JPH0861120A - 内燃機関の排ガス検出方法および排ガスセンサ - Google Patents
内燃機関の排ガス検出方法および排ガスセンサInfo
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- JPH0861120A JPH0861120A JP7147025A JP14702595A JPH0861120A JP H0861120 A JPH0861120 A JP H0861120A JP 7147025 A JP7147025 A JP 7147025A JP 14702595 A JP14702595 A JP 14702595A JP H0861120 A JPH0861120 A JP H0861120A
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- F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
- F01N13/008—Mounting or arrangement of exhaust sensors in or on exhaust apparatus
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M15/00—Testing of engines
- G01M15/04—Testing internal-combustion engines
- G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
- G01M15/102—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】希薄燃焼エンジンからの排気の検出に適したセ
ンサを提供すること。 【構成】内燃機関の排気管から拡散通路が設けられ、こ
の拡散通路内に、この通路を通過するガス状排出物の拡
散を可能とし、通過する粒状排出物の拡散を減少させ、
下流側センサの汚染および／または有害作用を減少させ
る制限部が設けられる。希薄燃焼産業用エンジンでは、
作動の温度が希薄燃焼用酸素センサの作動温度よりも低
く、制限された拡散通路により同時にセンサに対するガ
ス状排気流によるセンサの冷却が最小とされる。排気管
の外部にてハウジング内のチェンバーにセンサ素子が設
けられる。ハウジング内の補助ヒータは、希薄燃焼酸素
センサの内部ヒータによるオーバードライブを解除して
寿命を延ばし、長期にわたって産業の要求を満たす。
ンサを提供すること。 【構成】内燃機関の排気管から拡散通路が設けられ、こ
の拡散通路内に、この通路を通過するガス状排出物の拡
散を可能とし、通過する粒状排出物の拡散を減少させ、
下流側センサの汚染および／または有害作用を減少させ
る制限部が設けられる。希薄燃焼産業用エンジンでは、
作動の温度が希薄燃焼用酸素センサの作動温度よりも低
く、制限された拡散通路により同時にセンサに対するガ
ス状排気流によるセンサの冷却が最小とされる。排気管
の外部にてハウジング内のチェンバーにセンサ素子が設
けられる。ハウジング内の補助ヒータは、希薄燃焼酸素
センサの内部ヒータによるオーバードライブを解除して
寿命を延ばし、長期にわたって産業の要求を満たす。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関からの排気の検
出に関する。
出に関する。
【０００２】
【従来技術】本発明は長期間連続して作動される大型の
固定された産業用内燃機関の停止時間を短縮するための
開発努力中になされたものである。かかる機関（エンジ
ン）は何千馬力もの馬力を発生し、大規模な電力および
動力発生用等、例えば電力会社の発電、鉱山業およびポ
