液膜厚さ計測装置及び内燃機関の制御装置
【課題】内燃機関に好適に用いられ、液膜の蛍光現象を用いて液膜の厚さを高精度に計測することが可能な液膜厚さ計測装置を提供する。
【解決手段】液膜厚さ計測装置は、紫外光を発光する発光素子と、発光素子からの紫外光を透過させると共に液膜側からの蛍光を含む光を反射させるハーフミラーと、ハーフミラーを透過した発光素子からの紫外光を液膜に向けて伝送すると共に液膜から発せられた蛍光を含む光をハーフミラー側に伝送する光ファイバと、ハーフミラーにて反射された蛍光を含む光から紫外光をカットして蛍光のみを透過させる紫外光カットフィルタと、紫外光カットフィルタを透過した蛍光を受光して液膜の蛍光強度を検出すると共に液膜の蛍光強度に応じた電圧値を出力する光センサとを含む。それらの各構成要素は１つの筐体内に収容されている。これにより、光センサの出力電圧値に基づき液膜の厚さを算出することが可能な液膜厚さ計測装置が得られる。
【解決手段】液膜厚さ計測装置は、紫外光を発光する発光素子と、発光素子からの紫外光を透過させると共に液膜側からの蛍光を含む光を反射させるハーフミラーと、ハーフミラーを透過した発光素子からの紫外光を液膜に向けて伝送すると共に液膜から発せられた蛍光を含む光をハーフミラー側に伝送する光ファイバと、ハーフミラーにて反射された蛍光を含む光から紫外光をカットして蛍光のみを透過させる紫外光カットフィルタと、紫外光カットフィルタを透過した蛍光を受光して液膜の蛍光強度を検出すると共に液膜の蛍光強度に応じた電圧値を出力する光センサとを含む。それらの各構成要素は１つの筐体内に収容されている。これにより、光センサの出力電圧値に基づき液膜の厚さを算出することが可能な液膜厚さ計測装置が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液膜の蛍光現象を用いて液膜の厚さを計測する液膜厚さ計測装置、及びかかる液膜厚さ計測装置を用いた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、蛍光物質が混入された油膜に対してレーザ光等を照射し、これにより励起された蛍光物質から発せられる蛍光の強度に基づいて油膜の厚さを計測する手法が着目されている。ここで、蛍光の強度は、油膜の厚さに比例することが知られている。
【０００３】
このような手法を用いて油膜の厚さを計測する技術及びこれに関連する技術が、例えば特許文献１乃至４に記載されている。
【０００４】
特許文献１には、光透過性素材で構成される透光部を備えるシリンダと、そのシリンダ内に配設されたピストンとの間に介在する潤滑油に対してレーザ光を照射することにより、そのレーザ光により励起された潤滑油中の蛍光物質による蛍光強度に基づいて潤滑油の厚さを２次元的に計測することが可能な油膜厚さ計測装置が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、上記のような手法を用い、軸受本体のすべり面に形成された油膜の厚さを測定することが可能な油膜厚さ測定装置が記載されている。また、特許文献３には、ピストリングとシリンダ壁との間に形成される油膜の厚さを測定することが可能な油膜厚さ測定方法が記載されている。
【０００６】
特許文献４には、蛍光現象を用いた油膜厚さ計測における蛍光と油膜厚さとの較正時に、油膜厚さの計測をより正確に行うことが可能な油膜厚さ較正装置が開示されている。
【０００７】
なお、特許文献５には、吸気管の内壁面に配設された複数の燃料検出手段からの各検出値に基づき、その内壁面に付着する燃料付着量を算出すると共に、各燃料検出手段の各検出値に基づき算出された今回の燃料付着量及び前回の燃料付着量から今回の燃料付着変化量を算出し、さらに、エンジンの運転状態に応じて決定される基本燃料噴射量を今回の燃料付着変化量を基に補正することによって次回の燃料噴射量を決定する内燃機関の燃料噴射制御装置が記載されている。ここで、各燃料検出手段は、吸気管の内壁面に配設され互いに所定距離離間するよう設定された一対の電極間を有し、各燃料検出手段からの各検出値は、各電極間に介在する燃料付着量に応じて変化する。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１７４４３１号公報
【特許文献２】特開２００３−２４７８１２号公報
【特許文献３】特開２００６−３３７１７９号公報
【特許文献４】特開２００４−１０１２０９号公報
【特許文献５】特開２００３−３２２０５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したような油膜厚さ計測手法を用いれば、内燃機関の壁面（例えば、吸気管の内壁面など）に付着した燃料の厚さを計測し、その計測結果に基づき燃料の付着量を算出して、さらに算出された燃料の付着量に基づき、内燃機関の燃料噴射量を制御することが可能である。
【００１０】
しかしながら、上記した特許文献に記載の油膜厚さ計測装置などを内燃機関に搭載することを考えた場合、次のような課題が一例として考えられる。
【００１１】
例えば、上記した特許文献１及び２に記載の油膜厚さ計測（測定）装置は、計測システムとして大掛かりなシステム構成を有するため、その分、油膜厚さ計測（測定）装置のコストが高くなってしまうといった課題がある。
【００１２】
また、上記の特許文献１の油膜厚さ計測装置は、シリンダを光透過性素材にて構成するなど試験用装置としての色彩が濃く、内燃機関（実機）へ搭載するための実現性が低いといった課題がある。即ち、特許文献１では、実機への搭載を考慮した油膜厚さ計測装置のシステム構成が検討されていない。
【００１３】
さらに、上記の特許文献１及び２に記載の油膜厚さ計測（測定）装置では、潤滑油に蛍光物質（蛍光剤）を混入するようにしているため、これによって計測対象物たる潤滑油（媒体）の物性を変えてしまう虞があるといった課題がある。
【００１４】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、液膜の蛍光現象を用いて液膜の厚さを高精度に計測する液膜厚さ計測装置、及びかかる液膜厚さ計測装置を適用した内燃機関の制御装置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】
【００１５】
本発明の１つの観点では、液膜に対する紫外光の照射によって前記液膜から発せられる蛍光の強度に基づいて前記液膜の厚さを計測する液膜厚さ計測装置は、前記紫外光を発光する発光素子と、前記発光素子からの前記紫外光を透過させると共に、前記液膜からの前記蛍光を含む光を反射させるハーフミラーと、前記ハーフミラーを透過した前記紫外光を前記液膜に向けて伝送すると共に、前記液膜から発せられた前記蛍光を含む光を前記ハーフミラーに向けて伝送する光ファイバと、前記ハーフミラーにて反射された前記蛍光を含む光から紫外光をカットして前記蛍光のみを透過させる紫外光カットフィルタと、前記紫外光カットフィルタを透過した前記蛍光を受光して前記液膜の前記蛍光の強度を検出すると共に、検出した蛍光の強度に応じた電圧値を出力する光センサと、を備える。
【００１６】
上記の液膜厚さ計測装置は、液膜に対する紫外光の照射によって液膜から発せられる蛍光の強度に基づいて液膜の厚さを計測する。この液膜厚さ計測装置は、発光素子と、ハーフミラーと、光ファイバと、紫外光カットフィルタと、光センサと、を備える。
【００１７】
発光素子は、例えば発光ダイオード素子であり、紫外光を発光する。ハーフミラーは、発光素子から出射された紫外光を透過させると共に、液膜側から発光された蛍光を含む光を反射させる。光ファイバは、紫外光及び蛍光を含む光を伝送するための光路を有し、ハーフミラーを透過した発光素子からの紫外光を液膜に向けて伝送及び照射すると共に、液膜から発せられた蛍光を含む光をハーフミラーに向けて伝送及び照射する。好適な例では、前記光ファイバの一端は、前記ハーフミラーを透過した前記発光素子からの紫外光を受光することが可能な位置に配置されていると共に、前記光ファイバの他端は、前記受光した前記紫外光を前記液膜に向けて伝送することが可能な位置に配置されている。紫外光カットフィルタは、ハーフミラーにて反射された蛍光を含む光から紫外光をカットして蛍光のみを透過させる。光センサは、紫外光カットフィルタを透過した蛍光を受光して、その受光量を基に液膜の蛍光の強度を検出すると共に、検出した液膜の蛍光の強度に応じた電圧値を出力する。ここで、光センサからの出力電圧値と液膜の厚さとの関係は一般的に比例関係を有する。したがって、光センサからの出力電圧値に基づいて液膜の厚さを算出することが可能となる。
【００１８】
上記の液膜厚さ計測装置の一つの態様では、前記光ファイバは１であり、前記発光素子からの紫外光を前記液膜に向けて伝送するための光路と、前記液膜から発せられた前記蛍光を含む光を前記ハーフミラーに向けて伝送するための光路とは、前記１つの前記光ファイバの１つの光路により構成されている。この態様によれば、複数の光ファイバを用いて紫外光及び蛍光を含む光を伝送する構成と比較して、液膜厚さ計測装置をよりコンパクトにすることができ、その分、液膜厚さ計測装置のコストを下げることができる。
【００１９】
上記の液膜厚さ計測装置の他の態様では、前記発光素子、前記ハーフミラー、前記紫外光カットフィルタ及び前記光センサは、１つの筐体内に収容されている。これにより、液膜厚さ計測装置をコンパクトにすることができる。よって、その分、液膜厚さ計測装置のコストが増加することを防止できるのに加えて、内燃機関（実機）などへの搭載度を高めることができる。
【００２０】
上記の液膜厚さ計測装置の他の態様では、受けた光を反射させる反射面を含むミラーと、前記ミラーの回転角度を制御するモータと、を有する光路切替装置を更に備え、前記ミラーの周囲には、複数の前記光ファイバの一端が適宜の間隔をおいて配置されていると共に、前記液膜の複数の計測部分には、前記複数の前記光ファイバの他端が夫々配置され、前記モータは、前記ハーフミラーを透過した前記発光素子側からの前記紫外光が前記ミラーの前記反射面によって前記複数の前記光ファイバのうちいずれかの前記光ファイバの前記一端側の光路に向けて反射されるように、且つ、前記液膜側から当該いずれかの前記光ファイバの前記他端の光路を通じて出射された前記蛍光を含む光が前記ミラーの前記反射面によって前記ハーフミラー側に反射されるように前記ミラーの前記回転角度を制御する。
【００２１】
この態様では、受けた光を反射させる反射面を含むミラーと、ミラーの回転角度を制御するモータとを有する光路切替装置を更に備える。そして、ミラーの周囲には、複数の光ファイバの一端が適宜の間隔をおいて配置されていると共に、液膜の複数の計測部分には、複数の光ファイバの他端（先端）が夫々配置されている。モータは、ハーフミラーを透過した発光素子側からの紫外光がミラーの反射面によって複数の光ファイバのうちいずれかの光ファイバの一端側の光路に向けて反射されるように、且つ、液膜側から当該いずれかの光ファイバの一端の光路を通じて出射された蛍光を含む光がミラーの反射面によってハーフミラー側に反射されるように、ミラーの回転角度を制御する。つまり、この態様では、光路切替装置のモータを通じてミラーの回転角度を制御することによって、複数の光ファイバのうち、計測対象となる光ファイバの光路に切り替える。これにより、複数箇所の液膜の厚さの計測をすることが可能となる。
【００２２】
本発明の他の観点では、上記の液膜厚さ計測装置を備える内燃機関の制御装置を構成することができる。これにより、内燃機関の壁面に付着する液膜（例えば、薄膜状の燃料又は燃料薄膜；以下同様）の厚さを計測することが可能となる。また、かかる液膜厚さ計測装置は、上記したようにコンパクトな構成を有するので、内燃機関の省スペース化に貢献するフィードバック用のセンサとして用いることが可能となる。
【００２３】
上記の内燃機関の制御装置の一つの態様では、前記液膜厚さ計測装置は、前記内燃機関のクランキング時の燃料噴射前における基準状態の時に得られた前記光センサからの電圧値を前記液膜の厚さがゼロとなる基準電圧値とする。この基準電圧値を基にすれば、内燃機関内に外乱が生じた場合でも、より正確に液膜の厚さを算出することが可能となる。
【００２４】
上記の内燃機関の制御装置の他の態様では、前記液膜の成分たる燃料が導入される燃料導入経路と、単位蛍光強度当たりの前記液膜の厚さを算出する液膜厚さ換算手段と、を備え、前記燃料導入経路は規定の厚さを有する規定厚さ部分を有し、前記紫外光の照射によって前記規定厚さ部分の前記燃料から発せられる前記蛍光の強度は、前記規定厚さ部分に設けられた前記光ファイバを通じて前記光センサによって検出され、前記液膜厚さ換算手段は、前記規定厚さ部分における前記規定の厚さと、前記光センサによって検出された前記規定厚さ部分の前記蛍光の強度とに基づいて、前記単位蛍光強度当たりの前記液膜の厚さを算出する。
【００２５】
この態様では、液膜の成分たる燃料が導入される燃料導入経路と、単位蛍光強度当たりの液膜の厚さを算出する液膜厚さ換算手段と、を備える。燃料導入経路は規定の厚さを有する規定厚さ部分を有する。紫外光の照射によって規定厚さ部分の燃料から発せられる蛍光の強度は、規定厚さ部分に設けられた光ファイバを通じて光センサによって検出される。液膜厚さ換算手段は、規定厚さ部分における規定の厚さと、光センサによって検出された規定厚さ部分の蛍光の強度とに基づいて、単位蛍光強度当たりの液膜の厚さを算出する。こうして算出された位蛍光強度当たりの液膜の厚さを用いて内燃機関の壁面に付着する液膜の厚さをより正確に算出することが可能となる。
【００２６】
上記の内燃機関の制御装置の他の態様では、気筒と、前記気筒に対応して設けられた吸気弁及び排気弁と、を備え、前記液膜厚さ計測装置は、前記気筒における吸気行程の終了後の前記吸気弁及び前記排気弁が閉じられている期間中に、当該吸気行程から排気行程に至るサイクルでの前記内燃機関の壁面に付着する前記液膜の厚さを計測する。
【００２７】
この態様では、気筒（シリンダ）と、気筒に対応して設けられた吸気弁及び排気弁と、を備える。液膜厚さ計測装置は、気筒における吸気行程の終了後の吸気弁及び排気弁が閉じられている期間中に、当該吸気行程から排気行程に至るサイクルでの内燃機関の壁面に付着する液膜の厚さを算出する。これにより、サイクル毎に液膜の厚さを算出することができる。
【００２８】
上記の内燃機関の制御装置の他の態様では、前記液膜の厚さから前記液膜の付着量に換算するための液膜厚さ−液膜付着量換算マップと、前記内燃機関の前記壁面に付着する前記液膜の付着量を算出するための液膜付着量算出手段と、を備え、前記液膜付着量算出手段は、前記内燃機関の前記壁面に付着する前記液膜の厚さと、前記液膜厚さ−液膜付着量換算マップとに基づいて、当該液膜の付着量を算出する。
【００２９】
この態様では、液膜の厚さから液膜の付着量に換算するための液膜厚さ−液膜付着量換算マップと、内燃機関の壁面に付着する液膜の付着量を算出するための液膜付着量算出手段と、を備える。液膜付着量算出手段は、内燃機関の壁面に付着する液膜の厚さと、液膜厚さ−液膜付着量換算マップとに基づいて、当該液膜の付着量を算出する。こうして液膜の付着量が算出されることにより、内燃機関の燃料噴射制御を高精度に行うことが可能となる。
【００３０】
上記の内燃機関の制御装置の他の態様では、筒内に対する前記燃料の基準噴射量増量係数と補正係数とに基づいて、前記筒内に対する前記燃料の噴射量増量係数を決定するための噴射量増量係数決定手段と、前記筒内に対する１回の燃料噴射当たりの前記燃料の流入量を算出するための１噴射当たりの筒内流入量算出手段と、前記補正係数を算出するための補正係数算出手段と、を備え、前記内燃機関の過渡時において、前記１噴射当たりの筒内流入量算出手段は、前記液膜付着量算出手段により算出された今回のサイクルに対応する前記液膜の付着量と、前記液膜付着量算出手段により算出された前回のサイクルに対応する前記液膜の付着量との差分に基づいて、前記１回の燃料噴射当たりの前記燃料の流入量を算出し、前記補正係数算出手段は、前記算出された前記１回の燃料噴射当たりの前記燃料の流入量が、前記筒内に対する前記燃料の基準流入量となるように前記補正係数を算出し、前記噴射量増量係数決定手段は、前記算出された前記補正係数と前記基準噴射量増量係数とに基づいて、次回のサイクルの前記燃料の噴射量増量係数を決定する。
【００３１】
この態様では、筒内に対する燃料の基準噴射量増量係数と補正係数とに基づいて、筒内に対する燃料の噴射量増量係数を決定するための噴射量増量係数決定手段と、筒内に対する１回の燃料噴射当たりの燃料の流入量を算出するための１噴射当たりの筒内流入量算出手段と、補正係数を算出するための補正係数算出手段と、を備える。そして、内燃機関の過渡時において、１噴射当たりの筒内流入量算出手段は、液膜付着量算出手段により算出された今回のサイクルに対応する液膜の付着量と、液膜付着量算出手段により算出された前回のサイクルに対応する液膜の付着量との差分に基づいて、１回の燃料噴射当たりの前記燃料の流入量を算出し、補正係数算出手段は、算出された１回の燃料噴射当たりの燃料の流入量が、筒内に対する燃料の基準流入量となるように補正係数を算出し、噴射量増量係数決定手段は、算出された補正係数と基準噴射量増量係数とに基づいて、次回のサイクルの燃料の噴射量増量係数を決定する。これにより、内燃機関の過渡運転時（特に内燃機関の冷間時における過渡運転時）において、高精度な燃料噴射が行われると同時に、粒子状物質（スモーク）、窒素酸化物（ＮＯｘ）および炭化水素（ＨＣ）などが大気中に大量に排出されてしまうことを抑制でき、エミッションを低減させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面を参照して本発明の好適な各種の実施形態について説明する。
