JPH0219746A - ラムダ係数あるいは空気/燃料比又はその両方の測定のための方法とその方法を実施するための装置 - Google Patents
ラムダ係数あるいは空気/燃料比又はその両方の測定のための方法とその方法を実施するための装置Info
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- JPH0219746A JPH0219746A JP1124099A JP12409989A JPH0219746A JP H0219746 A JPH0219746 A JP H0219746A JP 1124099 A JP1124099 A JP 1124099A JP 12409989 A JP12409989 A JP 12409989A JP H0219746 A JPH0219746 A JP H0219746A
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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。
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、燃料と、燃料燃焼のために用いられる周囲空
気と、そして排ガスの個々の成分の測定ないしは分析に
よって燃焼装置、特に内燃機関のラムダ係数あるいは空
気/燃料比又はその両方の測定のための方法、及びその
ような方法を実施するための装置に関する。
気と、そして排ガスの個々の成分の測定ないしは分析に
よって燃焼装置、特に内燃機関のラムダ係数あるいは空
気/燃料比又はその両方の測定のための方法、及びその
ような方法を実施するための装置に関する。
[従来の技術]
種々の排ガス成分、特にCOやHCの測定のための方法
は、ドイツ特許公開公報2557508号から知られて
いる。
は、ドイツ特許公開公報2557508号から知られて
いる。
この測定とCO□濃度の測定に基づいてラムダ係数ある
いは空気/燃料比又はその両方を求めることができる。
いは空気/燃料比又はその両方を求めることができる。
この種の測定方法は、とにかく、必要とするセンサがフ
ィルタを通された排ガスのためにのみ使用可能であり、
このことから、急激に測定値が変化する場合なまった形
でしか再現することができないし、大変小さなフィルタ
部を用いている場合短時間でフィルタの保守ないしは交
換が必要となるので、測定過程の動的挙動は制限される
という欠点を持っている。
ィルタを通された排ガスのためにのみ使用可能であり、
このことから、急激に測定値が変化する場合なまった形
でしか再現することができないし、大変小さなフィルタ
部を用いている場合短時間でフィルタの保守ないしは交
換が必要となるので、測定過程の動的挙動は制限される
という欠点を持っている。
[発明が解決すべき課題1
本発明の課題は、公知の方法の上述した欠点を解消し、
冒頭部で示した形式の方法を改善し、必要な測定がフィ
ルタを通されない排ガスないしは周囲空気で行うことが
できることである。
冒頭部で示した形式の方法を改善し、必要な測定がフィ
ルタを通されない排ガスないしは周囲空気で行うことが
できることである。
この方法は、特に1から10(20)の範囲のラムダ係
数の測定、つまり、例えば好ましくは空気過剰領域で作
動するエンジンのケースに適している。
数の測定、つまり、例えば好ましくは空気過剰領域で作
動するエンジンのケースに適している。
[課題を解決するための手段]
上記課題は、本発明によれば、排ガスの水蒸気濃度と好
ましくは燃料燃焼に用いられる周囲空気又は供給空気の
水蒸気濃度とが例えば赤外線吸収のようなそれ自体公知
な方法で測定され、その際ラムダ係数あるいは空気/燃
料比又はその両方が、これらの測定値を用いて、そして
燃料成分の化学的要素分析によって定められる分子的燃
料構成についてのデータによって、算出されることによ
って達成される。
ましくは燃料燃焼に用いられる周囲空気又は供給空気の
水蒸気濃度とが例えば赤外線吸収のようなそれ自体公知
な方法で測定され、その際ラムダ係数あるいは空気/燃
料比又はその両方が、これらの測定値を用いて、そして
燃料成分の化学的要素分析によって定められる分子的燃
料構成についてのデータによって、算出されることによ
って達成される。
[作用・効果]
炭化水素ベースの燃料の燃焼の場合燃焼生成物として主
にCO□とH2Oが生じる。燃料の完全燃焼を仮定する
と、原理的には、化学量論的燃焼の際の排ガス中の理論
的11□〇−含有量を測定された値と対照させることに
よって、排ガスの実際のH2O−含有量から燃焼の際の
空気の過剰、つまりラムダ係数あるいは空気/燃料比又
はその両方を算出することが可能である。
にCO□とH2Oが生じる。燃料の完全燃焼を仮定する
と、原理的には、化学量論的燃焼の際の排ガス中の理論
的11□〇−含有量を測定された値と対照させることに
よって、排ガスの実際のH2O−含有量から燃焼の際の
空気の過剰、つまりラムダ係数あるいは空気/燃料比又
はその両方を算出することが可能である。
この方法の不正確さは、排ガスが周囲空気の空気湿度の
結果としての水蒸気をも含むことに起因する。測定の正
確さは、燃焼のための用いられた周囲空気の湿度を測定
し、この測定値を計算に取り入れることによって向上さ
せることができる。特にこのことによって排ガスの水蒸
気含有量は簡単な差の演算によって補正されることがで
きる。
結果としての水蒸気をも含むことに起因する。測定の正
確さは、燃焼のための用いられた周囲空気の湿度を測定
し、この測定値を計算に取り入れることによって向上さ