ンピング、海洋航行用船舶等で使用される。これらエン
ジンは自動車用と比較して使用時間が極端に長いことが
特徴となる。例えば、かかるエンジンのうちのいくつか
の使用時間は自動車用エンジンの総作動寿命よりも長く
なっている。
固定された産業用内燃機関の停止時間を短縮するための
開発努力中になされたものである。かかる機関（エンジ
ン）は何千馬力もの馬力を発生し、大規模な電力および
動力発生用等、例えば電力会社の発電、鉱山業およびポ
ンピング、海洋航行用船舶等で使用される。これらエン
ジンは自動車用と比較して使用時間が極端に長いことが
特徴となる。例えば、かかるエンジンのうちのいくつか
の使用時間は自動車用エンジンの総作動寿命よりも長く
なっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】大型の産業用エンジン
における上記長期の使用期間中は、停止時間を生じるこ
となく連続して作動できるようにすることが望ましい。
更にエンジンは許容可能な使用条件からはずれることな
く、かかる全期間にわたって、指定された許容差内で作
動しなければならない。かかる使用条件の１つとして許
容可能な許容差の範囲内に適当な空燃比を維持しなけれ
ばならないことがある。別の使用条件としては、排出物
放出量を所定の限度内に維持しなければならないことが
あげられる。
における上記長期の使用期間中は、停止時間を生じるこ
となく連続して作動できるようにすることが望ましい。
更にエンジンは許容可能な使用条件からはずれることな
く、かかる全期間にわたって、指定された許容差内で作
動しなければならない。かかる使用条件の１つとして許
容可能な許容差の範囲内に適当な空燃比を維持しなけれ
ばならないことがある。別の使用条件としては、排出物
放出量を所定の限度内に維持しなければならないことが
あげられる。
【０００４】上記大型の産業用の長時間使用されるエン
ジンには、米国特許第4,638,783号および第5,243,954号
（これらを参考例として引用する）に記載されている酸
素センサを設けることができる。この酸素センサはエン
ジンの排気中の酸素の相対的存在量を検出し、出力電圧
信号を発生するものであり、この信号はコントローラへ
フィードバックされ、コントローラはエンジンへの適当
な空燃比の混合気の供給が保証されるよう、燃料供給シ
ステムを制御する。希薄燃料燃焼（リーンバーン）エン
ジンを含む、ある産業用エンジンには、触媒コンバータ
を装備することができる。かかる使用例では酸素センサ
は適当な排ガス組成物が触媒コンバータへ送られ、酸化
還元ができるようにも保証している。
ジンには、米国特許第4,638,783号および第5,243,954号
（これらを参考例として引用する）に記載されている酸
素センサを設けることができる。この酸素センサはエン
ジンの排気中の酸素の相対的存在量を検出し、出力電圧
信号を発生するものであり、この信号はコントローラへ
フィードバックされ、コントローラはエンジンへの適当
な空燃比の混合気の供給が保証されるよう、燃料供給シ
ステムを制御する。希薄燃料燃焼（リーンバーン）エン
ジンを含む、ある産業用エンジンには、触媒コンバータ
を装備することができる。かかる使用例では酸素センサ
は適当な排ガス組成物が触媒コンバータへ送られ、酸化
還元ができるようにも保証している。
【０００５】酸素センサには数種類のタイプがある。こ
れら酸素センサは、まず触媒コンバータと共に使用され
る自動車用として開発された。この開発の動機は、触媒
がその機能を発揮できるよう、すなわち酸化反応と還元
反応の双方が完了するまで進行できるように、排気組成
物の混合物を制御することであった。ほとんどの自動車
用のセンサは、化学量論的エンジン、すなわち燃焼後残
留する酸素量がほぼゼロとなるように、化学的に正しい