【００３３】
[第１実施形態]
（液膜厚さ計測装置の構成）
まず、図１等を参照して、本発明の第１実施形態に係る液膜厚さ計測装置の構成について説明する。
【００３４】
図１は、第１実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０の構成を概略的に示す断面図である。
【００３５】
第１実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０は、液膜１２に対する紫外光８の照射によって液膜１２から発せられる蛍光１１の強度に基づいて液膜１２の厚さＦを計測する装置であり、主に、光学系本体２０ｘと、光学系本体２０ｘに対して接合又は接続される光ファイバ５と、を備える。なお、本明細書において、液膜１２とは、紫外光が照射されることにより励起して蛍光を発光する薄膜状の液体（例えば、添加剤を含む燃料など）をいう。 光学系本体２０ｘは、筐体１と、発光素子２と、ハーフミラー３と、カップリング（接合部材）４と、光ファイバ５と、紫外光カットフィルタ（紫外光吸収フィルタ）６と、光センサ７と、を備える。
【００３６】
筐体１は、例えば筒状の形状を有する第１の筐体１ａと筒状の形状を有する第２の筐体１ｂとをＴ字状に結合させた形状を有し、発光素子２、ハーフミラー３、紫外光カットフィルタ６及び光センサ７を収容している。
【００３７】
発光素子２は、第１の筐体１ａ内の一端側に配置されている。発光素子２は、外部から電力Ｐが供給されることにより、ハーフミラー３に向けて紫外光８を発光する。発光素子２としては、例えば紫外光８を発光する発光ダイオード素子などが挙げられる。
【００３８】
ハーフミラー３は、発光素子２の発光面２ａに対して所定の傾斜（例えば、４５度）を以って第１の筐体１ａ内の略中央に配置されており、発光素子２から照射された紫外光８を透過（又は通過）させると共に、液膜１２側から光ファイバ５を通じて伝送された蛍光１１を含む光９を紫外光８と蛍光１１とに分離して、その分離した蛍光１１を含む光９を紫外光カットフィルタ６側に反射させる。
【００３９】
カップリング４は、第１の筐体１ａの発光素子２側とは逆側となる第１の筐体１ａの外壁に配置されており、光ファイバ５の一端５ａと第１の筐体１ａとを接合している。
【００４０】
光ファイバ５は、光を伝送するコア５ｃと、コア５ｃを包むクラッド５ｋと、クラッド５ｋを被覆する被覆部材５ｈと、を有する。コア５ｃは、ガラス繊維などの透光性素材にて形成されている。クラッド５ｋは、コア５ｃより屈折率の高いガラスなどの透光性素材にて形成されている。被覆部材５ｈは、ナイロンなどの素材にて形成されている。光ファイバ５の一端５ａは、ハーフミラー３を透過した発光素子２からの紫外光８を受光することが可能な位置に配置されており、さらにカップリング４によって第１の筐体１ａの発光素子２側とは逆側となる第１の筐体５ａの外壁に接合されている。一方、光ファイバ５の他端（先端）５ｂ側は、基材１０の貫通孔１０ｈに挿入されており、さらに光ファイバ５の先端５ｂは、液膜１２が付着する基材１０の面１０ａと同一面上に位置していると共に、ハーフミラー３側から受光した紫外光８を液膜１２に向けて伝送することが可能な位置に配置されている。ここで、本例では、光ファイバ５は１つだけ設けられており、ハーフミラー３を透過した発光素子２からの紫外光８を液膜１２に向けて伝送するための光路（コア）と、液膜１２から発せられた蛍光１１を含む光９をハーフミラー３に向けて伝送するための光路（コア）とは、１つの光ファイバ５の１つの光路（コア５ｃ）により構成されている。但し、本発明では、光ファイバ５の光路の数や、光ファイバの構成や、光ファイバを設ける本数に限定はない。
【００４１】
紫外光カットフィルタ６は、第２の筐体１ｂの略中央に配置されていると共に、ハーフミラー３にて反射された液膜１２側からの蛍光１１を含む光９を受光することが可能な位置に配置されている。紫外光カットフィルタ６は、ハーフミラー３にて反射された蛍光１１を含む光９から紫外光８をカット（吸収又は遮断）して蛍光１１のみを光センサ７側へ透過させる。
【００４２】
光センサ７は、紫外光カットフィルタ６を透過した蛍光１１を受光して液膜１２の蛍光の強度を検出すると共に、検出した液膜１２の蛍光の強度に応じた電圧値Ｖ（以下、「出力電圧値Ｖ」とも称する）を出力する。
【００４３】
次に、液膜厚さ計測装置２０を用いた液膜１２の厚さＦの計測方法について述べる。
【００４４】
まず、液膜１２の厚さＦを計測するタイミングで発光素子２に対して電力Ｐを供給して、発光素子２の発光面２ａより紫外光８を発光させる。発光素子２より発光された紫外光８は、ハーフミラー３を透過して光ファイバ５の一端５ａに入射し、さらに光ファイバ５のコア５ｃを通じて基材１０の面１０ａ上に付着する液膜１２まで伝送される。これにより、光ファイバ５の先端５ｂに対面する、液膜１２の部分Ａ１（以下、「蛍光部分Ａ１」と称する）は紫外光８により励起されて蛍光１１を含む光９を発光する。その発光した蛍光１１を含む光９は、光ファイバ５の先端５ｂに入射して、さらに光ファイバ５のコア５ｃを通じて光ファイバ５の一端５ａまで伝送され、さらに光ファイバ５の一端５ａからハーフミラー３に向けて出射する。ハーフミラー３に到達した蛍光１１を含む光９は、ハーフミラー３によって紫外光８と蛍光１１とに分離されると共に、その分離された蛍光１１を含む光９はハーフミラー３にて紫外光カットフィルタ６に向けて反射され、その反射された蛍光１１を含む光９は紫外光カットフィルタ６に到達する。ここで、図２（ａ）は、紫外光カット前の蛍光１１を含む光９の波長特性を示す。図２（ａ）において、縦軸は蛍光１１を含む光９の強度を、また、横軸は波長（ｎｍ）を示す。かかる蛍光１１を含む光９は、図２（ａ）に示すように、紫外光の波長域と蛍光の波長域の双方にピークを持つ波長特性を有していることが分かる。
【００４５】
次に、紫外光カットフィルタ６に到達した蛍光１１を含む光９は、紫外光カットフィルタ６によって蛍光１１のみが取り出される。ここで、図２（ｂ）は、紫外光カットフィルタ６の透過率特性を示す。図２（ｂ）において、縦軸は紫外光カットフィルタ６の透過率（％）を、また、横軸は波長（ｎｍ）を示す。紫外光カットフィルタ６は、図２（ｂ）に示すように、約４００ｎｍ未満の波長域の光を吸収して、約４００ｎｍ以上の波長域の光を透過させる特性を有する。よって、この紫外光カットフィルタ６は、ハーフミラー３にて反射された蛍光１１を含む光９から紫外光８をカット（吸収）して蛍光１１のみを光センサ７側へ透過させる。ここで、図２（ｃ）は、紫外光カットフィルタ６によって紫外光がカットされた後の蛍光１１の波長特性を示す。なお、図２（ｃ）において、縦軸は蛍光１１の強度を、また、横軸は波長（ｎｍ）を示す。
【００４６】
次に、紫外光カットフィルタ６を透過した蛍光１１は、光センサ７によって受光される。光センサ７は、受光した蛍光１１の受光量に基づき液膜１２の蛍光部分Ａ１の蛍光１１の強度を検出すると共に、検出した液膜１２の蛍光１１の強度に応じた電圧値Ｖを出力する。ここで、図２（ｄ）は、光センサ７からの出力電圧値（Ｖ）と液膜１２の厚さとの関係を示すグラフの一例である。図２（ｄ）に示すように、光センサ７からの出力電圧値Ｖと液膜１２の厚さＦとの関係は比例関係を有している。したがって、第１実施形態では、光センサ７からの出力電圧値Ｖに基づいて液膜１２の蛍光部分Ａ１の厚さＦを算出することが可能となる。
【００４７】
また、この液膜厚さ計測装置２０では、発光素子２、ハーフミラー３、紫外光カットフィルタ６及び光センサ７は、１つの筐体１内に収容されており、当該液膜厚さ計測装置２０はコンパクトなシステム構成を有する。よって、その分、液膜厚さ計測装置２０のコストが増加することを防止できるのに加えて、内燃機関（実機）などへの搭載が容易となる。
【００４８】
また、この液膜厚さ計測装置２０では、ハーフミラー３を透過した発光素子２からの紫外光８を液膜１２に向けて伝送するための光路（コア）と、液膜１２から発せられた蛍光１１を含む光９をハーフミラー３に向けて伝送するための光路（コア）とは、１つの光ファイバ５の１つの光路（コア５ｃ）により構成されている。よって、複数の光ファイバを用いて紫外光８及び蛍光１１を含む光９を伝送する構成と比較して、液膜厚さ計測装置２０をよりコンパクトにすることができ、その分、液膜厚さ計測装置２０のコストを下げることができる。
【００４９】
[第２実施形態]
（液膜厚さ計測装置の構成）
次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態に係る液膜厚さ計測装置の構成について説明する。なお、以下では、第１実施形態と共通する要素については同一の符号を付し、その説明は適宜省略する。
【００５０】
図３（ａ）は、第２実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０ｚの構成を概略的に示す断面図である。図３（ｂ）は、光路切替装置３０付近の要部断面図であり、２つの光ファイバ５ｘ及び５ｙのうち、光ファイバ５ｙを用いて光ファイバ５ｙの一端５ｙａに対し逆側となる他端（先端；図示略）に対面する液膜１２（図示略）の厚さＦを計測するときの光路切替装置３０の動作説明図を示す。図３（ｃ）は、光路切替装置３０付近の要部断面図であり、２つの光ファイバ５ｘ及び５ｙのうち、光ファイバ５ｘを用いて光ファイバ５ｘの一端５ｘａに対し逆側となる他端（先端；図示略）に対面する液膜１２（図示略）の厚さＦを計測するときの光路切替装置３０の動作説明図を示す。
【００５１】
第１実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０は、１つの光ファイバ５を用いて１箇所の液膜１２の厚さを計測する構成であった。
【００５２】
これに対して、第２実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０ｚは、複数の光ファイバを用いて複数箇所の液膜１２の厚さを計測する構成を有する。具体的には、第２実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０ｚは、第１実施形態と同様の構成を有する光学系本体２０ｘと、光学系本体２０ｘに対して接合される光路切替装置３０と、光路切替装置３０に対して接合される、２つの光ファイバ（光ファイバ５ｘ及び光ファイバ５ｙ）と、を備える。
【００５３】
光路切替装置３０は、筐体２１と、ミラー２２と、モータ２３と、複数のカップリング４と、を備える。
【００５４】
筐体２１は、例えば箱状の形状を有し、カップリング４を介して光学系本体２０ｘに接合されている。
【００５５】
ミラー２２は、受けた光を反射させる反射面２２ａを含んで構成される。ミラー２２は、ハーフミラー３を透過した発光素子２側からの紫外光８がミラー２２の反射面２２ａに対して所定の傾斜角（例えば、４５度）で入射するように、且つ、液膜１２側から光ファイバ５ｘ又は光ファイバ５ｙの光路（コア５ｃ）を通じて出射された蛍光１１を含む光９がミラー２２の反射面２２ａに対して所定の傾斜角（例えば、４５度）で入射するような状態にて筐体２１内に収容されている。
【００５６】
モータ２３は、ミラー２２に接続され、ミラー２２を回転させる。モータ２３としては、例えばステッピングモータなどが挙げられる。
【００５７】
光ファイバ５ｘは、上記した光ファイバ５と同様の構成を有する。光ファイバ５ｘの一端５ｘａ側は、筐体２１の外壁に配置されたカップリング４に接合されている。一方、光ファイバ５ｘの一端５ｘａに対し逆側となる他端側（先端側；図示略）は、図示しない基材１０の貫通孔１０ｈに挿入されており、さらに当該光ファイバ５ｘの先端は、図示を省略するが、液膜１２が付着する基材１０の面１０ａと同一面上に位置していると共に、光ファイバ５ｘの一端５ｘａ側から入射した紫外光８を液膜１２の計測部分に向けて伝送することが可能な位置に配置されている。
【００５８】
光ファイバ５ｙも、上記した光ファイバ５と同様の構成を有する。光ファイバ５ｙの一端５ｙａは、筐体２１の外壁に且つ光ファイバ５ｘの一端５ｘａと逆側に配置されたカップリング４に接合されている。一方、光ファイバ５ｙの一端５ｙａに対し逆側となる他端側（先端側；図示略）は、図示しない基材１０の貫通孔１０ｈに挿入されており、さらに当該光ファイバ５ｙの先端は、図示を省略するが、液膜１２が付着する基材１０の面１０ａと同一面上に位置していると共に、光ファイバ５ｙの一端５ｙａ側から入射した紫外光８を液膜１２（上記した光ファイバ５ｘの先端が対面する液膜１２の計測部分と異なる他の計測部分）に向けて伝送することが可能な位置に配置されている。
【００５９】
次に、液膜厚さ計測装置２０ｚを用いた液膜１２の厚さＦの計測方法について述べる。
【００６０】
この光路切替装置３０において、モータ２３は、ハーフミラー３を透過した発光素子２側からの紫外光８がミラー２２の反射面２２ａによって２つの光ファイバ（光ファイバ５ｘ及び光ファイバ５ｙ）のうち、いずれかの光ファイバの一端の光路（コア５ｃ）に向けて反射されるように、且つ、液膜１２側から当該いずれかの光ファイバを通じて出射された蛍光１１を含む光９がミラー２２の反射面２２ａによってハーフミラー３に向けて反射されるように、ミラー２２の回転角度を制御する。例えば、２つの光ファイバ（光ファイバ５ｘ及び光ファイバ５ｙ）のうち光ファイバ５ｙを用いて液膜１２の厚さＦを計測する場合には、モータ２３は、図３（ｂ）に示すように、ミラー２２の反射面２２ａを光ファイバ５ｙの一端５ｙａの光路（コア５ｃ）に対して対面させるようにミラー２２の回転角度を制御する。一方、２つの光ファイバ（光ファイバ５ｘ及び光ファイバ５ｙ）のうち光ファイバ５ｘを用いて液膜１２の厚さＦを計測する場合には、モータ２３は、図３（ｃ）に示すように、ミラー２２の反射面２２ａを光ファイバ５ｘの一端５ｘａの光路（コア５ｃ）に対して対面させるようにミラー２２の回転角度を制御する。
【００６１】
このように、この光路切替装置３０では、モータ２３を通じてミラー２２の回転角度を制御することによって、光ファイバ５ｘ及び光ファイバ５ｙのうち、計測対象となる光ファイバの光路に切り替える。これにより、光学系本体２０ｘから出射される紫外光８の伝送、及び液膜１２側から発せられる蛍光１１を含む光９の伝送が当該計測対象となる光ファイバの光路によって行われることになる。その結果、複数箇所の液膜１２の厚さ（本例では、上記した液膜１２の計測部分及び他の計測部分の各厚さ）Ｆの計測をすることが可能となる。
【００６２】
なお、上記の第２実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０ｚでは、２つの光ファイバ（光ファイバ５ｘ及び光ファイバ５ｙ）を用いて液膜１２の厚さＦを計測するようにしたが、これに限らず、本発明に係る液膜厚さ計測装置では、２つ以上の光ファイバを用いて液膜１２の厚さＦを計測するようにしてもよい。例えば、図４（ａ）は、図３（ａ）の切断線Ａ−Ａ’に沿った他の形態例に係る光路切替装置３１の要部断面図であり、光路切替装置３１において４つの光ファイバ５を用いた例を示す。同様に、図４（ｂ）は、図４（ａ）に対応する他の形態例に係る光路切替装置３２の要部断面図であり、光路切替装置３２において６つの光ファイバ５を用いた例を示す。同様に、図４（ｃ）は、図４（ａ）に対応する他の形態例に係る光路切替装置３３の要部断面図であり、光路切替装置３３において８つの光ファイバ５を用いた例を示す。なお、図４（ａ）乃至図４（ｃ）では、光路切替装置３０と同一の要素については同一の符号を付している。また、光路切替装置３１〜３３の作動原理は、光路切替装置３０と同様であり、その説明は省略する。
【００６３】
[内燃機関への適用例]
本発明に係る液膜厚さ計測装置を内燃機関に適用すれば、液膜（例えば、紫外光を照射することにより励起されて蛍光を発光する添加剤を有する燃料の薄膜；以下同様の意味で用いる）の厚さＦを計測することができ、また、この計測結果に基づいて内燃機関における燃料噴射の適切な制御を行うことができるといった利点を有する。そこで、以下では、図５を参照して、本発明に係る液膜厚さ計測装置の一例としての第２実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０ｚを内燃機関に適用した例について説明する。
【００６４】
（内燃機関の制御装置の構成）
図５は、第２実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０ｚを適用した内燃機関の制御装置の構成を概略的に示す断面図である。なお、図５では、破線矢印がガスの流れを示し、実線矢印が信号の入出力を示している。
【００６５】