せることができる。特にこのことによって排ガスの水蒸
気含有量は簡単な差の演算によって補正されることがで
きる。
ラムダ係数は、化学量論的な空気/燃料比に対する燃焼
過程での実際に(リアルに)存在する空気/燃料比の比
として定義される。
過程での実際に(リアルに)存在する空気/燃料比の比
として定義される。
スー(空気量/燃料量[リアル])
/(空気量/燃料量[化学量論的])
(1a)
ラムダ係数あるいは空気/燃料比又はその両方を算出す
るために、化学量論的燃焼のための排ガス中の水蒸気濃
度、つまりラムダ係数=1のそれを算出される。この計
算の基本は燃料の分析、特に比C: H: 0である。
るために、化学量論的燃焼のための排ガス中の水蒸気濃
度、つまりラムダ係数=1のそれを算出される。この計
算の基本は燃料の分析、特に比C: H: 0である。
C=1とすると、Hは燃料中のmol/molcでの水
素原子の割合2Oは酸素原子の割合である。ラムダ係数
の算出のためには次の関係式に従う:%式% ・・・・曾・。laり・曾j・。・り・・−月−0,7
9+ Ll、21 ・III/2 * C)/
(II/4 * C−D/2)ノ (コ」 L/に−Verh、: 空気/燃料比式(1b)の第
2項は燃焼排ガスによる排ガス体積の変化を表現してい
る0%H,0(λ=1)は化学量論的燃焼でのH,0−
含有量であり、%H2O(M)は燃料の空気酸素との燃
焼により生じる排ガス中の水蒸気の値である。この値は
排ガス中の水蒸気の総濃度の測定値を燃焼空気の水蒸気
濃度で補正することによって獲られる。poは湿った周
囲空気中の体積%/100での02の成分である。LF
は体積%H2Oでの7周囲空気又は供給空気の絶対湿度
である0MとMはそれぞれ酸素分子Oと使用された燃料
の分子量である。Gew(空気)とGew(O□)は周
囲空気又は供給空気の重量ないしはそれの規準体積単位
当りの酸素成分の重量である。
素原子の割合2Oは酸素原子の割合である。ラムダ係数
の算出のためには次の関係式に従う:%式% ・・・・曾・。laり・曾j・。・り・・−月−0,7
9+ Ll、21 ・III/2 * C)/
(II/4 * C−D/2)ノ (コ」 L/に−Verh、: 空気/燃料比式(1b)の第
2項は燃焼排ガスによる排ガス体積の変化を表現してい
る0%H,0(λ=1)は化学量論的燃焼でのH,0−
含有量であり、%H2O(M)は燃料の空気酸素との燃
焼により生じる排ガス中の水蒸気の値である。この値は
排ガス中の水蒸気の総濃度の測定値を燃焼空気の水蒸気
濃度で補正することによって獲られる。poは湿った周
囲空気中の体積%/100での02の成分である。LF
は体積%H2Oでの7周囲空気又は供給空気の絶対湿度
である0MとMはそれぞれ酸素分子Oと使用された燃料
の分子量である。Gew(空気)とGew(O□)は周
囲空気又は供給空気の重量ないしはそれの規準体積単位
当りの酸素成分の重量である。
式(la)(lb)から(6)までは酸素成分を含む燃
料と含まない燃料に対して有効である。燃料中の酸素の
存在としては、例えばアルコールベースの燃料やアルコ
ールを添加した燃料がそのケースとなる0式(3)と(
4)はλ=1とλ=Mでの排ガス体積を近似的に与えて
いる0式(5)と(6)に基づいて空気/燃料比が算出
される。
料と含まない燃料に対して有効である。燃料中の酸素の
存在としては、例えばアルコールベースの燃料やアルコ
ールを添加した燃料がそのケースとなる0式(3)と(
4)はλ=1とλ=Mでの排ガス体積を近似的に与えて
いる0式(5)と(6)に基づいて空気/燃料比が算出
される。
[その他の特徴と作用・効果]
好ましくは水蒸気濃度の測定は2.4から2.8μmま
でのスペクトル範囲の又はこの代わりに1.8から2μ
mまでのスペクトル範囲の電磁波の吸収を調べることに
よって行われ、その際前記排ガスは測定容器を、そして
燃料燃焼に用いられる周囲空気又は供給空気は参照容器
を貫流する。そのような方法では正確であるばかりか大
変動的な(ダイナミックな)測定値が得られるが、これ
は、一方では電磁波の吸収による測定自体が精密かつ動
的(ダイナミック)であり、他方ではその測定はフィル
タを通らない排ガスで可能であり、このことから場合に
より必要な排ガスフィルタによる誤差や遅延が生じるこ
とがないためである。
でのスペクトル範囲の又はこの代わりに1.8から2μ
mまでのスペクトル範囲の電磁波の吸収を調べることに
よって行われ、その際前記排ガスは測定容器を、そして
燃料燃焼に用いられる周囲空気又は供給空気は参照容器
を貫流する。そのような方法では正確であるばかりか大
変動的な(ダイナミックな)測定値が得られるが、これ
は、一方では電磁波の吸収による測定自体が精密かつ動
的(ダイナミック)であり、他方ではその測定はフィル
タを通らない排ガスで可能であり、このことから場合に
より必要な排ガスフィルタによる誤差や遅延が生じるこ
とがないためである。
さらに簡単な差の測定により排ガス測定の際周囲空気の
水分が考慮される。前述されたスペクトル範囲において
吸光は本質的に水蒸気によるものであり、他の燃焼ガス
は重要な役割を果たさない、このことから、この測定は
他の排ガス成分によって誤差を導かれない。
水分が考慮される。前述されたスペクトル範囲において
吸光は本質的に水蒸気によるものであり、他の燃焼ガス
は重要な役割を果たさない、このことから、この測定は
他の排ガス成分によって誤差を導かれない。
、本発明の好ましい実施形態において、前記水蒸気濃度
の測定が中心波長2.55から2.63μmまでで1/
2値幅2から5%を有する8、0の帯域での干渉フィル
タを用いて行われ、そのフィルタが=<2.65の波長
において5%のカットオフ値を有し一ζいるものがある
