排気スモークセンサ
【課題】エンジン排気通路に設けた光透過式スモークセンサにおいて、開度固定の減圧部では、排気流量が小さいときに外気から光学素子への取り込み空気量が不足して光学面が汚れ、排気流量が大きいときに圧力損失の増大によりエンジンの燃費が悪化する。
【解決手段】外気圧及び管内排気圧センサ１０７で測定した大気圧と排気絞り弁１０２の近傍の排気圧との差圧と、所定値とを比較して排気絞り弁１０２の目標開度を決定し、弁開度センサ１０３で測定した排気絞り弁１０２の開度が決定目標開度となるように排気絞り弁１０２の開度を制御して、空気通路の取り込み空気による発光素子１０５と受光素子１０６の光学面の汚れと過熱を抑止するとともに排気絞り弁１０２による排気の圧力損失を抑制すること。また、発光素子と受光素子の温度センサ１０８からの測定温度に基づいて排気絞り弁１０２の目標開度を決定して同様に排気絞り弁１０２の開度制御すること。
【解決手段】外気圧及び管内排気圧センサ１０７で測定した大気圧と排気絞り弁１０２の近傍の排気圧との差圧と、所定値とを比較して排気絞り弁１０２の目標開度を決定し、弁開度センサ１０３で測定した排気絞り弁１０２の開度が決定目標開度となるように排気絞り弁１０２の開度を制御して、空気通路の取り込み空気による発光素子１０５と受光素子１０６の光学面の汚れと過熱を抑止するとともに排気絞り弁１０２による排気の圧力損失を抑制すること。また、発光素子と受光素子の温度センサ１０８からの測定温度に基づいて排気絞り弁１０２の目標開度を決定して同様に排気絞り弁１０２の開度制御すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気通路に設けた光透過式のスモークセンサにおいて、光学面の汚れと過熱を抑える技術に関するものであり、特に排気流量が多くなった場合の圧力損失を低減させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気通路に設けた光透過式のスモークセンサは、光学面の汚れによる検出感度の低下に加え、排気熱による光学面への熱伝達により光学面の耐用温度上限を超える場合がある。そこで、スモークセンサの光学面の汚れと過熱に影響されることなく安定した分析を行う従来技術として、例えば、特許文献１に開示の技術が知られている。この特許文献１によると、ガス流路内に、流路を狭くし流れを速くしてその流れに沿った固定開度の減圧部を形成し、この減圧部の内部に光学系の光学面を設けるとともに、ガス流路外から空気を光学面経由で取り込むことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６４１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示された従来技術では、減圧部の通路面積が固定であるため、排気流量が小さくなると吸入空気流量が不足し、排気流量が大きくなると圧力損失の増大によりエンジンの燃費が悪化するという課題があった。
【０００５】
本発明は、エンジンの排気通路に設けた光透過式のスモークセンサにおいて、光学系の光学面の汚れと過熱を抑え、特に排気流量が多くなった場合の圧力損失を低減させることができるスモークセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
エンジンの排気通路に設けた光透過式の発光素子と受光素子をもつスモークセンサであって、前記排気通路を減圧させる排気絞り弁と、前記排気絞り弁の近傍に設置され、前記排気通路の外部の空気を前記発光素子と受光素子の光学面経由で前記排気通路に取り込む空気通路と、前記排気絞り弁の開度を測定する排気絞り弁開度検出手段と、前記排気絞り弁の近傍の減圧した排気圧を測定する排気圧検出手段と、前記排気通路の外部の大気圧を測定する大気圧検出手段と、前記排気絞り弁開度検出手段、前記排気圧検出手段、前記大気圧検出手段からの測定値を演算し、前記排気絞り弁の開度を制御する演算制御手段と、を備え、
前記演算制御手段は、前記測定した排気圧と大気圧の差である差圧と、予め規定された所定値と、を比較して前記排気絞り弁の目標開度を決定し、さらに、前記排気絞り弁開度検出手段で測定した排気絞り弁の開度が前記決定した目標開度となるように前記排気絞り弁の開度を制御して、前記空気通路の取り込み空気による前記光学面の汚れと過熱を抑止するとともに前記排気絞り弁による排気の圧力損失を抑制する構成とする。
【０００７】
また、エンジンの排気通路に設けた光透過式の発光素子と受光素子をもつスモークセンサであって、前記排気通路を減圧させる排気絞り弁と、前記排気絞り弁の近傍に設置され、前記排気通路の外部の空気を前記発光素子と受光素子の光学面経由で前記排気通路に取り込む空気通路と、前記排気絞り弁の開度を測定する排気絞り弁開度検出手段と、前記発光素子と受光素子の光学面の温度を測定する光学面温度検出手段と、前記排気絞り弁開度検出手段からの測定値を演算するとともに、前記光学面温度検出手段からの前記発光素子と受光素子の光学面温度の測定値を演算し、前記排気絞り弁の開度を制御する演算制御手段と、を備え、
前記演算制御手段は、前記測定した発光素子の光学面温度と、予め規定された所定値と、を比較して前記排気絞り弁の目標開度Ａを算出するとともに、前記測定した受光素子の光学面温度と、予め規定された所定値と、を比較して前記排気絞り弁の目標開度Ｂを算出し、さらに、前記目標開度Ａと前記目標開度Ｂの内の小さい方の目標開度を選定し、前記排気絞り弁開度検出手段で測定した排気絞り弁の開度が前記選定した目標開度となるように前記排気絞り弁の開度を制御して、前記空気通路の取り込み空気による前記光学面の汚れと過熱を抑止するとともに前記排気絞り弁による排気の圧力損失を抑制する構成とする。
【０００８】
前記スモークセンサにおいて、前記排気絞り弁の近傍の減圧した排気圧を測定する排気圧検出手段と、前記排気通路の外部の大気圧を測定する大気圧検出手段と、前記排気絞り弁開度検出手段、前記排気圧検出手段、前記大気圧検出手段からの測定値を演算するとともに、前記発光素子と受光素子の光学面温度の測定値を演算し、前記排気絞り弁の開度を制御する演算制御手段と、を備え、
前記演算制御手段は、前記測定した排気圧と大気圧の差である差圧と、予め規定された所定値と、を比較して前記排気絞り弁の目標開度Ｃを算出し、さらに、前記目標開度Ａと前記目標開度Ｂと前記目標開度Ｃの内の最も小さい目標開度を選定し、前記排気絞り弁開度検出手段で測定した排気絞り弁の開度が前記選定した目標開度となるように前記排気絞り弁の開度を制御して、前記空気通路の取り込み空気による前記光学面の汚れと過熱を抑止するとともに前記排気絞り弁による排気の圧力損失を抑制する構成とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、排気流量に関わらず、排気通路外からの取り込み空気流量の過不足を最小限に抑えると共に、排気通路の減圧部による圧力損失を抑えることができる。これにより、光学面の汚れや過熱が抑えられ、スモーク検出感度の低下が抑えられると同時に、排気圧力損失に伴う燃費の悪化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るスモークセンサの全体構成とその接続構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係るスモークセンサとこれを用いたエンジン廻りの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るスモークセンサの第１の動作手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係るスモークセンサの第２の動作手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係るスモークセンサの第３の動作手順を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態に関する排気絞り弁開度と受光素子または発光素子の光学面温度との関係の一例を示すグラフである。