内燃機関（エンジン）８０の制御装置１００は、電子式車両運転制御装置の一例としてのＥＣＵ（Engine Control Unit）１１２によって内燃機関８０を制御する装置であり、主に、シリンダ（気筒）１２１、シリンダヘッド１１９、燃料タンク１１５及び液膜厚さ計測装置２０ｚなどを備える。なお、この他にも内燃機関８０の制御装置１００には、内燃機関８０や電装部品などの始動・停止等を行うためのキースイッチ、内燃機関８０の始動時にクランキングによって回転力を付与するためのスタータ、スタータのオン・オフ動作を検知するスタータスイッチなどが設けられるが、図５ではそれらの図示を省略している。
【００６６】
シリンダ１２１は、シリンダヘッド１１９の下方に配置されている。なお、本実施形態では、内燃機関８０においてシリンダ１２１の数に制限はない。シリンダ１２１の内部などには、内燃機関８０の各部を冷却するための冷却水が流通するウォータージャケット１２２が設けられている。ウォータージャケット１２２内を流通する冷却水の温度は、シリンダ１２１に取り付けられた水温センサ１１０によって検出される。シリンダ１２１の内側には、ピストン１２３が当該シリンダ１２１の内壁に沿って往復運動可能な状態で配置されている。ピストン１２３はコネクティングロッド１２４を介しクランクシャフト１２５に連結されている。ピストン１２３の往復運動はコネクティングロッド１２４によって回転運動に変換された後、クランクシャフト１２５に伝達される。シリンダ１２１内におけるピストン１２３の行程位置の判別、つまり気筒判別は、クランク角度センサ１１１によってクランクシャフト１２５の回転位置（クランク角度）を検出することによって行われる。また、内燃機関８０における点火時期制御及び燃料噴射時期制御等を含む各種の制御は、クランク角度の検出に基づいて行われる。ピストン１２３とシリンダ１２１とシリンダヘッド１１９の間には燃焼室１０６が形成されている。
【００６７】
シリンダヘッド１１９には、主に、吸気通路１２８、スロットル弁１０１、サージタンク１０２、吸気ポート１０５及び吸気弁１０７を含む吸気系、排気弁１０９及び排気通路１２０を含む排気系、点火装置１１８などが設けられている。外部から導入された空気（吸気）は吸気通路１２８を通過し、その通過した空気はスロットル弁１０１によってその吸入量が調整され、さらに吸入量が調整された空気はサージタンク１０２及び吸気ポート１０５を介して燃焼室（気筒内）１０６へ供給される。サージタンク１０２には、当該サージタンク１０２内の吸気の圧力を検出するための吸気圧センサ１０３が設けられている。 吸気弁１０７は、ＥＣＵ１１２によって開閉制御されることにより、吸気ポート１０５と燃焼室１０６との連通／遮断を行う。吸気弁１０７の近くには、吸気弁１０７を駆動するカム（図示略）の角度を検出するためのカム角度センサ１０８が設けられている。吸気ポート１０５には、燃料噴射装置（インジェクタ）１０４が設けられている。燃焼噴射装置１０４は、燃料導入経路（燃料配管）１２６を介して、適量の燃料（液膜の成分）１２７を保持する燃料タンク１１５に接続されている。燃焼噴射装置１０４は、ＥＣＵ５０から出力される信号Ｓｉｇ８に基づいて燃料噴射量や燃料噴射時期などが制御され、吸気ポート１０５に向けて燃料（液膜の成分）を噴射する。吸気ポート１０５に向けて噴射された燃料は、さらに燃焼室１０６内へ供給される。
【００６８】
燃焼室１０６内では、点火装置１１８による点火によって、供給された空気と燃料との混合気が燃焼される。この場合、燃焼によってピストン１２３がシリンダ１２１の内壁に沿って往復運動し、この往復運動がコネクティングロッド１２４を介してクランクシャフト１２５に伝達され、クランクシャフトが回転する。また、燃焼室１０６内の混合気の燃焼によって生じた排気は排気通路１２０へ排出され、さらに図示しない触媒及びマフラーなどを通じて外部へ排出される。排気弁１０９は、排気通路１２０側から燃焼室１０６側にかけて設けられ、ＥＣＵ１１２によって開閉制御されることにより、排気通路１２０と燃焼室１０６の連通／遮断を行う。
【００６９】
液膜厚さ計測装置２０ｚは、ＥＣＵ１１２から所定のタイミングで供給される計測指令に係る信号Ｓｉｇ１に基づいて計測を開始し、本例では吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着した燃料の液膜の厚さＦを計測する役割を果たす。液膜厚さ計測装置２０ｚにおける２つの光ファイバ５ｘ及び５ｙのうち、一方の光ファイバ５ｘの先端５ｘｂは、吸気ポート１０５の壁面１０５ａと同一面上に配置されており、吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着した液膜の厚さＦを計測する光ファイバとして用いられ、他方の光ファイバ５ｙは、後述する単位蛍光強度当たりの液膜の厚さＦを計測するための光ファイバとして用いられる。
【００７０】
ＥＣＵ１１２は、図示を省略するが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む演算手段と、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む記憶手段と、を備える。ＥＣＵ１１２には、液膜厚さ計測装置２０ｚの光センサ７から液膜の厚さＦに係る信号（即ち、液膜の蛍光部分の蛍光の強度に応じた出力電圧値Ｖに係る信号）Ｓｉｇ２、クランク角度センサ１１１からクランク角度に係る信号Ｓｉｇ３、水温センサ１１０から冷却水の温度に係る信号Ｓｉｇ４、カム角度センサ１０８からカム角度に係る信号Ｓｉｇ５、吸気圧センサ１０３からサージタンク１０２内の吸気の圧力に係る信号Ｓｉｇ６、キースイッチのイグニション端子からキースイッチのオン・オフ動作に係る信号ＩＧ、スタータスイッチからスタータのオン・オフ動作に係る信号ＳＴなど各種センサや各種装置からの信号が入力され、これに基づいてＥＣＵ１１２は内燃機関８０に対する制御を行う。
【００７１】
本発明では、ＥＣＵ１１２は、後述において、単位蛍光強度当たりの液膜の厚さを算出する液膜厚さ換算手段、液膜の厚さＦから液膜の付着量Ｍを算出する液膜付着量算出手段、過渡運転時における噴射量増量係数Ｙを決定する噴射量増量係数決定手段、燃焼室内（筒内）１０６に対する流入量Ｃｉを算出する筒内流入量算出手段、噴射量増量係数Ｙに対する補正係数ｘを算出する補正係数算出手段として機能する。
【００７２】
以上の内燃機関８０の制御装置１００に適用される液膜厚さ計測装置２０ｚはコンパクトな構成を有するので、内燃機関８０の省スペース化に貢献するフィードバック用のセンサとして用いることが可能となる。
【００７３】
（液膜厚さの基準点算出方法）
次に、図６を参照して、液膜の厚さＦの基準点（液膜の厚さＦが０となる点であり、以下同様の意味で用いる）の算出方法について説明する。
【００７４】
図６（ａ）は、液膜の厚さＦの基準点算出方法に係るタイムチャートを示す。図６（ａ）において、縦軸には、燃料噴射装置１０４を動作させるためのＯＮ・ＯＦＦ信号の出力状態、及び発光素子２を発光（駆動）するためのＯＮ・ＯＦＦ信号の出力状態を示し、また、横軸には時間を示している。図６（ｂ）は、図６（ａ）における液膜の厚さＦの基準点に対応する光センサ７の出力電圧値Ｖ０を示し、図６（ｃ）は、図６（ａ）における１回目の液膜の厚さＦに対応する光センサ７の出力電圧値Ｖ１を示す。
【００７５】
内燃機関８０内は外乱が大きいため、液膜の厚さＦの基準点を取ることは難しい。本実施形態では、内燃機関８０のクランキング時（スタータによる内燃機関８０の始動時）の燃料噴射前を基準状態としたときに、当該基準状態の時に、発光素子２側から内燃機関８０の壁面、例えば吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着した液膜に対し光ファイバ５ｘを通じて紫外光８を照射し、その照射によって液膜から発せられた蛍光１１の強度を光センサ７によって検出し、その検出した蛍光１１の強度に対応する光センサ７からの出力電圧値Ｖ０を液膜の厚さＦの基準点とする。
【００７６】
より具体的には、まず、キースイッチのイグニション端子からキースイッチのＯＮ動作に係る信号ＩＧ、及びスタータスイッチからスタータのＯＮ動作に係る信号ＳＴがそれぞれＥＣＵ１１２に入力されると、ＥＣＵ１１２は、内燃機関８０のクランキング時であって、燃料噴射装置１０４により吸気ポート１０５に向けて燃料噴射を行う（燃料噴射信号Ｓｉｇ８の出力がＯＮとなる）前に、液膜厚さ計測装置２０ｚに対して液膜の厚さＦを計測するための信号（発光素子２を駆動するための基準点補正用信号）Ｓｉｇ１を出力する。
【００７７】
これにより、発光素子２より紫外光８が発光され、その発光された紫外光８は、上記した原理に基づき光ファイバ５ｘの先端５ｘｂから吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する液膜に向けて照射される。ここで、液膜には、通常、様々な添加剤が混入されており、その液膜に含まれる添加剤に対して紫外光８を照射すると当該添加剤の蛍光部分は励起し蛍光１１を含む光９を発光する。この蛍光１１を含む光９を光ファイバ５ｘの先端５ｘｂが受光すると、その受光した蛍光１１を含む光９は、上記した原理に基づき紫外光カットフィルタ６によって蛍光１１のみが取り出され、その取り出された蛍光１１は光センサ７によって受光される。光センサ７は、その受光した液膜の蛍光部分の強度を検出すると共に、その検出した液膜の蛍光１１の強度に応じた出力電圧値Ｖ０に係る信号Ｓｉｇ２をＥＣＵ１１２に出力する。ＥＣＵ１１２は、その出力電圧値Ｖ０を受け取ると、その出力電圧値Ｖ０を液膜の厚さＦが０となる基準点とする。この基準点を元にして、光センサ７からの出力電圧値Ｖから、液膜の厚さＦを換算する。
【００７８】
なお、内燃機関８０の壁面にはデポジットなどが堆積し易く、このため光ファイバ５ｘの先端５ｘｂ及び光ファイバ５ｙの先端５ｙｂに対してデポジットなどが付着し易い。もし、光ファイバ５ｘの先端５ｘｂ及び光ファイバ５ｙの先端５ｙｂにデポジットなどが付着してしまうと、液膜厚さ計測装置２０ｚによる液膜の厚さＦの計測感度が低下してしまう虞がある。
【００７９】
そこで、本発明では、光ファイバ５ｘの先端５ｘｂ及び光ファイバ５ｙの先端５ｙｂの各々に対して、デポジットなどを分解する光触媒などを塗布しておくことが好ましい。これにより、光ファイバ５ｘの先端５ｘｂ及び光ファイバ５ｙの先端５ｙｂに対するデポジットなどの付着を抑制でき、液膜厚さ計測装置２０ｚによる液膜の厚さＦの計測感度が低下してしまうことを抑制できる。
【００８０】
（光センサの出力電圧値から液膜厚さへの換算方法）
次に、光センサ７の出力電圧値Ｖから液膜の厚さＦへ換算するための方法について説明する。
【００８１】
本実施形態では、液膜厚さ計測装置２０ｚは、ＥＣＵ１１２からの計測指令に係る信号Ｓｉｇ１に基づき、上記した液膜厚さの基準点算出方法によって算出された基準電圧値Ｖ０と、１サイクル毎に算出された光センサ７の出力電圧値Ｖｉ（ｉは自然数；例えば、「Ｖ１」は図６（ｃ）に示す１回目のサイクルに係る出力電圧値を、「Ｖ２」は２回目のサイクルに係る出力電圧値を、・・・、「Ｖｉ」はｉ回目のサイクルに係る出力電圧値を夫々示している）とに基づいて、１サイクル毎の液膜の厚さＦを算出する。なお、「１サイクル」とは、例えば、内燃機関が４気筒の場合、吸気行程、圧縮行程、燃焼・膨張行程、排気行程に至る一連の行程をいう。
【００８２】
より具体的には、ＥＣＵ１１２は、液膜厚さ計測装置２０ｚによる基準電圧値Ｖ０の計測後であって、吸気行程の終了後の吸気弁１０７及び排気弁１０９が閉じられている期間中に、以下の式１に基づいて、内燃機関８０の吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する１サイクル毎の液膜の厚さＦを算出する。
【００８３】
Ｆｉ＝Ｖｉ−Ｖ０ （添え字の「ｉ」はサイクル数を示す） （式１）
ここで、内燃機関８０の液膜には、通常、蛍光物質（例えば、ガソリンやディーゼルの添加剤に含まれる）が混入されているが、同一の燃料（液膜）であっても製造ロット毎に蛍光物質の含有量は異なるものである。このため、液膜の蛍光１１の強度は燃料の製造ロット毎に異なるものであり、それ故、液膜の厚さＦも燃料の製造ロット毎に異なってしまうことになる。このような弊害を除去する為には、絶えず液膜の蛍光強度の校正を行う必要がある。
【００８４】
そこで、本実施形態では、燃料導入経路１２６に規定厚さ部分を設けて、その規定厚さ部分に流入する燃料を蛍光させて、その蛍光の強度などに基づき単位蛍光強度当たりの液膜の厚さを算出して、この算出値を上記の式１に反映させることで、絶えず液膜の蛍光強度の校正を行う。
【００８５】
以下、この点について、図５及び図７（ａ）を参照して説明する。
【００８６】
図７（ａ）は、図５の燃料導入経路１２６の領域Ａ１０付近に対応する拡大断面図であり、燃料導入経路１２６の途中に設けられた絞り方式に係る規定厚さ部分を模式的に示す。なお、図７（ａ）中の矢印方向は、燃料の流れる方向を示している。
【００８７】
図７（ａ）に示すように、燃料導入経路１２６の途中には、燃料タンク１１５と燃料噴射装置１０４とを繋ぐ本管１２６ａから細くなるように絞り込まれた形状を有し、且つ規定の厚さ（燃料の流れる方向に対して直交する方向の長さ又は直径）Ｌを有する規定厚さ部分（矩形状の一点鎖線部分）１１６が設けられている。また、光ファイバ５ｙの先端５ｙｂは、規定厚さ部分１１６に紫外光を照射する位置に配置されている。
【００８８】
以上の構成の下、液膜厚さ計測装置２０ｚは、ＥＣＵ１１２からの計測指令に係る信号Ｓｉｇ１に基づき、発光素子２より発光された紫外光８を、上記した原理に基づき光ファイバ５ｙの先端５ｙｂから規定厚さ部分１１６内を流れる燃料に向けて照射する。これにより、燃料に含まれる添加剤の蛍光部分Ａ１１から蛍光１１を含む光９が発せられる。この蛍光１１を含む光９を光ファイバ５ｙの先端５ｙｂが受光すると、その受光した蛍光１１を含む光９は、上記した原理に基づき紫外光カットフィルタ６によって蛍光１１のみが取り出され、その取り出された蛍光１１は光センサ７によって受光される。光センサ７は、その受光した燃料の蛍光部分Ａ１１の強度を検出すると共に、その検出した燃料の蛍光の強度に応じた出力電圧値Ｖbaseに係る信号Ｓｉｇ２をＥＣＵ１１２に出力する。
【００８９】
ＥＣＵ１１２は、単位蛍光強度当たりの液膜の厚さを算出する液膜厚さ換算手段として機能し、規定厚さ部分１１６における規定の厚さＬと、光センサ７によって検出された規定厚さ部分１１６の蛍光１１の強度に応じた出力電圧値Ｖbaseとに基づいて、単位蛍光強度当たりの液膜の厚さｋを算出する。例えば、ＥＣＵ１１２は、単位蛍光強度当たりの液膜の厚さｋを以下の式２に基づいて算出する。
【００９０】
ｋ＝Ｌ／Ｖbase （式２）
ここで、上記の式２の右項において、「Ｌ」は規定厚さ部分１１６の厚さ（直径）であり、また、「Ｖbase」は規定厚さ部分１１６の蛍光１１の強度に応じた出力電圧値である。
【００９１】
次に、ＥＣＵ１１２は、当該単位蛍光強度当たりの液膜（液膜）の厚さｋと、上記した基準電圧値Ｖ０と、１サイクル毎に算出された光センサ７からの出力電圧値Ｖｉとに基づいて、１サイクル毎の液膜の厚さＦｉを算出する。
【００９２】
例えば、ＥＣＵ１１２は、以下の式３に基づき液膜の厚さＦｉを算出する。
【００９３】
Ｆｉ＝ｋ×（Ｖｉ−Ｖ０） （添え字の「ｉ」はサイクル数を示す） （式３）
このように、内燃機関８０の壁面、例えば吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する液膜の厚さＦは、出力電圧値Ｖｉの基準電圧値Ｖ０に対する差と、単位蛍光強度当たりの厚さｋとにより算出される。
【００９４】
また、本発明において、液膜の厚さＦをより精度良く算出するためには、液膜厚さ計測装置２０ｚ等に起因する計測ノイズを除去することが望ましい。この場合、ある規定のクランク間隔毎に液膜の厚さＦを平均化（例えば、液膜の厚さＦを所定のクランク角毎に複数回計測し、それらを平均化した値を、そのサイクルにおける測定値とする）する処理をＥＣＵ１１２に行わせることにより、液膜厚さ計測装置２０ｚ等に起因する計測ノイズを除去することができる。
【００９５】
なお、本発明では、規定厚さ部分１１６の構成は上記した絞り方式に限定されることなく、様々な方式を採用することができる。例えば、図７（ｂ）は、図５の燃料導入経路１２６の領域Ａ１０付近に対応する拡大断面図であり、燃料導入経路１２６の途中に設けられたバイパス方式の規定厚さ部分を模式的に示す。なお、以下では、図７（ａ）と共通する要素については同一の符号を付し、その説明は適宜省略する。
【００９６】
この例では、燃料導入経路１２６の途中に、燃料タンク１１５と燃料噴射装置１０４とを繋ぐ本管１２６ａと、本管１２６ａの上流とその下流１２６ａとを繋ぐバイパス管１２６ｂとが設けられている。バイパス管１２６ｂには、規定の厚さ（燃料の流れる方向に対して直交する方向の長さ又は直径）Ｌを有する規定厚さ部分１１６（矩形状の一点鎖線部分）が設けられている。本発明では、このようなバイパス方式に係る規定厚さ部分１１６を用いて、上記の式２に基づき、単位蛍光強度当たりの液膜の厚さｋを算出するようにしてもよい。
【００９７】
（液膜の厚さから液膜の付着量への換算方法）
次に、図８を参照して、液膜の厚さから液膜の付着量への換算方法について説明する。
【００９８】
