(57)【要約】【課題】測定対象のガス濃度を正しく計測すること。【解決手段】本発明のガス濃度測定方法は、内燃機関の燃焼室内に赤外光及び可視光を照射し、前記赤外光を赤外線センサで受光し、前記可視光を可視光センサで受光し、前記赤外光及び前記可視光の受光強度信号を得る受光ステップ（Ｓ１０１、Ｓ１０２）と、前記可視光の受光強度信号の変化率に基づいて、前記燃焼室内に液体が存在するか否か判定する判定ステップ（Ｓ１０６）と、前記判定ステップにおいて、前記燃焼室内に液体が存在しないと判断した場合にのみ、前記赤外光の受光強度信号に基づいて、前記燃焼室内のガス濃度を算出する算出ステップ（Ｓ１０７）と、を備える。【選択図】図３
2017146257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内に赤外光及び可視光を照射し、前記赤外光を赤外線センサで受光し、前記可視光を可視光センサで受光し、前記赤外光及び前記可視光の受光強度信号を得る受光ステップと、
前記可視光の受光強度信号の変化率に基づいて、前記燃焼室内に液体が存在するか否か判定する判定ステップと、
前記判定ステップにおいて、前記燃焼室内に液体が存在しないと判断した場合にのみ、前記赤外光の受光強度信号に基づいて、前記燃焼室内のガス濃度を算出する算出ステップと、
を備えるガス濃度測定方法。
【請求項２】
前記可視光の受光強度信号から、所定の遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させるＬＰＦステップをさらに備え、
前記判定ステップは、所定の遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させた前記可視光の受光強度信号の変化率に基づいて、前記燃焼室内に液体が存在するか否か判定する、
請求項１に記載のガス濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス濃度検出方法に関し、特に内燃機関の燃焼室内のガス濃度検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス濃度を測定する方法の一つとして、赤外分光法がある。赤外分光法では、測定対象のガスに赤外線を照射し、ガスを透過した赤外光の吸収スペクトルからガス濃度を計測している。
【０００３】
一方、赤外分光法では、共存ガスの影響により測定対象のガスの濃度が正しく計測されない問題がある。
【０００４】
特許文献１では、赤外線の波長に吸収スペクトルを有るガスの濃度を計測して、赤外線の波長に吸収スペクトルを有しない共存ガスの濃度を推定し、推定した共存ガスの濃度に基づいて測定対象のガス濃度を補正する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９９７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法では、ガス中に液体（液滴）が存在している場合、液体により赤外線の一部が吸収または散乱されてしまい、測定対象のガス濃度を正しく計測できないという課題がある。例えば、内燃機関の燃焼室内のガス濃度を測定する場合、液体であるガソリンを霧状に噴射して気化させる。気化させる前の液体が燃焼室内に浮遊しているので、赤外線の光路に液体が存在した状態でガス濃度を計測すると、誤差が生じることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のガス濃度測定方法は、内燃機関の燃焼室内に赤外光及び可視光を照射し、前記赤外光を赤外線センサで受光し、前記可視光を可視光センサで受光し、前記赤外光及び前記可視光の受光強度信号を得る受光ステップと、前記可視光の受光強度信号の変化率に基づいて、前記燃焼室内に液体が存在するか否か判定する判定ステップと、前記判定ステップにおいて、前記燃焼室内に液体が存在しないと判断した場合にのみ、前記赤外光の受光強度信号に基づいて、前記燃焼室内のガス濃度を算出する算出ステップと、を備える。
【０００８】
本発明のガス濃度測定方法によれば、可視光を用いて測定対象ガス中に液体が存在するか否か判断し、測定対象ガス中に液体が存在しないと判断した場合にのみ、赤外光の受光強度に基づいて、ガス濃度を算出することにより、ガス中の液体の存在により誤差が生じることがないので、測定対象のガス濃度を正しく計測することができる。
【０００９】
