JP5270455B2 - 排ガス分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排ガスを分析する排ガス分析装置に関する。

特許文献１には、エンジンの排ガスを分析するための排ガスセンサが開示されている。この排ガスセンサは、エンジンの排出ポートに取り付けられ、エンジンから排出される排ガスの特性を検出する。
分析対象が多気筒エンジンの場合、各気筒に設けられた排出ポート毎に、排ガスの分析を行うことが好ましい。そこで、各気筒に設けられた排出ポートと同じピッチで、複数の排ガスセンサを一体に配列した排ガス分析装置が利用されている。

特開２００７−３２２２１４号

エンジンには多数の型式が存在し、型式ごとに気筒数、排出ポートのピッチ等が異なる。従来の排ガス分析装置は、１つの型式のエンジン専用に設計されており、型式の異なるエンジンに対して使用することができなかった。このため、多数の型式のエンジンの排ガスを分析する場合には、エンジンの型式ごとに専用の排ガス分析装置を用意する必要があった。

本発明は上述した実情を鑑みて創作されたものであり、型式の異なる種々のエンジンの排ガス分析に用いることができる排ガス分析装置を提供することを目的とする。

本発明の排ガス分析装置は、多気筒エンジンの各気筒の排出ポートから排出される排ガスを分析する。この排ガス分析装置は、ブロックと、複数のリングと、複数の排ガスセンサを有している。ブロックは、多気筒エンジンの各排出ポートに対応する位置に排ガス通過孔が形成されている。リングは、筒形状を有する。排ガスセンサは、貫通孔を有しており、その貫通孔内を流れる排ガスの特性を検出する。各リングは、リングの内孔がブロックの排ガス通過孔に接続される位置に着脱可能である。各排ガスセンサは、排ガスセンサの貫通孔がリングの内孔に接続される位置に着脱可能である。

この排ガス分析装置では、ブロックをエンジンに取り付けるとともに、ブロックにリングと排ガスセンサを取り付けることで、エンジンの排ガスを分析することができる。また、この排ガス分析装置では、ブロックからリングと排ガスセンサを取り外すことができる。したがって、型式が異なるエンジンの排ガスを分析する際には、分析対象のエンジンに対応するブロックを用意し、そのブロックにリングと排ガスセンサを取り付けることで、そのエンジンの排ガスを分析することができる。すなわち、リングと排ガスセンサを、異なる型式のエンジンの排ガス分析に共用することができる。このように、この排ガス分析装置は、従来の排ガス分析装置に比べて汎用性が高い。

排ガス分析装置１０の斜視図。 排ガス分析装置１０の分解図。 排ガスセンサ４０の平面図。 排ガス分析装置１０の断面図。 ３気筒エンジンに適用した排ガス分析装置の斜視図。 排出ポートのピッチが大きい４気筒エンジンに適用した排ガス分析装置の斜視図。 排ガスセンサ４０を回転させた状態の排ガス分析装置の斜視図。 断面形状が楕円形の内孔３４を有するリング３０の平面図。 ダミーリング５０を設置した排ガス分析装置の斜視図。

実施例の排ガス分析装置について、図面を参照して説明する。図１は排ガス分析装置１０の斜視図を示しており、図２は排ガス分析装置１０の分解図を示している。図１及び図２に示すように、排ガス分析装置１０は、ブロック２０と、複数のリング３０と、複数の排ガスセンサ４０を備えている。

ブロック２０は、略板状の部材である。ブロック２０は、４気筒エンジンに取り付けることができる。ブロック２０には、その表裏を貫通する４つの排ガス通過孔２２が形成されている。各排ガス通過孔２２は、４気筒エンジンの各気筒の排出ポート（４つの排出ポート）に対応する位置に形成されている。ブロック２０をエンジンに取り付けると、４つの排ガス通過孔２２がエンジンの各排出ポートに接続される。また、ブロック２０には、その表裏を貫通する５つの取付孔２４が形成されている。図１及び図２には示していないが、ブロック２０には、その他の取付用のネジ孔等も形成されている。

リング３０は、略円筒形状の部材であり、その一端にはフランジ３２が形成されている。図１及び図２には示していないが、フランジ３２には、取付用の孔が形成されている。各リング３０は、内孔３４が排ガス通過孔２２に接続された状態で、ブロック２０に固定されている。