図８（ａ）は、内燃機関８０の壁面、例えば吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する液膜の厚さＦから液膜の付着量Ｍに換算する液膜厚さ−液膜付着量換算マップを示す。図８（ａ）において、横軸は吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する液膜の厚さを示し、縦軸は吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する液膜の付着量を示す。図８（ａ）におけるグラフｇｘは、液膜の厚さＦと液膜の付着量との関係を示す勾配（傾き）αを有するグラフである。
【００９９】
ＥＣＵ１１２は、図示しない内燃機関８０の吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する液膜の付着量Ｍを算出するための液膜付着量算出手段として機能する。ＥＣＵ１１２は、上記において算出された内燃機関８０の吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する液膜の厚さＦと、ＥＣＵ１１２の記憶手段に記憶された図８（ａ）に示す液膜厚さ−液膜付着量換算マップとに基づいて、吸気ポート１０５の壁面１０５ａに対する液膜の付着量Ｍを算出する。例えば、液膜付着量算出手段は、液膜の付着量Ｍを以下の式４に基づいて算出する。
【０１００】
Ｍｉ＝α×｛ｋ×（Ｖｉ−Ｖ０）｝ （「ｉ」はサイクル数を示す） （式４）
ここで、上記の式４において、「α」は図８（ａ）の液膜厚さ−液膜付着量換算マップに示されるグラフの勾配（傾き）を示す。
【０１０１】
なお、本発明では、内燃機関８０の壁面、例えば吸気ポート１０５の壁面１０５ａの複数箇所に対して複数の光ファイバ５の先端を各々配置することで、その複数箇所の各々に対応した液膜の厚さＦを算出することが可能となる。しかしながら、この場合、吸気ポート１０５の壁面１０５ａの複数箇所の各々に付着する液膜の厚さＦは、吸気ポート１０５の壁面１０５ａの複数箇所の各々の形状等により通常異なるものであり、吸気ポート１０５の壁面１０５ａの複数箇所の各々に対応する液膜厚さ−液膜付着量換算マップを用いなければ、吸気ポート１０５の壁面１０５ａの複数箇所の各々の液膜の付着量Ｍを算出することはできない。
【０１０２】
そこで、このような構成の下では、内燃機関８０の壁面の複数箇所（複数の計測点）の液膜の厚さＦを、その計測点の液膜の付着量Ｍに換算するための液膜厚さ−液膜付着量換算マップをＥＣＵ１１２の記憶手段に記憶させておく。例えば、図８（ｂ）は、内燃機関８０の壁面の各箇所（計測点１乃至４）における液膜の厚さＦから、その各々に対応する液膜の付着量Ｍを算出するための液膜厚さ−液膜付着量換算マップを示す。図８（ｂ）において、「α」は計測点１に係るグラフの勾配（傾き）を示し、「β」は計測点２に係るグラフの勾配（傾き）を示し、「γ」は計測点３に係るグラフの勾配（傾き）を示し、「ζ」は計測点４に係るグラフの勾配（傾き）を示す。かかる液膜厚さ−液膜付着量換算マップを用いることにより、内燃機関８０の壁面の各箇所（計測点１乃至４）における液膜の厚さＦから、その各々に対応する液膜の付着量Ｍを算出することが可能となる。また、液膜の付着量Ｍを算出することができるので、これに基づき内燃機関８０の燃料噴射装置１０４による燃料噴射制御を高精度に行うことが可能となる。
【０１０３】
（過渡運転時における燃料噴射制御処理）
車両の加速時や減速時など、内燃機関８０の運転状態が変動する過渡運転時（特に内燃機関８０の冷間時における過渡運転時）において、燃料噴射装置１０４を通じた適切な燃料噴射制御が行われないと、粒子状物質（スモーク）、窒素酸化物（ＮＯｘ）および炭化水素（ＨＣ）などが大気中に大量に排出されてしまい、エミッションの悪化をもたらすといった課題がある。
【０１０４】
そこで、本実施形態では、内燃機関８０の過渡運転時において、液膜厚さ計測装置２０ｚを用いて内燃機関８０の壁面に付着した液膜の厚さＦを計測することで、上記した各式に基づいて液膜の厚さＦから液膜の付着量Ｍを算出し、これに基づいて燃料噴射装置１０４を通じた燃料噴射の適切な制御を行うと同時にエミッションを低減させる。
【０１０５】
以下、図９等を参照して、本発明の実施形態に係る過渡運転時における燃料噴射制御処理について説明する。
【０１０６】
図９は、内燃機関の過渡運転時における燃料噴射制御処理に係るフローチャートを示す。この過渡運転時における燃料噴射制御処理は、内燃機関８０の過渡運転開始と同時に実行され、過渡運転が終了するまで１サイクル毎に繰り返し実行される。なお、図９の各処理における各変数の添え字の「ｉ」は１、２、・・・、ｉサイクル数を表している。
【０１０７】
ＥＣＵ１１２は、噴射量増量係数決定手段として機能し、まず、過渡運転時における噴射量増量係数Ｙを決定する（ステップＳ１）。ここで、噴射量増量係数Ｙは、以下の式５に基づいて算出される。
【０１０８】
Ｙ＝ｙ×ｘ （式５）
ここで、上記の式５において、「ｙ」は内燃機関８０の運転状態に基づいて決定される基準噴射量増量係数であり、「ｘ」は基準噴射量増量係数ｙに対する補正係数である。なお、過渡運転時における１サイクル目は、ｘ＝１（初期値）に設定される。
【０１０９】
次に、ＥＣＵ１１２は、ステップＳ１において算出された噴射量増量係数Ｙに基づいて燃料噴射期間を算出し（ステップＳ２）、燃料噴射装置１０４は、ＥＣＵ１１２から出力される信号Ｓｉｇ８に基づき、算出された燃料噴射期間だけ吸気ポート１０５に向けて所定の噴射量（燃料噴射量＝Ｑｉ）の燃料を噴射する。
【０１１０】
次に、ＥＣＵ１１２は、吸気行程の終了後に、液膜厚さ計測装置２０ｚに対して計測指令に係る信号Ｓｉｇ１を出力して、液膜厚さ計測装置２０ｚの光センサ７から出力される出力電圧値Ｖｉを取得する。ＥＣＵ１１２は、上記の式３に基づいて、吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する液膜の厚さＦｉ｛＝ｋ×（Ｖｉ−Ｖ０）｝を算出する（ステップＳ５）。
【０１１１】
次に、ＥＣＵ１１２は液膜付着量算出手段として機能し、上記した式４に基づき、算出した吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する液膜の厚さＦｉを液膜の付着量Ｍｉ［＝α×｛ｋ×（Ｖｉ−Ｖ０）｝］に換算する（ステップＳ６）。
【０１１２】
次に、ＥＣＵ１１２は、今回のサイクルに対応する液膜の付着量Ｍｉと前回のサイクルに対応する液膜の付着量Ｍｉ−１との差分ΔＭを算出する（ステップＳ７）。
【０１１３】
次に、ＥＣＵ１１２は、ステップＳ７において算出されたΔＭがほぼ０（ΔＭ≒０）であるか否かにつき判定する（ステップＳ８）。このステップＳ８において、ΔＭがほぼ０である場合には、ＥＣＵ１１２は、吸気ポート１０５の壁面１０５ａに対する液膜の付着量Ｍｉがほぼ一定になったものと判断して、本過渡運転時における燃料噴射制御処理の実行を終了する（ステップＳ８；Ｙｅｓ）。一方、ΔＭがほぼ０でない場合（ステップＳ８；Ｎｏ）には、ＥＣＵ１１２は筒内流入量算出手段として機能し、今回のサイクル（ｉサイクル）での燃料噴射量Ｑｉと、今回のサイクル（ｉサイクル）での液膜の付着量Ｍｉとに基づいて、燃焼室内（筒内）１０６に対する今回の燃料の流入量Ｃｉを算出する（ステップＳ９）。ここで、「Ｍｉ」が吸気ポート１０５の壁面１０５ａに対する液膜の付着量の場合には、筒内燃料流入量Ｃｉは、以下の式６に基づいて算出される。
【０１１４】
Ｃｉ＝Ｑｉ−Ｍｉ （式６）
次に、ＥＣＵ１１２は補正係数算出手段として機能し、ステップＳ９において算出された今回の筒内燃料流入量Ｃｉと、過渡運転開始からの経過サイクル数に基づき決定される筒内流入量の基準値（基準流入量；以下同様）Ｃbaseとに基づいて、今回の筒内燃料流入量Ｃｉが基準値（基準流入量）Ｃbaseとなるように、噴射量増量係数Ｙを決定するための補正係数ｘを算出する（ステップＳ１０）。具体的には、補正係数算出手段は、図１０に示す過渡運転開始からの経過サイクル数−筒内燃料流入量マップを参照して、以下の式７に基づいて算出する。
【０１１５】
ｘ＝Ｃbase／Ｃｉ （式７）
なお、図１０において、縦軸は筒内燃料流入量Ｃを示し、また、横軸は過渡運転開始からの経過サイクル数を、またグラフは過渡運転開始からの経過サイクル数に基づき決定される筒内流入量の基準値Ｃbaseを夫々示す。
【０１１６】
ここで、ｉサイクル目において、筒内燃料流入量Ｃｉが基準値（三角印）Ｃbaseより少ない場合（丸印）は補正係数ｘの値が大きくなるため、これに伴って、次回のサイクルに係る噴射量増量係数Ｙの値も大きくなる。一方、ｉサイクル目において、筒内燃料流入量Ｃｉが基準値（三角印）Ｃbaseより多い場合（四角印）は補正係数ｘの値が小さくなるため、これに伴って、次回のサイクルに係る噴射量増量係数Ｙの値も小さくなる。
【０１１７】
以上に述べた過渡運転時における燃料噴射制御処理が所定の条件（ΔＭがほぼ０）を満たすまで行われる。これにより、内燃機関８０の過渡運転時（特に内燃機関８０の冷間時における過渡運転時）において、燃料噴射装置１０４を通じた高精度な燃料噴射が行われるので、粒子状物質（スモーク）、窒素酸化物（ＮＯｘ）および炭化水素（ＨＣ）などが大気中に大量に排出されてしまうことを抑制でき、エミッションを低減させることが可能となる。
【０１１８】
[変形例]
上記の内燃機関８０では、第２実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０ｚを適用することにしたが、これに限らず、本発明では、第１実施形態に係る液膜厚さ計測装置１００を適用することにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る液膜厚さ計測装置の構成を示す断面図である。
【図２】第１実施形態の液膜厚さ計測装置に係る蛍光を含む光の波長特性、蛍光の波長特性、紫外光カットフィルタの透過率特性及び光センサの出力電圧と液膜厚さとの関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２実施形態に係る光路切替装置を備える液膜厚さ計測装置の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の各種形態例に係る光路切替装置の構成を示す要部断面図である。
【図５】本発明の液膜厚さ計測装置を適用した内燃機関の全体構成を示す断面図である。
【図６】液膜厚さ計測装置を用いた液膜厚さ計測時における蛍光強度のゼロ点補正方法に係るタイムチャートを示す。
【図７】図５の領域Ａ１０に対応する内燃機関の要部断面図であり、光センサの出力電圧値から液膜厚さへの換算方法の一例についての説明図である。
【図８】液膜の厚さから液膜の付着量に換算するための液膜厚さ−液膜付着量換算マップを示す。
【図９】本実施形態に係る過渡運転時における燃料噴射制御処理に係るフローチャートを示す。
【図１０】噴射量増量係数Ｙを決定するための補正係数ｘを算出する際に用いられる過渡運転開始からの経過サイクル数−燃料の筒内流入量マップを示す。
【符号の説明】
【０１２０】
１ 筐体
２ 発光素子
３ ハーフミラー
４ カップリング
５、５ｘ、５ｙ 光ファイバ
６ 紫外光カットフィルタ
７ 光センサ
８ 紫外光
９ 蛍光を含む光
１０ 基材
１１ 蛍光
１２ 液膜
２０、２０ｚ 液膜厚さ計測装置
２０ｘ 光学系本体
２２ ミラー
２２ａ 反射面
２３ モータ
３０、３１、３２、３３ 光路切替装置
８０ 内燃機関
１００ 内燃機関の制御装置
１０４ 燃料噴射装置
１０５ 吸気ポート
１０５ａ 壁面
１０７ 吸気弁
１０９ 排気弁
１１２ ＥＣＵ
１１５ 燃料タンク
１１６ 規定厚さ部分
１２６ 燃料導入経路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液膜の蛍光現象を用いて液膜の厚さを計測する液膜厚さ計測装置、及びかかる液膜厚さ計測装置を用いた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、蛍光物質が混入された油膜に対してレーザ光等を照射し、これにより励起された蛍光物質から発せられる蛍光の強度に基づいて油膜の厚さを計測する手法が着目されている。ここで、蛍光の強度は、油膜の厚さに比例することが知られている。
【０００３】
このような手法を用いて油膜の厚さを計測する技術及びこれに関連する技術が、例えば特許文献１乃至４に記載されている。
【０００４】
特許文献１には、光透過性素材で構成される透光部を備えるシリンダと、そのシリンダ内に配設されたピストンとの間に介在する潤滑油に対してレーザ光を照射することにより、そのレーザ光により励起された潤滑油中の蛍光物質による蛍光強度に基づいて潤滑油の厚さを２次元的に計測することが可能な油膜厚さ計測装置が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、上記のような手法を用い、軸受本体のすべり面に形成された油膜の厚さを測定することが可能な油膜厚さ測定装置が記載されている。また、特許文献３には、ピストリングとシリンダ壁との間に形成される油膜の厚さを測定することが可能な油膜厚さ測定方法が記載されている。
【０００６】
特許文献４には、蛍光現象を用いた油膜厚さ計測における蛍光と油膜厚さとの較正時に、油膜厚さの計測をより正確に行うことが可能な油膜厚さ較正装置が開示されている。
【０００７】
なお、特許文献５には、吸気管の内壁面に配設された複数の燃料検出手段からの各検出値に基づき、その内壁面に付着する燃料付着量を算出すると共に、各燃料検出手段の各検出値に基づき算出された今回の燃料付着量及び前回の燃料付着量から今回の燃料付着変化量を算出し、さらに、エンジンの運転状態に応じて決定される基本燃料噴射量を今回の燃料付着変化量を基に補正することによって次回の燃料噴射量を決定する内燃機関の燃料噴射制御装置が記載されている。ここで、各燃料検出手段は、吸気管の内壁面に配設され互いに所定距離離間するよう設定された一対の電極間を有し、各燃料検出手段からの各検出値は、各電極間に介在する燃料付着量に応じて変化する。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１７４４３１号公報
【特許文献２】特開２００３−２４７８１２号公報
【特許文献３】特開２００６−３３７１７９号公報
【特許文献４】特開２００４−１０１２０９号公報
【特許文献５】特開２００３−３２２０５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したような油膜厚さ計測手法を用いれば、内燃機関の壁面（例えば、吸気管の内壁面など）に付着した燃料の厚さを計測し、その計測結果に基づき燃料の付着量を算出して、さらに算出された燃料の付着量に基づき、内燃機関の燃料噴射量を制御することが可能である。
【００１０】
しかしながら、上記した特許文献に記載の油膜厚さ計測装置などを内燃機関に搭載することを考えた場合、次のような課題が一例として考えられる。
【００１１】
例えば、上記した特許文献１及び２に記載の油膜厚さ計測（測定）装置は、計測システムとして大掛かりなシステム構成を有するため、その分、油膜厚さ計測（測定）装置のコストが高くなってしまうといった課題がある。
【００１２】
また、上記の特許文献１の油膜厚さ計測装置は、シリンダを光透過性素材にて構成するなど試験用装置としての色彩が濃く、内燃機関（実機）へ搭載するための実現性が低いといった課題がある。即ち、特許文献１では、実機への搭載を考慮した油膜厚さ計測装置のシステム構成が検討されていない。
【００１３】
さらに、上記の特許文献１及び２に記載の油膜厚さ計測（測定）装置では、潤滑油に蛍光物質（蛍光剤）を混入するようにしているため、これによって計測対象物たる潤滑油（媒体）の物性を変えてしまう虞があるといった課題がある。
【００１４】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、液膜の蛍光現象を用いて液膜の厚さを高精度に計測する液膜厚さ計測装置、及びかかる液膜厚さ計測装置を適用した内燃機関の制御装置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】
【００１５】
本発明の１つの観点では、液膜に対する紫外光の照射によって前記液膜から発せられる蛍光の強度に基づいて前記液膜の厚さを計測する液膜厚さ計測装置は、前記紫外光を発光する発光素子と、前記発光素子からの前記紫外光を透過させると共に、前記液膜からの前記蛍光を含む光を反射させるハーフミラーと、前記ハーフミラーを透過した前記紫外光を前記液膜に向けて伝送すると共に、前記液膜から発せられた前記蛍光を含む光を前記ハーフミラーに向けて伝送する光ファイバと、前記ハーフミラーにて反射された前記蛍光を含む光から紫外光をカットして前記蛍光のみを透過させる紫外光カットフィルタと、前記紫外光カットフィルタを透過した前記蛍光を受光して前記液膜の前記蛍光の強度を検出すると共に、検出した蛍光の強度に応じた電圧値を出力する光センサと、を備える。
【００１６】
上記の液膜厚さ計測装置は、液膜に対する紫外光の照射によって液膜から発せられる蛍光の強度に基づいて液膜の厚さを計測する。この液膜厚さ計測装置は、発光素子と、ハーフミラーと、光ファイバと、紫外光カットフィルタと、光センサと、を備える。
【００１７】
