JPS60147635A - 直接排気被暴型空燃比計 - Google Patents

直接排気被暴型空燃比計

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Publication number
JPS60147635A
JPS60147635A JP59003612A JP361284A JPS60147635A JP S60147635 A JPS60147635 A JP S60147635A JP 59003612 A JP59003612 A JP 59003612A JP 361284 A JP361284 A JP 361284A JP S60147635 A JPS60147635 A JP S60147635A
Authority
JP
Japan
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gas
fuel ratio
air
critical flow
exhaust
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP59003612A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Noguchi
博史 野口
Kenichi Uchida
謙一 内田
Nobuhisa Mori
信久 森
Toshiyasu Katsuno
歳康 勝野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP59003612A priority Critical patent/JPS60147635A/ja
Publication of JPS60147635A publication Critical patent/JPS60147635A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2247Sampling from a flowing stream of gas
    • G01N1/2258Sampling from a flowing stream of gas in a stack or chimney
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/24Suction devices
    • G01N2001/242Injectors or ejectors
    • G01N2001/244Injectors or ejectors using critical flow orifices

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Molecular Biology (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、酸素濃度を検出することにより排気ガスがら
空燃比を計測する空燃比器1に関し、とくに排気管に直
接取付けが可能でしかも高速応答針側が可能な直接排気
被暴型空燃比計に関する。
従来技術 従来の空燃比針は、排気管から排気ガスの一部を試料ガ
スとして採取し、採取された排気ガスに空気、酸素等の
添加□ガスを加えてガスを酸化触媒に導き、酸化触媒で
不完全燃焼成分を完全燃焼させた後、触媒通過後のガス
の酸素濃度を酸素センサによって測定するものであった
そして、この酸素センサによる検出酸素濃度がら空燃比
が演算されるが、後述の如く試料ガスの流量に対する添
加ガスの流量化である添加率が演算式中に入り、この試
料ガスの流量は圧力、温度の影響を受ける。そのため、
従来は、試料ガス採取管の長さをある程度長くして排気
管中の排気ガスの圧力、温度の変動による空燃比計測へ
の影響を低減するとともに、採取管にたとえばレギュレ
ータを設けかつ添加ガスの流mを制御することにより、
試料ガスに対する添加ガスの添加率が一定比率になるよ
うな制御を行なっていた。
このような従来の空燃止針においては、酸素センサ自体
は優れた高速応答性能(0,1秒)をもっているものの
、試料ガスの採取管が長いためかつレギュレータ、流量
制WII機構等を設けているために、酸素センサに至る
までにこれら試料採取部で応答性能が鈍ってしまい、結
局空燃比計測の応答性能としては0.2〜0.3秒が限
界であった。そのため、とくに過渡的な状態たとえば加
速時等の空燃比の変化を、高い時間分解能で測定するこ
とが困難であるという問題があつ゛た。
また、このような従来技術では、試料採取部にある程度
の長さを要する採取管、試料ガスの温度、圧力を一定に
保ち添加ガスの流量を制御するための数メータ、制御機
