JPH0219712Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

この考案は、エンジンの連続ガス濃度計測装
置、特に、エンジンの燃焼室内の混合ガスあるい
は既燃ガス濃度を計測するための装置に関する。 従来のエンジンの連続ガス濃度計測装置として
は、例えば、第１図に示すようなものがある（例
えば、SAE.790483）。第１図において、１は高速
キヤリアガスの充てんされた高速キヤリアガスボ
ンベであり、高速キヤリアガスは高速キヤリアガ
ス用電磁弁２を介してサージタンク３に導かれ
る。４は低速キヤリアガスの充てんされた低速キ
ヤリアガスボンベであり、低速キヤリアガスは低
速キヤリアガス用電磁弁５を介してサージタンク
３に導かれる。高速キヤリアガス用電磁弁２およ
び低速キヤリアガス用電磁弁５は手動切換スイツ
チである電磁弁開閉スイツチ６に接続されてお
り、サージタンク３は電磁式サンプリング弁７に
接続されている。電磁式サンプリング弁７はその
採取口がエンジンの燃焼室８内に開口しており、
また電磁式サンプリング弁７は駆動装置９からの
信号により作動して採取口を開く。駆動装置９は
エンジンの作動状態を検出するセンサからの信
号、例えば、エンジンのクランクシヤフトに取り
付けたセンサからのTDC信号及びクランク角信
号、により、あらかじめ設定したエンジンの作動
時期、例えば、圧縮行程時あるいは排気行程時等
にパルス信号を電磁式サンプリング弁７に出力す
る。電磁式サンプリング弁７はサンプリングガス
を一時貯留するガストラツプ１０に接続されてお
り、さらに、電磁式サンプリング弁７は前記電磁
弁開閉スイツチ６に接続された圧力調整用電磁弁
１１を介して大気に開放されている。ガストラツ
プ１０は電磁弁開閉スイツチ６に接続された三方
電磁弁１２を介してガス濃度分析計１３に接続さ
れており、三方電磁弁１２はガストラツプ内のキ
ヤリアガスを放出するためにその一方のアウトレ
ツトポートが大気に開放されている。 したがつて、このエンジンの連続ガス濃度計測
装置にあつては、ガスのサンプリング時、まず、
電磁弁開閉スイツチ６を手動で操作して高速キヤ
リアガス用電磁弁２を開くとともに三方電磁弁１
２を大気開放にする。三方電磁弁１２が大気開放
となつているため、高速キヤリアガスがサージタ
ンク３、電磁式サンプリング弁７を介してガスト
ラツプ１０に進入し、このとき、駆動装置９を作
動させると、駆動装置９からのパルス信号により
電磁式サンプリング弁７が作動して高速キヤリア
ガス中に採取ガスが取り込まれる。電磁式サンプ
リング弁７はあらかじめ設定されたエンジンの作
動時期に、各サイクルごと又は１サイクルおきご
と等、あらかじめ設定されたサイクルごとに駆動
されてガスを採取する。このようにして採取され
たガスは、高速キヤリアガスにより選ばれ、ガス
トラツプ１０内に高速キヤリアガスと高速キヤリ
アガスとに挾まれた形で貯留される。その後、適
当な時期に、駆動装置９を停止させとともに、高
速キヤリアガス用電磁弁２を閉、三方電磁弁１２
をパスの状態とし、さらに、圧力調整用電磁弁１
１を開いてガストラツプ１０およびサージタンク
３内の圧力を抜く。この圧力抜き完了後、圧力調
整用電磁弁１１を閉じ、さらに低速キヤリアガス
用電磁弁５を開き、ガストラツプ１０内の採取ガ
スをガス濃度分析計１３に送りガス濃度を分析す
る。 しかしながら、このような従来のエンジンの連
続ガス濃度計測装置にあつては、各電磁弁の開閉
制御を電磁弁開閉スイツチにより手動で行なわな
ければならず、また、この電磁弁の操作に対応し
てサンプリング弁を駆動する駆動装置を作動させ
るスイツチを手動で行なわなければならないシス