発光素子は、例えば発光ダイオード素子であり、紫外光を発光する。ハーフミラーは、発光素子から出射された紫外光を透過させると共に、液膜側から発光された蛍光を含む光を反射させる。光ファイバは、紫外光及び蛍光を含む光を伝送するための光路を有し、ハーフミラーを透過した発光素子からの紫外光を液膜に向けて伝送及び照射すると共に、液膜から発せられた蛍光を含む光をハーフミラーに向けて伝送及び照射する。好適な例では、前記光ファイバの一端は、前記ハーフミラーを透過した前記発光素子からの紫外光を受光することが可能な位置に配置されていると共に、前記光ファイバの他端は、前記受光した前記紫外光を前記液膜に向けて伝送することが可能な位置に配置されている。紫外光カットフィルタは、ハーフミラーにて反射された蛍光を含む光から紫外光をカットして蛍光のみを透過させる。光センサは、紫外光カットフィルタを透過した蛍光を受光して、その受光量を基に液膜の蛍光の強度を検出すると共に、検出した液膜の蛍光の強度に応じた電圧値を出力する。ここで、光センサからの出力電圧値と液膜の厚さとの関係は一般的に比例関係を有する。したがって、光センサからの出力電圧値に基づいて液膜の厚さを算出することが可能となる。
【００１８】
上記の液膜厚さ計測装置の一つの態様では、前記光ファイバは１であり、前記発光素子からの紫外光を前記液膜に向けて伝送するための光路と、前記液膜から発せられた前記蛍光を含む光を前記ハーフミラーに向けて伝送するための光路とは、前記１つの前記光ファイバの１つの光路により構成されている。この態様によれば、複数の光ファイバを用いて紫外光及び蛍光を含む光を伝送する構成と比較して、液膜厚さ計測装置をよりコンパクトにすることができ、その分、液膜厚さ計測装置のコストを下げることができる。
【００１９】
上記の液膜厚さ計測装置の他の態様では、前記発光素子、前記ハーフミラー、前記紫外光カットフィルタ及び前記光センサは、１つの筐体内に収容されている。これにより、液膜厚さ計測装置をコンパクトにすることができる。よって、その分、液膜厚さ計測装置のコストが増加することを防止できるのに加えて、内燃機関（実機）などへの搭載度を高めることができる。
【００２０】
上記の液膜厚さ計測装置の他の態様では、受けた光を反射させる反射面を含むミラーと、前記ミラーの回転角度を制御するモータと、を有する光路切替装置を更に備え、前記ミラーの周囲には、複数の前記光ファイバの一端が適宜の間隔をおいて配置されていると共に、前記液膜の複数の計測部分には、前記複数の前記光ファイバの他端が夫々配置され、前記モータは、前記ハーフミラーを透過した前記発光素子側からの前記紫外光が前記ミラーの前記反射面によって前記複数の前記光ファイバのうちいずれかの前記光ファイバの前記一端側の光路に向けて反射されるように、且つ、前記液膜側から当該いずれかの前記光ファイバの前記他端の光路を通じて出射された前記蛍光を含む光が前記ミラーの前記反射面によって前記ハーフミラー側に反射されるように前記ミラーの前記回転角度を制御する。
【００２１】
この態様では、受けた光を反射させる反射面を含むミラーと、ミラーの回転角度を制御するモータとを有する光路切替装置を更に備える。そして、ミラーの周囲には、複数の光ファイバの一端が適宜の間隔をおいて配置されていると共に、液膜の複数の計測部分には、複数の光ファイバの他端（先端）が夫々配置されている。モータは、ハーフミラーを透過した発光素子側からの紫外光がミラーの反射面によって複数の光ファイバのうちいずれかの光ファイバの一端側の光路に向けて反射されるように、且つ、液膜側から当該いずれかの光ファイバの一端の光路を通じて出射された蛍光を含む光がミラーの反射面によってハーフミラー側に反射されるように、ミラーの回転角度を制御する。つまり、この態様では、光路切替装置のモータを通じてミラーの回転角度を制御することによって、複数の光ファイバのうち、計測対象となる光ファイバの光路に切り替える。これにより、複数箇所の液膜の厚さの計測をすることが可能となる。
【００２２】
本発明の他の観点では、上記の液膜厚さ計測装置を備える内燃機関の制御装置を構成することができる。これにより、内燃機関の壁面に付着する液膜（例えば、薄膜状の燃料又は燃料薄膜；以下同様）の厚さを計測することが可能となる。また、かかる液膜厚さ計測装置は、上記したようにコンパクトな構成を有するので、内燃機関の省スペース化に貢献するフィードバック用のセンサとして用いることが可能となる。
【００２３】
上記の内燃機関の制御装置の一つの態様では、前記液膜厚さ計測装置は、前記内燃機関のクランキング時の燃料噴射前における基準状態の時に得られた前記光センサからの電圧値を前記液膜の厚さがゼロとなる基準電圧値とする。この基準電圧値を基にすれば、内燃機関内に外乱が生じた場合でも、より正確に液膜の厚さを算出することが可能となる。
【００２４】
上記の内燃機関の制御装置の他の態様では、前記液膜の成分たる燃料が導入される燃料導入経路と、単位蛍光強度当たりの前記液膜の厚さを算出する液膜厚さ換算手段と、を備え、前記燃料導入経路は規定の厚さを有する規定厚さ部分を有し、前記紫外光の照射によって前記規定厚さ部分の前記燃料から発せられる前記蛍光の強度は、前記規定厚さ部分に設けられた前記光ファイバを通じて前記光センサによって検出され、前記液膜厚さ換算手段は、前記規定厚さ部分における前記規定の厚さと、前記光センサによって検出された前記規定厚さ部分の前記蛍光の強度とに基づいて、前記単位蛍光強度当たりの前記液膜の厚さを算出する。
【００２５】
この態様では、液膜の成分たる燃料が導入される燃料導入経路と、単位蛍光強度当たりの液膜の厚さを算出する液膜厚さ換算手段と、を備える。燃料導入経路は規定の厚さを有する規定厚さ部分を有する。紫外光の照射によって規定厚さ部分の燃料から発せられる蛍光の強度は、規定厚さ部分に設けられた光ファイバを通じて光センサによって検出される。液膜厚さ換算手段は、規定厚さ部分における規定の厚さと、光センサによって検出された規定厚さ部分の蛍光の強度とに基づいて、単位蛍光強度当たりの液膜の厚さを算出する。こうして算出された位蛍光強度当たりの液膜の厚さを用いて内燃機関の壁面に付着する液膜の厚さをより正確に算出することが可能となる。
【００２６】
上記の内燃機関の制御装置の他の態様では、気筒と、前記気筒に対応して設けられた吸気弁及び排気弁と、を備え、前記液膜厚さ計測装置は、前記気筒における吸気行程の終了後の前記吸気弁及び前記排気弁が閉じられている期間中に、当該吸気行程から排気行程に至るサイクルでの前記内燃機関の壁面に付着する前記液膜の厚さを計測する。
【００２７】
この態様では、気筒（シリンダ）と、気筒に対応して設けられた吸気弁及び排気弁と、を備える。液膜厚さ計測装置は、気筒における吸気行程の終了後の吸気弁及び排気弁が閉じられている期間中に、当該吸気行程から排気行程に至るサイクルでの内燃機関の壁面に付着する液膜の厚さを算出する。これにより、サイクル毎に液膜の厚さを算出することができる。
【００２８】
上記の内燃機関の制御装置の他の態様では、前記液膜の厚さから前記液膜の付着量に換算するための液膜厚さ−液膜付着量換算マップと、前記内燃機関の前記壁面に付着する前記液膜の付着量を算出するための液膜付着量算出手段と、を備え、前記液膜付着量算出手段は、前記内燃機関の前記壁面に付着する前記液膜の厚さと、前記液膜厚さ−液膜付着量換算マップとに基づいて、当該液膜の付着量を算出する。
【００２９】
この態様では、液膜の厚さから液膜の付着量に換算するための液膜厚さ−液膜付着量換算マップと、内燃機関の壁面に付着する液膜の付着量を算出するための液膜付着量算出手段と、を備える。液膜付着量算出手段は、内燃機関の壁面に付着する液膜の厚さと、液膜厚さ−液膜付着量換算マップとに基づいて、当該液膜の付着量を算出する。こうして液膜の付着量が算出されることにより、内燃機関の燃料噴射制御を高精度に行うことが可能となる。
【００３０】
上記の内燃機関の制御装置の他の態様では、筒内に対する前記燃料の基準噴射量増量係数と補正係数とに基づいて、前記筒内に対する前記燃料の噴射量増量係数を決定するための噴射量増量係数決定手段と、前記筒内に対する１回の燃料噴射当たりの前記燃料の流入量を算出するための１噴射当たりの筒内流入量算出手段と、前記補正係数を算出するための補正係数算出手段と、を備え、前記内燃機関の過渡時において、前記１噴射当たりの筒内流入量算出手段は、前記液膜付着量算出手段により算出された今回のサイクルに対応する前記液膜の付着量と、前記液膜付着量算出手段により算出された前回のサイクルに対応する前記液膜の付着量との差分に基づいて、前記１回の燃料噴射当たりの前記燃料の流入量を算出し、前記補正係数算出手段は、前記算出された前記１回の燃料噴射当たりの前記燃料の流入量が、前記筒内に対する前記燃料の基準流入量となるように前記補正係数を算出し、前記噴射量増量係数決定手段は、前記算出された前記補正係数と前記基準噴射量増量係数とに基づいて、次回のサイクルの前記燃料の噴射量増量係数を決定する。
【００３１】
この態様では、筒内に対する燃料の基準噴射量増量係数と補正係数とに基づいて、筒内に対する燃料の噴射量増量係数を決定するための噴射量増量係数決定手段と、筒内に対する１回の燃料噴射当たりの燃料の流入量を算出するための１噴射当たりの筒内流入量算出手段と、補正係数を算出するための補正係数算出手段と、を備える。そして、内燃機関の過渡時において、１噴射当たりの筒内流入量算出手段は、液膜付着量算出手段により算出された今回のサイクルに対応する液膜の付着量と、液膜付着量算出手段により算出された前回のサイクルに対応する液膜の付着量との差分に基づいて、１回の燃料噴射当たりの前記燃料の流入量を算出し、補正係数算出手段は、算出された１回の燃料噴射当たりの燃料の流入量が、筒内に対する燃料の基準流入量となるように補正係数を算出し、噴射量増量係数決定手段は、算出された補正係数と基準噴射量増量係数とに基づいて、次回のサイクルの燃料の噴射量増量係数を決定する。これにより、内燃機関の過渡運転時（特に内燃機関の冷間時における過渡運転時）において、高精度な燃料噴射が行われると同時に、粒子状物質（スモーク）、窒素酸化物（ＮＯｘ）および炭化水素（ＨＣ）などが大気中に大量に排出されてしまうことを抑制でき、エミッションを低減させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面を参照して本発明の好適な各種の実施形態について説明する。
【００３３】
[第１実施形態]
（液膜厚さ計測装置の構成）
まず、図１等を参照して、本発明の第１実施形態に係る液膜厚さ計測装置の構成について説明する。
【００３４】
図１は、第１実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０の構成を概略的に示す断面図である。
【００３５】
第１実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０は、液膜１２に対する紫外光８の照射によって液膜１２から発せられる蛍光１１の強度に基づいて液膜１２の厚さＦを計測する装置であり、主に、光学系本体２０ｘと、光学系本体２０ｘに対して接合又は接続される光ファイバ５と、を備える。なお、本明細書において、液膜１２とは、紫外光が照射されることにより励起して蛍光を発光する薄膜状の液体（例えば、添加剤を含む燃料など）をいう。 光学系本体２０ｘは、筐体１と、発光素子２と、ハーフミラー３と、カップリング（接合部材）４と、光ファイバ５と、紫外光カットフィルタ（紫外光吸収フィルタ）６と、光センサ７と、を備える。
【００３６】
筐体１は、例えば筒状の形状を有する第１の筐体１ａと筒状の形状を有する第２の筐体１ｂとをＴ字状に結合させた形状を有し、発光素子２、ハーフミラー３、紫外光カットフィルタ６及び光センサ７を収容している。
【００３７】
発光素子２は、第１の筐体１ａ内の一端側に配置されている。発光素子２は、外部から電力Ｐが供給されることにより、ハーフミラー３に向けて紫外光８を発光する。発光素子２としては、例えば紫外光８を発光する発光ダイオード素子などが挙げられる。
【００３８】
ハーフミラー３は、発光素子２の発光面２ａに対して所定の傾斜（例えば、４５度）を以って第１の筐体１ａ内の略中央に配置されており、発光素子２から照射された紫外光８を透過（又は通過）させると共に、液膜１２側から光ファイバ５を通じて伝送された蛍光１１を含む光９を紫外光８と蛍光１１とに分離して、その分離した蛍光１１を含む光９を紫外光カットフィルタ６側に反射させる。
【００３９】
カップリング４は、第１の筐体１ａの発光素子２側とは逆側となる第１の筐体１ａの外壁に配置されており、光ファイバ５の一端５ａと第１の筐体１ａとを接合している。
【００４０】
光ファイバ５は、光を伝送するコア５ｃと、コア５ｃを包むクラッド５ｋと、クラッド５ｋを被覆する被覆部材５ｈと、を有する。コア５ｃは、ガラス繊維などの透光性素材にて形成されている。クラッド５ｋは、コア５ｃより屈折率の高いガラスなどの透光性素材にて形成されている。被覆部材５ｈは、ナイロンなどの素材にて形成されている。光ファイバ５の一端５ａは、ハーフミラー３を透過した発光素子２からの紫外光８を受光することが可能な位置に配置されており、さらにカップリング４によって第１の筐体１ａの発光素子２側とは逆側となる第１の筐体５ａの外壁に接合されている。一方、光ファイバ５の他端（先端）５ｂ側は、基材１０の貫通孔１０ｈに挿入されており、さらに光ファイバ５の先端５ｂは、液膜１２が付着する基材１０の面１０ａと同一面上に位置していると共に、ハーフミラー３側から受光した紫外光８を液膜１２に向けて伝送することが可能な位置に配置されている。ここで、本例では、光ファイバ５は１つだけ設けられており、ハーフミラー３を透過した発光素子２からの紫外光８を液膜１２に向けて伝送するための光路（コア）と、液膜１２から発せられた蛍光１１を含む光９をハーフミラー３に向けて伝送するための光路（コア）とは、１つの光ファイバ５の１つの光路（コア５ｃ）により構成されている。但し、本発明では、光ファイバ５の光路の数や、光ファイバの構成や、光ファイバを設ける本数に限定はない。
【００４１】
紫外光カットフィルタ６は、第２の筐体１ｂの略中央に配置されていると共に、ハーフミラー３にて反射された液膜１２側からの蛍光１１を含む光９を受光することが可能な位置に配置されている。紫外光カットフィルタ６は、ハーフミラー３にて反射された蛍光１１を含む光９から紫外光８をカット（吸収又は遮断）して蛍光１１のみを光センサ７側へ透過させる。
【００４２】
光センサ７は、紫外光カットフィルタ６を透過した蛍光１１を受光して液膜１２の蛍光の強度を検出すると共に、検出した液膜１２の蛍光の強度に応じた電圧値Ｖ（以下、「出力電圧値Ｖ」とも称する）を出力する。
【００４３】
次に、液膜厚さ計測装置２０を用いた液膜１２の厚さＦの計測方法について述べる。
【００４４】
まず、液膜１２の厚さＦを計測するタイミングで発光素子２に対して電力Ｐを供給して、発光素子２の発光面２ａより紫外光８を発光させる。発光素子２より発光された紫外光８は、ハーフミラー３を透過して光ファイバ５の一端５ａに入射し、さらに光ファイバ５のコア５ｃを通じて基材１０の面１０ａ上に付着する液膜１２まで伝送される。これにより、光ファイバ５の先端５ｂに対面する、液膜１２の部分Ａ１（以下、「蛍光部分Ａ１」と称する）は紫外光８により励起されて蛍光１１を含む光９を発光する。その発光した蛍光１１を含む光９は、光ファイバ５の先端５ｂに入射して、さらに光ファイバ５のコア５ｃを通じて光ファイバ５の一端５ａまで伝送され、さらに光ファイバ５の一端５ａからハーフミラー３に向けて出射する。ハーフミラー３に到達した蛍光１１を含む光９は、ハーフミラー３によって紫外光８と蛍光１１とに分離されると共に、その分離された蛍光１１を含む光９はハーフミラー３にて紫外光カットフィルタ６に向けて反射され、その反射された蛍光１１を含む光９は紫外光カットフィルタ６に到達する。ここで、図２（ａ）は、紫外光カット前の蛍光１１を含む光９の波長特性を示す。図２（ａ）において、縦軸は蛍光１１を含む光９の強度を、また、横軸は波長（ｎｍ）を示す。かかる蛍光１１を含む光９は、図２（ａ）に示すように、紫外光の波長域と蛍光の波長域の双方にピークを持つ波長特性を有していることが分かる。
【００４５】
次に、紫外光カットフィルタ６に到達した蛍光１１を含む光９は、紫外光カットフィルタ６によって蛍光１１のみが取り出される。ここで、図２（ｂ）は、紫外光カットフィルタ６の透過率特性を示す。図２（ｂ）において、縦軸は紫外光カットフィルタ６の透過率（％）を、また、横軸は波長（ｎｍ）を示す。紫外光カットフィルタ６は、図２（ｂ）に示すように、約４００ｎｍ未満の波長域の光を吸収して、約４００ｎｍ以上の波長域の光を透過させる特性を有する。よって、この紫外光カットフィルタ６は、ハーフミラー３にて反射された蛍光１１を含む光９から紫外光８をカット（吸収）して蛍光１１のみを光センサ７側へ透過させる。ここで、図２（ｃ）は、紫外光カットフィルタ６によって紫外光がカットされた後の蛍光１１の波長特性を示す。なお、図２（ｃ）において、縦軸は蛍光１１の強度を、また、横軸は波長（ｎｍ）を示す。
【００４６】