。そのような干渉フィルタは、無視できる程度にわずか
なCO2に対する横相関を有し、つまり排ガス中のCO
zの変動量が水蒸気含有量の測定に影響を与えないので
、11□0測定に特に通するように製作された。さらに
そのようなフィルタは吸収においてわずかな非線形度し
か有しておらず、この帯域において排ガス中のOから2
0容積%までのHt O’a、度にとって約10%の非
直線度を示し、温度の非直線度に対する影響はない。
の測定が中心波長2.55から2.63μmまでで1/
2値幅2から5%を有する8、0の帯域での干渉フィル
タを用いて行われ、そのフィルタが=<2.65の波長
において5%のカットオフ値を有し一ζいるものがある
。そのような干渉フィルタは、無視できる程度にわずか
なCO2に対する横相関を有し、つまり排ガス中のCO
zの変動量が水蒸気含有量の測定に影響を与えないので
、11□0測定に特に通するように製作された。さらに
そのようなフィルタは吸収においてわずかな非線形度し
か有しておらず、この帯域において排ガス中のOから2
0容積%までのHt O’a、度にとって約10%の非
直線度を示し、温度の非直線度に対する影響はない。
さらに、前記排ガスの水蒸気濃度の測定値が試料に含ま
れている炭素粒子濃度の測定によって補正されると好都
合である。排ガス中に存在する炭素粒子、例えばすすは
測定において関心のある全赤外線における所定の吸光も
たらし、このことによって電磁波の吸収に基づく測定値
が誤差をもつことになる。もし試料中の炭素粒子の総量
がわかっている場合、炭素の吸収係数を用いて個々の測
定値を補正することができる。
れている炭素粒子濃度の測定によって補正されると好都
合である。排ガス中に存在する炭素粒子、例えばすすは
測定において関心のある全赤外線における所定の吸光も
たらし、このことによって電磁波の吸収に基づく測定値
が誤差をもつことになる。もし試料中の炭素粒子の総量
がわかっている場合、炭素の吸収係数を用いて個々の測
定値を補正することができる。
もし炭素粒子の総量を定めるために3.8から4.15
μmまでのスペクトル範囲での赤外線透過が量定される
なら、特に好ましいこととなる。このスペクトル範囲に
おいて他の燃焼時に生じる排ガス成分がまったくか又は
無視できる程度のわずかな吸収しか示さないので、炭素
粒子を正確に定めることができる。
μmまでのスペクトル範囲での赤外線透過が量定される
なら、特に好ましいこととなる。このスペクトル範囲に
おいて他の燃焼時に生じる排ガス成分がまったくか又は
無視できる程度のわずかな吸収しか示さないので、炭素
粒子を正確に定めることができる。
さらに、排ガス中の燃焼されなかった炭化水素の量が測
定され、その際前記燃焼されなかった炭化水素の量がラ
ムダ係数又は空気/燃料比の計算に取り込まれるなら、
好都合である。測定価の正確さは、ラムダ係数あるいは
空気/燃料比又はその両方の算定時に炭化水素の成分を
考慮することによって向上させることができる。
定され、その際前記燃焼されなかった炭化水素の量がラ
ムダ係数又は空気/燃料比の計算に取り込まれるなら、
好都合である。測定価の正確さは、ラムダ係数あるいは
空気/燃料比又はその両方の算定時に炭化水素の成分を
考慮することによって向上させることができる。
さらに好ましいことは、前記燃焼されなかった炭化水素
の量が赤外線吸収を求めることによって得られ、その際
炭化水素の種々の成分がほぼ同じ吸光を有する、例えば
3.465 + −0,05μmのようなスペクトル範
囲が用いられ、かつこの測定の補正のために炭素粒子に
起因する吸収が考慮されることである。上記周波数帯域
では、燃焼しなかった炭化水素を構成する混合物の異な
る成分がほぼ同じ吸光を示す。このことによって、燃焼
しなかった炭化水素の構成に関係しない測定値が得られ
る。またこの値の正確さは排ガス中に存在する炭素粒子
によってこの波長で生じる吸収を考慮することで向上さ
せることができる。
の量が赤外線吸収を求めることによって得られ、その際
炭化水素の種々の成分がほぼ同じ吸光を有する、例えば
3.465 + −0,05μmのようなスペクトル範
囲が用いられ、かつこの測定の補正のために炭素粒子に
起因する吸収が考慮されることである。上記周波数帯域
では、燃焼しなかった炭化水素を構成する混合物の異な
る成分がほぼ同じ吸光を示す。このことによって、燃焼
しなかった炭化水素の構成に関係しない測定値が得られ
る。またこの値の正確さは排ガス中に存在する炭素粒子
によってこの波長で生じる吸収を考慮することで向上さ
せることができる。
好ましくは、さらに排ガス中OCO量が測定され、その
CO量がラムダ係数又は空気/燃料比の計算に取り込ま
れるとよい。測定範囲がラムダ係数=く1にまで広がっ
ている場合、もはや完全燃焼を仮定することはできない
。測定制度は、特に小さいラムダ係数(λ=くl)の領
域において、不完全燃焼の結果生じる排ガス中のCOを
ラムダ係数又は空気/燃料比の計算に考慮することによ
って、向上させることができる。これは、少なくともλ
=〈1の範囲においてCO−測定値は排ガスのH2−成
分と相関関係があるからである。
CO量がラムダ係数又は空気/燃料比の計算に取り込ま
れるとよい。測定範囲がラムダ係数=く1にまで広がっ
ている場合、もはや完全燃焼を仮定することはできない
。測定制度は、特に小さいラムダ係数(λ=くl)の領
域において、不完全燃焼の結果生じる排ガス中のCOを
ラムダ係数又は空気/燃料比の計算に考慮することによ
って、向上させることができる。これは、少なくともλ
=〈1の範囲においてCO−測定値は排ガスのH2−成
分と相関関係があるからである。