空燃比で作動するエンジンに基づいている。化学量論的
エンジンの特徴の１つは、排気の温度が比較的高いこ
と、例えば約６５０〜７０４℃（１２００〜１３００°
Ｆ）となっていることである。この酸素センサはこのよ
うな高温の排ガス流内に挿入され、排ガスはセンサを作
動温度まで加熱する。自動車が最初に始動される際に
は、ウォームアップ時間があり、このウォームアップ期
間中は酸素センサは正しく作動するのに必要な温度レン
ジよりも低温になっている。よって、ウォームアップ期
間中は触媒コンバータは正常に機能できず、大気中に放
出される排気汚染物の量は多い。
れら酸素センサは、まず触媒コンバータと共に使用され
る自動車用として開発された。この開発の動機は、触媒
がその機能を発揮できるよう、すなわち酸化反応と還元
反応の双方が完了するまで進行できるように、排気組成
物の混合物を制御することであった。ほとんどの自動車
用のセンサは、化学量論的エンジン、すなわち燃焼後残
留する酸素量がほぼゼロとなるように、化学的に正しい
空燃比で作動するエンジンに基づいている。化学量論的
エンジンの特徴の１つは、排気の温度が比較的高いこ
と、例えば約６５０〜７０４℃（１２００〜１３００°
Ｆ）となっていることである。この酸素センサはこのよ
うな高温の排ガス流内に挿入され、排ガスはセンサを作
動温度まで加熱する。自動車が最初に始動される際に
は、ウォームアップ時間があり、このウォームアップ期
間中は酸素センサは正しく作動するのに必要な温度レン
ジよりも低温になっている。よって、ウォームアップ期
間中は触媒コンバータは正常に機能できず、大気中に放
出される排気汚染物の量は多い。
【０００６】上記ウォームアップ期間の問題により、内
部電気ヒータを備えた酸素センサが開発された。自動車
の始動時の排気の放出に関する規制は、電気的に加熱さ
れる酸素センサに基づくシステムによって満たされた。
先に開発されたセンサと同様に、これらセンサは排気流
内に直接挿入され、高出力から、排気中酸素濃度がほぼ
ゼロとなったときの低出力まで急激に低下するような、
図１の同じタイプの出力を示す。
部電気ヒータを備えた酸素センサが開発された。自動車
の始動時の排気の放出に関する規制は、電気的に加熱さ
れる酸素センサに基づくシステムによって満たされた。
先に開発されたセンサと同様に、これらセンサは排気流
内に直接挿入され、高出力から、排気中酸素濃度がほぼ
ゼロとなったときの低出力まで急激に低下するような、
図１の同じタイプの出力を示す。
【０００７】エンジンの設計者が排気放出量を少なく
し、燃費を改善するため、別の方法を研究し始めるにつ
れて、希薄燃焼技術が注目され始めた。この技術は燃料
を燃焼させる際に燃焼室における空気を故意に過剰にす
るものであり、排気量を少なくし、燃費を良好にするこ
とが可能となる。しかしながら、図１の１０に示すよう
に、化学量論的酸素センサは希薄空燃比では意味のある
信号を発生しない。従って、エンジンを正常に制御すべ
き場合、新しいタイプの酸素センサを開発しなけらばな
らない。このことが希薄燃焼用酸素センサを開発した動
機である。
し、燃費を改善するため、別の方法を研究し始めるにつ
れて、希薄燃焼技術が注目され始めた。この技術は燃料
を燃焼させる際に燃焼室における空気を故意に過剰にす
るものであり、排気量を少なくし、燃費を良好にするこ
とが可能となる。しかしながら、図１の１０に示すよう
に、化学量論的酸素センサは希薄空燃比では意味のある
信号を発生しない。従って、エンジンを正常に制御すべ
き場合、新しいタイプの酸素センサを開発しなけらばな
らない。このことが希薄燃焼用酸素センサを開発した動
機である。
【０００８】希薄燃焼用酸素センサは、図１に示すよう
に化学量論的酸素センサと異なる出力特性を有し、希薄
空燃比で意味のある信号を発生する。図１に示すような