【図７】本実施形態に関する排気絞り弁開度と圧力損失との関係の一例を示すグラフである。
【図８】本実施形態に関する排気絞り弁開度の補正についてゲージ圧との関係で算出する具体例を示すグラフである。
【図９】本実施形態に関する排気絞り弁開度の補正について受光素子または発光素子の光学面温度との関係で算出する具体例を示すグラフである。
【図１０】本実施形態に関する排気絞り弁の弁開度を排気処理装置と光学面の汚れ・過熱からの要求を基に決定する手法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態に係るスモークセンサとこれに関連する周辺の構成について、まず、図１と図２を参照しながら以下説明する。図２は、本発明の実施形態に係るスモークセンサとこれを用いたエンジン廻りの構成を示す図であり、エンジン１９の上流からエアクリーナ１７、エアフローセンサ２、吸気絞り弁２８、過給器のコンプレッサ６(ｂ)、インタークーラ１６、吸気圧力および吸気温度センサ３０（ａ），（ｂ）、吸入空気量を調整するスロットル１３、吸気圧力および吸気温度センサ１４、吸気管２０（ａ），（ｂ）、燃料噴射弁（以下、インジェクタ）５が配置されている。スロットル１３は電子制御スロットルであることが好ましく、電気式アクチュエータによってスロットルバルブを駆動するものである。
【００１２】
排気管２３には、排気圧力および排気温度センサ３と、排気浄化装置７の前後の圧力と温度を測定するセンサ２１（ａ），（ｂ）と、排気絞り弁を付設したスモークセンサ２７とが配されており、吸気管２０（ａ），（ｂ）へ排気ガスを再循環する排気ガス再循環ガス通路９，２６には、排気ガス再循環ガス熱交換器１０，３１と、排気ガス再循環ガス流量制御弁１１，２９とが設置されている。
【００１３】
本実施形態に関連する吸気量制御手段は、吸気絞り弁２８、排気絞り弁を付設したスモークセンサ２７、排気ガス再循環ガス流量制御弁１１，２９、コンプレッサ６(ｂ)、インタークーラ１６、スロットル１３からなり、吸気量検出手段は、エアフローセンサ２、吸気圧力および吸気温度センサ３０（ａ），（ｂ）、吸気圧力および吸気温度センサ１４からなる。図２に示す構成において、排気ガス再循環ガス圧力および温度センサ１２、排気圧力および排気温度センサ３、エアフローセンサ２は、排気ガス再循環ガス流量を測定する際に用いられる。
【００１４】
インジェクタ５は燃焼室１８に直接燃料噴射する形式のものである。インジェクタ５からは、アクセル開度センサ１の開度信号αなどから演算される目標エンジントルクに応じて所定の燃料量が噴射され、その燃料量は、スロットル１３の開度信号θｔｐ、排気ガス再循環ガス流量制御弁１１の開度信号θｅｇｒ、コンプレッサ６（ｂ）の過給圧Ｐｔｉｎの出力値などに応じて適宜補正する。エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵ）８は、アクセル開度α、ブレーキ状態などのユーザ要求、車速などの車両状態、エンジン冷却水温および排気温度などのエンジン運転条件に応じて、エンジン１９の燃焼モードや制御量などを決定するものである。
【００１５】
次に、図２に示す排気絞り弁を付設したスモークセンサ２７の構成例について、図１を参照しながら以下説明する。ここで、スモークセンサ２７は、図１に示す発光素子１０５、光学通路１０４、受光素子１０６のみを指称するものではなくて、排気絞り弁１０２、排気絞り弁１０２の弁開度検出手段、排気絞り弁１０２付近の排気圧検出手段１０７、大気圧の検出手段１０７、発光素子及び受光素子の光学面の温度検出手段１０８、外部空気を光学面経由で排気通路に取り込む取り込み空気通路、種々の検出手段からの測定値を演算して排気絞り弁の弁開度を制御する演算制御手段、などの一群の構成要素からなるものを指称する。すなわち、スモークセンサ２７は、発光・受光素子に関連する一群の構成からなるものとして定義する。
【００１６】
排気絞り弁１０２はモータを付設した弁開度センサ１０３により駆動される。排気管１０１に備えた排気絞り弁１０２付近に光学通路１０４を設け、両端に発光素子１０５と受光素子１０６を配している。すなわち、光学通路１０４は排気管１０１の排気通路を横断するように構成される。発光素子１０５から発した光は光学通路１０４を通り、排気を透過して受光素子１０６に送られる。受光素子１０６に送られる受光量は排気濃度に応じて変化する。受光素子１０６は受光量に応じて出力電圧を変化させることで、外部へ排気濃度を出力する。
【００１７】
発光素子１０５と受光素子１０６の周囲には隙間を設け、排気絞り弁１０２による減圧により隙間と光学面と光学通路１０４を介して外気を取り込むようになっている（不図示）。発光素子１０５と受光素子１０６の光学面近傍には温度センサ１０８（ａ），（ｂ）が設けられ、発光素子１０５と受光素子１０６の温度測定に用いられる。排気管１０１の光学通路１０４近傍には外気圧および排気管内圧センサ１０７が設けられ（外気圧と内圧をそれぞれ測定する２つの検出器から構成される）、光学通路１０４内の通気方向の判定に用いられる（外気圧と内圧の大小を比較して通気の方向を判定する）。なお、発光素子１０５と受光素子１０６の代わりにフォトリフレクタやフォトインタラプタを用いても良い。
【００１８】
次に、本発明の実施形態に係るスモークセンサの第１の動作手順について、図３に示すフローチャートを参照しながら、以下説明する。図示するスモークセンサの動作は、周期的に測定と演算と制御出力を繰り返すものである。
【００１９】
最初に、排気管１０１に取り付けられた外気圧および排気管内圧センサ１０７によって大気圧を検出する（ブロック１００１）。次に、排気管１０１に取り付けられた外気圧および排気管内圧センサ１０７より排気圧を検出する（ブロック１００２）。そして、ブロック１００１とブロック１００２にて測定した圧力の差分を排気ゲージ圧（排気圧−大気圧）として算出する（ブロック１００４）。
【００２０】
次に、ブロック１００４にて算出した排気ゲージ圧と所定値を比較し、排気絞り弁１０２開度の過不足を算出する（ブロック１００５）。さらに、モータを付設した弁開度センサ１０３により排気絞り弁１０２の開度を検出する（ブロック１００３）。
【００２１】
続いて、ブロック１００３にて検出した排気絞り弁１０２の開度にブロック１００５にて算出した排気絞り弁１０２開度の過不足分を加算して排気絞り弁１０２の目標開度を算出する（ブロック１００６）。次に、排気絞り弁１０２の開度がブロック１００６にて算出した目標開度となるようにモータを付設した弁開度センサ１０３を駆動する（ブロック１００７）。このような手順の実行によって、排気絞り弁１０２による圧力損失を過大にすることなく、排気スモークを検出可能となる。換言すると、例えば、排気絞り弁１０２を絞って（通路の絞り態様が固定ではなくて可変である）圧力損失を大にするとスモークセンサ設置箇所の管内圧力が小となって外気からの取り込み空気量が増加し、光学面の汚れと過熱を抑止することができるのである。なお、排気と外気の通過量をみると、外気量をほとんど無視できる程度の多量の排気であるので、スモークセンサとしての排気濃度の検出機能には影響を及ぼさない。