もし好ましくは4.4から4.9μmのスペクトル範囲
の赤外線透過の測定により排ガス中OCO量を得て、こ
の値がこの波長での炭素粒子の吸収で補正されるならば
、特に好都合となる。このスペクトル範囲において、C
Oの吸光は他の燃焼ガスの吸光より際だっている。また
この測定値は炭素粒子の成分で吸光に関して補正される
ことが明らかである。
の赤外線透過の測定により排ガス中OCO量を得て、こ
の値がこの波長での炭素粒子の吸収で補正されるならば
、特に好都合となる。このスペクトル範囲において、C
Oの吸光は他の燃焼ガスの吸光より際だっている。また
この測定値は炭素粒子の成分で吸光に関して補正される
ことが明らかである。
さらに好ましい実施形態において、前記周囲空気の絶対
湿度が付加的な湿度測定器を用いて測定され、この測定
値が周囲空気の空気湿度から生じる、Hz O濃度測定
値ないしはそれから算出されるラムダ係数又は空気/燃
料比の2次的な非線形な測定値変動の補正のために用い
られるものがある。燃料の燃焼のために用いられる周囲
空気での参照室の洗浄をつうじての周囲空気の湿気を考
慮する場合、第1近似において吸光は水蒸気濃度との関
係で直線的に増加すると見なされる。第2近似において
も、測定領域においで水蒸気の濃度に対する吸光測定値
の依存関係の較正曲線は約10%の非線形であるという
ことにより測定精度に対する影響はわずかにある。この
影響は、空気湿度を補正アルゴリズムにとりこむことに
より補償させることができる。この空気湿度測定は公知
の空気湿度測定センサによって行うことができる。燃料
燃焼のための供給空気又は周囲空気のH20成分に対す
る吸光測定値の残りの非線形関係の補正は第2曲線の多
項化により行うことができる。
湿度が付加的な湿度測定器を用いて測定され、この測定
値が周囲空気の空気湿度から生じる、Hz O濃度測定
値ないしはそれから算出されるラムダ係数又は空気/燃
料比の2次的な非線形な測定値変動の補正のために用い
られるものがある。燃料の燃焼のために用いられる周囲
空気での参照室の洗浄をつうじての周囲空気の湿気を考
慮する場合、第1近似において吸光は水蒸気濃度との関
係で直線的に増加すると見なされる。第2近似において
も、測定領域においで水蒸気の濃度に対する吸光測定値
の依存関係の較正曲線は約10%の非線形であるという
ことにより測定精度に対する影響はわずかにある。この
影響は、空気湿度を補正アルゴリズムにとりこむことに
より補償させることができる。この空気湿度測定は公知
の空気湿度測定センサによって行うことができる。燃料
燃焼のための供給空気又は周囲空気のH20成分に対す
る吸光測定値の残りの非線形関係の補正は第2曲線の多
項化により行うことができる。
さらに本発明は上述の方法を実施するための装置にも関
するものであり、その装置では、電磁波源からの路程中
に燃焼装置の排ガスが貫流する測定容器と、フィルタと
、そして最後に前記電磁波源からの電磁波を受け取る検
出器とが順番に配設されており、さらに前記検出器には
評価ユニット及びラムダ係数あるいは空気/燃料比又は
その両方の計算ための計算ユニット−が接続されている
。この装置は、本発明によれば、前記フィルタが中心波
長と1/2値幅とで排ガスの水蒸気濃度の測定に合わせ
られており、その際前記フィルタは好ましくは2.4か
ら2.8μmまでのスペクトル範囲又はこの代わりに1
.8から2μmまでのスペクトル範囲を透過させるもの
であることを特徴としている。この波長領域では、電磁
波の吸収はその大部分が水蒸気によって引き起こされ、
他の排ガス成分による影響は微小である。
するものであり、その装置では、電磁波源からの路程中
に燃焼装置の排ガスが貫流する測定容器と、フィルタと
、そして最後に前記電磁波源からの電磁波を受け取る検
出器とが順番に配設されており、さらに前記検出器には
評価ユニット及びラムダ係数あるいは空気/燃料比又は
その両方の計算ための計算ユニット−が接続されている
。この装置は、本発明によれば、前記フィルタが中心波
長と1/2値幅とで排ガスの水蒸気濃度の測定に合わせ
られており、その際前記フィルタは好ましくは2.4か
ら2.8μmまでのスペクトル範囲又はこの代わりに1
.8から2μmまでのスペクトル範囲を透過させるもの
であることを特徴としている。この波長領域では、電磁
波の吸収はその大部分が水蒸気によって引き起こされ、
他の排ガス成分による影響は微小である。
燃焼の役割を果たす周囲空気又は供給空気で洗い流され
る参照容器及びフィルタホイールかチョッパーが備えら
れていると好ましく、その際前記測定容器と前記参照容
器とが、選択的に前記測定容器あるいは前記参照容器を
通ってきた電磁波を通す前記フィルタホイールかチョッ
パーと前記電磁波源との間に介装され、前記評価ユニッ
トにおいて排ガスの測定値と周囲空気の測定値の間で差
の演算が行われ、このことによって水蒸気濃度の測定値
ないしはラムダ係数への周囲空気湿度の影響が自動的に
補償される。
る参照容器及びフィルタホイールかチョッパーが備えら
れていると好ましく、その際前記測定容器と前記参照容
器とが、選択的に前記測定容器あるいは前記参照容器を
通ってきた電磁波を通す前記フィルタホイールかチョッ
パーと前記電磁波源との間に介装され、前記評価ユニッ
トにおいて排ガスの測定値と周囲空気の測定値の間で差
の演算が行われ、このことによって水蒸気濃度の測定値
ないしはラムダ係数への周囲空気湿度の影響が自動的に
補償される。
この実施形態においては、電磁波源及び検出器が必要で
ある。そのほか、測定容器と参照容器に選択的に電磁波
を透過させるりことにより複数の検出器がもつ異なった
感度に基づく測定誤差を避けることができる。
