JPS6076658A - 排気ガス中の燃焼を助ける成分を検知する装置 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、内燃エンジンから出てくる排気ガス中の、燃
焼を助ける成分を検知するための装置に係る。

エンジンを効率よく運転するために、空気／燃料比を、
負荷、速度、水温等の各種因子の最的条件に合わせ、薄
くしたシ（低い燃料比）、濃くしたシ（定量的混合気に
比べて燃料比が高い）している。排気ガス中の可燃性成
分又は燃焼を助ける成分を検知して、シリンダに入る混
合気の空気／燃料比を測定し、自動制御方式で空気／燃
料比を制御することについて、以前から各種の提案が成
されてきている。本発明は、空気／燃料比が薄い場合を
検知することに関しておシ、標準的な設備において、空
気／燃料比が濃い場合を検知する単独使用可能な装置と
ともに、使用できる装置に関する。

〔従来技術〕

英国特許出願第２０１３８９２号は、排気ガスを２つの
流れに分ける構成を提案している。流れの一方は、不足
していた可燃性物質又は燃焼を助ける物質のいずれかが
補充されている。２つの流れの各々は、熱い線のセンサ
に接触し、センサの抵抗は温度によって変化する。又、
センサの表面は、触媒として作用している。２つの流れ
の間で測定した温度差は、排気ガス中の可燃性成分又は
燃焼を助ける成分の貸を計るのに使われる。本件と同じ
出願人の英国特許出願第８２１６４４４号は、可燃性物
質又は燃焼を助ける物質を徐々に増やしてゆき、次いで
、熱い線のセンサの最大数ｐＡ量に応じた値を得ること
を提案している。

〔発明の概要〕

本発明は、特に、前述した出ＩＡ第８２１６４４４号の
最大放熱量測定技術を使った、排気ガス中の燃焼を助け
る物質を測定する装置に係る。

本発明によれば、触媒として働く電気的なコンダクタす
なわち線を収容している試験室と、試験室を通る排気ガ
スの流れを形成する排気ガス流の通路と、試験室内に、
排気ガスに加えて燃料を間欠的に送シ、排気ガス中の燃
焼を助ける成分によって、コンダクタのところで燃料を
燃やし、燃焼の加熱作用に応答するコンダクタによって
、この燃焼の結果を検知できるようにした燃料の供給手
段とを有し、減衰室を試験室よシ上流の排気ガス流れ通
路に設けて、排気システム中の圧力変動による、試験室
を通じての流れの変動を弱めるようにした、内燃エンジ
ンから出てくる排気ガス中の燃焼を助ける成分を検知す
るための装置が提供される。エンジン排気パルプの間欠
的な開口動作によって生ずる流れの変動が、正確な測定
を妨げているが、減衰室を設けることによって、これら
の変動をフロー・レートの公称（ノミナル）平均値のプ
ラス又はマイナス約２０％の範囲内に制御し、充分に正
確に読み取ることができる。

流れ制限オリフィスは、減衰室の上流に設けられている
のが好ましい。

好ましくは、排気ガス流れ通路からの出口が、収束放散
ノズルを通じてエンジンの入ロマニボルドにつながって
おシ、この収束放散マニホルドが、広範囲のマニホルド
の圧力降下にわたって、流れ通路の流れを均一にしてい
る。

バイパス空気通路（制限オリフィスを備えるとともでき
る）を設けるのが好ましく、この通路は、収束放散ノズ
ルよシ上流の排気ガス流れ通路を介して、出口を外気と
連絡している。このため、試験室を通るフロー・レート
を相対的に高くしなくとも、詰まったシ狭まったシする
ことのない実用的な寸法にすることができる。

これとは別に、バイパス通路は、試験室を通る流れ通路
の部分に平行に設けることもできる。

装置は、当該装置内で液体凝梨物が形成されるのを防ぎ
、又、とりわけ、減衰室の底に溜まる何らかの液体凝集
物を蒸発するための加熱手段を備えることもできる。装
置は、減衰室から試験室に至る排気ガス流れ通路の部分
の、燃料供給手段と尚該燃料供給手段の流れ制限オリフ
ィスへの接続部の上流と下流の両側に、流れ制限オリフ
ィスをる；ηえることもできる。事実上、この構成によ
って、オリフィスで区切られた混合室ができ、そして、
この混合室内で、燃料が供給され始めると燃料の割合が
徐々に高まってゆく。とれは、前述した最大放熱量ピー
ク値技術を用いる場合、有用な特徴となる。