好ましくは、本発明のガス濃度測定方法は、前記可視光の受光強度信号から、所定の遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させるＬＰＦステップをさらに備え、前記判定ステップは、所定の遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させた前記可視光の受光強度信号の変化率に基づいて、前記燃焼室内に液体が存在するか否か判定する。
【００１０】
本発明の形態にガス濃度測定方法によれば、可視光の受光強度信号に所定の遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させる処理を行い、処理後の受光強度信号に基づいて、測定対象ガス中に液体が存在するか否か判断することにより、受光強度信号のノイズを除去することができるので、ガス中の液体の存在をより正しく判断することができ、測定対象のガス濃度を正しく計測することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のガス濃度測定方法によれば、測定対象のガス濃度を正しく計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態にかかるガス濃度測定装置の構成を示す概略図である。
【図２】ガソリン中の液体の有無により赤外光の透過の違いを示す略図である。
【図３】本実施の形態にかかるガス濃度測定方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】測定対象ガス中に液滴が存在しない場合の可視光の受光強度の変化率を示すグラフである。
【図５】測定対象ガス中に液滴が存在する場合の可視光の受光強度の変化率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（本実施の形態）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるガス濃度測定装置の構成を示す概略図である。図１において、ガス濃度測定装置１０は、液体検知用レーザ１１と、濃度計測用レーザ１２と、光路１３と、ミラー１４と、液体検知用受光センサ１５と、濃度計測用受光センサ１６と、解析用ＰＣ１７と、を備える。また、図１では、ガス濃度測定装置１０は、エンジン２０の燃焼室２１内のガス濃度を計測する。燃焼室２１の内部空間は、シリンダブロック２２、シリンダヘッド２３、ピストン２４、吸気バルブ２５、排気バルブ２６及び燃料噴射装置２７により形成されている。そして、燃料噴射装置２７は、図１の一点鎖線の領域にガソリンを噴射する。
【００１４】
液体検知用レーザ１１は、可視光を発光するデバイスである。発光する可視光の波長は、例えば、３００〜７００ｎｍである。具体的には、は、波長６３３ｎｍの可視光を発光するＨｅ−Ｎｅレーザが好適である。
【００１５】
濃度計測用レーザ１２は、赤外線を発光するデバイスである。発光する赤外線の波長は、測定対象のガスの吸収スペクトルに対応する波長であることが望ましい。具体的には、気化したガソリンの濃度を測定する場合、赤外線の波長は３．３９２μｍとすることが好適である。
【００１６】
光路１３は、シリンダヘッド２３に配置され、エンジン２０の外部と内部との光のやり取りを行う光伝送路である。光路１３は、エンジン２０の外側で、液体検知用レーザ１１及び濃度計測用レーザ１２と光ファイバー等の光伝送路で接続する。そして、光路１３は、エンジン２０の外部から内部に可視光及び赤外光を導入する光伝送路を備える。また、光路１３は、エンジン２０の外側で、液体検知用受光センサ１５及び濃度計測用受光センサ１６と光ファイバー等の光伝送路で接続する。そして光路１３は、エンジン２０の内部から外部に、ミラー１４により反射した可視光及び赤外光を、液体検知用受光センサ１５及び濃度計測用受光センサ１６に導出する光伝送路を備える。光路１３は、可視光と赤外光とが同一の光伝送路で導出及び導入することにより、エンジン２０の燃焼室２１内における可視光と赤外光の光伝送路を略同一とすることができる。
【００１７】
ミラー１４は、エンジン２０内部に設置され、可視光及び赤外光を反射する鏡である。ミラー１４は、光路１３から発せられる可視光及び赤外光を光路１３に反射するように配置される。
【００１８】
液体検知用受光センサ１５は、可視光を受光して電気信号に変換する可視光センサデバイスである。液体検知用受光センサ１５は、受光した可視光の強度を電気信号のレベル（電圧値または電流値）に変換する。そして、液体検知用受光センサ１５は、電気信号を解析用ＰＣ１７に出力する。