次に、紫外光カットフィルタ６を透過した蛍光１１は、光センサ７によって受光される。光センサ７は、受光した蛍光１１の受光量に基づき液膜１２の蛍光部分Ａ１の蛍光１１の強度を検出すると共に、検出した液膜１２の蛍光１１の強度に応じた電圧値Ｖを出力する。ここで、図２（ｄ）は、光センサ７からの出力電圧値（Ｖ）と液膜１２の厚さとの関係を示すグラフの一例である。図２（ｄ）に示すように、光センサ７からの出力電圧値Ｖと液膜１２の厚さＦとの関係は比例関係を有している。したがって、第１実施形態では、光センサ７からの出力電圧値Ｖに基づいて液膜１２の蛍光部分Ａ１の厚さＦを算出することが可能となる。
【００４７】
また、この液膜厚さ計測装置２０では、発光素子２、ハーフミラー３、紫外光カットフィルタ６及び光センサ７は、１つの筐体１内に収容されており、当該液膜厚さ計測装置２０はコンパクトなシステム構成を有する。よって、その分、液膜厚さ計測装置２０のコストが増加することを防止できるのに加えて、内燃機関（実機）などへの搭載が容易となる。
【００４８】
また、この液膜厚さ計測装置２０では、ハーフミラー３を透過した発光素子２からの紫外光８を液膜１２に向けて伝送するための光路（コア）と、液膜１２から発せられた蛍光１１を含む光９をハーフミラー３に向けて伝送するための光路（コア）とは、１つの光ファイバ５の１つの光路（コア５ｃ）により構成されている。よって、複数の光ファイバを用いて紫外光８及び蛍光１１を含む光９を伝送する構成と比較して、液膜厚さ計測装置２０をよりコンパクトにすることができ、その分、液膜厚さ計測装置２０のコストを下げることができる。
【００４９】
[第２実施形態]
（液膜厚さ計測装置の構成）
次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態に係る液膜厚さ計測装置の構成について説明する。なお、以下では、第１実施形態と共通する要素については同一の符号を付し、その説明は適宜省略する。
【００５０】
図３（ａ）は、第２実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０ｚの構成を概略的に示す断面図である。図３（ｂ）は、光路切替装置３０付近の要部断面図であり、２つの光ファイバ５ｘ及び５ｙのうち、光ファイバ５ｙを用いて光ファイバ５ｙの一端５ｙａに対し逆側となる他端（先端；図示略）に対面する液膜１２（図示略）の厚さＦを計測するときの光路切替装置３０の動作説明図を示す。図３（ｃ）は、光路切替装置３０付近の要部断面図であり、２つの光ファイバ５ｘ及び５ｙのうち、光ファイバ５ｘを用いて光ファイバ５ｘの一端５ｘａに対し逆側となる他端（先端；図示略）に対面する液膜１２（図示略）の厚さＦを計測するときの光路切替装置３０の動作説明図を示す。
【００５１】
第１実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０は、１つの光ファイバ５を用いて１箇所の液膜１２の厚さを計測する構成であった。
【００５２】
これに対して、第２実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０ｚは、複数の光ファイバを用いて複数箇所の液膜１２の厚さを計測する構成を有する。具体的には、第２実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０ｚは、第１実施形態と同様の構成を有する光学系本体２０ｘと、光学系本体２０ｘに対して接合される光路切替装置３０と、光路切替装置３０に対して接合される、２つの光ファイバ（光ファイバ５ｘ及び光ファイバ５ｙ）と、を備える。
【００５３】
光路切替装置３０は、筐体２１と、ミラー２２と、モータ２３と、複数のカップリング４と、を備える。
【００５４】
筐体２１は、例えば箱状の形状を有し、カップリング４を介して光学系本体２０ｘに接合されている。
【００５５】
ミラー２２は、受けた光を反射させる反射面２２ａを含んで構成される。ミラー２２は、ハーフミラー３を透過した発光素子２側からの紫外光８がミラー２２の反射面２２ａに対して所定の傾斜角（例えば、４５度）で入射するように、且つ、液膜１２側から光ファイバ５ｘ又は光ファイバ５ｙの光路（コア５ｃ）を通じて出射された蛍光１１を含む光９がミラー２２の反射面２２ａに対して所定の傾斜角（例えば、４５度）で入射するような状態にて筐体２１内に収容されている。
【００５６】
モータ２３は、ミラー２２に接続され、ミラー２２を回転させる。モータ２３としては、例えばステッピングモータなどが挙げられる。
【００５７】
光ファイバ５ｘは、上記した光ファイバ５と同様の構成を有する。光ファイバ５ｘの一端５ｘａ側は、筐体２１の外壁に配置されたカップリング４に接合されている。一方、光ファイバ５ｘの一端５ｘａに対し逆側となる他端側（先端側；図示略）は、図示しない基材１０の貫通孔１０ｈに挿入されており、さらに当該光ファイバ５ｘの先端は、図示を省略するが、液膜１２が付着する基材１０の面１０ａと同一面上に位置していると共に、光ファイバ５ｘの一端５ｘａ側から入射した紫外光８を液膜１２の計測部分に向けて伝送することが可能な位置に配置されている。
【００５８】
光ファイバ５ｙも、上記した光ファイバ５と同様の構成を有する。光ファイバ５ｙの一端５ｙａは、筐体２１の外壁に且つ光ファイバ５ｘの一端５ｘａと逆側に配置されたカップリング４に接合されている。一方、光ファイバ５ｙの一端５ｙａに対し逆側となる他端側（先端側；図示略）は、図示しない基材１０の貫通孔１０ｈに挿入されており、さらに当該光ファイバ５ｙの先端は、図示を省略するが、液膜１２が付着する基材１０の面１０ａと同一面上に位置していると共に、光ファイバ５ｙの一端５ｙａ側から入射した紫外光８を液膜１２（上記した光ファイバ５ｘの先端が対面する液膜１２の計測部分と異なる他の計測部分）に向けて伝送することが可能な位置に配置されている。
【００５９】
次に、液膜厚さ計測装置２０ｚを用いた液膜１２の厚さＦの計測方法について述べる。
【００６０】
この光路切替装置３０において、モータ２３は、ハーフミラー３を透過した発光素子２側からの紫外光８がミラー２２の反射面２２ａによって２つの光ファイバ（光ファイバ５ｘ及び光ファイバ５ｙ）のうち、いずれかの光ファイバの一端の光路（コア５ｃ）に向けて反射されるように、且つ、液膜１２側から当該いずれかの光ファイバを通じて出射された蛍光１１を含む光９がミラー２２の反射面２２ａによってハーフミラー３に向けて反射されるように、ミラー２２の回転角度を制御する。例えば、２つの光ファイバ（光ファイバ５ｘ及び光ファイバ５ｙ）のうち光ファイバ５ｙを用いて液膜１２の厚さＦを計測する場合には、モータ２３は、図３（ｂ）に示すように、ミラー２２の反射面２２ａを光ファイバ５ｙの一端５ｙａの光路（コア５ｃ）に対して対面させるようにミラー２２の回転角度を制御する。一方、２つの光ファイバ（光ファイバ５ｘ及び光ファイバ５ｙ）のうち光ファイバ５ｘを用いて液膜１２の厚さＦを計測する場合には、モータ２３は、図３（ｃ）に示すように、ミラー２２の反射面２２ａを光ファイバ５ｘの一端５ｘａの光路（コア５ｃ）に対して対面させるようにミラー２２の回転角度を制御する。
【００６１】
このように、この光路切替装置３０では、モータ２３を通じてミラー２２の回転角度を制御することによって、光ファイバ５ｘ及び光ファイバ５ｙのうち、計測対象となる光ファイバの光路に切り替える。これにより、光学系本体２０ｘから出射される紫外光８の伝送、及び液膜１２側から発せられる蛍光１１を含む光９の伝送が当該計測対象となる光ファイバの光路によって行われることになる。その結果、複数箇所の液膜１２の厚さ（本例では、上記した液膜１２の計測部分及び他の計測部分の各厚さ）Ｆの計測をすることが可能となる。
【００６２】
なお、上記の第２実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０ｚでは、２つの光ファイバ（光ファイバ５ｘ及び光ファイバ５ｙ）を用いて液膜１２の厚さＦを計測するようにしたが、これに限らず、本発明に係る液膜厚さ計測装置では、２つ以上の光ファイバを用いて液膜１２の厚さＦを計測するようにしてもよい。例えば、図４（ａ）は、図３（ａ）の切断線Ａ−Ａ’に沿った他の形態例に係る光路切替装置３１の要部断面図であり、光路切替装置３１において４つの光ファイバ５を用いた例を示す。同様に、図４（ｂ）は、図４（ａ）に対応する他の形態例に係る光路切替装置３２の要部断面図であり、光路切替装置３２において６つの光ファイバ５を用いた例を示す。同様に、図４（ｃ）は、図４（ａ）に対応する他の形態例に係る光路切替装置３３の要部断面図であり、光路切替装置３３において８つの光ファイバ５を用いた例を示す。なお、図４（ａ）乃至図４（ｃ）では、光路切替装置３０と同一の要素については同一の符号を付している。また、光路切替装置３１〜３３の作動原理は、光路切替装置３０と同様であり、その説明は省略する。
【００６３】
[内燃機関への適用例]
本発明に係る液膜厚さ計測装置を内燃機関に適用すれば、液膜（例えば、紫外光を照射することにより励起されて蛍光を発光する添加剤を有する燃料の薄膜；以下同様の意味で用いる）の厚さＦを計測することができ、また、この計測結果に基づいて内燃機関における燃料噴射の適切な制御を行うことができるといった利点を有する。そこで、以下では、図５を参照して、本発明に係る液膜厚さ計測装置の一例としての第２実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０ｚを内燃機関に適用した例について説明する。
【００６４】
（内燃機関の制御装置の構成）
図５は、第２実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０ｚを適用した内燃機関の制御装置の構成を概略的に示す断面図である。なお、図５では、破線矢印がガスの流れを示し、実線矢印が信号の入出力を示している。
【００６５】
内燃機関（エンジン）８０の制御装置１００は、電子式車両運転制御装置の一例としてのＥＣＵ（Engine Control Unit）１１２によって内燃機関８０を制御する装置であり、主に、シリンダ（気筒）１２１、シリンダヘッド１１９、燃料タンク１１５及び液膜厚さ計測装置２０ｚなどを備える。なお、この他にも内燃機関８０の制御装置１００には、内燃機関８０や電装部品などの始動・停止等を行うためのキースイッチ、内燃機関８０の始動時にクランキングによって回転力を付与するためのスタータ、スタータのオン・オフ動作を検知するスタータスイッチなどが設けられるが、図５ではそれらの図示を省略している。
【００６６】
シリンダ１２１は、シリンダヘッド１１９の下方に配置されている。なお、本実施形態では、内燃機関８０においてシリンダ１２１の数に制限はない。シリンダ１２１の内部などには、内燃機関８０の各部を冷却するための冷却水が流通するウォータージャケット１２２が設けられている。ウォータージャケット１２２内を流通する冷却水の温度は、シリンダ１２１に取り付けられた水温センサ１１０によって検出される。シリンダ１２１の内側には、ピストン１２３が当該シリンダ１２１の内壁に沿って往復運動可能な状態で配置されている。ピストン１２３はコネクティングロッド１２４を介しクランクシャフト１２５に連結されている。ピストン１２３の往復運動はコネクティングロッド１２４によって回転運動に変換された後、クランクシャフト１２５に伝達される。シリンダ１２１内におけるピストン１２３の行程位置の判別、つまり気筒判別は、クランク角度センサ１１１によってクランクシャフト１２５の回転位置（クランク角度）を検出することによって行われる。また、内燃機関８０における点火時期制御及び燃料噴射時期制御等を含む各種の制御は、クランク角度の検出に基づいて行われる。ピストン１２３とシリンダ１２１とシリンダヘッド１１９の間には燃焼室１０６が形成されている。
【００６７】
シリンダヘッド１１９には、主に、吸気通路１２８、スロットル弁１０１、サージタンク１０２、吸気ポート１０５及び吸気弁１０７を含む吸気系、排気弁１０９及び排気通路１２０を含む排気系、点火装置１１８などが設けられている。外部から導入された空気（吸気）は吸気通路１２８を通過し、その通過した空気はスロットル弁１０１によってその吸入量が調整され、さらに吸入量が調整された空気はサージタンク１０２及び吸気ポート１０５を介して燃焼室（気筒内）１０６へ供給される。サージタンク１０２には、当該サージタンク１０２内の吸気の圧力を検出するための吸気圧センサ１０３が設けられている。 吸気弁１０７は、ＥＣＵ１１２によって開閉制御されることにより、吸気ポート１０５と燃焼室１０６との連通／遮断を行う。吸気弁１０７の近くには、吸気弁１０７を駆動するカム（図示略）の角度を検出するためのカム角度センサ１０８が設けられている。吸気ポート１０５には、燃料噴射装置（インジェクタ）１０４が設けられている。燃焼噴射装置１０４は、燃料導入経路（燃料配管）１２６を介して、適量の燃料（液膜の成分）１２７を保持する燃料タンク１１５に接続されている。燃焼噴射装置１０４は、ＥＣＵ５０から出力される信号Ｓｉｇ８に基づいて燃料噴射量や燃料噴射時期などが制御され、吸気ポート１０５に向けて燃料（液膜の成分）を噴射する。吸気ポート１０５に向けて噴射された燃料は、さらに燃焼室１０６内へ供給される。
【００６８】
燃焼室１０６内では、点火装置１１８による点火によって、供給された空気と燃料との混合気が燃焼される。この場合、燃焼によってピストン１２３がシリンダ１２１の内壁に沿って往復運動し、この往復運動がコネクティングロッド１２４を介してクランクシャフト１２５に伝達され、クランクシャフトが回転する。また、燃焼室１０６内の混合気の燃焼によって生じた排気は排気通路１２０へ排出され、さらに図示しない触媒及びマフラーなどを通じて外部へ排出される。排気弁１０９は、排気通路１２０側から燃焼室１０６側にかけて設けられ、ＥＣＵ１１２によって開閉制御されることにより、排気通路１２０と燃焼室１０６の連通／遮断を行う。
【００６９】
液膜厚さ計測装置２０ｚは、ＥＣＵ１１２から所定のタイミングで供給される計測指令に係る信号Ｓｉｇ１に基づいて計測を開始し、本例では吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着した燃料の液膜の厚さＦを計測する役割を果たす。液膜厚さ計測装置２０ｚにおける２つの光ファイバ５ｘ及び５ｙのうち、一方の光ファイバ５ｘの先端５ｘｂは、吸気ポート１０５の壁面１０５ａと同一面上に配置されており、吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着した液膜の厚さＦを計測する光ファイバとして用いられ、他方の光ファイバ５ｙは、後述する単位蛍光強度当たりの液膜の厚さＦを計測するための光ファイバとして用いられる。
【００７０】
ＥＣＵ１１２は、図示を省略するが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む演算手段と、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む記憶手段と、を備える。ＥＣＵ１１２には、液膜厚さ計測装置２０ｚの光センサ７から液膜の厚さＦに係る信号（即ち、液膜の蛍光部分の蛍光の強度に応じた出力電圧値Ｖに係る信号）Ｓｉｇ２、クランク角度センサ１１１からクランク角度に係る信号Ｓｉｇ３、水温センサ１１０から冷却水の温度に係る信号Ｓｉｇ４、カム角度センサ１０８からカム角度に係る信号Ｓｉｇ５、吸気圧センサ１０３からサージタンク１０２内の吸気の圧力に係る信号Ｓｉｇ６、キースイッチのイグニション端子からキースイッチのオン・オフ動作に係る信号ＩＧ、スタータスイッチからスタータのオン・オフ動作に係る信号ＳＴなど各種センサや各種装置からの信号が入力され、これに基づいてＥＣＵ１１２は内燃機関８０に対する制御を行う。
【００７１】
本発明では、ＥＣＵ１１２は、後述において、単位蛍光強度当たりの液膜の厚さを算出する液膜厚さ換算手段、液膜の厚さＦから液膜の付着量Ｍを算出する液膜付着量算出手段、過渡運転時における噴射量増量係数Ｙを決定する噴射量増量係数決定手段、燃焼室内（筒内）１０６に対する流入量Ｃｉを算出する筒内流入量算出手段、噴射量増量係数Ｙに対する補正係数ｘを算出する補正係数算出手段として機能する。
【００７２】
以上の内燃機関８０の制御装置１００に適用される液膜厚さ計測装置２０ｚはコンパクトな構成を有するので、内燃機関８０の省スペース化に貢献するフィードバック用のセンサとして用いることが可能となる。
【００７３】
（液膜厚さの基準点算出方法）
次に、図６を参照して、液膜の厚さＦの基準点（液膜の厚さＦが０となる点であり、以下同様の意味で用いる）の算出方法について説明する。
【００７４】
図６（ａ）は、液膜の厚さＦの基準点算出方法に係るタイムチャートを示す。図６（ａ）において、縦軸には、燃料噴射装置１０４を動作させるためのＯＮ・ＯＦＦ信号の出力状態、及び発光素子２を発光（駆動）するためのＯＮ・ＯＦＦ信号の出力状態を示し、また、横軸には時間を示している。図６（ｂ）は、図６（ａ）における液膜の厚さＦの基準点に対応する光センサ７の出力電圧値Ｖ０を示し、図６（ｃ）は、図６（ａ）における１回目の液膜の厚さＦに対応する光センサ７の出力電圧値Ｖ１を示す。
【００７５】
