素子５３
・・・受光素子　　　　　５５・・・増幅器５７・・・
ＡＮＤ回路（断線検知手段）６１・・・反射部　　　　
　　６４・・・反射板第４図 第５１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   る光学的なスモーク検出器において、前記排気通路に面
   する前記光の射出又は受光用の透明窓若しくは光反射用
   の反射板を加熱する加熱手段と、該加熱手段の断線を検
   知する断線検知手段とを設けたことを特徴とする内燃機
   関Φスモーク検出器。