【００２２】
次に、本発明の実施形態に係るスモークセンサの第２の動作手順について、図４に示すフローチャートを参照しながら、以下説明する。図示するスモークセンサの動作は、周期的に測定と演算と制御出力を繰り返すものである。
【００２３】
最初に、モータを付設した弁開度センサ１０３によって排気絞り弁１０２の開度を検出する（ブロック１１０４）。さらに、光学通路１０４に取り付けられた温度センサ１０８（ａ）により発光素子１０５の光学面温度を検出する（ブロック１１０１）。次に、ブロック１１０１にて算出した発光素子１０５の光学面温度と所定値を比較し、排気絞り弁１０２開度の過不足を算出する（ブロック１１０２）。続いて、ブロック１１０４にて検出した排気絞り弁１０２の開度にブロック１１０２にて算出した排気絞り弁１０２開度の過不足分を加算して排気絞り弁１０２の目標開度Ａを算出する（ブロック１１０３）。
【００２４】
次に、光学通路１０４に取り付けられた温度センサ１０８（ｂ）により受光素子１０６の光学面温度を検出する（ブロック１１０５）。さらに、ブロック１１０５にて算出した受光素子１０５の光学面温度と所定値を比較し、排気絞り弁１０２開度の過不足を算出する（ブロック１１０６）。続いて、ブロック１１０４にて検出した排気絞り弁１０２の開度にブロック１１０６にて算出した排気絞り弁１０２開度の過不足分を加算して排気絞り弁１０２の目標開度Ｂを算出する（ブロック１１０７）。
【００２５】
次に、ブロック１１０３で算出した排気絞り弁１０２の目標開度Ａとブロック１１０７で算出した排気絞り弁１０２の目標開度Ｂを比較し、小さい方（目標弁開度をより絞る方）を目標開度として選出する（ブロック１１０８）。小さい方を選出する理由は、弁開度をより絞って取り込み空気量を多くし光学面の温度をより低下させる際に、発光素子と受光素子の内で光学面の温度をより低下させる必要のある方の素子を選択することにある（いずれか一方の素子の光学面温度の上昇を避けるように安全サイドを選択する）。
【００２６】
次に、排気絞り弁１０２の開度がブロック１００８にて選出した目標開度となるようにモータを付設した弁開度センサ１０３を駆動する（ブロック１００９）。このようにして、排気絞り弁１０２を絞ることで排気圧力を下げ大気からの取り込み量を多くして光学面温度を低下させるのであるが、その際、排気絞り弁１０２を適宜に調節することで（固定の絞りではなくて）、排気絞り弁１０２による圧力損失を過大にすることなく、排気スモークの濃度検出が可能となる。
【００２７】
次に、本発明の実施形態に係るスモークセンサの第３の動作手順について、図５に示すフローチャートを参照しながら、以下説明する。図示するスモークセンサの動作は、周期的に測定と演算と制御出力を繰り返すものである。
【００２８】
最初に、モータを付設した弁開度センサ１０３により排気絞り弁１０２の開度を検出する（ブロック１２０４）。次に、光学通路１０４に取り付けられた温度センサ１０８（ａ）により発光素子１０５の光学面温度を検出する（ブロック１２０１）。続いて、ブロック１２０１にて算出した発光素子１０５の光学面温度と所定値を比較し、排気絞り弁１０２開度の過不足を算出する（ブロック１２０２）。そして、ブロック１２０４にて検出した排気絞り弁１０２の開度にブロック１２０２にて算出した排気絞り弁１０２開度の過不足分を加算して排気絞り弁１０２の目標開度Ａを算出する（ブロック１２０３）。
【００２９】
次に、光学通路１０４に取り付けられた温度センサ１０８（ｂ）により受光素子１０６の光学面温度を検出する（ブロック１２０５）。そして、ブロック１２０５にて算出した受光素子１０５の光学面温度と所定値を比較し、排気絞り弁１０２開度の過不足を算出する（ブロック１２０６）。続いて、ブロック１２０４にて検出した排気絞り弁１０２の開度にブロック１２０６にて算出した排気絞り弁１０２開度の過不足分を加算して排気絞り弁１０２の目標開度Ｂを算出する（ブロック１２０７）。
【００３０】
また、排気管１０１に取り付けられた外気圧および排気管内圧センサ１０７により大気圧を検出する（ブロック１２１２）。そして、排気管１０１に取り付けられた外気圧および排気管内圧センサ１０７により排気圧を検出する（ブロック１２０８）。続いて、ブロック１２１２とブロック１２０８にて測定した圧力の差分を排気ゲージ圧（排気圧−大気圧）として算出する（ブロック１２０９）。さらに、ブロック１２０９にて算出した排気ゲージ圧と所定値を比較し、排気絞り弁１０２開度の過不足を算出する（ブロック１２１０）。続いて、ブロック１２０４にて検出した排気絞り弁１０２の開度にブロック１２１０にて算出した排気絞り弁１０２開度の過不足分を加算して排気絞り弁１０２の目標開度Ｃを算出する（ブロック１２１１）。
【００３１】
次に、ブロック１２０３で算出した排気絞り弁１０２の目標開度Ａとブロック１２０７で算出した排気絞り弁１０２の目標開度Ｂとブロック１２１１で算出した排気絞り弁１０２の目標開度Ｃを比較し、小さい方を目標開度として選出する（ブロック１２１３）。目標弁開度の小さい方を選出することで、発光素子と受光素子のいずれかの素子の光学面温度が上昇して破損することを避けるように安全サイドを選出する。
【００３２】
次に、排気絞り弁１０２の開度がブロック１２１３にて選出した目標開度となるようにモータを付設した弁開度センサ１０３を駆動する（ブロック１２１４）。このように、上述した第１と第２の手順と同様に、排気絞り弁１０２による圧力損失を過大にすることなく、排気スモークの濃度検出が可能となる。
【００３３】
次に、本実施形態に係るスモークセンサの特徴の１つである、絞り弁による排気通路での圧力損失が増大することによりエンジンの燃費が悪化（排気通路を絞ることでエンジンへの吸気空気量が低減して燃費が低下する）することを抑制する機能について、図６と図７を参照しながら以下説明する。
【００３４】
図６は本実施形態における排気絞り弁開度の変化に伴う受光素子光学面または発光素子光学面の温度変化の一例を示したものであり、図７は本実施形態における排気絞り弁開度と排気流量の変化に伴う圧力損失との関係の一例を示したものである。
【００３５】
排気絞り弁の開度を小さくすることで排気圧が低下し取り込み空気量が多くなって受光素子光学面または発光素子光学面の温度が降下するが、同時に圧力損失が増大し、エンジン出力や燃費など、基本性能へ悪影響が及ぶことになる。このため、必要な測定精度を確保できる範囲内で、出来るだけ排気絞り弁の開度を大きくすることが必要とされる。
【００３６】
しかしながら、図７の符号２００１に示すように、排気絞り弁の開度が固定の場合（上記特許文献１の場合、図示例で弁開度Ｐ１）は、排気流量が小さい場合でも必要な減圧を得られる様にするため、排気絞り弁の開度を小さくする必要があり、排気流量の増加に伴い、必要以上の圧力損失が生じることになる（図７で、排気流量大のときに、圧力損失は排気流量小に比べて大きくなる）。そこで、図７の符号２００２に示す適切な圧力損失値が保てるように、図７の符号２００３に従い排気流量に応じて排気弁開度を調節（図示例で、排気流量中のときに弁開度Ｐ２、排気流量大のときに弁開度Ｐ３）することが、圧力損失の増大（エンジン燃費の悪化）を避ける上で有効となる。