あるタイプの希薄燃焼用酸素センサは、リニアな出力１
２を発生し、この出力信号が大きくなるにつれて、希薄
空燃比の領域を含む全領域で排気中の酸素濃度が多くな
る。
に化学量論的酸素センサと異なる出力特性を有し、希薄
空燃比で意味のある信号を発生する。図１に示すような
あるタイプの希薄燃焼用酸素センサは、リニアな出力１
２を発生し、この出力信号が大きくなるにつれて、希薄
空燃比の領域を含む全領域で排気中の酸素濃度が多くな
る。
【０００９】希薄燃焼用酸素センサは、センサ素子の温
度をその作動レンジまで高くするのに内部電気ヒータを
有している。この理由は希薄燃焼エンジンは化学量論的
エンジンよりも低い排気温度で作動するからである。希
薄燃焼自動車用エンジンは、一般に約２３〜１の空燃
比、更に約５３８〜５９３℃（約１０００〜１１００°
Ｆ）の排ガス温度で作動する。これに対し化学量論的自
動車用エンジンは、一般に約１５〜１の空燃比で、か
つ、約６５０〜７０４℃（約１２００〜１３００°Ｆ）
の排気温度で作動する。産業用の、長期間使用される希
薄燃焼内燃機関は、自動車エンジンよりも更に希薄な空
燃比、およびより低い排ガス温度で作動する。例えば、
希薄燃焼産業用エンジンの代表的なレンジは空燃比が約
３０〜１であり、排気温度が約４２７〜４８２℃（約８
００〜９００°Ｆ）であるが、これらのレンジはエンジ
ンおよび使用燃料のタイプと質に応じて変わる。
度をその作動レンジまで高くするのに内部電気ヒータを
有している。この理由は希薄燃焼エンジンは化学量論的
エンジンよりも低い排気温度で作動するからである。希
薄燃焼自動車用エンジンは、一般に約２３〜１の空燃
比、更に約５３８〜５９３℃（約１０００〜１１００°
Ｆ）の排ガス温度で作動する。これに対し化学量論的自
動車用エンジンは、一般に約１５〜１の空燃比で、か
つ、約６５０〜７０４℃（約１２００〜１３００°Ｆ）
の排気温度で作動する。産業用の、長期間使用される希
薄燃焼内燃機関は、自動車エンジンよりも更に希薄な空
燃比、およびより低い排ガス温度で作動する。例えば、
希薄燃焼産業用エンジンの代表的なレンジは空燃比が約
３０〜１であり、排気温度が約４２７〜４８２℃（約８
００〜９００°Ｆ）であるが、これらのレンジはエンジ
ンおよび使用燃料のタイプと質に応じて変わる。
【００１０】産業用エンジンにおいて、空燃比を制御す
るための１つの公知の方法は、例えば１９９４年５月発
行の「ディーゼル・アンド・ガスタービン・ワールドワ
イド」の１８〜２０ページの、Ｇ.ベッショーリ（Besho
uri）著、「固定用エンジンのための予想式ＮＯx排出量
モニタリング」に記載されているように、排出量アナラ
イザにより各々のエンジンの性能をマップ化することで
ある。この方法は、コストが高く、市販するまでの時間
が長くかかる。希薄燃焼用酸素センサを使用し、このセ
ンサの出力に従って空燃比を制御するほうがより望まし
い。現在まで開発された希薄燃焼用酸素センサは、自動
車用のものであり、空燃比がより希薄であり、排気温度
がより低い大型の産業用エンジンに、このようなセンサ
を適用する試みは成功しなかった。広範な研究にもかか
わらず、産業用希薄燃焼エンジン用の希薄燃焼用酸素セ
ンサは、これまでにも市販されていない。自動車用希薄
燃焼用酸素センサは産業用希薄燃焼エンジンで使用され
たが、このようなセンサは早期に繰り返して故障してい
る。交換コストも高く、それに伴い、停止時間が生じ
る。早期の故障を防止できず、使用期間の間の全期間に
わたって継続的に使用できる酸素センサが製造されなけ
れば、希薄燃焼用酸素センサの使用は産業用エンジンの
マーケットでは受け入れられるものではない。本発明
は、この課題を解決するものである。
るための１つの公知の方法は、例えば１９９４年５月発
行の「ディーゼル・アンド・ガスタービン・ワールドワ