【００１９】
濃度計測用受光センサ１６は、赤外光を受光して電気信号に変換する赤外線センサデバイスである。濃度計測用受光センサ１６は、受光した赤外光を電気信号のレベル（電圧値または電流値）に変換する。そして、濃度計測用受光センサ１６は、電気信号を解析用ＰＣ１７に出力する。
【００２０】
解析用ＰＣ１７は、濃度計測用受光センサ１６から出力された電気信号に基づいてガス濃度を算出する。また、解析用ＰＣ１７は、液体検知用受光センサ１５から出力された電気信号に基づいてガス濃度を算出すべきか否か判断する。このガス濃度の算出の詳細な手順については後述する。
【００２１】
以上の構成により、ガス濃度測定装置１０は、エンジン２０の燃焼室２１内のガス濃度を計測する。次に、ガス濃度測定装置１０を用いたガス濃度の計測について説明する。図２は、ガソリン中の液体の有無により赤外光の透過の違いを示す略図である。
【００２２】
測定対象の、気化したガソリン中に液体（例えば液滴等）が存在しない場合、図２の左図に示すように、赤外光は、気化したガソリンのガス濃度に応じて吸収される。一方、測定対象のガソリン中に液滴状の液体が存在する場合、図２の右図に示すように、赤外光は気化したガソリンのガス濃度に応じて吸収されるのみならず、液体による散乱、吸収が生じる。この結果、赤外光の吸収スペクトルから計測したガス濃度に、液体による散乱、吸収に起因する誤差が生じる。
【００２３】
本実施の形態のガス濃度測定方法では、可視光を用いて、測定対象のガス中に液体が存在するか否かを判定し、測定対象のガス中に液体が存在する場合、ガス濃度を計測せず、測定対象のガス中に液体が存在しない場合のみ、ガス濃度を計測する。
【００２４】
図３は、本実施の形態にかかるガス濃度測定方法の手順を示すフローチャートである。
【００２５】
ステップＳ１０１において、対象ガス中に可視光を透過させることにより、測定対象のガス中の液体を計測する。また、ステップＳ１０２において、対象ガス中に赤外光を透過させることにより、測定対象ガスのガス濃度を計測する。ステップＳ１０１とステップＳ１０２は、平行して行われ、ステップＳ１０１及びＳ１０２の実行後、ステップＳ１０３に進む。
【００２６】
ステップＳ１０３において、可視光の受光強度が所定の時間単位で平均化され、ステップＳ１０４に進む。
【００２７】
ステップＳ１０４において、平均化された可視光の受光強度を所定の基準値で除算することにより、可視光の受光強度の変化率が得られ、ステップＳ１０５に進む。
【００２８】
ステップＳ１０５において、可視光の受光強度の変化率に対して、所定の遮断周波数（例えば１ｋＨｚ）より高い周波数の成分を逓減させるＬＰＦ（Low-pass filter）処理を施し、高周波成分のノイズを除去し、ステップＳ１０６に進む。
【００２９】
ステップＳ１０６において、ノイズ除去後の可視光の受光強度に基づいて、測定ガス中に液体が存在するか否か判断される。具体的には、ステップＳ１０６において、ノイズ除去後の可視光の受光強度の変化率の最小値が所定の閾値以上であるか否か判断される。ノイズ除去後の可視光の受光強度の変化率の最小値が所定の閾値未満である場合、測定ガス中に液体が存在すると判断され、測定対象ガスの濃度を算出せずに、ステップＳ１０１及びＳ１０２に戻る。ノイズ除去後の可視光の受光強度の変化率の最小値が所定の閾値以上である場合、測定ガス中に液体が存在しないと判断され、ステップＳ１０７に進む。
【００３０】
ステップＳ１０７において、赤外光の受光強度に基づいて測定対象ガスの濃度が算出され、ステップＳ１０１及びＳ１０２に戻る。
以上の手順により、測定対象ガスの濃度を測定する。
【００３１】
このように、本実施の形態のガス濃度測定方法によれば、可視光を用いて測定対象ガス中に液体が存在するか否か判断し、測定対象ガス中に液体が存在しないと判断した場合にのみ、赤外光の受光強度に基づいて、ガス濃度を算出することにより、ガス中の液体の存在により誤差が生じることがないので、測定対象のガス濃度を正しく計測することができる。
【００３２】
次に、可視光の受光強度の変化率と閾値との比較の具体例及びＬＰＦ処理の効果について説明する。図４は、測定対象ガス中に液体が存在しない場合の可視光の受光強度の変化率を示すグラフである。また図５は、測定対象ガス中に液体が存在する場合の可視光の受光強度の変化率を示すグラフである。図４及び図５において、縦軸は可視光の受光強度の変化率を示し、横軸は時間を示す。
【００３３】