【００３７】
図８は、図３に示す第１の動作手におけるブロック１００５における排気絞り弁開度の過不足算出の一例である。ゲージ圧（排気圧−大気圧）がゼロより小さい場合は、圧力差により外気が排気管内に取り込まれることになり、発光素子と受光素子は冷却されていると考えられ、排気絞り弁開度はより開く方向にする。
【００３８】
しかし、実際には排気温度や外気温度の上昇により、発光素子と受光素子の使用上限温度を超える場合がある。また、排気スモークセンサ自体の熱容量により、発光素子と受光素子の冷却には時間遅れが生じることがある。また、排気ガス圧の脈動の内でそのガス圧瞬時値が小のときに排気が光学面を介して大気に出る場合があり、すなわち排気の一部が逆流して光学面を汚すことがある。これらを考慮し、排気絞り弁の開閉切り替えはゲージ圧がゼロとなる状態ではなく、より小さなゲージ圧を基準とすることが好ましい。
【００３９】
図９は、図４に示す第２の動作手順におけるブロック１１０６における排気絞り弁開度の過不足算出の一例である。受光素子または発光素子の光学面温度が所定値より小さい場合は、発光素子または受光素子の耐熱性能に余裕があると考えられ、排気絞り弁開度はより開く方向にする。
【００４０】
しかし、排気スモークセンサ自体の熱容量により、発光素子と受光素子の冷却には時間遅れが生じることがある。これを考慮して、排気絞り弁の開閉切り替えは発光素子または受光素子の使用上限温度となる状態ではなく、より小さな温度を基準とすることが好ましい。
【００４１】
なお、エンジン始動時は始動性優先のため、空燃比が濃くなる上、Ａ／Ｆセンサの測定精度が低い。このため、エンジン始動から一定時間が経過するまでは排気が増大し、排気スモークセンサの光学面を汚す可能性が高くなる。このため、エンジン始動から一定時間は上述した排気絞り弁の目標開度よりも更に小さく目標開度を設定することで、取り込み空気量を多くして汚れを防止することができる。
【００４２】
図１０は、排気絞り弁１０２の弁開度決定方法の一例を示したものである。排気絞り弁は、上述したように光学素子の光学面の汚れと過熱を抑える手段であるとともに（図１０に示す横軸初期のエンジン始動時に、排気絞り弁目標開度よりも開度をさらに小にして取り込み空気量を多くし汚れと過熱を抑止する。図１０に示す破線３００２）、図２に示す排気処理装置（例えば、触媒）７の効率を高めることに応用され、排気音を低減することにも応用される（図１０に示す横軸初期のエンジン始動時に排気絞り弁１０２の開度を大きくして、触媒を通る排気ガスの流れを円滑にし、排気音を低減する。図１０に示す一点鎖線３００１）。このように、光学面の汚れと過熱、触媒効率と排気音低減の観点で、排気絞り弁に対するそれぞれの弁開度要求値が異なる場合に、安全サイドを見込んで最も小さな値を適用することが必要である（図１０に示す実線３００３）。
【符号の説明】
【００４３】
１：アクセル開度センサ、２：吸入空気流量センサ、３：排気圧力および排気温度センサ、５：インジェクタ、６(ａ) ：コンプレッサ、６(ｂ)：タービン、７：排気処理装置、８：ＥＣＵ、９：排気ガス再循環ガス通路Ａ、１０：熱交換器、１１：排気ガス再循環ガス流量制御弁、１２：排気ガス再循環ガス圧力および温度センサ、１３：スロットル、１４：吸気圧センサ、１５：燃料ポンプ、１６：インタークーラ、１７：エアクリーナ、１８：燃焼室、１９：エンジン、
２０：吸気管、２１(ａ)：触媒診断用センサ（上流側）、２１(ｂ)：触媒診断用センサ（下流側）、２２：燃料配管、２３：排気管、２４：吸入空気流量、２５：排気ガス再循環ガス流量、２６：排気ガス再循環ガス通路Ｂ、２７：排気絞り弁および排気スモークセンサ、２８：吸気絞り弁、２９：排気ガス再循環ガス流量制御弁、３０：吸気圧力および吸気温度センサ、３１：排気ガス再循環ガス熱交換器、
１０１：排気管、１０２：排気絞り弁、１０３：モータおよび弁開度センサ、１０４：光学通路、１０５：発光素子、１０６：受光素子、１０７：外気圧および排気管内圧センサ、１０８：温度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気通路に設けた光透過式のスモークセンサにおいて、光学面の汚れと過熱を抑える技術に関するものであり、特に排気流量が多くなった場合の圧力損失を低減させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気通路に設けた光透過式のスモークセンサは、光学面の汚れによる検出感度の低下に加え、排気熱による光学面への熱伝達により光学面の耐用温度上限を超える場合がある。そこで、スモークセンサの光学面の汚れと過熱に影響されることなく安定した分析を行う従来技術として、例えば、特許文献１に開示の技術が知られている。この特許文献１によると、ガス流路内に、流路を狭くし流れを速くしてその流れに沿った固定開度の減圧部を形成し、この減圧部の内部に光学系の光学面を設けるとともに、ガス流路外から空気を光学面経由で取り込むことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６４１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示された従来技術では、減圧部の通路面積が固定であるため、排気流量が小さくなると吸入空気流量が不足し、排気流量が大きくなると圧力損失の増大によりエンジンの燃費が悪化するという課題があった。
【０００５】
本発明は、エンジンの排気通路に設けた光透過式のスモークセンサにおいて、光学系の光学面の汚れと過熱を抑え、特に排気流量が多くなった場合の圧力損失を低減させることができるスモークセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
エンジンの排気通路に設けた光透過式の発光素子と受光素子をもつスモークセンサであって、前記排気通路を減圧させる排気絞り弁と、前記排気絞り弁の近傍に設置され、前記排気通路の外部の空気を前記発光素子と受光素子の光学面経由で前記排気通路に取り込む空気通路と、前記排気絞り弁の開度を測定する排気絞り弁開度検出手段と、前記排気絞り弁の近傍の減圧した排気圧を測定する排気圧検出手段と、前記排気通路の外部の大気圧を測定する大気圧検出手段と、前記排気絞り弁開度検出手段、前記排気圧検出手段、前記大気圧検出手段からの測定値を演算し、前記排気絞り弁の開度を制御する演算制御手段と、を備え、
前記演算制御手段は、前記測定した排気圧と大気圧の差である差圧と、予め規定された所定値と、を比較して前記排気絞り弁の目標開度を決定し、さらに、前記排気絞り弁開度検出手段で測定した排気絞り弁の開度が前記決定した目標開度となるように前記排気絞り弁の開度を制御して、前記空気通路の取り込み空気による前記光学面の汚れと過熱を抑止するとともに前記排気絞り弁による排気の圧力損失を抑制する構成とする。
【０００７】
また、エンジンの排気通路に設けた光透過式の発光素子と受光素子をもつスモークセンサであって、前記排気通路を減圧させる排気絞り弁と、前記排気絞り弁の近傍に設置され、前記排気通路の外部の空気を前記発光素子と受光素子の光学面経由で前記排気通路に取り込む空気通路と、前記排気絞り弁の開度を測定する排気絞り弁開度検出手段と、前記発光素子と受光素子の光学面の温度を測定する光学面温度検出手段と、前記排気絞り弁開度検出手段からの測定値を演算するとともに、前記光学面温度検出手段からの前記発光素子と受光素子の光学面温度の測定値を演算し、前記排気絞り弁の開度を制御する演算制御手段と、を備え、