テムとなつていたため、各電磁弁や駆動装置の操
作を適確な時期に正確に操作することが困難であ
つた。そのため、採取ガスを確実にガストラツプ
内に取り込み、かつ、ガストラツプやサージタン
ク内の圧力抜きを適切に行うことが困難であつ
た。その結果、連続ガス濃度の計測を精度よく行
うことが困難であるという問題点があつた。 この考案は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、第１電磁弁を切換えることに
より高速キヤリアガス又は低速キヤリアガスの導
かれるサージタンクと、サージタンク内のガスが
第２電磁弁を介して導かれるガストラツプと、サ
ージタンクと第２電磁弁との間に介装されエンジ
ンの燃焼室内のガスを採取し、サージタンクから
のキヤリアガスによりガストラツプに採取ガスを
送り込む電磁式サンプリング弁と、サンプリング
弁と第２電磁弁との間に設けられ配管内の圧力抜
きを行う第３電磁弁と、ガストラツプ内の圧力抜
きを行う第４電磁弁を介してガストラツプ内のガ
スが導かれるガス濃度分析計と、燃焼室内の圧力
を検出する圧力センサと、エンジンの作動状態を
検出するセンサからの信号により、あらかじめ設
定したエンジンの作動時期にパルスを前記サンプ
リング弁に出力する駆動装置と、エンジンの作動
状態を検出するセンサからの信号により、駆動装
置のスタート時期を指令する信号を出力するとと
もに、前記サンプリング弁のサンプリングモニタ
信号を検出して所定回数のサンプリングが完了し
た後の前記各電磁弁の作動を制御する計測ドライ
ブ回路と、計測ドライブ回路のスタート信号を指
令するエントリースイツチと、サンプリング時の
前記圧力センサの出力信号と前記ガス濃度分析計
による計測結果とを対応して記憶する記憶手段を
有するコンピユータと、を備えたエンジンの連続
ガス濃度計測装置を提供することにより、上記問
題点を解決することを目的としている。 以下、この考案を図面に基づいて説明する。 第２，３図はこの考案の一実施例を示す図であ
る。 まず構成を説明すると、第２図において、２１
は高速キヤリアガスの充てんされた高速キヤリア
ガスボンベであり、高速キヤリアガスは第1A電
磁弁である高速キヤリアガス用電磁弁２２を介し
てサージタンク２３に送られる。サージタンク２
３には、また、低速キヤリアガスボンベ２４に充
てんされた低速キヤリアガスが第1B電磁弁であ
る低速キヤリアガス用電磁弁２５を介して送られ
る。第１電磁弁である、これら高速キヤリアガス
用電磁弁２２および低速キヤリアガス用電磁弁２
５は、それぞれ計測ドライブ回路２６に接続され
ており、これら各電磁弁２２，２５は計測ドライ
ブ回路２６からの信号により選択的に開閉され
る。サージタンク２３内のキヤリアガスは電磁式
サンプリング弁２７および第２電磁弁２８を介し
てガストラツプ２９に送られ、電磁式サンプリン
グ弁２７はエンジンの燃焼室３０内のガスを採取
する採取口と、採取口を開閉する弁を作動する電
磁ソレノイドを有している。電磁ソレノイドは駆
動装置３１に接続されており、駆動装置３１はエ
ンジンの作動状態を検出するセンサからの信号、
例えばエンジンのクランクシヤフトに取り付けた
センサ３８からのTDC信号およびクランク角信
号により、あらかじめ設定したエンジンの作動時
期、例えば圧縮行程または排気行程等に、またあ
らかじめ設定されたサイクル毎、例えば１サイク
ル又は２サイクル毎、にパルスを電磁式サンプリ
ング弁２７に出力する。この駆動装置３１は前記
計測ドライブ回路２６に接続され、計測ドライブ
回路２６からスタート信号が駆動装置３１に入力
される。電磁式サンプリング弁２７と第２電磁弁
２８との間には圧力調整用の第３電磁弁３２が取
