JPS59101554A - 内燃機関のスモ−ク制限装置 - 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、４１１１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１−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５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
肝が増加すると、透明窓４から抽気通路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…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
、またスモーク俄か減少すると、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。

したがってまた、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って変化するにも拘らず、スモー
ク濃度を判定するだ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、ス
モーク濃度の検出結果に基づいて、つまり透明窓等の経
時的な汚れに応じて設定値を変化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１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−り制限
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に燃料を噴射する噴射弁２５が取伺けられる。

この噴射弁２５は、燃料タンク２６からフィルタ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１−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に転送する高圧燃オ′
−１通路と、この高圧燃料通路を燃料タンク２６に連通
ずる燃料戻り通路及びこの燃料戻り通路を口旧１′１す
る電磁弁とを備え、この電磁弁を１ム制御して燃料戻り
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ＳＡ及び加熱手段の断線を示す断線検知信号Ｓｃ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ＳＡを設定値と比較してスモーク
濃度を判定し、この判定結果に基づ℃・て演算結果を補
正して、この結果に応じて制画弁装置２９の電磁弁を制
御する。

また、この制御回路３０は、判定レベル設定手段を兼ね
ており、スモーク検出信号ＳＡに基づ℃・てスモーク濃
度判定のための設定値を設定すると共に、断線検知信号
Ｓｃに基づいてスモーク検出器３２の加熱手段の断想を
判別し、またスモーク検出器３２の加熱手段を駆動制御
するだめの駆動信号ＳＢを出力する。

そのスモーク検出器３２は、ｌｌｕ＋気管２６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１１ｊ−Ｊ−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ＳＡ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３
４とからなる。

第３図）よ、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２３ａ内に排
気通路２３ａを横切る方向に光を射出づ−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とがらなり、その投光部３６
及び受光部３７は、夫々光学ファイバ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図にも示すように、外周面に雄
ねじ４１ａを形成したホルダ４１の内部ニ、光学ファイ
バ３８と、この光学ファイバ３８の先端に取伺げた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、ガス謡れ防止用充填材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３９と、この光学ファイバ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に面するように取利けである。

一方、検出部３４は、まず、光学ファイバ３８を介して
投光部３６に接続したレーザ光を発生づ−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３９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
出力を増幅してスモーク検出信号ＳＡを第２図の制御回
路３０に出力する増幅器５５とを備えて（・る。

また、この検出部３４は、ヒ〜り用給電線４２ａ　、４
２ｂ及び４７ａ、４γｂを介して投光部３６のヒータ４
２及び受光部３７のヒータ４７に給電−Ｊ−るヒータ用
電源回路５６と、制御回路３０から抵抗Ｒｏを介して入
力される駆動信号ＳＨによってメン・オフ制御されて、
給電線４２ａ　、４７ａを接続及び切断１−るスイッチ
ングトランジスタ５７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ゝゝＨ“になる断線検
知信号Ｓｃを出力１−ろ抵抗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２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づ
−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、光学ファイバ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１、受光部
３７の透明窓４８に入って、光学ファイバ３９−＆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は受光部に応じた電圧を出
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稈多くなる
ので、受光素子５６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にヒータ４２
，４７を内蔵して透明窓４３゜４日を加熱できるように
している。

したがって、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３２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５８から
出力される断線検知信号ＳｃはハイレベルゝゝＩ（／／
になっているカ、ヒータ４２，４７の少なくとも一方が
断線′１″ると、ＡＮＤ回路５８から出力される断線検
知信号Ｓｃがローレベルゝゝ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
に伺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Ｓｃ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ＳＡを無視するようにずれば、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１Ｉ−１を熱や振動の影
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℃・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′１−る。

そして、スモーク検出領域でなけれは、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ゝゝ１“にするフ
ラグＦがゝゝ０″か否かをチェックして、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＝Ｏであれは、駆動信号ＳＢヲハイ
レベルゝＨ″にしてスモーク検出器３２のスイッチング
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４３．４７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ンプ１−る
と、スモーク検出器３２からのスモーク検出信号ＳＡ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をゞゝ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ットされる。

つまり、スモーク検出器３２の透明窓４３．４８は、カ
ーボンの付着等によって経時的に汚れ、それによってス
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ＳＡ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４３．４
８を加熱してその汚れを最少限にし、このときのスモー
ク検出信号ＳＡ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ＳＡ　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）
′１−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ＳＡのレベル変化、つ１つ検出した
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、寸た不要なとき（Ｆ−
１のとき）にはそのｔ＝ｔ、駆動信号ＳＢをローレベル
ゝゝＬ〃にしてスモーク検出器３２のスイッチングトラ
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
、ずなわちオープンループで噴射を制御−３−る。

これに対して、判別結果がスモーク検出領域であれは、
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ＳＢを
ゝゝＨ“にしてヒータ４３゜４８をオン状態にした後、
スモーク検出器３２がらの断線検知信号Ｓｃを読込んで
ヒータ４３，４８が断線しているが否かを判別する。

この判別結果がヒ〜り断線であれば、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、カウントアンプする
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ｆ１７υｔａｌｌ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ＳＡ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、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、捷ず投受光部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に向げて反射する反射部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、ガス帰れ防止用充填材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に面するように抽気管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６１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ノくの使用量が減る
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、この発明によれば内燃機関のスモ
ーク制限装置の制御精度が向上する。

【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ず概略構成図、 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図の側脚回路３０が実行する燃料噴射ｆ
ｌｉ制御動作の一例を示ずフロ　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″′１−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ワす線図、 第７図は、第２図のスモーク検出器３２の他の例を示ず
概略構成図である。 ２トデイ一ゼル機関　２３・・・ＩＩＦ気管２３ａ・・
・排気通路　２９・・・制御弁装置３０・・・！ｔｉ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
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　５７・・・スイッチングトランジスタ５８・・
・ＡＮＤ回路　６１・・反射部６４・・反射板 第４図 第６図 噴射鼠→増

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　内燃機関の制気通路内に光を射出し、該射出光の抽
   気通路透過量に基づいて排気中のスモーク濃度を検出し
   、該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、前記スモーク濃度の検出結果に基
   つし・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御装置。