４つの排ガスセンサ４０は、対応するリング３０にそれぞれ固定されている。
図３は、排ガスセンサ４０の拡大図を示している。排ガスセンサ４０は、筐体４２と、光ファイバ接続部４４と、受光素子４６と、２つのミラー４８ａ、４８ｂを有している。
筐体４２には、その表裏を貫通する貫通孔４３が形成されている。図１及び図２に示すように、排ガスセンサ４０は、貫通孔４３がリング３０の内孔３４に接続された状態で、リング３０に固定されている。したがって、貫通孔４３内には、エンジンからの排ガスが流れる。また、筐体４２には、貫通孔４３の内面に開口する複数の透光孔４２ａ〜４２ｈが形成されている。
光ファイバ接続部４４は、筐体４２の上面に形成されている。光ファイバ接続部４４には、光ファイバ４５を接続することができる。光ファイバ４５の他端にレーザ光を入射させると、光ファイバ接続部４４から透光孔４２ａ内にレーザ光が照射される。
ミラー４８ａ、４８ｂは、筐体４２の内部に設置されている。ミラー４８ａ、４８ｂは、貫通孔４３を挟んで互いに対向するように配置されている。ミラー４８ａは、透光孔４２ｃ、４２ｅ、４２ｇ内に露出している。ミラー４８ｂは、透光孔４２ｂ、４２ｄ、４２ｆ内に露出している。
受光素子４６は、筐体４２の下面に取り付けられている。受光素子４６の受光面は、透光孔４２ｈ内に面している。受光素子４６には、ケーブル４７を接続することができる。受光素子４６の出力は、ケーブル４７を介して外部装置に伝えられる。
光ファイバ接続部４４から透光孔４２ａ内に照射されたレーザ光は、図３の矢印９０に示すように、ミラー４８ａ、４８ｂに反射されることによって透光孔４２ａ〜４２ｈに沿って進行し、受光素子４６の受光面に入射する。したがって、受光素子４６は、受光したレーザ光の強度を出力する。矢印９０に示すように、レーザ光は貫通孔４３内を往復する。したがって、貫通孔４３内を流れるガスの透明度等によって、受光素子４６で受光されるレーザ光の強度は変化する。すなわち、受光素子４６の出力値は、貫通孔４３内を流れるガスの成分によって変化する。

図４は、エンジンに取り付けた状態における排ガス分析装置１０の取付構造を示す断面図である。なお、図４は、１つの排ガス経路の断面（図１のＩＶ−ＩＶ線に示すように、ブロック２０の排ガス通過孔２２、リング３０、及び、排ガスセンサ４０からなる排ガス経路に対応する断面）を示しているが、４つの排ガス経路のそれぞれが同様の構造を有している。
図４に示すように、ブロック２０は、ガスケット６２を介して、エンジンの排出ポート６０に当接している。ブロック２０の取付孔２４には、支柱７０が挿通されている。支柱７０の一端は、図示していない箇所でエンジンに固定されている。リング３０は、フランジ３２側の端面がリングガスケット６４を介してブロック２０に当接している。リング３０は、フランジ３２がブロック２０にネジ止めされることによって、ブロック２０に固定されている。排ガスセンサ４０は、貫通孔４３内にリング３０の端部が挿入された状態で、リングガスケット６６を介してリング３０に当接している。なお、リング３０のうちの排ガスセンサ４０の貫通孔４３内に挿入される部分（すなわち、フランジ３２の上面から反フランジ３２側の端部までの長さ）が短いため、排ガスセンサ４０の貫通孔４３内のレーザ光の経路にリング３０は干渉しない。排ガスセンサ４０の反リング３０側の端面には、リングガスケット６８を介してエキゾーストマニホールド７２が当接している。エキゾーストマニホールド７２は、支柱７０にも当接している。エキゾーストマニホールド７２は、支柱７０に対してネジ止めにより固定されている。エキゾーストマニホールド７２が固定されることによって、排ガス分析装置１０全体がエンジンに対して固定されている。

排ガスの分析を行う際には、各排ガスセンサ４０を動作させるとともに、エンジンを作動させる。エンジンを作動させると、排ガスがエンジンの各気筒の排出ポートから排出される。排出された排ガスは、ブロック２０の排ガス通過孔２２内、リング３０の内孔３４内、及び、排ガスセンサ４０の貫通孔４３内をそれぞれ通って、エキゾーストマニホールド７２内へ流れる。各排ガスセンサ４０は、各排出ポートから排出された排ガスの透明度等に応じた出力値を出力する。各排ガスセンサ４０の出力値によって、排ガスの特性が示され、エンジンの各気筒の燃焼状態等を分析することができる。

