JPS62130335A

JPS62130335A - 空燃比測定装置

Info

Publication number: JPS62130335A
Application number: JP60270743A
Authority: JP
Inventors: Jiro Takagi; 二郎高木; Shigeru Kamiya; 茂神谷; Akikazu Kojima; 昭和小島; Hiroshi Noguchi; 博史野口; Kenichi Uchida; 謙一内田
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1985-12-03
Filing date: 1985-12-03
Publication date: 1987-06-12

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〕本発明は拡散抵抗層を存する電流検出型酸素濃度センサ
を用いた空燃比測定装置に係り、特に自動車用エンジン
に使用するに適した空燃比センサに関する。

〔従来技術および問題点〕

内燃機関排気ガス中の残留酸素濃度をセンサにより検出
し、これに応じて燃焼用混合気の空燃比を制御すること
は周知である。この種の測定装置は空燃比測定装置と定
義される。

今日使用されている空燃比測定装置は２種に大別するこ
とができる。第１の測定装置は排気ガス中の残留酸素の
有無に応じてリーンまたはリッチ信号を出力するもので
ある。この測定装置では、混合気の空燃比が理論空燃比
よりリッチであり排気ガス中に残留酸素が存在しない場
合には空燃比を測定することはできない。

第２の型式の測定装置はこの欠点を解消したもので、例
えば特開昭５９−２１１８４０号公報に開示されている
。この装置においては、エンジン排気系からサンプリン
グした排気ガスを所定の割合で新鮮な空気で希釈するこ
とによりサユンプリング排気ガス中に所定割合で酸素を
添加し、斯く希釈されたサンプリング排気ガス中の酸素
濃度を酸素濃度センサにより検出する。本発明はこの第
２の型式の空燃比測定装置に関する。

サンプリング排気ガスと希釈用空気との混合は毛細管（
特開昭５９−２１１８４０号）またはオリフィスを用い
て行われる。混合の割合を一定にするためには、混合部
の上流側においてサンプリング排気ガス流と希釈用空気
、流との間の温度差および圧力差を最小限にしなければ
ならない、サンプリング排気ガス流と希釈用空気流の温
度を均一化するため、前記特開昭５９−２１１８４０号
はサンプリング排気ガス用の毛細管と希釈空気用の毛細
管とを互いに熱結合することを提案している。他の従来
の測定装置では、大型の熱交換器を用いたり、サンプリ
ング排気ガス流のバイパス通路を設ける等の手段により
温度の均一化が図られているが、空燃比測定装置が大型
化し、複雑となるという問題があった。

〔発明の目的〕本発明の目的は、小型で簡単な構造を有し、しかもサン
プリング排気ガス流の温度と希釈用空気流の温度とを希
釈前に完全に均一化して希釈の割合を所望値に維持する
ことの可能な空燃比測定装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段および作用の概要〕本発
明は、内燃機関排気系から連続採取したサンプリング排
気ガスと希釈用空気供給管路を介して取入れた希釈用空
気とを熱交換し、サンプリング用排気ガス流と希釈用空
気流とを所定割合で混合してサンプリング排気ガスを希
釈し、かく希釈されたサンプリング排気ガス中の酸素濃
度を酸素濃度センサで検出する様になった空燃比測定装
置において、前記希釈用空気供給管路の一部は機関排気
系内の排気ガス流と伝熱関係をもって配置したことを特
徴とするものである。