ある。そのほか、測定容器と参照容器に選択的に電磁波
を透過させるりことにより複数の検出器がもつ異なった
感度に基づく測定誤差を避けることができる。
さらに本発明による別な実施形態として、前記フィルタ
が複数のフィルタ部材を備えており、そのフィルタ部材
の一つが中心波長と1/2値幅に関し水蒸気濃度の測定
に合わせられており、その際このフィルタ部材は好まし
くは2.4から2.8μmまでのスペクトル範囲又はこ
の代わりに1.8から2μmまでのスペクトル範囲のビ
ームを透過させるものであり、かつさらにもう一つのフ
ィルタ部材がC01HC1又はC−粒子のような他のガ
ス成分の測定に合わせられており、そのもう一つの測定
は評価ユニ・7トと計算ユニットとの間に介装された補
正部で水蒸気濃度の測定値ないしはラムダ係数の補正の
ために用いられるものがある。さらに別な排ガス成分を
考慮することにより測定精度を向上させることができる
。
が複数のフィルタ部材を備えており、そのフィルタ部材
の一つが中心波長と1/2値幅に関し水蒸気濃度の測定
に合わせられており、その際このフィルタ部材は好まし
くは2.4から2.8μmまでのスペクトル範囲又はこ
の代わりに1.8から2μmまでのスペクトル範囲のビ
ームを透過させるものであり、かつさらにもう一つのフ
ィルタ部材がC01HC1又はC−粒子のような他のガ
ス成分の測定に合わせられており、そのもう一つの測定
は評価ユニ・7トと計算ユニットとの間に介装された補
正部で水蒸気濃度の測定値ないしはラムダ係数の補正の
ために用いられるものがある。さらに別な排ガス成分を
考慮することにより測定精度を向上させることができる
。
フィルタ部材がチョッパかフィルタホイールに設けられ
る場合、種々の排ガス成分の測定に適応したフィルタ部
材が順番にビーム路程中の配置させることができる。フ
ィルタ部材を直接複数のユニットからなる検出器に組み
付け、選択的な測定のために1つのチョッパを測定容器
と参照容器の間に設けることもできる。このことによっ
て装置の構造は簡単化され、特に装置の信頼性が向上す
る。
る場合、種々の排ガス成分の測定に適応したフィルタ部
材が順番にビーム路程中の配置させることができる。フ
ィルタ部材を直接複数のユニットからなる検出器に組み
付け、選択的な測定のために1つのチョッパを測定容器
と参照容器の間に設けることもできる。このことによっ
て装置の構造は簡単化され、特に装置の信頼性が向上す
る。
本発明によるさらに別な実施形態では、一つのフィルタ
部材が中心波長と172値幅で炭素粒子の総量測定に合
わせられており、好ましくは3.8から4.15μmま
での波長範囲を透過させるものであり、その際、このフ
ィルタ部材が3.9から4.1t!mまでの中心波長と
2から5%までの172値幅を有する。排ガス中に存在
する炭素粒子は全赤外線スペクトルにおいて所定の吸光
をもたらす。このことによって排ガスのガス成分のため
の測定値は誤差を生じ得る。
部材が中心波長と172値幅で炭素粒子の総量測定に合
わせられており、好ましくは3.8から4.15μmま
での波長範囲を透過させるものであり、その際、このフ
ィルタ部材が3.9から4.1t!mまでの中心波長と
2から5%までの172値幅を有する。排ガス中に存在
する炭素粒子は全赤外線スペクトルにおいて所定の吸光
をもたらす。このことによって排ガスのガス成分のため
の測定値は誤差を生じ得る。
約4μm周辺のスペクトル範囲には排ガスの他の成分の
目だった吸収帯域がないので、この領域での赤外線吸収
は炭素粒子量のための値となる。この測定値を用いて他
の測定値、特に水蒸気濃度の測定値を補正することがで
きる。
目だった吸収帯域がないので、この領域での赤外線吸収
は炭素粒子量のための値となる。この測定値を用いて他
の測定値、特に水蒸気濃度の測定値を補正することがで
きる。
さらに、一つのフィルタ部材が中心波長と1/2値幅で
燃焼しなかった炭化水素の量測定に合わせられ、好まし
くは炭化水素の種々の成分がほぼ同じ吸光を有する、例
えば3.465I−+mの波長が透過されることとし、
その際このフィルタ部材は中心波長3.465+−0,
05μmの中心波長と2から5%までの1/2値幅を有
する。燃焼装置のいくつかの運転状態においてこれは無
視できないほど出ることがある。上記の周波数帯域では
燃焼しなかった炭化水素を構成する混合体の種々の成分
はほぼ同じ吸光を有する。このことによって燃焼しなか
った炭化水素の成分から十分に独立した測定値が得られ
る。
燃焼しなかった炭化水素の量測定に合わせられ、好まし
くは炭化水素の種々の成分がほぼ同じ吸光を有する、例
えば3.465I−+mの波長が透過されることとし、
その際このフィルタ部材は中心波長3.465+−0,
05μmの中心波長と2から5%までの1/2値幅を有
する。燃焼装置のいくつかの運転状態においてこれは無
視できないほど出ることがある。上記の周波数帯域では
燃焼しなかった炭化水素を構成する混合体の種々の成分
はほぼ同じ吸光を有する。このことによって燃焼しなか
った炭化水素の成分から十分に独立した測定値が得られ
る。
またこの測定値の精度は排ガス中に存在する炭素粒子に
よってこの波長で生じる吸収を考慮することによって向
上させることができる。
よってこの波長で生じる吸収を考慮することによって向
上させることができる。
もし一つのフィルタ部材が中心波長と172値幅でCO
酸成分測定に合わせられ、好ましくは4.4から4.9
μmまでの波長範囲を透過させることし、その際このフ
ィルタ部材が中心波長4.5から4.8μmまでの中心
波長と2から5%までの1/2値幅を有するようにする
と好都合である。特に、必然的にCOが放出されること
になる小さいラムダ係数(λ=〈1)の場合、排ガス中