前記演算制御手段は、前記測定した発光素子の光学面温度と、予め規定された所定値と、を比較して前記排気絞り弁の目標開度Ａを算出するとともに、前記測定した受光素子の光学面温度と、予め規定された所定値と、を比較して前記排気絞り弁の目標開度Ｂを算出し、さらに、前記目標開度Ａと前記目標開度Ｂの内の小さい方の目標開度を選定し、前記排気絞り弁開度検出手段で測定した排気絞り弁の開度が前記選定した目標開度となるように前記排気絞り弁の開度を制御して、前記空気通路の取り込み空気による前記光学面の汚れと過熱を抑止するとともに前記排気絞り弁による排気の圧力損失を抑制する構成とする。
【０００８】
前記スモークセンサにおいて、前記排気絞り弁の近傍の減圧した排気圧を測定する排気圧検出手段と、前記排気通路の外部の大気圧を測定する大気圧検出手段と、前記排気絞り弁開度検出手段、前記排気圧検出手段、前記大気圧検出手段からの測定値を演算するとともに、前記発光素子と受光素子の光学面温度の測定値を演算し、前記排気絞り弁の開度を制御する演算制御手段と、を備え、
前記演算制御手段は、前記測定した排気圧と大気圧の差である差圧と、予め規定された所定値と、を比較して前記排気絞り弁の目標開度Ｃを算出し、さらに、前記目標開度Ａと前記目標開度Ｂと前記目標開度Ｃの内の最も小さい目標開度を選定し、前記排気絞り弁開度検出手段で測定した排気絞り弁の開度が前記選定した目標開度となるように前記排気絞り弁の開度を制御して、前記空気通路の取り込み空気による前記光学面の汚れと過熱を抑止するとともに前記排気絞り弁による排気の圧力損失を抑制する構成とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、排気流量に関わらず、排気通路外からの取り込み空気流量の過不足を最小限に抑えると共に、排気通路の減圧部による圧力損失を抑えることができる。これにより、光学面の汚れや過熱が抑えられ、スモーク検出感度の低下が抑えられると同時に、排気圧力損失に伴う燃費の悪化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るスモークセンサの全体構成とその接続構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係るスモークセンサとこれを用いたエンジン廻りの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るスモークセンサの第１の動作手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係るスモークセンサの第２の動作手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係るスモークセンサの第３の動作手順を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態に関する排気絞り弁開度と受光素子または発光素子の光学面温度との関係の一例を示すグラフである。
【図７】本実施形態に関する排気絞り弁開度と圧力損失との関係の一例を示すグラフである。
【図８】本実施形態に関する排気絞り弁開度の補正についてゲージ圧との関係で算出する具体例を示すグラフである。
【図９】本実施形態に関する排気絞り弁開度の補正について受光素子または発光素子の光学面温度との関係で算出する具体例を示すグラフである。
【図１０】本実施形態に関する排気絞り弁の弁開度を排気処理装置と光学面の汚れ・過熱からの要求を基に決定する手法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態に係るスモークセンサとこれに関連する周辺の構成について、まず、図１と図２を参照しながら以下説明する。図２は、本発明の実施形態に係るスモークセンサとこれを用いたエンジン廻りの構成を示す図であり、エンジン１９の上流からエアクリーナ１７、エアフローセンサ２、吸気絞り弁２８、過給器のコンプレッサ６(ｂ)、インタークーラ１６、吸気圧力および吸気温度センサ３０（ａ），（ｂ）、吸入空気量を調整するスロットル１３、吸気圧力および吸気温度センサ１４、吸気管２０（ａ），（ｂ）、燃料噴射弁（以下、インジェクタ）５が配置されている。スロットル１３は電子制御スロットルであることが好ましく、電気式アクチュエータによってスロットルバルブを駆動するものである。
【００１２】
排気管２３には、排気圧力および排気温度センサ３と、排気浄化装置７の前後の圧力と温度を測定するセンサ２１（ａ），（ｂ）と、排気絞り弁を付設したスモークセンサ２７とが配されており、吸気管２０（ａ），（ｂ）へ排気ガスを再循環する排気ガス再循環ガス通路９，２６には、排気ガス再循環ガス熱交換器１０，３１と、排気ガス再循環ガス流量制御弁１１，２９とが設置されている。
【００１３】
本実施形態に関連する吸気量制御手段は、吸気絞り弁２８、排気絞り弁を付設したスモークセンサ２７、排気ガス再循環ガス流量制御弁１１，２９、コンプレッサ６(ｂ)、インタークーラ１６、スロットル１３からなり、吸気量検出手段は、エアフローセンサ２、吸気圧力および吸気温度センサ３０（ａ），（ｂ）、吸気圧力および吸気温度センサ１４からなる。図２に示す構成において、排気ガス再循環ガス圧力および温度センサ１２、排気圧力および排気温度センサ３、エアフローセンサ２は、排気ガス再循環ガス流量を測定する際に用いられる。
【００１４】
インジェクタ５は燃焼室１８に直接燃料噴射する形式のものである。インジェクタ５からは、アクセル開度センサ１の開度信号αなどから演算される目標エンジントルクに応じて所定の燃料量が噴射され、その燃料量は、スロットル１３の開度信号θｔｐ、排気ガス再循環ガス流量制御弁１１の開度信号θｅｇｒ、コンプレッサ６（ｂ）の過給圧Ｐｔｉｎの出力値などに応じて適宜補正する。エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵ）８は、アクセル開度α、ブレーキ状態などのユーザ要求、車速などの車両状態、エンジン冷却水温および排気温度などのエンジン運転条件に応じて、エンジン１９の燃焼モードや制御量などを決定するものである。
【００１５】
次に、図２に示す排気絞り弁を付設したスモークセンサ２７の構成例について、図１を参照しながら以下説明する。ここで、スモークセンサ２７は、図１に示す発光素子１０５、光学通路１０４、受光素子１０６のみを指称するものではなくて、排気絞り弁１０２、排気絞り弁１０２の弁開度検出手段、排気絞り弁１０２付近の排気圧検出手段１０７、大気圧の検出手段１０７、発光素子及び受光素子の光学面の温度検出手段１０８、外部空気を光学面経由で排気通路に取り込む取り込み空気通路、種々の検出手段からの測定値を演算して排気絞り弁の弁開度を制御する演算制御手段、などの一群の構成要素からなるものを指称する。すなわち、スモークセンサ２７は、発光・受光素子に関連する一群の構成からなるものとして定義する。
【００１６】
排気絞り弁１０２はモータを付設した弁開度センサ１０３により駆動される。排気管１０１に備えた排気絞り弁１０２付近に光学通路１０４を設け、両端に発光素子１０５と受光素子１０６を配している。すなわち、光学通路１０４は排気管１０１の排気通路を横断するように構成される。発光素子１０５から発した光は光学通路１０４を通り、排気を透過して受光素子１０６に送られる。受光素子１０６に送られる受光量は排気濃度に応じて変化する。受光素子１０６は受光量に応じて出力電圧を変化させることで、外部へ排気濃度を出力する。