この様な構成にしたので、希釈用空気は排気ガスの熱に
より実質的に排気ガスの平均温度まで先ず予熱される。

エンジン運転条件の変動に起因するサンプリング排気ガ
ス流と希釈用空気流の温度差は次に両者の間で熱交換を
行うことにより更に減少せられる。

〔実施例〕

第１図を参照するに、本発明の空燃比測定装置１０は機
関排気系のテールパイプ１２にクランプ１４により取付
けられたハウジング１６を有する。

ハウジング１６内には断熱材詰物１８を介して熱交換器
２０およびステンレス製ブロック２２が配置されている
。ブロック２２内には混合部２４が形成してあり、その
下流には、排気ガス中の未燃成分を完全酸化させるため
の触媒装置２６、温度検出用熱電対２８、酸素濃度セン
サ３０が配置されている。熱電対２８の出力はヒータコ
ントローラ３２に入力され、センサ３０の出力は空燃比
演算表示装置３４に入力される０周知の様に、酸素濃度
センサ３０は電熱ヒータ（図示せず）を内蔵しており、
ヒータコントローラ３２は熱電対２８で検出した混合ガ
スの温度がセンサ３０の活性化温度約６００℃より低い
時にヒータに通電して酸素濃度センサ３０の温度を活性
化温度に維持する様になっている。空燃比演算表示装置
３４は、センサ３０近傍の混合ガスの絶対圧力を検出す
る絶対圧力計３６からの信号と酸素濃度センサ３０から
の信号に基いて空燃比を演算し表示する様に構成されて
いる。ヒータコントローラ３２、圧力計３６、空燃比演
算表示装置３４にはバッテリ３８から電力が供給される
。

排気ガスサンプリング系はステンレス管製のサンプリン
グプローブ４０によって構成される。このサンプリング
プローブ４０の上流端はテールパイプ１２中に開口して
おり、サンプリング排気ガスを取入れる様になっている
。サンプリングプローブ４０の他端は熱交換器２０を介
してオリフィス４２に通じている。

希釈用空気取入系はステンレス類の希釈用空気供給管４
４から成る。この供給管４４の上流端はニアコンプレッ
サ４６の吐出側に接続され、下流端は熱交換器２０を介
してオリフィス４８に連通している。希釈用空気供給管
の一部５０は図示した様にＵ字形に曲げてあり、この部
分４４はテールパイプ１２内に配置されていて排気ガス
によって加熱される様になっている。言うまでもなく、
この部分４４は別体の熱交換器として構成してもよい。

ニアコンプレッサ４６からの圧縮空気の一部はエゼクタ
５２のノズル５４に供給され、混合部２４で混合された
サンプリング排気ガスと希釈用空気との混合ガスは酸素
濃度検出後エゼクタ５２によって外気に排出される。供
給管４４には絞り５６が設けてあり、供給管４４内を流
れる希釈用空気の圧力変動を減少させる様になっている
。

希釈用空気供給管４４からはバランスプローブ５８が分
岐しており、このバランスプローブ５８はサンプリング
プローブ４０の開口部の近傍においてテールパイプ１２
内に開口している。その機能については後述する。

この空燃比測定装置の作動は次のとおりである。

ニアコンプレッサ４６から吐出された空気の１部はエゼ
クタ５２の駆動流体として働らき、このエゼクタ５２の
作用によりテールパイプ１２内の排気ガスの一部はサン
プリング排気ガスとしてサンプリングプローブ４０から
取入れられる。吐出空気の残部は希釈空気供給管４４に
送られ、その一部は希釈用空気として熱交換部分５０に
送られ、一部はバランスプローブ５８からテールパイプ
１２内に放出される。サンプリング排気ガス流と希釈用
空気流とは、熱交換器２０内で熱交換した後、オリフィ
ス４２　、４８から混合室２４に流入して混合希釈され
、前述した如く触媒装置２６で処理され酸素濃度センサ
３０により酸素濃度が測定された後エゼクタ５２により
排出される。

以上の作動において、サンプリング排気ガスと希釈用空
気との混合割合を一定にするためには、オリフィス４２
　、４８を通過するサンプリング排気ガスおよび希釈用
空気の温度および圧力を均一化することが非常に重要で
ある。

本発明の装置では温度の均一化は次の様にして行われる
。例えば自動車が速度２００ｋｏｔ／ｈで走行している
時には、−最に、テールパイプ１２中の排気ガスの平均
温度は約６００℃であり、変動幅は約±６０℃である。