イド」の１８〜２０ページの、Ｇ.ベッショーリ（Besho
uri）著、「固定用エンジンのための予想式ＮＯx排出量
モニタリング」に記載されているように、排出量アナラ
イザにより各々のエンジンの性能をマップ化することで
ある。この方法は、コストが高く、市販するまでの時間
が長くかかる。希薄燃焼用酸素センサを使用し、このセ
ンサの出力に従って空燃比を制御するほうがより望まし
い。現在まで開発された希薄燃焼用酸素センサは、自動
車用のものであり、空燃比がより希薄であり、排気温度
がより低い大型の産業用エンジンに、このようなセンサ
を適用する試みは成功しなかった。広範な研究にもかか
わらず、産業用希薄燃焼エンジン用の希薄燃焼用酸素セ
ンサは、これまでにも市販されていない。自動車用希薄
燃焼用酸素センサは産業用希薄燃焼エンジンで使用され
たが、このようなセンサは早期に繰り返して故障してい
る。交換コストも高く、それに伴い、停止時間が生じ
る。早期の故障を防止できず、使用期間の間の全期間に
わたって継続的に使用できる酸素センサが製造されなけ
れば、希薄燃焼用酸素センサの使用は産業用エンジンの
マーケットでは受け入れられるものではない。本発明
は、この課題を解決するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、排気管
を有する内燃機関からの排ガスを検出するための方法で
あって、前記排気管内の排気に連通し、前記排気管の外
部に延びる拡散通路を設け、前記拡散通路を通過するガ
ス状排出物の拡散を可能とし、拡散通路を通過する粒状
排出物の拡散を減少させる制限部を前記拡散通路内に設
け、前記ガス状排出物を検出するセンサ素子を前記拡散
通路内に設けることを備えた、排ガスを検出する方法が
提供される。
を有する内燃機関からの排ガスを検出するための方法で
あって、前記排気管内の排気に連通し、前記排気管の外
部に延びる拡散通路を設け、前記拡散通路を通過するガ
ス状排出物の拡散を可能とし、拡散通路を通過する粒状
排出物の拡散を減少させる制限部を前記拡散通路内に設
け、前記ガス状排出物を検出するセンサ素子を前記拡散
通路内に設けることを備えた、排ガスを検出する方法が
提供される。
【００１２】本発明は排気の検出における別の問題、す
なわち、特に長期間使用される産業用エンジンで重要な
長時間経過後のセンサの汚染および／または有害作用の
問題も解決するものでもある。エンジンの排気が酸素セ
ンサの寿命に悪影響を与えるような多種類の成分を運
ぶ。これら成分はセンサに有害となり得る。すなわちセ
ンサの材料内に実際に侵入し、これを不活性にしたり、
センサをマスクする。すなわちセンサの回りに皮膜を形
成し、埋没させてしまう。通常のガス状の燃料が供給さ
れるエンジンでは、これら成分は、一般に他の有効な目
的のために働く添加物により生じるものであり、容易に
除くことはできない。かかる物質の他に別の燃料ソー
ス、例えば天然ガス、ゴミ埋立地や汚泥処理設備等から
のメタンが別の汚染物を運ぶ。更にこれら用途は一般
に、正常な用途で生じる濃度よりも高濃度の汚染物を生
じる。更に別の用途では、使用場所で燃料の組成が大き
く変わることがあるので、空燃比をより大きくする必要
がある。このように空燃比を大きくしないと、燃費およ
び排気放出量が最適状態とならない。本発明はこのよう
なニーズも解決する。
なわち、特に長期間使用される産業用エンジンで重要な
長時間経過後のセンサの汚染および／または有害作用の
問題も解決するものでもある。エンジンの排気が酸素セ
ンサの寿命に悪影響を与えるような多種類の成分を運
ぶ。これら成分はセンサに有害となり得る。すなわちセ
ンサの材料内に実際に侵入し、これを不活性にしたり、
センサをマスクする。すなわちセンサの回りに皮膜を形
成し、埋没させてしまう。通常のガス状の燃料が供給さ