【００１７】
発光素子１０５と受光素子１０６の周囲には隙間を設け、排気絞り弁１０２による減圧により隙間と光学面と光学通路１０４を介して外気を取り込むようになっている（不図示）。発光素子１０５と受光素子１０６の光学面近傍には温度センサ１０８（ａ），（ｂ）が設けられ、発光素子１０５と受光素子１０６の温度測定に用いられる。排気管１０１の光学通路１０４近傍には外気圧および排気管内圧センサ１０７が設けられ（外気圧と内圧をそれぞれ測定する２つの検出器から構成される）、光学通路１０４内の通気方向の判定に用いられる（外気圧と内圧の大小を比較して通気の方向を判定する）。なお、発光素子１０５と受光素子１０６の代わりにフォトリフレクタやフォトインタラプタを用いても良い。
【００１８】
次に、本発明の実施形態に係るスモークセンサの第１の動作手順について、図３に示すフローチャートを参照しながら、以下説明する。図示するスモークセンサの動作は、周期的に測定と演算と制御出力を繰り返すものである。
【００１９】
最初に、排気管１０１に取り付けられた外気圧および排気管内圧センサ１０７によって大気圧を検出する（ブロック１００１）。次に、排気管１０１に取り付けられた外気圧および排気管内圧センサ１０７より排気圧を検出する（ブロック１００２）。そして、ブロック１００１とブロック１００２にて測定した圧力の差分を排気ゲージ圧（排気圧−大気圧）として算出する（ブロック１００４）。
【００２０】
次に、ブロック１００４にて算出した排気ゲージ圧と所定値を比較し、排気絞り弁１０２開度の過不足を算出する（ブロック１００５）。さらに、モータを付設した弁開度センサ１０３により排気絞り弁１０２の開度を検出する（ブロック１００３）。
【００２１】
続いて、ブロック１００３にて検出した排気絞り弁１０２の開度にブロック１００５にて算出した排気絞り弁１０２開度の過不足分を加算して排気絞り弁１０２の目標開度を算出する（ブロック１００６）。次に、排気絞り弁１０２の開度がブロック１００６にて算出した目標開度となるようにモータを付設した弁開度センサ１０３を駆動する（ブロック１００７）。このような手順の実行によって、排気絞り弁１０２による圧力損失を過大にすることなく、排気スモークを検出可能となる。換言すると、例えば、排気絞り弁１０２を絞って（通路の絞り態様が固定ではなくて可変である）圧力損失を大にするとスモークセンサ設置箇所の管内圧力が小となって外気からの取り込み空気量が増加し、光学面の汚れと過熱を抑止することができるのである。なお、排気と外気の通過量をみると、外気量をほとんど無視できる程度の多量の排気であるので、スモークセンサとしての排気濃度の検出機能には影響を及ぼさない。
【００２２】
次に、本発明の実施形態に係るスモークセンサの第２の動作手順について、図４に示すフローチャートを参照しながら、以下説明する。図示するスモークセンサの動作は、周期的に測定と演算と制御出力を繰り返すものである。
【００２３】
最初に、モータを付設した弁開度センサ１０３によって排気絞り弁１０２の開度を検出する（ブロック１１０４）。さらに、光学通路１０４に取り付けられた温度センサ１０８（ａ）により発光素子１０５の光学面温度を検出する（ブロック１１０１）。次に、ブロック１１０１にて算出した発光素子１０５の光学面温度と所定値を比較し、排気絞り弁１０２開度の過不足を算出する（ブロック１１０２）。続いて、ブロック１１０４にて検出した排気絞り弁１０２の開度にブロック１１０２にて算出した排気絞り弁１０２開度の過不足分を加算して排気絞り弁１０２の目標開度Ａを算出する（ブロック１１０３）。
【００２４】
次に、光学通路１０４に取り付けられた温度センサ１０８（ｂ）により受光素子１０６の光学面温度を検出する（ブロック１１０５）。さらに、ブロック１１０５にて算出した受光素子１０５の光学面温度と所定値を比較し、排気絞り弁１０２開度の過不足を算出する（ブロック１１０６）。続いて、ブロック１１０４にて検出した排気絞り弁１０２の開度にブロック１１０６にて算出した排気絞り弁１０２開度の過不足分を加算して排気絞り弁１０２の目標開度Ｂを算出する（ブロック１１０７）。
【００２５】
次に、ブロック１１０３で算出した排気絞り弁１０２の目標開度Ａとブロック１１０７で算出した排気絞り弁１０２の目標開度Ｂを比較し、小さい方（目標弁開度をより絞る方）を目標開度として選出する（ブロック１１０８）。小さい方を選出する理由は、弁開度をより絞って取り込み空気量を多くし光学面の温度をより低下させる際に、発光素子と受光素子の内で光学面の温度をより低下させる必要のある方の素子を選択することにある（いずれか一方の素子の光学面温度の上昇を避けるように安全サイドを選択する）。
【００２６】
次に、排気絞り弁１０２の開度がブロック１００８にて選出した目標開度となるようにモータを付設した弁開度センサ１０３を駆動する（ブロック１００９）。このようにして、排気絞り弁１０２を絞ることで排気圧力を下げ大気からの取り込み量を多くして光学面温度を低下させるのであるが、その際、排気絞り弁１０２を適宜に調節することで（固定の絞りではなくて）、排気絞り弁１０２による圧力損失を過大にすることなく、排気スモークの濃度検出が可能となる。
【００２７】
次に、本発明の実施形態に係るスモークセンサの第３の動作手順について、図５に示すフローチャートを参照しながら、以下説明する。図示するスモークセンサの動作は、周期的に測定と演算と制御出力を繰り返すものである。
【００２８】
最初に、モータを付設した弁開度センサ１０３により排気絞り弁１０２の開度を検出する（ブロック１２０４）。次に、光学通路１０４に取り付けられた温度センサ１０８（ａ）により発光素子１０５の光学面温度を検出する（ブロック１２０１）。続いて、ブロック１２０１にて算出した発光素子１０５の光学面温度と所定値を比較し、排気絞り弁１０２開度の過不足を算出する（ブロック１２０２）。そして、ブロック１２０４にて検出した排気絞り弁１０２の開度にブロック１２０２にて算出した排気絞り弁１０２開度の過不足分を加算して排気絞り弁１０２の目標開度Ａを算出する（ブロック１２０３）。
【００２９】
次に、光学通路１０４に取り付けられた温度センサ１０８（ｂ）により受光素子１０６の光学面温度を検出する（ブロック１２０５）。そして、ブロック１２０５にて算出した受光素子１０５の光学面温度と所定値を比較し、排気絞り弁１０２開度の過不足を算出する（ブロック１２０６）。続いて、ブロック１２０４にて検出した排気絞り弁１０２の開度にブロック１２０６にて算出した排気絞り弁１０２開度の過不足分を加算して排気絞り弁１０２の目標開度Ｂを算出する（ブロック１２０７）。
【００３０】
また、排気管１０１に取り付けられた外気圧および排気管内圧センサ１０７により大気圧を検出する（ブロック１２１２）。そして、排気管１０１に取り付けられた外気圧および排気管内圧センサ１０７により排気圧を検出する（ブロック１２０８）。続いて、ブロック１２１２とブロック１２０８にて測定した圧力の差分を排気ゲージ圧（排気圧−大気圧）として算出する（ブロック１２０９）。さらに、ブロック１２０９にて算出した排気ゲージ圧と所定値を比較し、排気絞り弁１０２開度の過不足を算出する（ブロック１２１０）。続いて、ブロック１２０４にて検出した排気絞り弁１０２の開度にブロック１２１０にて算出した排気絞り弁１０２開度の過不足分を加算して排気絞り弁１０２の目標開度Ｃを算出する（ブロック１２１１）。