流れ制限オリフィスを持つ希釈通路が設けられているの
が好咬しい。この通路は、減衰室から、燃料供給手段と
試験室との間の排気ガス流れ通路の部分につながってい
る。希釈通路からの排気ガスを、燃料と排気ガスの混合
気と混ぜることで、排気ガスと燃料の混合を手助けし、
又、試験室内で燃料を少しずつ濃くシてゆくのに役立っ
ている。

〔実施例〕

以下、添付図面に沿って本発明の２つの実施例について
説明する。

第１図において、耐食金属ボデー１１は、内燃エンジン
の排気システムからくる入口１２と、内燃エンジンの入
口マニホルドにつながっている出口１３とを備えている
。ソレノイドパルプ１４は、装置の使用時に入口１２を
開き、装置の不使用時にこの入口を閉じるようになって
いる。

主に入口マニホルドの圧力降下によって生ずる、入口と
出口の間の圧力ディファレンシャルによシ、排気ガスは
装置から吸引される。収束放散（ｃｏｎｖｅｒ−ｇａｎ
ｔ　−ｄｉｖｅｒｇｅｎｔ　）ノズル１５は、装置を通
る平均フロー・レートを制御し、又、入口マニホルドの
広い圧力降下の範囲、例えば、絶対圧で０．８５と０．
３バール（ｂａｒ　）の範囲にわたって、とのフロー・
レートをほぼ一定に維持している。

電気的に加熱されるプラチナ、又は、プラチナ被覆のコ
ンダクタ１６が、試験室１γ内に設けられている。この
熱いコンダクタへの電力の供給は、当該熱いコンダクタ
の温度を一定に維持するように制御されている。従って
、このコンダクタを取シ巻く環境が燃焼によって熱を生
ずるようガ場合には、電気だけで加熱を行なう場合に比
べて、低い電流が供給される。従って、このコンダクタ
に加える電流によシ、燃焼によって生ずる加熱の影響を
測定できる。このコンダクタの温度を一定にし、このコ
ンダクタに対する加熱の影響を表わす信号を生じる電気
回路は、本発明の要部を構成していないため、説明しな
い。

入口１２から試験室１７を通って出口１３に至る通路を
流れる主要な排気ガスは、流れ制限オリフィス１８、減
衰室１９、流れ制限オリフィス２２及び２３とを備えた
通路２１、試Ｍ室１１、出口通路２４、及び収束放散ノ
ズル１５を通シ抜ける。

燃料供給ｖ２５は、典形的には、ブタン又はプロパンの
ガス燃料源に接続され、又、ソレノイドパルプ２６と、
流れ制限オリフィス２Ｔを通じて、オリフィス２２と２
３間の通Ｔ＃！ｒ２１に接続されている。流れ制限オリ
フィス２９を有する希釈通路２８が、オリフィス２３よ
り下流の試験室１７よシ上流の位置で、減衰室１９から
通路２１につながっている。通路２１と２８の両方は、
減衰室１９の上部に近い位置で尚該減衰室１９につなが
っている。通路２４は、収束放散ノズル１５の上流で通
路３４につながっている。通路３４は、流れ制限オリフ
ィス３５を持ち、大気に連通している。

ボデー１１は、水通路３３を備えていゐ。との水通路を
通じて、内燃エンジンの冷却システムから水が循環され
る。エンジンが通常の運転状態に達した場合、これら通
路内の水は、装置を概ね８０℃の温度に保つ働きをする
。

操作に際し、ソレノイドパルプ１４を開いて、入口１２
から出口１３へ装置を通じて排気ガスを供給する。オリ
フィス２２．２３及び２９は、試験室１７を通じて所望
のフロー・レートが得られる寸法にされている。この状
況の下で、燃料の供給を止めて、電気的に加熱されるコ
ンダクタ１６を所定の温度、例えば、１０００℃に維持
するのに必要な電流を測定し、比較のために記録する。

この設定と測度は自動的に行なわれる。

次いで、燃料は、ソレノイドパルプ２６を開くことによ
り、入口２５から尋人される。事実上、オリフィス２２
．２３及び２７の間の小さい容積内で、燃料ガスの濃度
が概ね１５０ｍ５の時間にわたって徐々に増加していく
ように、オリフィス２２゜２３及び２Ｔの構成と大きさ
が決められている。

試験室１７に供給される排気ガスの燃料ガス含有ｈＬは
、概ね３００ｍａの時間にわたって、希釈通路２Ｂ内の
排気ガスの影響によシ、非常にゆつくシと増加してゆく
。

ｖト気ガスによって運ばれてきた燃料は、コンダクタ１
６に接触する。内燃エンジンにあった空気／燃料の混合
気が薄ければ、熱せられているプラチナの触媒作用によ
って添加された燃料ガスの一部が燃焼する際、残ってい
た酸素が使い切られる。