れるエンジンでは、これら成分は、一般に他の有効な目
的のために働く添加物により生じるものであり、容易に
除くことはできない。かかる物質の他に別の燃料ソー
ス、例えば天然ガス、ゴミ埋立地や汚泥処理設備等から
のメタンが別の汚染物を運ぶ。更にこれら用途は一般
に、正常な用途で生じる濃度よりも高濃度の汚染物を生
じる。更に別の用途では、使用場所で燃料の組成が大き
く変わることがあるので、空燃比をより大きくする必要
がある。このように空燃比を大きくしないと、燃費およ
び排気放出量が最適状態とならない。本発明はこのよう
なニーズも解決する。
【００１３】
【実施例】図１は、高レベルから、排気中の酸素濃度が
ほぼゼロであるときの低レベルまで低下することを特徴
とする化学量論的酸素センサのミリボルトの出力を曲線
１０で示している。直線１２は希薄燃焼用酸素センサの
ミリアンペア単位の出力を示し、この出力はリニアであ
り、酸素濃度が増加するにつれ、大きくなっている。一
般に空燃比が約１５〜１であり、排気温度が約６５０〜
７０４℃（約１２００〜１３００°Ｆ）である、自動車
用センサとして出力特性曲線１０を有する化学量論的酸
素センサが使用される。一般に空燃比が約２３〜１であ
り、排気温度が約５３８〜５９３℃（約１０００〜１１
００°Ｆ）である希薄燃焼自動車用センサとして、出力
特性曲線１２を有する希薄燃焼用酸素センサが使用され
る。空燃比が３０〜１であり、排気温度が約４２７〜４
８２℃（約８００〜９００°Ｆ）のレンジ内にある希薄
燃焼産業エンジンで、希薄燃焼酸素センサ（日本電装部
品番号第５−１９２５００−３５７）の使用を試みた。
図１における直線１２で表示されるような出力特性を可
能にする作動レンジまで、センサ素子の温度を上昇させ
るには、内部ヒータをオーバードライブしなければなら
ず、これにより図２に示されるような装置の故障が生じ
る。
ほぼゼロであるときの低レベルまで低下することを特徴
とする化学量論的酸素センサのミリボルトの出力を曲線
１０で示している。直線１２は希薄燃焼用酸素センサの
ミリアンペア単位の出力を示し、この出力はリニアであ
り、酸素濃度が増加するにつれ、大きくなっている。一
般に空燃比が約１５〜１であり、排気温度が約６５０〜
７０４℃（約１２００〜１３００°Ｆ）である、自動車
用センサとして出力特性曲線１０を有する化学量論的酸
素センサが使用される。一般に空燃比が約２３〜１であ
り、排気温度が約５３８〜５９３℃（約１０００〜１１
００°Ｆ）である希薄燃焼自動車用センサとして、出力
特性曲線１２を有する希薄燃焼用酸素センサが使用され
る。空燃比が３０〜１であり、排気温度が約４２７〜４
８２℃（約８００〜９００°Ｆ）のレンジ内にある希薄
燃焼産業エンジンで、希薄燃焼酸素センサ（日本電装部
品番号第５−１９２５００−３５７）の使用を試みた。
図１における直線１２で表示されるような出力特性を可
能にする作動レンジまで、センサ素子の温度を上昇させ
るには、内部ヒータをオーバードライブしなければなら
ず、これにより図２に示されるような装置の故障が生じ
る。
【００１４】図３は、排気管１６を有する内燃機関１４
のための排ガス検出装置を示す。ハウジング１８は図７
のチェンバー２０を含み、このチェンバーは図４のニッ
プル２２が螺合により排気管１６に取り付けられてい
る。このニップル２２は、適当な方法、例えば排気管内
の開口部の回りに溶接されたブッシングすなわちナット
２４に、例えば螺合により排気管に取り付けられてい
る。排気流の通路は矢印２６で示されており、矢印２８
で示された拡散通路は排気管１６内の排気と連通し、ニ
ップル２２を介して排気管の外部に延び、チェンバー２
０まで延びている。
のための排ガス検出装置を示す。ハウジング１８は図７
のチェンバー２０を含み、このチェンバーは図４のニッ