ＬＰＦ処理を施していない場合、図４に示すように、測定対象ガス中に液体が存在しない場合の可視光の受光強度の変化率は、最小値８８％、最大値１０６％である。そして、ＬＰＦ処理を施していない場合、図５に示すように、測定対象ガス中に液体が存在する場合の可視光の受光強度の変化率は、最小値９２％、最大値１０３％である。一般に、液体が存在する場合、可視光の受光強度は減少するので、受光強度の変化率の最小値は、測定対象ガス中に液体が存在する場合の方が、測定対象ガス中に液体が存在しない場合より小さくなる。しかしながら、電気ノイズが大きい場合、可視光の受光強度の変化率が電気ノイズに埋もれてしまい、上述のように測定対象ガス中に液体が存在しない場合の方が、受光強度の変化率の最小値が小さくなってしまう。この結果、測定対象ガス中の液体の存在の判定を誤る可能性がある。
【００３４】
一方、ＬＰＦ処理を施した場合、図４に示すように、測定対象ガス中に液体が存在しない場合の可視光の受光強度の変化率は、最小値９５％、最大値１０３％である。また、ＬＰＦ処理を施した場合、図５に示すように、測定対象ガス中に液体が存在する場合の可視光の受光強度の変化率は、最小値８３％、最大値１０１％である。ＬＰＦ処理により、可視光の受光強度の変化率からノイズが除去されることにより、測定対象ガス中に液体が存在する場合の方が、受光強度の変化率の最小値が小さくなっている。例えば、可視光の受光強度の変化率の最小値に対して、閾値を９５％と設定すると、測定対象ガス中に液体が存在しない場合、受光強度の変化率の最小値９５％は、閾値以上であるので、液体が存在しないと正しく判定できる。また、測定対象ガス中に液体が存在する場合、受光強度の変化率の最小値８３％は、閾値未軟であるので、液体が存在すると正しく判定できる。
【００３５】
このように、本実施の形態にガス濃度測定方法によれば、可視光の受光強度信号に所定の遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させる処理を行い、処理後の受光強度信号に基づいて、測定対象ガス中に液体が存在するか否か判断することにより、受光強度信号のノイズを除去することができるので、ガス中の液体の存在をより正しく判断することができ、測定対象のガス濃度を正しく計測することができる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本実施の形態では、図３のステップＳ１０３からＳ１０７までの処理は、解析用ＰＣ１７で行われるが、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアまたはソフトウェアで実施できる。また、処理の一部をソフトウェアで実施し、それ以外をハードウェアで実施することとしても良い。ソフトウェアで実施する際には、マイクロプロセッサ等の１つあるいは複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）を有するコンピュータシステムに機能ブロックの処理に関するプログラムを実行させればよい。これらのプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ−Ｒ（DVD Recordable）、ＤＶＤ−Ｒ  ＤＬ（DVD-R Dual Layer)、ＤＶＤ−ＲＷ（DVD ReWritable）、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＲ＋Ｒ  ＤＬ、ＤＶＤ＋ＲＷ、ＢＤ−Ｒ（Blu-ray（登録商標） Disc Recordable）、ＢＤ−ＲＥ（Blu-ray （登録商標）Disc Rewritable）、ＢＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバー等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ガス濃度測定装置
１１  液体検知用レーザ
１２  濃度計測用レーザ
１３  光路
１４  ミラー
１５  液体検知用受光センサ
１６  濃度計測用受光センサ
２０  エンジン
２１  燃焼室
２２  シリンダブロック
２３  シリンダヘッド
２４  ピストン
２５  吸気バルブ
２６  排気バルブ
２７  燃料噴射装置
【図１】
2017146257.tif 000003
【図２】
2017146257.tif 000004
【図３】
2017146257.tif 000005
【図４】
2017146257.tif 000006
【図５】
2017146257.tif 000007