排ガス分析装置１０は、異なる型式のエンジンの排ガスの分析に用いることもできる。例えば、３気筒のエンジンの排ガスを分析する場合には、そのエンジンの３つの排出ポートの配置（形状、ポート間のピッチ）に合わせて３つの排ガス通過孔２２が形成されているブロック２０を用意する。そして、図５に示すように、ブロック２０の各排ガス通過孔２２にリング３０と排ガスセンサ４０を設置する。これによって、３気筒のエンジンの排ガスを分析することができる。また、上記のエンジンとは排出ポート間のピッチが異なる４気筒エンジンの排ガスを分析する場合には、そのエンジンの排出ポート間のピッチと同じピッチで４つの排ガス通過孔２２が形成されているブロック２０を用意する。そして、図６に示すように、ブロック２０の各排ガス通過孔２２にリング３０と排ガスセンサ４０を設置する。これによって、ピッチが異なる４気筒エンジンの排ガスを分析することができる。このように、エンジンの型式（すなわち、排出ポートの数、排出ポート間のピッチ等）に応じてブロック２０を用意することで、リング３０及び排ガスセンサ４０を共通して種々の型式のエンジンの排ガス分析に用いることができる。したがって、エンジンの型式毎に排ガス分析装置を用意する必要が無くなり、コストの低減を図ることができる。

また、エンジンの各部品の配置によっては、排ガスセンサ４０とエンジンの部品とが干渉したり、排ガスセンサ４０に接続されている光ファイバ４５やケーブル４７とエンジンの部品とが干渉して、排ガス分析装置１０を適切に取り付けることが困難となる場合がある。しかしながら、排ガス分析装置１０では、リング３０の外周面（排ガスセンサ４０に挿入される部分の外周面）の断面形状が円形であるとともに、排ガスセンサ４０の貫通孔４３の断面形状が円形である。したがって、図７に示すように、排ガスセンサ４０をリング３０を軸として回転させることができる。これによって、排ガスセンサ４０を、エンジンの部品と干渉しないように配置することができる。これによって、排ガス分析装置１０の汎用性がより向上されている。

なお、エンジンの排出ポートの形状は、エンジンの型式によって異なる。したがって、ブロック２０の排ガス通過孔２２の形状、及び、リング３０の内孔３４の形状は、エンジンの排出ポートの形状に合わせて変更することができる。例えば、排出ポートの内面の断面形状が円形である場合には、ブロック２０の排ガス通過孔２２及びリング３０の内孔３４の断面形状を、排出ポートの内径に応じた内径を有する円形とすることができる。また、排出ポートの内面の断面形状が楕円形である場合には、排ガス通過孔２２及び内孔３４の断面形状を楕円形とすることができる。このように、排ガス通過孔２２及び内孔３４の形状を排出ポートの形状に応じた形状とすると、排ガス分析装置１０を取り付けても排ガスの排気抵抗が通常の状態からほとんど変化しない。したがって、通常の動作状態に近い状態でエンジンを動作させて、排ガスを分析することができる。なお、リング３０の外周面（排ガスセンサ４０に挿入されている部分の外周面）の形状は、排ガスセンサ４０の貫通孔４３に応じた形状とする必要がある。したがって、例えば、排出ポートの内面の断面形状が楕円形であり、排ガスセンサ４０の貫通孔４３の断面形状が円形である場合には、図８に示すように、リング３０の外周面（排ガスセンサ４０に挿入される部分の外周面）の断面形状を円形とし、リング３０の内孔３４の断面形状を楕円形とすることができる。

また、多気筒エンジンの排出ポートのうちの１つの排出ポートから排出される排ガスだけを分析する場合には、図９に示すように、分析対象でない排ガス経路にダミーリング５０を取り付けることができる。これによって、分析対象でない排ガス経路の機密性を確保しつつ、分析対象の排ガス経路の排ガスを分析することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：排ガス分析装置
２０：ブロック
２２：排ガス通過孔
２４：取付孔
３０：リング
３２：フランジ
３４：内孔
４０：排ガスセンサ
４２：筐体
４３：貫通孔
４４：光ファイバ接続部
４５：光ファイバ
４６：受光素子
４７：ケーブル
４８ａ：ミラー
４８ｂ：ミラー
６０：排出ポート
７２：エキゾーストマニホールド

Claims (1)

1. 多気筒エンジンの各気筒の排出ポートから排出される排ガスを分析する装置であって、
   多気筒エンジンの各排出ポートに対応する位置に排ガス通過孔が形成されているブロックと、
   筒形状を有する複数のリングと、
   貫通孔が形成されており、その貫通孔内を流れる排ガスの特性を検出する複数の排ガスセンサを有しており、
   各リングは、リングの内孔がブロックの排ガス通過孔に接続される位置に着脱可能であり、
   各排ガスセンサは、排ガスセンサの貫通孔がリングの内孔に接続される位置に着脱可能である、
   ことを特徴とする排ガス分析装置。

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