り付けられており、第３電磁弁３２のアウトレツ
トポートは大気に開放されている。これら、第２
電磁弁２８および第３電磁弁３２は前記計測ドラ
イブ回路２６に接続され、計測ドライブ回路２６
からの信号により開閉する。ガストラツプ２９内
に送り込まれたガスは三方電磁弁である第４電磁
弁３３を介してガス濃度分析計３４に送られ、あ
るいは大気に放出される。第４電磁弁３３は前記
計測ドライブ回路２６に接続され、計測ドライブ
回路２６からの信号により大気開放あるいはパス
状態となる。 また、エンジンにはその先端が燃焼室３０に突
出し、燃焼室３０内の圧力を検出する圧力センサ
３５が取付けられており、この圧力センサ３５の
出力信号は計測ドライブ回路２６およびコンピユ
ータ３６に出力される。コンピユータ３６は、サ
イクル毎の燃焼圧力とガス濃度分析結果とを対応
して処理するために、サンプリングの間の燃焼圧
力とガス濃度分析結果とを対応して記憶する記憶
手段を備えると共に、前記計測ドライブ回路２６
への測定開始信号を出力するエントリー・スイツ
チ３７を有している。 計測ドライブ回路２６は、第３図に示すように
構成されており、この計測ドライブ回路２６をそ
のタイムチヤートを示す第４図と対応させて説明
する。なお、第４図のタイムチヤートは４サイク
ルエンジンで１サイクル毎に排気成分を測定する
ものである。第３図において、４１は圧力センサ
３５からの信号が入力される第１バツフア・アン
プであり、第１バツフア・アンプ４１はエンジン
の１サイクル中最高圧になるとき、すなわち、圧
縮から爆発行程において第４図中Ａで示すパルス
信号を第１フリツプ・フロツプ４２に出力する。
第１フリツプ・フロツプ４２には、さらにリセツ
ト・スイツチ４３が接続されており、第１フリツ
プ・フロツプ４２はリセツト・スイツチ４３から
のＢで示す信号が入力された後第１バツフア・ア
ンプ４１からの信号Ａが入力されると、Ｃで示す
信号をAND回路である第１ゲート４４に出力す
る。第１ゲート４４には、さらに第２バツフア・
アンプ４５からの信号が入力されており、第２バ
ツフア・アンプ４５はエンジンのクランク角によ
りピストンの上下死点（以下T.Bという）を検出
するセンサ３８からの信号を波形整形してＤで示
す信号として出力する。第１ゲート４４は第１フ
リツプ・フロツプ４２からの信号と第２バツフ
ア・アンプ４５からの信号が共に入力されたとき
にのみ出力する。したがつて、第１ゲート４４は
Ｅで示すような信号を第１カウンタ４６に出力す
る。第１カウンタ４６はあらかじめ設定された数
（エンジンのサイクル数により決定される数で、
例えば４サイクルでは４である。）を減算する減
算カウンタであり、第１カウンタ４６は減算され
て零になると、もとの設定数に復帰するとともに
Ｆで示す信号を第２ゲート４７に出力し再び減算
を行う。第２ゲート４７はOR回路であり、第２
ゲート４７には、さらに第２フリツプ・フロツプ
４８からの信号が入力されている。第２フリツ
プ・フロツプ４８には前記エントリー・スイツチ
３７からの信号が第３バツフア・アンプ４９で波
形整形されて入力されており、第２フリツプ・フ
ロツプ４８はエントリー・スイツチ３７が押され
るとＧで示す信号を出力する。第２ゲート４７は
OR回路であるから、第２ゲート４７はＨで示す
負のトリガ信号を第３フリツプ・フロツプ５０に
出力する。第３フリツプ・フロツプ５０は第２ゲ
ート４７から負のトリガ信号が入力されるとＩで
示す信号、すなわち

〔０〕から〔１〕に立ち上が
つた信号をモノステーブル・マルチバイブレータ
（以下Ｍ・Ｍという）５１および第３ゲート５２
に出力する。Ｍ・Ｍ５１は第３フリツプ・フロツ