内燃機関８０内は外乱が大きいため、液膜の厚さＦの基準点を取ることは難しい。本実施形態では、内燃機関８０のクランキング時（スタータによる内燃機関８０の始動時）の燃料噴射前を基準状態としたときに、当該基準状態の時に、発光素子２側から内燃機関８０の壁面、例えば吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着した液膜に対し光ファイバ５ｘを通じて紫外光８を照射し、その照射によって液膜から発せられた蛍光１１の強度を光センサ７によって検出し、その検出した蛍光１１の強度に対応する光センサ７からの出力電圧値Ｖ０を液膜の厚さＦの基準点とする。
【００７６】
より具体的には、まず、キースイッチのイグニション端子からキースイッチのＯＮ動作に係る信号ＩＧ、及びスタータスイッチからスタータのＯＮ動作に係る信号ＳＴがそれぞれＥＣＵ１１２に入力されると、ＥＣＵ１１２は、内燃機関８０のクランキング時であって、燃料噴射装置１０４により吸気ポート１０５に向けて燃料噴射を行う（燃料噴射信号Ｓｉｇ８の出力がＯＮとなる）前に、液膜厚さ計測装置２０ｚに対して液膜の厚さＦを計測するための信号（発光素子２を駆動するための基準点補正用信号）Ｓｉｇ１を出力する。
【００７７】
これにより、発光素子２より紫外光８が発光され、その発光された紫外光８は、上記した原理に基づき光ファイバ５ｘの先端５ｘｂから吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する液膜に向けて照射される。ここで、液膜には、通常、様々な添加剤が混入されており、その液膜に含まれる添加剤に対して紫外光８を照射すると当該添加剤の蛍光部分は励起し蛍光１１を含む光９を発光する。この蛍光１１を含む光９を光ファイバ５ｘの先端５ｘｂが受光すると、その受光した蛍光１１を含む光９は、上記した原理に基づき紫外光カットフィルタ６によって蛍光１１のみが取り出され、その取り出された蛍光１１は光センサ７によって受光される。光センサ７は、その受光した液膜の蛍光部分の強度を検出すると共に、その検出した液膜の蛍光１１の強度に応じた出力電圧値Ｖ０に係る信号Ｓｉｇ２をＥＣＵ１１２に出力する。ＥＣＵ１１２は、その出力電圧値Ｖ０を受け取ると、その出力電圧値Ｖ０を液膜の厚さＦが０となる基準点とする。この基準点を元にして、光センサ７からの出力電圧値Ｖから、液膜の厚さＦを換算する。
【００７８】
なお、内燃機関８０の壁面にはデポジットなどが堆積し易く、このため光ファイバ５ｘの先端５ｘｂ及び光ファイバ５ｙの先端５ｙｂに対してデポジットなどが付着し易い。もし、光ファイバ５ｘの先端５ｘｂ及び光ファイバ５ｙの先端５ｙｂにデポジットなどが付着してしまうと、液膜厚さ計測装置２０ｚによる液膜の厚さＦの計測感度が低下してしまう虞がある。
【００７９】
そこで、本発明では、光ファイバ５ｘの先端５ｘｂ及び光ファイバ５ｙの先端５ｙｂの各々に対して、デポジットなどを分解する光触媒などを塗布しておくことが好ましい。これにより、光ファイバ５ｘの先端５ｘｂ及び光ファイバ５ｙの先端５ｙｂに対するデポジットなどの付着を抑制でき、液膜厚さ計測装置２０ｚによる液膜の厚さＦの計測感度が低下してしまうことを抑制できる。
【００８０】
（光センサの出力電圧値から液膜厚さへの換算方法）
次に、光センサ７の出力電圧値Ｖから液膜の厚さＦへ換算するための方法について説明する。
【００８１】
本実施形態では、液膜厚さ計測装置２０ｚは、ＥＣＵ１１２からの計測指令に係る信号Ｓｉｇ１に基づき、上記した液膜厚さの基準点算出方法によって算出された基準電圧値Ｖ０と、１サイクル毎に算出された光センサ７の出力電圧値Ｖｉ（ｉは自然数；例えば、「Ｖ１」は図６（ｃ）に示す１回目のサイクルに係る出力電圧値を、「Ｖ２」は２回目のサイクルに係る出力電圧値を、・・・、「Ｖｉ」はｉ回目のサイクルに係る出力電圧値を夫々示している）とに基づいて、１サイクル毎の液膜の厚さＦを算出する。なお、「１サイクル」とは、例えば、内燃機関が４気筒の場合、吸気行程、圧縮行程、燃焼・膨張行程、排気行程に至る一連の行程をいう。
【００８２】
より具体的には、ＥＣＵ１１２は、液膜厚さ計測装置２０ｚによる基準電圧値Ｖ０の計測後であって、吸気行程の終了後の吸気弁１０７及び排気弁１０９が閉じられている期間中に、以下の式１に基づいて、内燃機関８０の吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する１サイクル毎の液膜の厚さＦを算出する。
【００８３】
Ｆｉ＝Ｖｉ−Ｖ０ （添え字の「ｉ」はサイクル数を示す） （式１）
ここで、内燃機関８０の液膜には、通常、蛍光物質（例えば、ガソリンやディーゼルの添加剤に含まれる）が混入されているが、同一の燃料（液膜）であっても製造ロット毎に蛍光物質の含有量は異なるものである。このため、液膜の蛍光１１の強度は燃料の製造ロット毎に異なるものであり、それ故、液膜の厚さＦも燃料の製造ロット毎に異なってしまうことになる。このような弊害を除去する為には、絶えず液膜の蛍光強度の校正を行う必要がある。
【００８４】
そこで、本実施形態では、燃料導入経路１２６に規定厚さ部分を設けて、その規定厚さ部分に流入する燃料を蛍光させて、その蛍光の強度などに基づき単位蛍光強度当たりの液膜の厚さを算出して、この算出値を上記の式１に反映させることで、絶えず液膜の蛍光強度の校正を行う。
【００８５】
以下、この点について、図５及び図７（ａ）を参照して説明する。
【００８６】
図７（ａ）は、図５の燃料導入経路１２６の領域Ａ１０付近に対応する拡大断面図であり、燃料導入経路１２６の途中に設けられた絞り方式に係る規定厚さ部分を模式的に示す。なお、図７（ａ）中の矢印方向は、燃料の流れる方向を示している。
【００８７】
図７（ａ）に示すように、燃料導入経路１２６の途中には、燃料タンク１１５と燃料噴射装置１０４とを繋ぐ本管１２６ａから細くなるように絞り込まれた形状を有し、且つ規定の厚さ（燃料の流れる方向に対して直交する方向の長さ又は直径）Ｌを有する規定厚さ部分（矩形状の一点鎖線部分）１１６が設けられている。また、光ファイバ５ｙの先端５ｙｂは、規定厚さ部分１１６に紫外光を照射する位置に配置されている。
【００８８】
以上の構成の下、液膜厚さ計測装置２０ｚは、ＥＣＵ１１２からの計測指令に係る信号Ｓｉｇ１に基づき、発光素子２より発光された紫外光８を、上記した原理に基づき光ファイバ５ｙの先端５ｙｂから規定厚さ部分１１６内を流れる燃料に向けて照射する。これにより、燃料に含まれる添加剤の蛍光部分Ａ１１から蛍光１１を含む光９が発せられる。この蛍光１１を含む光９を光ファイバ５ｙの先端５ｙｂが受光すると、その受光した蛍光１１を含む光９は、上記した原理に基づき紫外光カットフィルタ６によって蛍光１１のみが取り出され、その取り出された蛍光１１は光センサ７によって受光される。光センサ７は、その受光した燃料の蛍光部分Ａ１１の強度を検出すると共に、その検出した燃料の蛍光の強度に応じた出力電圧値Ｖbaseに係る信号Ｓｉｇ２をＥＣＵ１１２に出力する。
【００８９】
ＥＣＵ１１２は、単位蛍光強度当たりの液膜の厚さを算出する液膜厚さ換算手段として機能し、規定厚さ部分１１６における規定の厚さＬと、光センサ７によって検出された規定厚さ部分１１６の蛍光１１の強度に応じた出力電圧値Ｖbaseとに基づいて、単位蛍光強度当たりの液膜の厚さｋを算出する。例えば、ＥＣＵ１１２は、単位蛍光強度当たりの液膜の厚さｋを以下の式２に基づいて算出する。
【００９０】
ｋ＝Ｌ／Ｖbase （式２）
ここで、上記の式２の右項において、「Ｌ」は規定厚さ部分１１６の厚さ（直径）であり、また、「Ｖbase」は規定厚さ部分１１６の蛍光１１の強度に応じた出力電圧値である。
【００９１】
次に、ＥＣＵ１１２は、当該単位蛍光強度当たりの液膜（液膜）の厚さｋと、上記した基準電圧値Ｖ０と、１サイクル毎に算出された光センサ７からの出力電圧値Ｖｉとに基づいて、１サイクル毎の液膜の厚さＦｉを算出する。
【００９２】
例えば、ＥＣＵ１１２は、以下の式３に基づき液膜の厚さＦｉを算出する。
【００９３】
Ｆｉ＝ｋ×（Ｖｉ−Ｖ０） （添え字の「ｉ」はサイクル数を示す） （式３）
このように、内燃機関８０の壁面、例えば吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する液膜の厚さＦは、出力電圧値Ｖｉの基準電圧値Ｖ０に対する差と、単位蛍光強度当たりの厚さｋとにより算出される。
【００９４】
また、本発明において、液膜の厚さＦをより精度良く算出するためには、液膜厚さ計測装置２０ｚ等に起因する計測ノイズを除去することが望ましい。この場合、ある規定のクランク間隔毎に液膜の厚さＦを平均化（例えば、液膜の厚さＦを所定のクランク角毎に複数回計測し、それらを平均化した値を、そのサイクルにおける測定値とする）する処理をＥＣＵ１１２に行わせることにより、液膜厚さ計測装置２０ｚ等に起因する計測ノイズを除去することができる。
【００９５】
なお、本発明では、規定厚さ部分１１６の構成は上記した絞り方式に限定されることなく、様々な方式を採用することができる。例えば、図７（ｂ）は、図５の燃料導入経路１２６の領域Ａ１０付近に対応する拡大断面図であり、燃料導入経路１２６の途中に設けられたバイパス方式の規定厚さ部分を模式的に示す。なお、以下では、図７（ａ）と共通する要素については同一の符号を付し、その説明は適宜省略する。
【００９６】
この例では、燃料導入経路１２６の途中に、燃料タンク１１５と燃料噴射装置１０４とを繋ぐ本管１２６ａと、本管１２６ａの上流とその下流１２６ａとを繋ぐバイパス管１２６ｂとが設けられている。バイパス管１２６ｂには、規定の厚さ（燃料の流れる方向に対して直交する方向の長さ又は直径）Ｌを有する規定厚さ部分１１６（矩形状の一点鎖線部分）が設けられている。本発明では、このようなバイパス方式に係る規定厚さ部分１１６を用いて、上記の式２に基づき、単位蛍光強度当たりの液膜の厚さｋを算出するようにしてもよい。
【００９７】
（液膜の厚さから液膜の付着量への換算方法）
次に、図８を参照して、液膜の厚さから液膜の付着量への換算方法について説明する。
【００９８】
図８（ａ）は、内燃機関８０の壁面、例えば吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する液膜の厚さＦから液膜の付着量Ｍに換算する液膜厚さ−液膜付着量換算マップを示す。図８（ａ）において、横軸は吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する液膜の厚さを示し、縦軸は吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する液膜の付着量を示す。図８（ａ）におけるグラフｇｘは、液膜の厚さＦと液膜の付着量との関係を示す勾配（傾き）αを有するグラフである。
【００９９】
ＥＣＵ１１２は、図示しない内燃機関８０の吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する液膜の付着量Ｍを算出するための液膜付着量算出手段として機能する。ＥＣＵ１１２は、上記において算出された内燃機関８０の吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する液膜の厚さＦと、ＥＣＵ１１２の記憶手段に記憶された図８（ａ）に示す液膜厚さ−液膜付着量換算マップとに基づいて、吸気ポート１０５の壁面１０５ａに対する液膜の付着量Ｍを算出する。例えば、液膜付着量算出手段は、液膜の付着量Ｍを以下の式４に基づいて算出する。
【０１００】
Ｍｉ＝α×｛ｋ×（Ｖｉ−Ｖ０）｝ （「ｉ」はサイクル数を示す） （式４）
ここで、上記の式４において、「α」は図８（ａ）の液膜厚さ−液膜付着量換算マップに示されるグラフの勾配（傾き）を示す。
【０１０１】
なお、本発明では、内燃機関８０の壁面、例えば吸気ポート１０５の壁面１０５ａの複数箇所に対して複数の光ファイバ５の先端を各々配置することで、その複数箇所の各々に対応した液膜の厚さＦを算出することが可能となる。しかしながら、この場合、吸気ポート１０５の壁面１０５ａの複数箇所の各々に付着する液膜の厚さＦは、吸気ポート１０５の壁面１０５ａの複数箇所の各々の形状等により通常異なるものであり、吸気ポート１０５の壁面１０５ａの複数箇所の各々に対応する液膜厚さ−液膜付着量換算マップを用いなければ、吸気ポート１０５の壁面１０５ａの複数箇所の各々の液膜の付着量Ｍを算出することはできない。
【０１０２】
そこで、このような構成の下では、内燃機関８０の壁面の複数箇所（複数の計測点）の液膜の厚さＦを、その計測点の液膜の付着量Ｍに換算するための液膜厚さ−液膜付着量換算マップをＥＣＵ１１２の記憶手段に記憶させておく。例えば、図８（ｂ）は、内燃機関８０の壁面の各箇所（計測点１乃至４）における液膜の厚さＦから、その各々に対応する液膜の付着量Ｍを算出するための液膜厚さ−液膜付着量換算マップを示す。図８（ｂ）において、「α」は計測点１に係るグラフの勾配（傾き）を示し、「β」は計測点２に係るグラフの勾配（傾き）を示し、「γ」は計測点３に係るグラフの勾配（傾き）を示し、「ζ」は計測点４に係るグラフの勾配（傾き）を示す。かかる液膜厚さ−液膜付着量換算マップを用いることにより、内燃機関８０の壁面の各箇所（計測点１乃至４）における液膜の厚さＦから、その各々に対応する液膜の付着量Ｍを算出することが可能となる。また、液膜の付着量Ｍを算出することができるので、これに基づき内燃機関８０の燃料噴射装置１０４による燃料噴射制御を高精度に行うことが可能となる。
【０１０３】
（過渡運転時における燃料噴射制御処理）
車両の加速時や減速時など、内燃機関８０の運転状態が変動する過渡運転時（特に内燃機関８０の冷間時における過渡運転時）において、燃料噴射装置１０４を通じた適切な燃料噴射制御が行われないと、粒子状物質（スモーク）、窒素酸化物（ＮＯｘ）および炭化水素（ＨＣ）などが大気中に大量に排出されてしまい、エミッションの悪化をもたらすといった課題がある。
【０１０４】
そこで、本実施形態では、内燃機関８０の過渡運転時において、液膜厚さ計測装置２０ｚを用いて内燃機関８０の壁面に付着した液膜の厚さＦを計測することで、上記した各式に基づいて液膜の厚さＦから液膜の付着量Ｍを算出し、これに基づいて燃料噴射装置１０４を通じた燃料噴射の適切な制御を行うと同時にエミッションを低減させる。
【０１０５】
以下、図９等を参照して、本発明の実施形態に係る過渡運転時における燃料噴射制御処理について説明する。
【０１０６】
図９は、内燃機関の過渡運転時における燃料噴射制御処理に係るフローチャートを示す。この過渡運転時における燃料噴射制御処理は、内燃機関８０の過渡運転開始と同時に実行され、過渡運転が終了するまで１サイクル毎に繰り返し実行される。なお、図９の各処理における各変数の添え字の「ｉ」は１、２、・・・、ｉサイクル数を表している。
【０１０７】
ＥＣＵ１１２は、噴射量増量係数決定手段として機能し、まず、過渡運転時における噴射量増量係数Ｙを決定する（ステップＳ１）。ここで、噴射量増量係数Ｙは、以下の式５に基づいて算出される。
【０１０８】
Ｙ＝ｙ×ｘ （式５）
ここで、上記の式５において、「ｙ」は内燃機関８０の運転状態に基づいて決定される基準噴射量増量係数であり、「ｘ」は基準噴射量増量係数ｙに対する補正係数である。なお、過渡運転時における１サイクル目は、ｘ＝１（初期値）に設定される。
【０１０９】
次に、ＥＣＵ１１２は、ステップＳ１において算出された噴射量増量係数Ｙに基づいて燃料噴射期間を算出し（ステップＳ２）、燃料噴射装置１０４は、ＥＣＵ１１２から出力される信号Ｓｉｇ８に基づき、算出された燃料噴射期間だけ吸気ポート１０５に向けて所定の噴射量（燃料噴射量＝Ｑｉ）の燃料を噴射する。
【０１１０】
次に、ＥＣＵ１１２は、吸気行程の終了後に、液膜厚さ計測装置２０ｚに対して計測指令に係る信号Ｓｉｇ１を出力して、液膜厚さ計測装置２０ｚの光センサ７から出力される出力電圧値Ｖｉを取得する。ＥＣＵ１１２は、上記の式３に基づいて、吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する液膜の厚さＦｉ｛＝ｋ×（Ｖｉ−Ｖ０）｝を算出する（ステップＳ５）。
【０１１１】
次に、ＥＣＵ１１２は液膜付着量算出手段として機能し、上記した式４に基づき、算出した吸気ポート１０５の壁面１０５ａに付着する液膜の厚さＦｉを液膜の付着量Ｍｉ［＝α×｛ｋ×（Ｖｉ−Ｖ０）｝］に換算する（ステップＳ６）。
【０１１２】
次に、ＥＣＵ１１２は、今回のサイクルに対応する液膜の付着量Ｍｉと前回のサイクルに対応する液膜の付着量Ｍｉ−１との差分ΔＭを算出する（ステップＳ７）。
【０１１３】
次に、ＥＣＵ１１２は、ステップＳ７において算出されたΔＭがほぼ０（ΔＭ≒０）であるか否かにつき判定する（ステップＳ８）。このステップＳ８において、ΔＭがほぼ０である場合には、ＥＣＵ１１２は、吸気ポート１０５の壁面１０５ａに対する液膜の付着量Ｍｉがほぼ一定になったものと判断して、本過渡運転時における燃料噴射制御処理の実行を終了する（ステップＳ８；Ｙｅｓ）。一方、ΔＭがほぼ０でない場合（ステップＳ８；Ｎｏ）には、ＥＣＵ１１２は筒内流入量算出手段として機能し、今回のサイクル（ｉサイクル）での燃料噴射量Ｑｉと、今回のサイクル（ｉサイクル）での液膜の付着量Ｍｉとに基づいて、燃焼室内（筒内）１０６に対する今回の燃料の流入量Ｃｉを算出する（ステップＳ９）。ここで、「Ｍｉ」が吸気ポート１０５の壁面１０５ａに対する液膜の付着量の場合には、筒内燃料流入量Ｃｉは、以下の式６に基づいて算出される。
【０１１４】
Ｃｉ＝Ｑｉ−Ｍｉ （式６）