のCO含有量による水蒸気濃度の測定値の補正でその精
度は向上する。
酸成分測定に合わせられ、好ましくは4.4から4.9
μmまでの波長範囲を透過させることし、その際このフ
ィルタ部材が中心波長4.5から4.8μmまでの中心
波長と2から5%までの1/2値幅を有するようにする
と好都合である。特に、必然的にCOが放出されること
になる小さいラムダ係数(λ=〈1)の場合、排ガス中
のCO含有量による水蒸気濃度の測定値の補正でその精
度は向上する。
さらに前記補正部及び好ましくはもう1つの評価ユニッ
トに接続されるとともに前記測定容器又は参照容器内の
周囲空気圧、周囲空気湿度、温度などのような測定値を
送る測定値送出手段が備えられることもできる。このさ
らに別な値の測定により温度や圧力の変動にともなうガ
ス密度の変動の影響を把握し、測定に対するこの影響を
考慮し補正することができる。
トに接続されるとともに前記測定容器又は参照容器内の
周囲空気圧、周囲空気湿度、温度などのような測定値を
送る測定値送出手段が備えられることもできる。このさ
らに別な値の測定により温度や圧力の変動にともなうガ
ス密度の変動の影響を把握し、測定に対するこの影響を
考慮し補正することができる。
前記補正部と接続されるとともに一定の物理パラメータ
を送る送出手段を備えることができる。これにより種々
の稼働条件に装置がすばやく対応することができる。
を送る送出手段を備えることができる。これにより種々
の稼働条件に装置がすばやく対応することができる。
本発明のさらに特別な特徴として、前記フィルタないし
はフィルタ部材が水蒸気濃度の測定のために2.55か
ら2.63μmまでの中心波長と2から5%の172値
幅と=<2.65の波長において5%のカットオフ値を
もつH,0の帯域での干渉フィルタとして形成されてい
るものがある。このような干渉フィルタはH,0測定に
特に適したものとして作られた。なぜなら、これはCO
□に対して無視できるほど狭い横相関を有しており、つ
まり排ガス中のCOz量の変動が水蒸気含有量の測定に
影響しないためである。さらにそのようなフィルタは吸
収において非線形度はわずかであり、この帯域では排ガ
ス中Oから20体積%のH,0濃度に対して約10%の
非直線性を示す。
はフィルタ部材が水蒸気濃度の測定のために2.55か
ら2.63μmまでの中心波長と2から5%の172値
幅と=<2.65の波長において5%のカットオフ値を
もつH,0の帯域での干渉フィルタとして形成されてい
るものがある。このような干渉フィルタはH,0測定に
特に適したものとして作られた。なぜなら、これはCO
□に対して無視できるほど狭い横相関を有しており、つ
まり排ガス中のCOz量の変動が水蒸気含有量の測定に
影響しないためである。さらにそのようなフィルタは吸
収において非線形度はわずかであり、この帯域では排ガ
ス中Oから20体積%のH,0濃度に対して約10%の
非直線性を示す。
[実施例]
第1図には本発明による測定装置のブロック図が示され
ている。燃焼排ガスは測定容器1を貫流し、同時に、燃
料の燃焼のために用いられる周囲空気又は供給ガスは参
照容器2を貫流する。電磁波源3で発生した電磁波ビー
ムは、まず容器lと2をそしてフィルタを通り抜ける。
ている。燃焼排ガスは測定容器1を貫流し、同時に、燃
料の燃焼のために用いられる周囲空気又は供給ガスは参
照容器2を貫流する。電磁波源3で発生した電磁波ビー
ムは、まず容器lと2をそしてフィルタを通り抜ける。
このフィルタはフィルタホイールまたはチョッパ4aに
組み付けられており、狭いスペクトル範囲のもののみを
透過させる。水蒸気濃度の測定以外に炭素粒子量の測定
、及びHCもしくはCOまたはその両方の含有量の測定
も行う場合、フィルタホイールまたはチョッパ4aはそ
れぞれ測定すべき排ガス成分に適応する複数のフィルタ
部材4を備えている。容器1と2及びフィルタを通り抜
ける電磁波ビームの強度測定は順番に行われ、例えば3
つの干渉フィルタ(H2OlC,HC用)が取り付けら
れている場合、7つの測定値、測定容器1と参照容器2
のためにそれぞれ3つの値、そして、もし両容器のうち
の一つをビームが通らないなら、1つの測定値が得られ
る二入射したビームの強度は検出器5で測定される。評
価部6は測定容器と参照容器での強度の間の差演算によ
って燃焼過程において出てくる排ガス中のH2O成分を
算出する。補正部7では、排ガス中のH,0、HCSC
O含有量のための測定値が炭素粒子の測定によって補正
される。さらに、測定値として、測定容器lの温度Tk
、参照容器2の温度T1、周囲空気の圧力P0そして必
要に応じて外部空気湿度%LFが補正のために利用され
る。これらの値は送出手段で前設定される。さらに補正
のために物理定数やパラメータが必要とされ、これらは
送出手段9を通じて補正部7に記憶される。燃料成分分
析器10での分析から評価部11で参照値%H20(λ
=1)と、空気/燃料比(A/F化学量論的)(g/g
)が化学量論的燃焼のために計算される。
組み付けられており、狭いスペクトル範囲のもののみを
透過させる。水蒸気濃度の測定以外に炭素粒子量の測定
、及びHCもしくはCOまたはその両方の含有量の測定
も行う場合、フィルタホイールまたはチョッパ4aはそ
れぞれ測定すべき排ガス成分に適応する複数のフィルタ
部材4を備えている。容器1と2及びフィルタを通り抜
ける電磁波ビームの強度測定は順番に行われ、例えば3
つの干渉フィルタ(H2OlC,HC用)が取り付けら
れている場合、7つの測定値、測定容器1と参照容器2
のためにそれぞれ3つの値、そして、もし両容器のうち
の一つをビームが通らないなら、1つの測定値が得られ