【００３１】
次に、ブロック１２０３で算出した排気絞り弁１０２の目標開度Ａとブロック１２０７で算出した排気絞り弁１０２の目標開度Ｂとブロック１２１１で算出した排気絞り弁１０２の目標開度Ｃを比較し、小さい方を目標開度として選出する（ブロック１２１３）。目標弁開度の小さい方を選出することで、発光素子と受光素子のいずれかの素子の光学面温度が上昇して破損することを避けるように安全サイドを選出する。
【００３２】
次に、排気絞り弁１０２の開度がブロック１２１３にて選出した目標開度となるようにモータを付設した弁開度センサ１０３を駆動する（ブロック１２１４）。このように、上述した第１と第２の手順と同様に、排気絞り弁１０２による圧力損失を過大にすることなく、排気スモークの濃度検出が可能となる。
【００３３】
次に、本実施形態に係るスモークセンサの特徴の１つである、絞り弁による排気通路での圧力損失が増大することによりエンジンの燃費が悪化（排気通路を絞ることでエンジンへの吸気空気量が低減して燃費が低下する）することを抑制する機能について、図６と図７を参照しながら以下説明する。
【００３４】
図６は本実施形態における排気絞り弁開度の変化に伴う受光素子光学面または発光素子光学面の温度変化の一例を示したものであり、図７は本実施形態における排気絞り弁開度と排気流量の変化に伴う圧力損失との関係の一例を示したものである。
【００３５】
排気絞り弁の開度を小さくすることで排気圧が低下し取り込み空気量が多くなって受光素子光学面または発光素子光学面の温度が降下するが、同時に圧力損失が増大し、エンジン出力や燃費など、基本性能へ悪影響が及ぶことになる。このため、必要な測定精度を確保できる範囲内で、出来るだけ排気絞り弁の開度を大きくすることが必要とされる。
【００３６】
しかしながら、図７の符号２００１に示すように、排気絞り弁の開度が固定の場合（上記特許文献１の場合、図示例で弁開度Ｐ１）は、排気流量が小さい場合でも必要な減圧を得られる様にするため、排気絞り弁の開度を小さくする必要があり、排気流量の増加に伴い、必要以上の圧力損失が生じることになる（図７で、排気流量大のときに、圧力損失は排気流量小に比べて大きくなる）。そこで、図７の符号２００２に示す適切な圧力損失値が保てるように、図７の符号２００３に従い排気流量に応じて排気弁開度を調節（図示例で、排気流量中のときに弁開度Ｐ２、排気流量大のときに弁開度Ｐ３）することが、圧力損失の増大（エンジン燃費の悪化）を避ける上で有効となる。
【００３７】
図８は、図３に示す第１の動作手におけるブロック１００５における排気絞り弁開度の過不足算出の一例である。ゲージ圧（排気圧−大気圧）がゼロより小さい場合は、圧力差により外気が排気管内に取り込まれることになり、発光素子と受光素子は冷却されていると考えられ、排気絞り弁開度はより開く方向にする。
【００３８】
しかし、実際には排気温度や外気温度の上昇により、発光素子と受光素子の使用上限温度を超える場合がある。また、排気スモークセンサ自体の熱容量により、発光素子と受光素子の冷却には時間遅れが生じることがある。また、排気ガス圧の脈動の内でそのガス圧瞬時値が小のときに排気が光学面を介して大気に出る場合があり、すなわち排気の一部が逆流して光学面を汚すことがある。これらを考慮し、排気絞り弁の開閉切り替えはゲージ圧がゼロとなる状態ではなく、より小さなゲージ圧を基準とすることが好ましい。
【００３９】
図９は、図４に示す第２の動作手順におけるブロック１１０６における排気絞り弁開度の過不足算出の一例である。受光素子または発光素子の光学面温度が所定値より小さい場合は、発光素子または受光素子の耐熱性能に余裕があると考えられ、排気絞り弁開度はより開く方向にする。
【００４０】
しかし、排気スモークセンサ自体の熱容量により、発光素子と受光素子の冷却には時間遅れが生じることがある。これを考慮して、排気絞り弁の開閉切り替えは発光素子または受光素子の使用上限温度となる状態ではなく、より小さな温度を基準とすることが好ましい。
【００４１】
なお、エンジン始動時は始動性優先のため、空燃比が濃くなる上、Ａ／Ｆセンサの測定精度が低い。このため、エンジン始動から一定時間が経過するまでは排気が増大し、排気スモークセンサの光学面を汚す可能性が高くなる。このため、エンジン始動から一定時間は上述した排気絞り弁の目標開度よりも更に小さく目標開度を設定することで、取り込み空気量を多くして汚れを防止することができる。
【００４２】
図１０は、排気絞り弁１０２の弁開度決定方法の一例を示したものである。排気絞り弁は、上述したように光学素子の光学面の汚れと過熱を抑える手段であるとともに（図１０に示す横軸初期のエンジン始動時に、排気絞り弁目標開度よりも開度をさらに小にして取り込み空気量を多くし汚れと過熱を抑止する。図１０に示す破線３００２）、図２に示す排気処理装置（例えば、触媒）７の効率を高めることに応用され、排気音を低減することにも応用される（図１０に示す横軸初期のエンジン始動時に排気絞り弁１０２の開度を大きくして、触媒を通る排気ガスの流れを円滑にし、排気音を低減する。図１０に示す一点鎖線３００１）。このように、光学面の汚れと過熱、触媒効率と排気音低減の観点で、排気絞り弁に対するそれぞれの弁開度要求値が異なる場合に、安全サイドを見込んで最も小さな値を適用することが必要である（図１０に示す実線３００３）。
【符号の説明】
【００４３】
１：アクセル開度センサ、２：吸入空気流量センサ、３：排気圧力および排気温度センサ、５：インジェクタ、６(ａ) ：コンプレッサ、６(ｂ)：タービン、７：排気処理装置、８：ＥＣＵ、９：排気ガス再循環ガス通路Ａ、１０：熱交換器、１１：排気ガス再循環ガス流量制御弁、１２：排気ガス再循環ガス圧力および温度センサ、１３：スロットル、１４：吸気圧センサ、１５：燃料ポンプ、１６：インタークーラ、１７：エアクリーナ、１８：燃焼室、１９：エンジン、
２０：吸気管、２１(ａ)：触媒診断用センサ（上流側）、２１(ｂ)：触媒診断用センサ（下流側）、２２：燃料配管、２３：排気管、２４：吸入空気流量、２５：排気ガス再循環ガス流量、２６：排気ガス再循環ガス通路Ｂ、２７：排気絞り弁および排気スモークセンサ、２８：吸気絞り弁、２９：排気ガス再循環ガス流量制御弁、３０：吸気圧力および吸気温度センサ、３１：排気ガス再循環ガス熱交換器、
１０１：排気管、１０２：排気絞り弁、１０３：モータおよび弁開度センサ、１０４：光学通路、１０５：発光素子、１０６：受光素子、１０７：外気圧および排気管内圧センサ、１０８：温度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けた光透過式の発光素子と受光素子をもつスモークセンサであって、
前記排気通路を減圧させる排気絞り弁と、
前記排気絞り弁の近傍に設置され、前記排気通路の外部の空気を前記発光素子と受光素子の光学面経由で前記排気通路に取り込む空気通路と、
前記排気絞り弁の開度を測定する排気絞り弁開度検出手段と、
前記排気絞り弁の近傍の減圧した排気圧を測定する排気圧検出手段と、
前記排気通路の外部の大気圧を測定する大気圧検出手段と、
前記排気絞り弁開度検出手段、前記排気圧検出手段、前記大気圧検出手段からの測定値を演算し、前記排気絞り弁の開度を制御する演算制御手段と、を備え、
前記演算制御手段は、前記測定した排気圧と大気圧の差である差圧と、予め規定された所定値と、を比較して前記排気絞り弁の目標開度を決定し、さらに、前記排気絞り弁開度検出手段で測定した排気絞り弁の開度が前記決定した目標開度となるように前記排気絞り弁の開度を制御して、前記空気通路の取り込み空気による前記光学面の汚れと過熱を抑止するとともに前記排気絞り弁による排気の圧力損失を抑制する