プ５０から〔１〕の信号が入力されると、Ｋで示
すパルス信号を第１リレー・ドライブ回路５３に
出力する。第１リレー・ドライブ回路５３はＭ・
Ｍ５１からパルス信号が入力されると前記駆動装
置３１にスタート時期を指令するスタート信号を
出力する。このスタート信号は、第４図からも明
らかなように、エントリー・スイツチ３７が押さ
れてから最初の圧縮上死点で出力される。一方、
第３ゲート５２はAND回路であり、第３ゲート
５２には、さらに第４バツフア・アンプ５４から
の信号が入力されている。第４バツフア・アンプ
５４には前記電磁式サンプリング弁２７の作動を
検出するサンプリングモニタからの信号が入力さ
れており、第４バツフア・アンプ５４は、サンプ
リングモニタから電磁式サンプリング弁２７の作
動を検出した信号が入力されると、Ｊで示すトリ
ガ信号を第３ゲート５２に出力する。第３ゲート
５２は第３フリツプ・フロツプ５０から〔１〕の
信号が入力されているときに、第４バツフア・ア
ンプ５４からのトリガが入力されると、第４バツ
フア・アンプ５４からのトリガと同様のトリガを
第２カウンタ５５に出力する。第２カウンタ５５
はあらかじめ設定された数（サンプル数により決
定される数で、第４図の場合10である。）を減算
する減算カウンタであり、第２カウンタ５５は減
算して零になるとパルス信号をタイム・デイレイ
回路５６に出力する。タイム・デイレイ回路５６
はモノステーブル・マルチバイブレータやフリツ
プ・フロツプで構成されており、タイム・デイレ
イ回路５６はあらかじめ設定された遅延時間系列
を有した信号列を第２リレー・ドライブ回路５７
に出力する。この遅延時間系列は第４図中τaか
らτfに系すものであり、この信号列が第２リレ
ー・ドライブ回路５７に入力されると、第２リレ
ー・ドライブ回路５７は各遅延時間に対応した前
記各電磁弁を作動させる。 次に作用を説明する。 エンジンのガス濃度を計測するに際し、まず、
エンジンが２サイクルであるか、４サイクルであ
るかにより、第１カウンタ４６のセツト数を２あ
るいは４に設定する。また、計測ガスの成分すな
わち、既燃ガスか、あるいは未然混合気かによ
り、駆動装置３１のサンプリング時期を設定す
る。次に、サンプリングをエンジンの各サイクル
毎に行うのか、あるいは何サイクルかおき毎に行
うのか、により駆動装置３１が電磁式サンプリン
グ弁２７へ出力するパルスの出力タイミングを設
定する。さらに、サンプリング数を第２カウンタ
５５にセツトする。 以上により計測準備が完了し、今４サイクルエ
ンジンで、既燃ガスを各サイクル毎に10個サンプ
リングするものとする。 計測は、リセツト・スイツチ４３およびコンピ
ユータ３６のエントリー・スイツチ３７を押すこ
とにより開始される。すなわち、リセツト・スイ
ツチ４３が押されると、高速キヤリアガス用電磁
弁２２および第２電磁弁２８が開となり、第４電
磁弁３３が大気開放となる。これにより高速キヤ
リアガスが配管内を流れる。そして最初の爆発行
程時に第１ゲート４４が開かれ、第１カウンタ４
６がこの爆発行程からエンジンのサイクル数の減
算を開始し、この間の信号の関係をタイムチヤー
トで示したのが第４図中ＡからＢである。第１カ
ウンタ４６は４サイクル毎に負のトリガを第２ゲ
ート４７に出力し、その後、エントリースイツチ
３７が押されると、第２ゲート４７は第１カウン
タ４６から負のトリガが入力される毎に負のトリ
ガを第３フリツプ・フロツプ５０に出力する。第
３フリツプ・フロツプ５０は第２ゲート４７か
ら、１度、負のトリガが入力されると、その出力
信号を

〔０〕から〔１〕に変え、これによりＭ・
Ｍ５１が第１リレー・ドライブ回路５３を介して
駆動装置３１にスタート指令信号を出力する。こ