一方、コンプレッサ４６からの空気はほぼ大気温度であ
る。

本発明の装置では希釈用空気供給管４４の一部５０がテ
ールパイプ１２内に設置されており、この部分は予熱器
を構成しているので、希釈用空気は供給管部分５０内で
排気ガス自体の熱によりほぼ前記平均温度６００℃まで
加熱される。他方、サンプリングプローブ４０から取入
れられるサンプリング排気ガスの温度は平均温度６００
℃を中心として約６０℃の変動値を有するので、熱交換
器２０に流入する直前のサンプリング排気ガスと希釈用
空気の温度差は最大約６０℃となる。従って、熱交換器
２０はこの最大温度差約６０℃を所望の温度差まで低減
させ得る熱交換能力を備えていれば良い。空燃比値とし
ての測定誤差を０．１以下にするためには、温度差は約
１０℃以下にすれば充分である。従って、熱交換器２０
は最大温度差約６０℃を約１０℃まで低下できれば足り
る。これに対し、予熱器部分５０が無い場合には、熱交
換器２０は約６００℃の温度差を約１０℃まで減少させ
なければならない。この様に、本発明によれば、熱交換
器２０の要求熱交換能力は従来の約ｌ／１０に減少する
のであり、熱交換器２０を著しく小型化することが可能
となる。

また、本発明の他の利点は、酸素濃度センサ３０の内蔵
ヒータの消費電力を大幅に低減できることである。即ち
、熱交換器２０だけの場合には、大気温度の希釈用空気
と約６００℃のサンプリング排気ガスとの熱交換および
混合により混合ガスの　　。

温度は約３００℃となる。この温度は酸素濃度センサ３
０の活性化温度約６００℃より著しく低いので、センサ
内蔵ヒータに通電してセンサを加熱しなければならない
。本発明によれば、希釈用ｔｆＡは約６００℃に予熱さ
れているので、希釈後の混合ガスの温度はほぼセンサの
活性化温度である。従って、センサ内蔵ヒータに通電す
る必要は大幅に減少する。

次に、バランスプローブ５８の作用について述べるに、
希釈用空気の一部は分岐部６０からバランスプローブ５
８に入りテールパイプ１２中に放出される。バランスプ
ローブ５日の圧力損失は十分に小さいので、テールパイ
プ１２内の排気ガスの圧力変動はバランスプローブ５８
を介して分岐部６０に反映され、ひいては供給管部分５
０に入る希釈空気に伝えられる。従って、サンプリング
プローブ４０内のサンプリング排気ガスの圧力と希釈用
空気の圧力とは均一化される。

第２図は本発明の装置の変形例を示すもので、テールパ
イプ１２中に設けたサンプリングプローブ４０′と希釈
空気予熱用供給管部分５０′の一部７０とを一体構造と
することにより、希釈用空気とサンプリング排気ガスと
の温度均一化を更に促進することを図ったものである。

サンプリングプローブ４０′と供給管部分７０とは中間
仕切りを有する矩形断面パイプで構成することができる
。

〔発明の効果〕

前述した様に、本発明の第１の効果は、サンプリング排
気ガスを所望の割合で希釈することを可能にしながらも
、熱交換器２０の負荷を減少させ、熱交換器２０を著し
く小型にできることである。

その結果、測定装置全体を小型化しかつ簡素化すること
ができる。

他の効果は、酸素濃度センサの内蔵ヒータの消費電力を
大幅に節減できることである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の空燃比測定装置の断面図、第２図は変
形例の部分図である。１０・・・空燃比測定装置、１２・・・テールパイプ、２０・・・熱交換器、２４・・・混合室、３０・・・酸素濃度センサ、４０・・・サンプリングプローブ、４２　、４８・・・オリフィス、４４・・・希釈用空気供給管、５０・・・供給管部分（予熱器部分）、５２・・・エゼ
クタ、５８・・・バランスプローブ。

Claims

【特許請求の範囲】

　内燃機関排気系から連続採取したサンプリング排気ガ
スと希釈用空気供給管路を介して取入れた希釈用空気と
を熱交換し、サンプリング排気ガス流と希釈用空気流と
を所定割合で混合してサンプリング排気ガスを希釈し、
かく希釈されたサンプリング排気ガス中の酸素濃度を酸
素濃度センサで検出する様になった空燃比測定装置にお
いて、前記希釈用空気供給管路の一部は機関排気系内の
排気ガス流と伝熱関係をもって配置し、排気系内の流れ
る排気ガスの熱により前記熱交換前に希釈用空気をほぼ
排気ガス温度まで予熱する様にしたことを特徴とする空
燃比測定装置。