ことを特徴とするスモークセンサ。
【請求項２】
エンジンの排気通路に設けた光透過式の発光素子と受光素子をもつスモークセンサであって、
前記排気通路を減圧させる排気絞り弁と、
前記排気絞り弁の近傍に設置され、前記排気通路の外部の空気を前記発光素子と受光素子の光学面経由で前記排気通路に取り込む空気通路と、
前記排気絞り弁の開度を測定する排気絞り弁開度検出手段と、
前記発光素子と受光素子の光学面の温度を測定する光学面温度検出手段と、
前記排気絞り弁開度検出手段からの測定値を演算するとともに、前記光学面温度検出手段からの前記発光素子と受光素子の光学面温度の測定値を演算し、前記排気絞り弁の開度を制御する演算制御手段と、を備え、
前記演算制御手段は、前記測定した発光素子の光学面温度と、予め規定された所定値と、を比較して前記排気絞り弁の目標開度Ａを算出するとともに、前記測定した受光素子の光学面温度と、予め規定された所定値と、を比較して前記排気絞り弁の目標開度Ｂを算出し、さらに、前記目標開度Ａと前記目標開度Ｂの内の小さい方の目標開度を選定し、前記排気絞り弁開度検出手段で測定した排気絞り弁の開度が前記選定した目標開度となるように前記排気絞り弁の開度を制御して、前記空気通路の取り込み空気による前記光学面の汚れと過熱を抑止するとともに前記排気絞り弁による排気の圧力損失を抑制する
ことを特徴とするスモークセンサ。
【請求項３】
請求項２において、
前記排気絞り弁の近傍の減圧した排気圧を測定する排気圧検出手段と、
前記排気通路の外部の大気圧を測定する大気圧検出手段と、
前記排気絞り弁開度検出手段、前記排気圧検出手段、前記大気圧検出手段からの測定値を演算するとともに、前記発光素子と受光素子の光学面温度の測定値を演算し、前記排気絞り弁の開度を制御する演算制御手段と、を備え、
前記演算制御手段は、前記測定した排気圧と大気圧の差である差圧と、予め規定された所定値と、を比較して前記排気絞り弁の目標開度Ｃを算出し、さらに、前記目標開度Ａと前記目標開度Ｂと前記目標開度Ｃの内の最も小さい目標開度を選定し、前記排気絞り弁開度検出手段で測定した排気絞り弁の開度が前記選定した目標開度となるように前記排気絞り弁の開度を制御して、前記空気通路の取り込み空気による前記光学面の汚れと過熱を抑止するとともに前記排気絞り弁による排気の圧力損失を抑制する
ことを特徴とするスモークセンサ。
【請求項４】
請求項１、２または３において、
前記演算制御手段は、エンジンの始動時から一定時間経過時までの空燃比の濃い期間において、前記決定した目標開度又は前記選定した目標開度よりもさらに小さい目標開度を設定し、前記排気絞り弁開度検出手段で測定した排気絞り弁の開度が前記設定した目標開度となるように前記排気絞り弁の開度を制御して、前記空気通路の取り込み空気による前記光学面の汚れを抑止する
ことを特徴とするスモークセンサ。
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けた光透過式の発光素子と受光素子をもつスモークセンサであって、
前記排気通路を減圧させる排気絞り弁と、
前記排気絞り弁の近傍に設置され、前記排気通路の外部の空気を前記発光素子と受光素子の光学面経由で前記排気通路に取り込む空気通路と、
前記排気絞り弁の開度を測定する排気絞り弁開度検出手段と、
前記排気絞り弁の近傍の減圧した排気圧を測定する排気圧検出手段と、
前記排気通路の外部の大気圧を測定する大気圧検出手段と、
前記排気絞り弁開度検出手段、前記排気圧検出手段、前記大気圧検出手段からの測定値を演算し、前記排気絞り弁の開度を制御する演算制御手段と、を備え、
前記演算制御手段は、前記測定した排気圧と大気圧の差である差圧と、予め規定された所定値と、を比較して前記排気絞り弁の目標開度を決定し、さらに、前記排気絞り弁開度検出手段で測定した排気絞り弁の開度が前記決定した目標開度となるように前記排気絞り弁の開度を制御して、前記空気通路の取り込み空気による前記光学面の汚れと過熱を抑止するとともに前記排気絞り弁による排気の圧力損失を抑制する
ことを特徴とするスモークセンサ。
【請求項２】
エンジンの排気通路に設けた光透過式の発光素子と受光素子をもつスモークセンサであって、
前記排気通路を減圧させる排気絞り弁と、
前記排気絞り弁の近傍に設置され、前記排気通路の外部の空気を前記発光素子と受光素子の光学面経由で前記排気通路に取り込む空気通路と、
前記排気絞り弁の開度を測定する排気絞り弁開度検出手段と、
前記発光素子と受光素子の光学面の温度を測定する光学面温度検出手段と、
前記排気絞り弁開度検出手段からの測定値を演算するとともに、前記光学面温度検出手段からの前記発光素子と受光素子の光学面温度の測定値を演算し、前記排気絞り弁の開度を制御する演算制御手段と、を備え、
前記演算制御手段は、前記測定した発光素子の光学面温度と、予め規定された所定値と、を比較して前記排気絞り弁の目標開度Ａを算出するとともに、前記測定した受光素子の光学面温度と、予め規定された所定値と、を比較して前記排気絞り弁の目標開度Ｂを算出し、さらに、前記目標開度Ａと前記目標開度Ｂの内の小さい方の目標開度を選定し、前記排気絞り弁開度検出手段で測定した排気絞り弁の開度が前記選定した目標開度となるように前記排気絞り弁の開度を制御して、前記空気通路の取り込み空気による前記光学面の汚れと過熱を抑止するとともに前記排気絞り弁による排気の圧力損失を抑制する
ことを特徴とするスモークセンサ。
【請求項３】
請求項２において、
前記排気絞り弁の近傍の減圧した排気圧を測定する排気圧検出手段と、
前記排気通路の外部の大気圧を測定する大気圧検出手段と、
前記排気絞り弁開度検出手段、前記排気圧検出手段、前記大気圧検出手段からの測定値を演算するとともに、前記発光素子と受光素子の光学面温度の測定値を演算し、前記排気絞り弁の開度を制御する演算制御手段と、を備え、
前記演算制御手段は、前記測定した排気圧と大気圧の差である差圧と、予め規定された所定値と、を比較して前記排気絞り弁の目標開度Ｃを算出し、さらに、前記目標開度Ａと前記目標開度Ｂと前記目標開度Ｃの内の最も小さい目標開度を選定し、前記排気絞り弁開度検出手段で測定した排気絞り弁の開度が前記選定した目標開度となるように前記排気絞り弁の開度を制御して、前記空気通路の取り込み空気による前記光学面の汚れと過熱を抑止するとともに前記排気絞り弁による排気の圧力損失を抑制する
ことを特徴とするスモークセンサ。
【請求項４】
請求項１、２または３において、
前記演算制御手段は、エンジンの始動時から一定時間経過時までの空燃比の濃い期間において、前記決定した目標開度又は前記選定した目標開度よりもさらに小さい目標開度を設定し、前記排気絞り弁開度検出手段で測定した排気絞り弁の開度が前記設定した目標開度となるように前記排気絞り弁の開度を制御して、前記空気通路の取り込み空気による前記光学面の汚れを抑止する
ことを特徴とするスモークセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２３７１８９（Ｐ２０１１−２３７１８９Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０６４２３（Ｐ２０１０−１０６４２３）
【出願日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]