この燃焼によってコンダクタ１６は加熱され、その温度
を一定に維持する電流は少なくてすむ。燃料の供給が徐
々に増加していく間、これに見合った時間にわたって電
流は徐々に減少してゆく。

コンダクタ１６を流れる電流、又は、コンダクタ１６で
消費された熱の測定値が、電気制御回路（図示せず）か
ら得られる。この測定値は、短い間隔、例えば、１．４
４ｒｎｓごとにサンプルされ、結果的に、最大値を検知
して記録でき、排気ガス中の遊離酸素又は燃焼を助ける
物質の割合を測定することができる。これによシ、内燃
エンジンへの混合気供給の不完全さを測定できる。空気
／燃料混合気の補正を行なう手段が設けられているが、
この手段は本発明の要部を構成しないため説明し々い。

試験室１７を通す適当なフロー・レートは、１時間当シ
１００グラムである。７０−φレートが大きいのは好ま
しくない。これに付随して汚染物質の流量が増え、この
汚染物質が、コンダクタ１６に付着して、触媒としての
効果を失わせるからである。しかし、毎時５０ｇを通す
大きさの収束放散ノズルにすると不便なことがある。こ
うした小さいノズルはよく詰まるからである。このため
、バイパス空気通路３４が設けられ、この通路のオリフ
ィス３５は、概ね毎時４５０ｇのバイパス空気ヲ送れる
ように々っている。従って、ノズル１５は、概ね毎時５
００ｇのフロｍ−レートの流れを作れる大きさにされて
いる。試験室を通るフロー・レートを毎時約５０ｇに維
持する重要な理由は、ブタン又はプロパンの供給を許容
範囲内に納められることにある。これは、小さいガスキ
ャニスタ（ｇａｓｃａｎｌａｔｅｒ）の寿命を少なくと
も１年又は２０．０００キロメートルにするためである
。

減衰室１９がなければ、エンジンの燃焼ザイクルに連動
した内燃エンジン排気システムの圧力パルスによって、
装置内の流れと圧力に急激な変化（サージ）が生じ、こ
れら変化が、システムの正確で安定した操作を妨げる。

特に、電気的測定回路内にて、Ｓ／／Ｎ比が、正確な読
み取りができない程、低下してしまう。特に流れ制御オ
リフィス１８と共に減衰室１９を使った場合、これらの
サージを、ノミナル・フロー・レートのプラス又はマイ
ナス２０％の値に納まるように減衰させる。この程度の
流れの変化なら、装置は有効に動作する。

減衰室の容積は概ね１００ｍ１ｇが適当である。又、オ
リフィス３５を介して外気につながるバイパス空気通路
３４により、試験室１Ｔ内の脈動作用を小さくしている
。

熱い排気ガスは、外気と燃焼過程の両方から゛、かなシ
な量の水をもたらす。そして、この水には、好ましくな
い汚染物質が含まれていることがよくある。コンダクタ
１６上で凝縮するとの汚染物質を含んだ水は、一定の期
間にわたってコンダクタを働かなくする傾向がある。通
路３３を通じて内燃エンジンからくる水で装置を加熱す
ることによシ、この凝縮を抑えられる。又、伺らかの凝
縮が減衰室１９内で起こることがちる。当然、凝縮しだ
液体は、この減衰室の底に落下する。装置が充分に昇温
していない場合に生じる少量の凝縮水は、再び蒸発させ
て、ガス状態で装置の他の部分を通すことができる。

装置は、必要な場合にだけ動作させて、エンジンへの供
給物中の空気／燃料比をモニタし、この測定値に応じて
、エンジンを正しい空気／燃料比に調節しようとするも
のである。従って、ソレノイドパルプ１４は、この装置
が不作動であるエンジンの動作期間のほとんどの間、閉
じられている。

装置を動作させた場合の標準的なサイクル周期は、２５
秒間、排気ガスだけがコンダクタ１６と接触しくパルプ
１４は閉放、パルプ２６は閉鎖）、その後、１．５秒間
、排気ガスと燃料がコンダクタ１６と接触する（パルプ
１４は開放、パルプ２６も開放）。これが５回縁シ返さ
れ、そして、排気ガス中の遊離酸素（又は、燃焼を助け
る他の物質）の測定値が平均される。次いで、必要々ら
、空気／燃料比が軸止される。

詔２図を参照する。図中では、第１図におけると同一の
部分には同じ参照番号が使われている。

この第２の実施例は、バイパス空気通路３４がなく、減
圧室１９から収束放散ノズル１５より上流の出口通路２
４につながるバイパス通路３１が設けられている点が、
第１の実施例と異なっている。

バイパス通路３１は、その流れが約４；１の比率だけ試
験室を通る流れよ多大きいように、オリフィス２２．２
３及び２９に関連づけられた大きさのオリフィス３２を
備えている。