構等が必要であるため、車載用として小型構造に納める
ことが困難であり、専ら試験、測定装置として使用され
るにとどまっていた。逆に、従来技術で試料採取部を最
小にして空燃比検出部を直接排気管に装着すると、試料
ガス採取管の長さ、容量を十分にとることができず、排
気管内の圧力、温度変化の影響を受けて添加ガスの添加
率が大きく変化し、正確な空燃比の計測ができないとい
う問題もあった。
発明の目的 本発明は、上記の問題を解消するために、試料採取部に
おt−する応答鈍りを防止して、酸素センサの優れた応
答性能を損わずに空燃比の高速応答計測を可能にすると
ともに、高速応答でもって正確な空燃比の計測を小型で
かつ簡素な構造の空燃止針で達成することを目的とする
。そして、究極的には、応答性が高く正確な空燃比計測
により、車両の燃費、ドライバビリティの改善に寄与さ
せることを目的とする。
発明の椹成 この目的を達成するために、本発明の直接排気被暴型空
燃比M1においては、排気管に直接取付けられ排気管か
ら排気ガスを試料ガスとして取入れる採取管の排気ガス
取入口に、ヒータが設けられるとともにクリティカルフ
ローオリフィスが設けられ、このクリティカルフローオ
リフィスを通過した試料ガス中に添加ガスを導く添加ガ
ス管の出日にもクリティカルフローオリフィスが設けら
れるとともに、添加ガス管のクリティカルフローオリフ
ィス上流側が排気ガス取入口部の排気管内に連通されて
いる。試料ガスはポンプで吸引され、添加ガスが添加さ
れた下流側には酸化触媒が設けられ、触媒通過後のガス
の酸素濃度が酸素センサで測定される。
発明の作用 このような構造の空燃止針においては、試料ガスがクリ
ティカルフローオリフィスを通して吸引されるので、後
述のクリティカルフローオリフィス通過流量演算式に示
す如く、排気ガス温度変化の通過流量に対する影響が小
とされ、しかもヒータが設けられるので採取ガスの温度
が制御され、試料ガスの温度は一定範囲内に保たれる。
また、添加ガス管のクリティカルフローオリフィス上流
側が排気管内に連通されているので、添加ガスの一部が
排気管内に放出されて2つのクリティカルフローオリフ
ィスの入口圧力が常に同圧とされ、2つのクリティカル
フローオリフィスの通過流量比が一定に保たれて、添加
ガスの添加率が一定に保たれる。
発明の効果 したがって、クリティカルフローオリフィスおよびヒー
タによる簡素な構造で排気管内の圧力、温度変化による
影響を防止することができ、従来応答性能を鈍化させて
いた長い採取管やレギュレータ等を不要化することがで
きるので、空燃比計測における応答性能を酸素センサ自
体の高速応答性能にまで高めることができ、時間分解能
を高めて車両の燃費、ドライバビリティ改善に必要な精
密な空燃比制御のための信号情報を得ることができると
いう効果が得られる。
また、ガス温度を一定範囲内に保つとともに2つのクリ
ティカルフローオリフィスによって添加ガスの添加率を
常に一定に保つことができるので、従来のように長い採
取管や襖雑な制御機構を設けることなく簡素な構造で正
確な空燃費計測が可能となり、装置全体を容易に小形化
して排気管に直接装着することができ、車載用の空燃止
針としての利用をはかることができるという効果も得ら
れる。
実施例 以下に本発明の直接排気被暴型空燃止針の望ましい実施
例を図面を参照して説明する。
図は、本発明の一実施例に係る直接排気被暴型空燃止針
を示している。図中、1は排気ガスが流れてくる排気管
を示している。排気管1には、排気ガスの一部を採取す
る採取管2が直接取付けられ、排気ガスの一部を試料ガ
スとして取入れる排気ガス取入口3が、排気管1内に開
口されている。
排気ガス取入口3には、ヒータ4が設けられており、ヒ
ータ4はリード線5a 15bにより給電制御装置6に
接続されている。ヒータ4の直下流側には、ヒータ4部
を通過した試料ガスとしての排気ガスの温度を検出する
温度センサ7が設けられており、温度センサ7はリード
線8により給電制御装置6に接続されている。
ヒータ4の下流側にはクリティカルフローオリフィス9
が設けられている。クリティカルフローオリフィス9は
、音速以上の流速ではガスを通過させないようになって
おり、十分な吸引容量をもつ小型ポンプ10で吸引され
る排気管1中からの試料ガスの通過流速を、ある圧力、
温度条件の下で一定値に抑え、通過流量を一定流量に抑
えるようになっている。
クリティカルフローオリフィス9の下流側には、試料ガ
ス中に酸素、空気等の添加ガスを導く添加ガス管11が
開口されている。添加ガス管11の出口11aにも、ク
リティカルフローオリフィス12が設けられている。添
加ガス管11のクリティカルフローオリフィス12の上
流側は、連通管13により、排気ガス取入口3近傍の排
気管1内に連通されている。