の間の信号関係をタイムチヤートで示したのが第
４図中ＤからＩまで、およびＫである。すなわ
ち、駆動装置３１は、エントリー・スイツチ３７
が押されてから最初の爆発行程時にスタート指令
信号を受ける。駆動装置３１は、スタート指令信
号が入力されると、次の排気行程時にパルスを電
磁式サンプリング弁２７に出力し、電磁式サンプ
リング弁２７が作動して燃焼室３０内の既燃ガス
を採取する。このガスの採取は各サイクル毎に行
なわれ、電磁式サンプリング弁２７が作動してガ
スの採取を行うと、第４バツフア・アンプ５４か
らトリガが第３ゲート５２を介して第２カウンタ
５５に出力される。第２カウンタ５５がこの例に
おいては10をカウントすると、パルス信号をタイ
ム・デイレイ回路５６に出力し、第２カウンタ５
５は遅延時間系列を有した信号列を出力して各電
磁弁を作動させる。すなわち、サンプルガスの採
取完了後、τ_a時間経過後、高速キヤリアガス用電
磁弁２２および第２電磁弁２８を閉じてガストラ
ツプ２９内の圧力抜きを行い、τ_b時間経過後第４
電磁弁３３をパス状態とする。この（τ_b−τ_a）の
間にガストラツプ２９内の圧力抜きが行われる。
次に、τ_c時間経過後、第３電磁弁３２を開き、サ
ージタンク２３内の圧力抜きを行いつつ、τ_d時間
経過後低速キヤリアガス用電磁弁２５を開きサー
ジタンク２３および配管内の圧力抜きを確実に行
う。また、τ_e時間経過後第３電磁弁３２を閉じて
サージタンク２３および配管内の圧力調整を行
う。これら、圧力抜き及び圧力調整を行うとき
に、第２電磁弁２８を閉じているため、ガストラ
ツプ２９内に採取されたサンプルガスに影響を与
えることなく、圧力抜き及び圧力調整を行うこと
ができる。さらに、τ_f時間経過後、第２電磁弁２
８を開きガストラツプ２９内に採取したサンプル
ガスを低速キヤリアガスでガス濃度分析計３４に
送り込む。その後、ガス濃度の分析が完了する
と、リセツト・スイツチ４３を押すことにより、
低速キヤリアガス用電磁弁２５および第２電磁弁
２８を閉じて分析を完了する。このように、各電
磁弁の制御および電磁式サンプリング弁２７をコ
ンピユータ３６のエントリー・スイツチ３７を一
度、押すことにより自動制御することができる。
したがつて、採取ガスを確実にガストラツプ２９
内に取り込み、かつ、ガストラツプ２９やサージ
タンク２３および配管内の圧力抜きおよび圧力調
整を適切に行うことができる。また、サンプリン
グ時の燃焼室３０内の圧力をコンピユータ３６に
記憶させ、この圧力とサンプルガスの計測値とを
対応させて分析を行うことができ、エンジン性能
の解析力を向上させることができる。 以上説明してきたように、この考案によれば、
エンジンの連続ガス濃度計測装置において、その
構成を、第１電磁弁を切換えることにより高速キ
ヤリアガス又は低速キヤリアガスの導かれるサー
ジタンクと、サージタンク内のガスが第２電磁弁
を介して導かれるガストラツプと、サージタンク
と第２電磁弁との間に介装されエンジンの燃焼室
内のガスを採取し、サージタンクからのキヤリア
ガスによりガストラツプに採取ガスを送り込む電
磁式サンプリング弁と、サンプリング弁と第２電
磁弁との間に設けられ配管内の圧力抜きを行う第
３電磁弁と、ガストラツプ内の圧力抜きを行う第
４電磁弁を介してガストラツプ内のガスが導かれ
るガス濃度分析計と、燃焼室内の圧力を検出する
圧力センサと、エンジンの作動状態を検出するセ
ンサからの信号により、あらかじめ設定したエン
ジンの作動時期にパルスを前記サンプリング弁に
出力する駆動装置と、エンジンの作動状態を検出
するセンサからの信号により、駆動装置のスター
ト時期を指令する信号を出力するとともに、前記