通路３１に至る出口よυ下に小容積の減衰室がある。こ
の減衰室は、尚該減衰室内で凝縮することのある水や他
の液体の容器として働いている。

凝縮が激しいと、容器はいっばいになシ、バイパス通路
３１を通じてオーバーフローする。液体が通る必要のあ
る、オリフィス３２とノズルは比較的口径が大きいため
、液体を滞ることなく流すことができる。

装置を通る適当なフロー・レートは、毎時５００ｇでｓ
ｂ、その内の毎時４００ｇがバイパス３１を過多毎時１
００　ｇが試験室１７を通る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る装置の第１の実施例を示す断面
図である。 第２図は、本発明に係る装置の第２の実施例を示す断面
図である。 １１・・・・耐食金属ボデー、１２・・・・入口、１３
・・・−出口、１４・・・−ソレノイドパルプ、１５・
・・・収束放散ノズル、１６・・・・コンダクタ、１７
ｍｍ−・試験室、１８争・・・流れ制限（制御）オリフ
ィス、１９・・・・減衰室、２１・・・・通路、２２．
２３・・・・？ｌｊれ制限オリフィス、２４争・・・出
口通路、２５・・φ・燃料供給配管、２６・・・・ソレ
ノイドパルプ、２７・・・―流れ制限オリフィス、２８
・ゆ・・希釈通路、２９・・・・流れ制限オリフィス、
３１・・・・バイパス通路、３２・・・・オリフィス、
３３・・・・水通路、３４−・・・バイパス空気通路、
３５・・会・６１Ｃ１れ制限オリフィス。 特許出願人　ビーエル・チクノロシイ・リミテッド代理
人　山川政樹（ほか２名） 手続補正書（３六〇 １４事件の表示 昭和ヲ旧年特　許願第＋＋ｇら］１１号２費１１０の名
称 １汽じ〉〃ス中の基２Ｅセ励（じ■七うンと牧友６））
すＬ正に３、袖ｉ＋三をする者 事件との関係　特　許出願人 名称（氏名）ヒ゛−工１シ・・テア／ロシ−１・１月テ
ソ１゛に；、、　ｈｌｉ市の★・１象 図　面 ７補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）内燃エンジンから出てくる排気ガス中の燃焼を助
   ける成分を検知する装置に於て、触媒として働く電気的
   なコンダクタを収容する試験室と、試験室を通る排気ガ
   スの流れを形成する排気ガス流の通路と、試験室内に、
   ｖト気ガスに加えて燃料を間欠的に送シ、排気ガス中の
   燃焼を助ける成分によって、コンダクタのところで燃料
   ｔｌ−燃やし、燃焼の加熱作用に応答するコンダクタに
   よって、この燃焼の結果を検知できるようにした燃料の
   供給手段とを有し、減衰室を試験室よシ上流の排気ガス
   流れ通路に設けて、排気システム中の圧力変動による、
   試験室を通る流れの変動を弱めるようにした排気ガス中
   の燃焼を助ける成分を検知する装置。 （２）減衰室の上流に流れ制限オリフィスを備えている
   特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ルを通じてエンジンの入ロマニポルドにつながっておシ
   、この収束放散ノズルが、広範囲のマニホルドの圧力降
   下にわたって、流れ通路を通る流れを均一にしている特
   許請求の範囲第１項、又は、第２項に記載の装置。 （４）バイパス空気通路が、収束放散ノズルよシ上流の
   排気ガス流れ通路を介して、出口を外気と連絡している
   特許請求の範囲第３項に記載の装置。 （５）バイパス空気通路が制限オリフィスを備えている
   特許請求の範囲第４項に記載の装置。 （６）試験室を通る流れ通路の部分と平行したバイパス
   通路を備え、試験室を通る流れよシも、収束放散ノズル
   を通る流れを多くしている特許請求の範囲第３項に記載
   の装置。 （カバイパス通路内に制限オリフィスを備えている特許
   請求の範囲第６項に記載の装置。 （８）装置内で液体凝集物が形成されるのを防ぐ加熱手
   段を備えている特許請求の範囲第１項、第２項。 又は、舘３項に記載の装置。 分の、燃料供給手段と当該燃料供給手段の流れ制限オリ
   フィスへの接続部の上流と下流の両側に、流れ制限オリ
   フィスを備えている特許請求の範囲第１項、第２項、又
   は、第３項に記載の装置。 ０〔流れ制限オリフィスを持ち、しかも、減衰室から、
   燃料供給手段と試験室との間の排気ガス流れ通路の部分
   に至る希釈通路を備えている特許請求の範囲第１項、第
   ２項、又は、第３項に記載の装置。