JPH0648245B2 - 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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- JPH0648245B2 JPH0648245B2 JP1124099A JP12409989A JPH0648245B2 JP H0648245 B2 JPH0648245 B2 JP H0648245B2 JP 1124099 A JP1124099 A JP 1124099A JP 12409989 A JP12409989 A JP 12409989A JP H0648245 B2 JPH0648245 B2 JP H0648245B2
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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CO2濃度の測定に基づいてラムダ係数ある
いは空気/燃料費又はその両方を求めることができる。
その種の測定方法は、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。
いは空気/燃料費又はその両方を求めることができる。
その種の測定方法は、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。
[発明が解決すべき課題] 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。この方法は、特に1から10(2
0)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。
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(2
0)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。
[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CO2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H2O−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−含有量からの燃焼の際の
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。
にCO2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H2O−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−含有量からの燃焼の際の
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。
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。
λ=(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:Oである。C=
1とすると、Hは燃料中のmol/mol Cでの水素
原子の割合、O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(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。%H2O (λ=1)は化学量論的燃焼でのH2O−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O2の成分である。LFは体積%H2
Oでの周囲空気又は供給空気の絶対湿度である。M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(O2)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。
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:Oである。C=
1とすると、Hは燃料中のmol/mol Cでの水素
原子の割合、O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(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。%H2O (λ=1)は化学量論的燃焼でのH2O−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O2の成分である。LFは体積%H2
Oでの周囲空気又は供給空気の絶対湿度である。M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(O2)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(1a)(1b)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。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。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。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。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H2O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CO
2に対する横相関を有し、つまり排ガス中のCO2の変動
量が水蒸気含有量の測定に影響を与えないので、H2O
測定に特に適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0から20容積%ま
でのH2O濃度にとって約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。
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H2O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CO
2に対する横相関を有し、つまり排ガス中のCO2の変動
量が水蒸気含有量の測定に影響を与えないので、H2O
測定に特に適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0から20容積%ま
でのH2O濃度にとって約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
おいて他の燃料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
おいて他の燃料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。測定値の正確さは、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。測定値の正確さは、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、さらに排ガス中のCO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=1<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=<1)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=1<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=<1)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のCO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、
CO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のCO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、
CO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、H2O濃度測定値
ないしはそれ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、
測定領域において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H2O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、H2O濃度測定値
ないしはそれ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、
測定領域において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H2O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
はその両方の計算の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
はその両方の計算の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ィ−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ィールかチョッ
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、電磁波源又は検
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。
る参照容器及びフィルタホィ−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ィールかチョッ
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、電磁波源又は検
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、このフィルタ部材
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、このフィルタ部材
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ィールに設けられ
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ものであり、その際、このフィ
ルタ部材が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。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。
部材が中心波長と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ものであり、その際、このフィ
ルタ部材が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。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。
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3.465μm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+−0.05μ
m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にほぼ同
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。
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3.465μm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+−0.05μ
m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にほぼ同
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。
もし一つのフィルタ部材が中心波長と1/2 値幅でCO成
分の測定に合わせられ、好ましくは4.4から4.9μ
m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C
O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。
分の測定に合わせられ、好ましくは4.4から4.9μ
m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C
O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H2O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H2O測定に特
に適したものとして作られた。なぜなら、これはCO2
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CO2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0から20体積%のH2O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H2O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H2O測定に特
に適したものとして作られた。なぜなら、これはCO2
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CO2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0から20体積%のH2O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1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ィ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。水蒸気濃度を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、フィルタホィ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(H2O、C、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。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の成
分を算出する。補正部7では、排ガス中のH2O、H
C、CO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1の温
度Tk、参照容器2の温度Tl、周囲空気の圧力Po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%H2O
(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。
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1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ィ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。水蒸気濃度を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、フィルタホィ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(H2O、C、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。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の成
分を算出する。補正部7では、排ガス中のH2O、H
C、CO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1の温
度Tk、参照容器2の温度Tl、周囲空気の圧力Po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%H2O
(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比ガスの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。曲線b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b
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。
=<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比ガスの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。曲線b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b
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−濃度測定値から
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+−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+−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−濃度に対
する吸光の関係を示している干渉フィルタH2O001
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。
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−濃度に対
する吸光の関係を示している干渉フィルタH2O001
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。
フロントページの続き (72)発明者 ボルフガング・シンドラー オーストリア国 8043 グラーツ マリア トロスターシュトラーセ 113 (56)参考文献 特開 昭61−70442(JP,A) 特開 昭53−188(JP,A) 特開 昭60−39527(JP,A) 実開 昭57−42936(JP,U)
Claims (22)
- 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項5】炭素粒子の総量を定めるために3.8から
4.15μm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。 - 【請求項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。 - 【請求項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
3.465+−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を特徴とする請求項6に記載
の方法。 - 【請求項8】さらに排ガス中のCO量が測定され、その
際その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。 - 【請求項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。 - 【請求項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、H2O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。 - 【請求項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。 - 【請求項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果を通
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。 - 【請求項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2.8μ
mまでのスペクトル範囲又はこの代わりに1.8から2
μm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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項17】前記燃焼しなかった炭化水素の量測定に
合わされたフィルム部材(4) が中心波長3.465+−
0.05μmの中心波長と2から5%までの1/2 値幅を
有することを特徴とする請求項16に記載の装置。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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2.63μm
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H2O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。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AT1289/88A AT393325B (de) | 1988-05-17 | 1988-05-17 | Verfahren zur messung des lambda und/oder luft/kraftstoffverhaeltnisses und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
| AT1289/88 | 1988-05-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0219746A JPH0219746A (ja) | 1990-01-23 |
| JPH0648245B2 true JPH0648245B2 (ja) | 1994-06-22 |
Family
ID=3510670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1124099A Expired - Lifetime JPH0648245B2 (ja) | 1988-05-17 | 1989-05-17 | 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 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4953390A (ja) |
| EP (1) | EP0343143B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0648245B2 (ja) |
| AT (1) | AT393325B (ja) |
| DE (1) | DE58904774D1 (ja) |
Families Citing this family (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5367470A (en) * | 1989-12-14 | 1994-11-22 | Exergetics Systems, Inc. | Method for fuel flow determination and improving thermal efficiency in a fossil-fired power plant |
| JPH0417344U (ja) * | 1990-05-29 | 1992-02-13 | ||
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