添加ガス管11の合流部の下流側には、酸化触媒14が
設けられている。酸化触媒14の下流側には、酸素セン
サ15が設けられており、酸素センサ15は、リード線
16によりセンサ制御部17に接続されている。また、
酸素センサ15には、出力安定化のための加熱機構が内
蔵されており、加熱機構にはリード線18a、18bか
ら給電されている。
センサ制御部17は、リード119を介して空燃比演算
装置20に接続されており、空燃比演算装置20では、
酸素センサ15がらの酸素濃度の検出信号に基いて、空
燃比が演詐される。
演算結果は、リード線21により、装置外に出力される
このように構成された直接排気被暴型空燃止針の作用に
ついて以下に述べる。
まず、排気管1に直接装着された採取管2の排気ガス取
入口3から、排気ガスの一部が試料ガスとして吸引ポン
プ10によって吸引され流入する。試料ガスがクリティ
カルフローオリフィス9を通され、かつ吸引ポンプ1o
の容量が十分な値に設定されているので、試料ガスは、
ある圧力、温度条件下で、クリティカルフローオリフィ
ス9の形状によって決められる所定の流量に規制されて
流入する。
このクリティカルフローオリフィス9の通過流量は、一
般に次式で表わされる。
V=に−P/f「 ・・・(1) ここに、■=クリティカルフローオリフィスの通過流量 にニオリフイスの係数 P:入口ガス圧力 T:入口ガス温度(絶対温度) で郡る。
この(1)式から判るように、クリティカルフローオリ
フィス9を利用することにより、通過流量に対するガス
の温度変化の影響はTの平方根であるから、単にTの変
化の場合に比べ小とされる。
また、流入した試料ガスは、温度センサ7によって測温
されながら、ヒータ4、給電制御装置6によって加熱制
御されるので、クリティヵシフローオリフィス9人口で
一定の温度範囲内に制御される。
したがって、クリティカルフローオリフィス9の通過ガ
ス流量に対する排気管1内の排気ガスの温度変化の影響
は小に抑えられるとともに、通過試料ガス温度は一定の
範囲内に納められ、かつ酸化触!f#14での酸化反応
に必要な温度に制御される。
クリティカルフローオリフィス9を通過した試料ガスに
は、添加ガス管11から添加ガスが添加される。添加ガ
ス管11から供給される添加ガスは、その一部が常に連
通路13から排気管1内に放出されるので、クリティカ
ルフロ−オリフィス90入口部とクリティカルフローオ
リフィス12の入口部は當に同圧どされる。
(1)式より、クリティカルフローオリフィス9の通過
流量をV+ =に+ ・P+ /JTs 、クリティカ
ルフローオリフィス12の通過流量をV2 =に2 ・
P 2 / (T zとすると、試料ガスに対する添加
ガスの添加率は通過流m比、すなわちV2 /Vl =
に2 /に+ ・ETコ/’(Tイ・P2 /PIで表
わされる。ここで、K2 /に1は一定の形状係数であ
り、T1はヒータ4によって一定範囲に制御されており
、T2も一定値に制御されたガスが供給されるとすると
、上記の如<P+ =P2とすることにより、添加ガス
の添加率は、排気管1内の圧力変化があっても常に一定
値に保たれる。
このように、一定温度範囲、一定の添加ガス添加率の試
料ガスが酸化触媒14に送られる。
酸化触媒14では、試料ガス中の不完全燃焼成分すなわ
ち一酸化炭素と炭化水素が試料ガス又は添加ガス中の酸
素と反応され、完全燃焼される。
酸化触媒14通過後の試料ガス中の酸素濃度が酸素セン
サ15によって検出される。その検出信号がセンサ制御
1部17を介して空燃比演算装置20に送られ、空燃比
が演算される。
空燃比演算装置20における空燃比の演算は、次式によ
り行なわれる。
A/F=λ・137.3 (1+0.25y )/ (
12,0+y ) ・・・ (2)λ=1+[(4,7
8G、7X)(1+0.303yi’(1−4,78G
)(1十〇、25y)]・・・・・・空気添加の場合 λ−1+[4,78(C−X)(1+0.303y )
、、’ (1−1−3,78X−4,78G)(1−F
o、25y)]・・・・・・酸素添加の場合ここて、A
/F :空燃比 y:燃料中の)l 、、/ C比 X:添加ガスの添加率 C:完全燃焼後の酸素?llI度 である。yは燃料に応じて予め入力される値である。上
式から明らかなように、Xを一定に保てば、酸素濃度C
の信号のみで速かに空燃比が演算される。
この添加ガスの添加率Xは、本発明装置では前述の如く
2つのクリティカルフローオリフィス9.12によって
常に一定値に保たれ、しかもヒータ4によって吸引され
る試料ガス温度が一定範囲内に保たれるので、排気管1
内ガス温度、圧力変化による添加ガスの添加率の変化が
防止される。そのため、従来のように長い採取管やレギ
ュレータ等のガス添加率を一定に保つための各種制御機