る二入射したビームの強度は検出器5で測定される。評
価部6は測定容器と参照容器での強度の間の差演算によ
って燃焼過程において出てくる排ガス中のH2O成分を
算出する。補正部7では、排ガス中のH,0、HCSC
O含有量のための測定値が炭素粒子の測定によって補正
される。さらに、測定値として、測定容器lの温度Tk
、参照容器2の温度T1、周囲空気の圧力P0そして必
要に応じて外部空気湿度%LFが補正のために利用され
る。これらの値は送出手段で前設定される。さらに補正
のために物理定数やパラメータが必要とされ、これらは
送出手段9を通じて補正部7に記憶される。燃料成分分
析器10での分析から評価部11で参照値%H20(λ
=1)と、空気/燃料比(A/F化学量論的)(g/g
)が化学量論的燃焼のために計算される。
送出手段8の測定値も参照値計算に取り込まれる。演算
部12では、最終的に目下の実際のλ−値とこれの属値
である空気/燃料比A/Fが算出される。
部12では、最終的に目下の実際のλ−値とこれの属値
である空気/燃料比A/Fが算出される。
第2図には、2.6μmの中心波長と4%の1/2値幅
と=<2.65の波長において5%のカットオフ値をも
つ干渉フィルタにおける排ガスのH2O−濃度に対する
の吸光測定値の関係が示されている。横軸には水蒸気成
分が体積%で、縦軸には吸光が小数ので表されている。
と=<2.65の波長において5%のカットオフ値をも
つ干渉フィルタにおける排ガスのH2O−濃度に対する
の吸光測定値の関係が示されている。横軸には水蒸気成
分が体積%で、縦軸には吸光が小数ので表されている。
曲線aは乾燥した空気、つまり空気湿度0%のものを示
している0曲線すは周囲空気中に3体積%の水蒸気が存
在している場合で得られた関係を示しており、その際縦
軸の吸光測定値において参照容器を用いての差測定の結
果周囲空気の水蒸気含有量は含まれていない。測定曲線
すの体積%H2Oは燃料の空気との燃焼により生じる排
ガス成分だけを与えている。
している0曲線すは周囲空気中に3体積%の水蒸気が存
在している場合で得られた関係を示しており、その際縦
軸の吸光測定値において参照容器を用いての差測定の結
果周囲空気の水蒸気含有量は含まれていない。測定曲線
すの体積%H2Oは燃料の空気との燃焼により生じる排
ガス成分だけを与えている。
第3図は、式1から4を用いてH2O−1度測定値から
算出されたラムダ測定値と、燃料消費と吸入空気量測定
からでてくるラムダ測定値との間の相関関係を示してい
る。ここでは、横軸は本発明による方法で得られた測定
値を表している。それに対して縦軸は燃料消費と吸入空
気量測定から計算された値を表している。目だった測定
偏差は1から10のラムダ係数の場合測定値の十−約3
.5%である。
算出されたラムダ測定値と、燃料消費と吸入空気量測定
からでてくるラムダ測定値との間の相関関係を示してい
る。ここでは、横軸は本発明による方法で得られた測定
値を表している。それに対して縦軸は燃料消費と吸入空
気量測定から計算された値を表している。目だった測定
偏差は1から10のラムダ係数の場合測定値の十−約3
.5%である。
本発明による方法とこれに関係する装置は実験運転にお
いて簡単でしっかりしているだけでなく非常に精度があ
ることが立証され、その際特に排ガスの濾過をなくすこ
とができることと長時間の測定を行っても応答所用時間
が短いことが特に利点とされる。
いて簡単でしっかりしているだけでなく非常に精度があ
ることが立証され、その際特に排ガスの濾過をなくすこ
とができることと長時間の測定を行っても応答所用時間
が短いことが特に利点とされる。
図面は本発明によるラムダ係数あるいは空気/燃料比又
はその両方の測定のための方法とその方法を実施するた
めの装置の一実施例を示し、第1図は装置の全体構成を
示すブロック図、第2図は体積%でのH2O−711度
に対する吸光の関係を示している干渉フィルタHzOO
Otの較正曲線、第3図は異なる測定方法でのラムダ測
定値の比較を示すグラフである。 (1)・・・・・・測定容器、(2)・・・・・・参照
容器。 Fig、 7
はその両方の測定のための方法とその方法を実施するた
めの装置の一実施例を示し、第1図は装置の全体構成を
示すブロック図、第2図は体積%でのH2O−711度
に対する吸光の関係を示している干渉フィルタHzOO
Otの較正曲線、第3図は異なる測定方法でのラムダ測
定値の比較を示すグラフである。 (1)・・・・・・測定容器、(2)・・・・・・参照
容器。 Fig、 7
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、燃料と、燃料燃焼のために用いられる周囲空気と、
そして排ガスの個々の成分の測定ないしは分析によって
燃焼装置、特に内燃機関のラムダ係数あるいは空気/燃
料比又はその両方の測定のための方法において、 前記排ガスの水蒸気濃度と好ましくは燃料燃焼に用いら
れる周囲空気又は供給空気の水蒸気濃度とが例えば赤外
線吸収のような方法で測定され、その際ラムダ係数ある
いは空気/燃料比又はその両方が、これらの測定値を用
いて、そして燃料成分の化学的要素分析によって定めら
れる分子的燃料構成についてのデータによって、算出さ
れることを特徴とする方法。 2、前記水蒸気濃度の測定が好ましくは2.4から2.
8μmまでのスペクトル範囲の又はこの代わりに1.8
から2μmまでのスペクトル範囲の電磁波の吸収を調べ
ることによって行われ、その際前記排ガスは測定容器(
1)を、そして燃料燃焼に用いられる前記周囲空気又は
供給空気は参照容器(2)を貫流することを特徴とする
請求項1に記載の方法。 3、前記水蒸気濃度の測定が中心波長2.55から2.