次に、ＥＣＵ１１２は補正係数算出手段として機能し、ステップＳ９において算出された今回の筒内燃料流入量Ｃｉと、過渡運転開始からの経過サイクル数に基づき決定される筒内流入量の基準値（基準流入量；以下同様）Ｃbaseとに基づいて、今回の筒内燃料流入量Ｃｉが基準値（基準流入量）Ｃbaseとなるように、噴射量増量係数Ｙを決定するための補正係数ｘを算出する（ステップＳ１０）。具体的には、補正係数算出手段は、図１０に示す過渡運転開始からの経過サイクル数−筒内燃料流入量マップを参照して、以下の式７に基づいて算出する。
【０１１５】
ｘ＝Ｃbase／Ｃｉ （式７）
なお、図１０において、縦軸は筒内燃料流入量Ｃを示し、また、横軸は過渡運転開始からの経過サイクル数を、またグラフは過渡運転開始からの経過サイクル数に基づき決定される筒内流入量の基準値Ｃbaseを夫々示す。
【０１１６】
ここで、ｉサイクル目において、筒内燃料流入量Ｃｉが基準値（三角印）Ｃbaseより少ない場合（丸印）は補正係数ｘの値が大きくなるため、これに伴って、次回のサイクルに係る噴射量増量係数Ｙの値も大きくなる。一方、ｉサイクル目において、筒内燃料流入量Ｃｉが基準値（三角印）Ｃbaseより多い場合（四角印）は補正係数ｘの値が小さくなるため、これに伴って、次回のサイクルに係る噴射量増量係数Ｙの値も小さくなる。
【０１１７】
以上に述べた過渡運転時における燃料噴射制御処理が所定の条件（ΔＭがほぼ０）を満たすまで行われる。これにより、内燃機関８０の過渡運転時（特に内燃機関８０の冷間時における過渡運転時）において、燃料噴射装置１０４を通じた高精度な燃料噴射が行われるので、粒子状物質（スモーク）、窒素酸化物（ＮＯｘ）および炭化水素（ＨＣ）などが大気中に大量に排出されてしまうことを抑制でき、エミッションを低減させることが可能となる。
【０１１８】
[変形例]
上記の内燃機関８０では、第２実施形態に係る液膜厚さ計測装置２０ｚを適用することにしたが、これに限らず、本発明では、第１実施形態に係る液膜厚さ計測装置１００を適用することにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る液膜厚さ計測装置の構成を示す断面図である。
【図２】第１実施形態の液膜厚さ計測装置に係る蛍光を含む光の波長特性、蛍光の波長特性、紫外光カットフィルタの透過率特性及び光センサの出力電圧と液膜厚さとの関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２実施形態に係る光路切替装置を備える液膜厚さ計測装置の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の各種形態例に係る光路切替装置の構成を示す要部断面図である。
【図５】本発明の液膜厚さ計測装置を適用した内燃機関の全体構成を示す断面図である。
【図６】液膜厚さ計測装置を用いた液膜厚さ計測時における蛍光強度のゼロ点補正方法に係るタイムチャートを示す。
【図７】図５の領域Ａ１０に対応する内燃機関の要部断面図であり、光センサの出力電圧値から液膜厚さへの換算方法の一例についての説明図である。
【図８】液膜の厚さから液膜の付着量に換算するための液膜厚さ−液膜付着量換算マップを示す。
【図９】本実施形態に係る過渡運転時における燃料噴射制御処理に係るフローチャートを示す。
【図１０】噴射量増量係数Ｙを決定するための補正係数ｘを算出する際に用いられる過渡運転開始からの経過サイクル数−燃料の筒内流入量マップを示す。
【符号の説明】
【０１２０】
１ 筐体
２ 発光素子
３ ハーフミラー
４ カップリング
５、５ｘ、５ｙ 光ファイバ
６ 紫外光カットフィルタ
７ 光センサ
８ 紫外光
９ 蛍光を含む光
１０ 基材
１１ 蛍光
１２ 液膜
２０、２０ｚ 液膜厚さ計測装置
２０ｘ 光学系本体
２２ ミラー
２２ａ 反射面
２３ モータ
３０、３１、３２、３３ 光路切替装置
８０ 内燃機関
１００ 内燃機関の制御装置
１０４ 燃料噴射装置
１０５ 吸気ポート
１０５ａ 壁面
１０７ 吸気弁
１０９ 排気弁
１１２ ＥＣＵ
１１５ 燃料タンク
１１６ 規定厚さ部分
１２６ 燃料導入経路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液膜に対する紫外光の照射によって前記液膜から発せられる蛍光の強度に基づいて前記液膜の厚さを計測する液膜厚さ計測装置であって、
前記紫外光を発光する発光素子と、
前記発光素子からの前記紫外光を透過させると共に、前記液膜からの前記蛍光を含む光を反射させるハーフミラーと、
前記ハーフミラーを透過した前記紫外光を前記液膜に向けて伝送すると共に、前記液膜から発せられた前記蛍光を含む光を前記ハーフミラーに向けて伝送する光ファイバと、
前記ハーフミラーにて反射された前記蛍光を含む光から紫外光をカットして前記蛍光のみを透過させる紫外光カットフィルタと、
前記紫外光カットフィルタを透過した前記蛍光を受光して前記液膜の前記蛍光の強度を検出すると共に、検出した蛍光の強度に応じた電圧値を出力する光センサと、を備えることを特徴とする液膜厚さ計測装置。
【請求項２】
前記光ファイバは１つであり、
前記光ファイバは、単一の光路により、前記ハーフミラーを透過した前記発光素子からの前記紫外光を前記液膜に向けて伝送するとともに、前記液膜から発せられた前記蛍光を含む光を前記ハーフミラーに向けて伝送することを特徴とする請求項１に記載の液膜厚さ計測装置。
【請求項３】
前記発光素子、前記ハーフミラー、前記紫外光カットフィルタ及び前記光センサは、１つの筐体内に収容されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液膜厚さ計測装置。
【請求項４】
前記光ファイバの一端は、前記ハーフミラーを透過した前記紫外光を受光することが可能な位置に配置されていると共に、
前記光ファイバの他端は、前記受光した前記紫外光を前記液膜に向けて伝送することが可能な位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液膜厚さ計測装置。
【請求項５】
受けた光を反射させる反射面を含むミラーと、前記ミラーの回転角度を制御するモータと、を有する光路切替装置を更に備え、
前記ミラーの周囲には、複数の前記光ファイバの一端が適宜の間隔をおいて配置されていると共に、前記液膜の複数の計測部分には、前記複数の前記光ファイバの他端が夫々配置され、
前記モータは、前記ハーフミラーを透過した前記発光素子側からの前記紫外光が前記ミラーの前記反射面によって前記複数の前記光ファイバのうちいずれかの前記光ファイバの前記一端側の光路に向けて反射されるように、且つ、前記液膜側から当該いずれかの前記光ファイバの前記一端の光路を通じて出射された前記蛍光を含む光が前記ミラーの前記反射面によって前記ハーフミラー側に反射されるように前記ミラーの前記回転角度を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液膜厚さ計測装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液膜厚さ計測装置を備え、
前記液膜厚さ計測装置は、内燃機関の壁面に付着する前記液膜の厚さを算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記液膜厚さ計測装置は、前記内燃機関のクランキング時の燃料噴射前における基準状態の時に得られた前記光センサからの電圧値を、前記液膜の厚さがゼロとなる基準電圧値とすることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記液膜の成分たる燃料が導入される燃料導入経路と、単位蛍光強度当たりの前記液膜の厚さを算出する液膜厚さ換算手段と、を備え、
前記燃料導入経路は規定の厚さを有する規定厚さ部分を有し、
前記紫外光の照射によって前記規定厚さ部分の前記燃料から発せられる前記蛍光の強度は、前記規定厚さ部分に設けられた前記光ファイバを通じて前記光センサによって検出され、
前記液膜厚さ換算手段は、前記規定厚さ部分における前記規定の厚さと、前記光センサによって検出された前記規定厚さ部分の前記蛍光の強度とに基づいて、前記単位蛍光強度当たりの前記液膜の厚さを算出することを特徴とする請求項６又は７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
気筒と、前記気筒に対応して設けられた吸気弁及び排気弁と、を備え、
前記液膜厚さ計測装置は、前記気筒における吸気行程の終了後の前記吸気弁及び前記排気弁が閉じられている期間中に、当該吸気行程から排気行程に至るサイクルでの前記内燃機関の壁面に付着する前記液膜の厚さを計測することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記液膜の厚さを前記液膜の付着量に換算するための液膜厚さ−液膜付着量換算マップと、前記内燃機関の前記壁面に付着する前記液膜の付着量を算出するための液膜付着量算出手段と、を備え、
前記液膜付着量算出手段は、前記内燃機関の前記壁面に付着する前記液膜の厚さと、前記液膜厚さ−液膜付着量換算マップとに基づいて、当該液膜の付着量を算出することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
筒内に対する前記燃料の基準噴射量増量係数と補正係数とに基づいて、前記筒内に対する前記燃料の噴射量増量係数を決定するための噴射量増量係数決定手段と、
前記筒内に対する１回の燃料噴射当たりの前記燃料の流入量を算出するための１噴射当たりの筒内流入量算出手段と、
前記補正係数を算出するための補正係数算出手段と、を備え、
前記内燃機関の過渡時において、
前記１噴射当たりの筒内流入量算出手段は、前記液膜付着量算出手段により算出された今回のサイクルに対応する前記液膜の付着量と、前記液膜付着量算出手段により算出された前回のサイクルに対応する前記液膜の付着量との差分に基づいて、前記１回の燃料噴射当たりの前記燃料の流入量を算出し、
前記補正係数算出手段は、前記算出された前記１回の燃料噴射当たりの前記燃料の流入量が、前記筒内に対する前記燃料の基準流入量となるように前記補正係数を算出し、
前記噴射量増量係数決定手段は、前記算出された前記補正係数と前記基準噴射量増量係数とに基づいて、次回のサイクルの前記燃料の噴射量増量係数を決定することを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
液膜に対する紫外光の照射によって前記液膜から発せられる蛍光の強度に基づいて前記液膜の厚さを計測する液膜厚さ計測装置であって、
前記紫外光を発光する発光素子と、
前記発光素子からの前記紫外光を透過させると共に、前記液膜からの前記蛍光を含む光を反射させるハーフミラーと、
前記ハーフミラーを透過した前記紫外光を前記液膜に向けて伝送すると共に、前記液膜から発せられた前記蛍光を含む光を前記ハーフミラーに向けて伝送する光ファイバと、
前記ハーフミラーにて反射された前記蛍光を含む光から紫外光をカットして前記蛍光のみを透過させる紫外光カットフィルタと、
前記紫外光カットフィルタを透過した前記蛍光を受光して前記液膜の前記蛍光の強度を検出すると共に、検出した蛍光の強度に応じた電圧値を出力する光センサと、を備えることを特徴とする液膜厚さ計測装置。
【請求項２】
前記光ファイバは１つであり、
前記光ファイバは、単一の光路により、前記ハーフミラーを透過した前記発光素子からの前記紫外光を前記液膜に向けて伝送するとともに、前記液膜から発せられた前記蛍光を含む光を前記ハーフミラーに向けて伝送することを特徴とする請求項１に記載の液膜厚さ計測装置。
【請求項３】
前記発光素子、前記ハーフミラー、前記紫外光カットフィルタ及び前記光センサは、１つの筐体内に収容されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液膜厚さ計測装置。
【請求項４】
前記光ファイバの一端は、前記ハーフミラーを透過した前記紫外光を受光することが可能な位置に配置されていると共に、
前記光ファイバの他端は、前記受光した前記紫外光を前記液膜に向けて伝送することが可能な位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液膜厚さ計測装置。
【請求項５】
受けた光を反射させる反射面を含むミラーと、前記ミラーの回転角度を制御するモータと、を有する光路切替装置を更に備え、
前記ミラーの周囲には、複数の前記光ファイバの一端が適宜の間隔をおいて配置されていると共に、前記液膜の複数の計測部分には、前記複数の前記光ファイバの他端が夫々配置され、
前記モータは、前記ハーフミラーを透過した前記発光素子側からの前記紫外光が前記ミラーの前記反射面によって前記複数の前記光ファイバのうちいずれかの前記光ファイバの前記一端側の光路に向けて反射されるように、且つ、前記液膜側から当該いずれかの前記光ファイバの前記一端の光路を通じて出射された前記蛍光を含む光が前記ミラーの前記反射面によって前記ハーフミラー側に反射されるように前記ミラーの前記回転角度を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液膜厚さ計測装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液膜厚さ計測装置を備え、
前記液膜厚さ計測装置は、内燃機関の壁面に付着する前記液膜の厚さを算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記液膜厚さ計測装置は、前記内燃機関のクランキング時の燃料噴射前における基準状態の時に得られた前記光センサからの電圧値を、前記液膜の厚さがゼロとなる基準電圧値とすることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記液膜の成分たる燃料が導入される燃料導入経路と、単位蛍光強度当たりの前記液膜の厚さを算出する液膜厚さ換算手段と、を備え、
前記燃料導入経路は規定の厚さを有する規定厚さ部分を有し、
前記紫外光の照射によって前記規定厚さ部分の前記燃料から発せられる前記蛍光の強度は、前記規定厚さ部分に設けられた前記光ファイバを通じて前記光センサによって検出され、
前記液膜厚さ換算手段は、前記規定厚さ部分における前記規定の厚さと、前記光センサによって検出された前記規定厚さ部分の前記蛍光の強度とに基づいて、前記単位蛍光強度当たりの前記液膜の厚さを算出することを特徴とする請求項６又は７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
気筒と、前記気筒に対応して設けられた吸気弁及び排気弁と、を備え、
前記液膜厚さ計測装置は、前記気筒における吸気行程の終了後の前記吸気弁及び前記排気弁が閉じられている期間中に、当該吸気行程から排気行程に至るサイクルでの前記内燃機関の壁面に付着する前記液膜の厚さを計測することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記液膜の厚さを前記液膜の付着量に換算するための液膜厚さ−液膜付着量換算マップと、前記内燃機関の前記壁面に付着する前記液膜の付着量を算出するための液膜付着量算出手段と、を備え、
前記液膜付着量算出手段は、前記内燃機関の前記壁面に付着する前記液膜の厚さと、前記液膜厚さ−液膜付着量換算マップとに基づいて、当該液膜の付着量を算出することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
筒内に対する前記燃料の基準噴射量増量係数と補正係数とに基づいて、前記筒内に対する前記燃料の噴射量増量係数を決定するための噴射量増量係数決定手段と、
前記筒内に対する１回の燃料噴射当たりの前記燃料の流入量を算出するための１噴射当たりの筒内流入量算出手段と、
前記補正係数を算出するための補正係数算出手段と、を備え、
前記内燃機関の過渡時において、
前記１噴射当たりの筒内流入量算出手段は、前記液膜付着量算出手段により算出された今回のサイクルに対応する前記液膜の付着量と、前記液膜付着量算出手段により算出された前回のサイクルに対応する前記液膜の付着量との差分に基づいて、前記１回の燃料噴射当たりの前記燃料の流入量を算出し、
前記補正係数算出手段は、前記算出された前記１回の燃料噴射当たりの前記燃料の流入量が、前記筒内に対する前記燃料の基準流入量となるように前記補正係数を算出し、
前記噴射量増量係数決定手段は、前記算出された前記補正係数と前記基準噴射量増量係数とに基づいて、次回のサイクルの前記燃料の噴射量増量係数を決定することを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の制御装置。
【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２００９−１０３６３０（Ｐ２００９−１０３６３０Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７７１５４（Ｐ２００７−２７７１５４）
【出願日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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