構を設けないでも、酸素センサ15による酸素濃度検出
によって正確に空燃比が計測される。そして、従来応答
性を鈍化させていた長い採取管や制御機構が不要化され
、装置を排気管1番ご直接装着して排気管1の直近位置
で酸素11度の所定の測定が可能となるので、空燃比計
測における応答性能が大幅に高められる。
以上の説明から明らかなように、本実施例装置によれば
、空燃化の計測における応答性能を、従来の0.2〜0
.3秒から酸素センサ15自体の高速応答性能(0,1
秒)にまで高めることができ、しかも排気管内の圧力、
温度の変化による計測への影響を防止して正確な空燃比
の計測を行なうことができるという効果が得られる。こ
れによって、特に過渡的な空燃比変化、例えば加速時の
空燃比追従性、空燃比変動等が、従来よりも高い時間分
解能で測定でき、車両の燃費、ドライハヒリテイ改善に
不可欠な精密な空燃比コントロールのための新しい知見
を得ることが可能となる。
また、本装置は、簡素な構造であるためその優れた性能
を維持しながら容易に小形化でき、排気管に直接装着し
て、車載用の空燃比(全域)泪としても利用することが
できるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の一実施例に係る直接排気被暴型空燃比削の
概略構成図である。 1・・・・・・排気管 2・・・・・・採取管 3・・・・・・排気ガス取入口 4・・・・・・ヒータ 7・・・・・・温度センサ 9.12・・・・・・クリティ力ルフローオリフィ10
・・・・・・吸引ポンプ 11・・・・・・添加ガス管 11a・・・・・・添加ガス管の出口 13・・・・・・連通管 14・・・・・・酸化触媒 15・・・・・・酸素センサ 17・・・・・・センサ制御部 20・・・・・・空燃比演算装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 排気管に直接取付けられ排気管から排気ガスを
    試料ガスとして取入れる採取管の排気ガス取入口に、ヒ
    ータを設けるとともにクリティカルフローオリフィスを
    設け、該クリティカルフローオリフィスを通過した試料
    ガス中に添加ガスを導く添加ガス管の出口にクリティカ
    ルフローオリフィスを設けるとともに、該添加ガス管の
    クリティカルフローオリフィス上流側を前記排気ガス取
    入口部の排気管内に連通させたことを特徴とする直接排
    気被暴型空燃比計。
JP59003612A 1984-01-13 1984-01-13 直接排気被暴型空燃比計 Pending JPS60147635A (ja)

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JP59003612A JPS60147635A (ja) 1984-01-13 1984-01-13 直接排気被暴型空燃比計

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0638796A1 (en) * 1991-11-12 1995-02-15 United Sciences, Inc. Vacuum dilution extraction gas sampling system and method
US5637809A (en) * 1991-11-12 1997-06-10 United Sciences, Inc. Vacuum extraction sampling system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0638796A1 (en) * 1991-11-12 1995-02-15 United Sciences, Inc. Vacuum dilution extraction gas sampling system and method
US5458010A (en) * 1991-11-12 1995-10-17 United Sciences, Inc. Vacuum dilution extraction gas sampling system
AU665446B2 (en) * 1991-11-12 1996-01-04 United Sciences, Inc. Vacuum dilution extraction gas sampling system and method
US5637809A (en) * 1991-11-12 1997-06-10 United Sciences, Inc. Vacuum extraction sampling system

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