サンプリング弁のサンプリングモニタ信号を検出
して所定回数のサンプリングが完了した後の前記
各電磁弁の作動を制御する計測ドライブ回路と、
計測ドライブ回路のスタート信号を指令するエン
トリースイツチと、サンプリング時の前記圧力セ
ンサの出力信号と前記ガス濃度分析計による計測
結果とを対応して記憶する記憶手段を有するコン
ピユータと、を備えたものとしたため、各電磁弁
の制御および電磁式サンプリング弁をエントリ
ー・スイツチを一度押すだけで、適切な時期に、
正確に、自動制御できる。したがつて、サンプル
ガスを確実にガストラツプ内に取り込み、かつ、
ガストラツプやサージタンクおよび配管内の圧力
抜きおよび圧力調整を適切に行うことができ、エ
ンジンの連続ガス濃度の計測の精度を向上させる
ことができる。また、サンプリング時の燃焼室内
の圧力をコンピユータに記憶させているため、こ
の圧力とサンプルガスの計測値とを対応させて、
コンピユータにて解析を行うことができる。その
結果、エンジン性能を正確に解析することができ
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のエンジンの連続ガス濃度計測装
置を示す概略図、第２，３，４図はこの考案のエ
ンジンの連続ガス濃度計測装置の一実施例を示す
図であり、第２図はその概略構成図、第３図はそ
の計測ドライブ回路のブロツク図、第４図はその
装置のタイムチヤートを示す図である。 ２１……高速キヤリアガスボンベ、２２……高
速キヤリアガス用電磁弁（第1A電磁弁）、２３…
…サージタンク、２４……低速キヤリアガスボン
ベ、２５……低速キヤリアガス用電磁弁（第1B
電磁弁）、２６……計測ドライブ回路、２７……
電磁式サンプリング弁、２８……第２電磁弁、２
９……ガストラツプ、３０……燃焼室、３１……
駆動装置、３２……第３電磁弁、３３……第４電
磁弁、３４……ガス濃度分析計、３５……圧力セ
ンサ、３６……コンピユータ、３７……エントリ
ー・スイツチ、３８……クランク各センサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 第１電磁弁を切換えることにより高速キヤリア
   ガス又は低速キヤリアガスの導かれるサージタン
   クと、サージタンク内のガスが第２電磁弁を介し
   て導かれるガストラツプと、サージタンクと第２
   電磁弁との間に介装されエンジンの燃焼室内のガ
   スを採取し、サージタンクからのキヤリアガスに
   よりガストラツプに採取ガスを送り込む電磁式サ
   ンプリング弁と、サンプリング弁と第２電磁弁と
   の間に設けられ配管内の圧力抜きを行う第３電磁
   弁と、ガストラツプ内の圧力抜きを行う第４電磁
   弁を介してガストラツプ内のガスが導かれるガス
   濃度分析計と、燃焼室内の圧力を検出する圧力セ
   ンサと、エンジンの作動状態を検出するセンサか
   らの信号により、あらかじめ設定したエンジンの
   作動時期にパルスを前記サンプリング弁に出力す
   る駆動装置と、エンジンの作動状態を検出するセ
   ンサからの信号により、駆動装置のスタート時期
   を指令する信号を出力するとともに、前記サンプ
   リング弁のサンプリングモニタ信号を検出して所
   定回数のサンプリングが完了した後の前記各電磁
   弁の作動を制御する計測ドライブ回路と、計測ド
   ライブ回路のスタート信号を指令するエントリー
   スイツチと、サンプリング時の前記圧力センサの
   出力信号と前記ガス濃度分析計による計測結果と
   を対応して記憶する記憶手段を有するコンピユー
   タと、を備えたことを特徴とするエンジンの連続
   ガス濃度計測装置。