63μmまでで1/2値幅2から5%を有するH_2O
の帯域での干渉フィルタを用いて行われ、そのフィルタ
が=<2.65の波長において5%のカットオフ値を有
していることを特徴とする請求項2に記載の方法。 4、前記排ガスの水蒸気濃度の測定値が試料に含まれて
いる炭素粒子濃度の測定によって補正されることを特徴
とする請求項1から3のいずれかに記載の方法。 5、炭素粒子の総量を定めるために3.8から4.15
μmまでのスペクトル範囲での赤外線透過が量定される
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の方
法。 6、さらに排ガス中の燃焼されなかった炭化水素の量が
測定され、その際前記燃焼されなかった炭化水素の量が
ラムダ係数又は空気/燃料比の計算に取り込まれること
を特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の方法。 7、前記燃焼されなかった炭化水素の量が赤外線吸収を
求めることによって得られ、その際好ましくは炭化水素
の種々の成分がほぼ同じ吸光を有する、例えば3.46
5+−0.05μmのようなスペクトル範囲が用いられ
、かつこの測定の補正のために炭素粒子に起因する吸収
が考慮されることを特徴とする請求項6に記載の方法。 8、さらに排ガス中のCO量が測定され、その際そのC
O量がラムダ係数又は空気/燃料比の計算に取り込まれ
ることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の
方法。 9、好ましくは4.4から4.9μmのスペクトル範囲
の赤外線透過の測定により排ガス中のCO量を得る請求
項8に記載の方法において、この値がこの波長での炭素
粒子の吸収で補正されることを特徴とする方法。 10、前記周囲空気の絶対湿度が付加的な湿度測定器を
用いて測定され、この測定値が周囲空気の空気湿度から
生じる、H_2O濃度測定値ないしはそれから算出され
るラムダ係数又は空気/燃料比の2次的な非線形な測定
値変動の補正のために用いられることを特徴とする請求
項1から9のいずれかに記載の方法。 11、請求項1から10のいずれかに記載の装置であっ
て、電磁波源からの路程中に燃焼装置の排ガスが貫流す
る測定容器と、フィルタと、そして最後に前記電磁波源
からの電磁波を受け取る検出器とが順番に配設されてお
り、さらに前記検出器には評価ユニット及びラムダ係数
あるいは空気/燃料比又はその両方の計算ための計算ユ
ニットが接続されている装置において、 前記フィルタが中心波長と1/2値幅とで排ガスの水蒸
気濃度の測定に合わせられており、その際前記フィルタ
は好ましくは2.4から2.8μmまでのスペクトル範
囲又はこの代わりに1.8から2μmまでのスペクトル
範囲を透過させるものであることを特徴とする装置。 12、請求項11に記載の装置であって、燃焼の役割を
果たす周囲空気又は供給空気で洗い流される参照容器及
びフィルタホィールかチョッパーが備えられており、前
記測定容器と前記参照容器とが、選択的に前記測定容器
あるいは前記参照容器を通ってきた電磁波を通す前記フ
ィルタホィールかチョッパーと前記電磁波源との間に介
装されている装置において、前記評価ユニット(6)に
おいて排ガスの測定値と周囲空気の測定値の間で差の演
算が行われ、このことによって水蒸気濃度の測定値ない
しはラムダ係数への周囲空気湿度の影響が自動的に補償
されることを特徴とする装置。 13、前記フィルタは複数のフィルタ部材(4)を備え
ており、そのフィルタ部材の一つが中心波長と1/2値
幅で水蒸気濃度の測定に合わせられており、その際この
フィルタ部材(4)は好ましくは2.4から2.8μm
までのスペクトル範囲又はこの代わりに1.8から2μ
mまでのスペクトル範囲を透過させるものであり、かつ
さらにもう一つのフィルタ部材(4)がCO、HC、又
はC−粒子のような他のガス成分の測定に合わせられて
おり、そのもう一つの測定は評価ユニット(6)と計算
ユニット(12)との間に介装された補正部(7)で水
蒸気濃度の測定値ないしはラムダ係数の補正のために用
いられることを特徴とする請求項11又は12に記載の
装置。 14、一つのフィルタ部材(4)が中心波長と1/2値
幅で炭素粒子の総量測定に合わせられており、好ましく
は3.8から4.15μmまでの波長範囲を透過させる
ことを特徴とする請求項13に記載の装置。 15、前記炭素粒子の総量測定に合わせられたフィルタ
部材(4)が3.9から4.1μmまでの中心波長と2
から5%までの1/2値幅を有することを特徴とする請
求項14に記載の装置。 16、一つのフィルタ部材(4)が中心波長と1/2値
幅で燃焼しなかった炭化水素の量測定に合わせられてお
り、好ましくは炭化水素の種々の成分がほぼ同じ吸光を
有する、例えば 3.465μmの波長が透過されることを特徴とする請
求項13から15のいずれかに記載の装置。 17、前記燃焼しなかった炭化水素の量測定に合わされ
たフィルタ部材(4)が中心波長3.465+−0.0
5μmの中心波長と2から5%までの1/2値幅を有す
ることを特徴とする請求項16に記載の装置。 18、一つのフィルタ部材(4)が中心波長と1/2値
幅でCO成分の測定に合わせられており、好ましくは4
.4から4.9μmまでの波長範囲を透過させることを
特徴とする請求項13から17のいずれかに記載の装置
。 19、前記CO成分の測定に合わせられたフィルタ部材
(4)が中心波長4.5から4.8μmまでの中心波長
と2から5%までの1/2値幅を有することを特徴とす
る請求項18に記載の装置。 20、前記補正部(7)及び好ましくはもう1つの評価
ユニット(11)に接続されているとともに前記測定容
器(1)又は参照容器(2)内の周囲空気圧、周囲空気
湿度、温度などのような測定値を送る測定値送出手段(
8)が備えられていることを特徴とする請求項11から
19のいずれかに記載の装置。 21、前記補正部(7)と接続されているとともに一定
の物理パラメータを送る送出手段(9)が備えられてい
ることを特徴とする請求項11から20のいずれかに記
載の装置。22、前記フィルタないしはフィルタ部材(
4)が水蒸気濃度の測定のために2.55から2.63
μmまでの中心波長と2から5%の1/2値幅と=<2
.65の波長において5%のカットオフ値をもつH_2
Oの帯域での干渉フィルタとして形成されていることを
特徴とする請求項11から21のいずれかに記載の装置
。
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| JPH0648245B2 JPH0648245B2 (ja) | 1994-06-22 |
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