プル２２が螺合により排気管１６に取り付けられてい
る。このニップル２２は、適当な方法、例えば排気管内
の開口部の回りに溶接されたブッシングすなわちナット
２４に、例えば螺合により排気管に取り付けられてい
る。排気流の通路は矢印２６で示されており、矢印２８
で示された拡散通路は排気管１６内の排気と連通し、ニ
ップル２２を介して排気管の外部に延び、チェンバー２
０まで延びている。
【００１５】ニップル２２は、好ましくは直径約２.２
９〜２.５４ｍｍ（０.０９０〜０.１００インチ）の、
図４および図５に示す制限オリフィス３０を有し、この
オリフィス３０によりチェンバー２０内へのガス状の排
出物の拡散が可能となり、チェンバー２０内への粒状の
排出物の拡散を低減している。これにより、汚染および
／または有害作用を低減し、センサ素子３２の寿命を長
くしている。この理由はセンサ素子に有害となる排出物
中の成分は、一般に固体の粒状物質であり、ガス状では
ないからである。この構造は小さい開口部を通して拡散
するというのは、粒状物質でなくて、ガスであるという
自然の性質に基づき、汚染を低減している。
９〜２.５４ｍｍ（０.０９０〜０.１００インチ）の、
図４および図５に示す制限オリフィス３０を有し、この
オリフィス３０によりチェンバー２０内へのガス状の排
出物の拡散が可能となり、チェンバー２０内への粒状の
排出物の拡散を低減している。これにより、汚染および
／または有害作用を低減し、センサ素子３２の寿命を長
くしている。この理由はセンサ素子に有害となる排出物
中の成分は、一般に固体の粒状物質であり、ガス状では
ないからである。この構造は小さい開口部を通して拡散
するというのは、粒状物質でなくて、ガスであるという
自然の性質に基づき、汚染を低減している。
【００１６】ガス状の排出物を検出する拡散通路には、
希薄燃焼用酸素センサ、例えば日本電装部品番号第５−
１９２５００−３５７号のセンサによってセンサ素子３
２が設けられている。拡散通路の、排気管内には拡散口
３４が設けられている。排ガスがニップル２２内のオリ
フィス３０を通って拡散通路２８に沿って拡散し、チェ
ンバー２０内に進入し、センサ素子３２により検出され
る。ニップル２２は排気管１６内の排気流２６の方向か
ら離間するよう、横方向に延びる長さを有し、ニップル
２２の全長に沿ってオリフィス３０が延びる。ハウジン
グ１８はチェンバー２０から外部に延びる通路３６およ
び３８を有し、これら通路はほとんどの使用例ではプラ
グにより閉じられるが、開放状態のままにしておいても
よい。本発明が利用するこのような拡散原理は、チェン
バーを通過する連続流を必要とするものではない。
希薄燃焼用酸素センサ、例えば日本電装部品番号第５−
１９２５００−３５７号のセンサによってセンサ素子３
２が設けられている。拡散通路の、排気管内には拡散口
３４が設けられている。排ガスがニップル２２内のオリ
フィス３０を通って拡散通路２８に沿って拡散し、チェ
ンバー２０内に進入し、センサ素子３２により検出され
る。ニップル２２は排気管１６内の排気流２６の方向か
ら離間するよう、横方向に延びる長さを有し、ニップル
２２の全長に沿ってオリフィス３０が延びる。ハウジン
グ１８はチェンバー２０から外部に延びる通路３６およ
び３８を有し、これら通路はほとんどの使用例ではプラ
グにより閉じられるが、開放状態のままにしておいても
よい。本発明が利用するこのような拡散原理は、チェン
バーを通過する連続流を必要とするものではない。
【００１７】排気管１６からこの排気管の外部の希薄燃
焼用酸素センサ素子３２まで、拡散通路２８が延びる。
このセンサ素子は以下に説明するように、排気温度より
も高い作動温度レンジまで加熱される。拡散通路の上記
の制限は、センサ素子に対する排ガスの速度および容積
を低減することにより、より低温の排気によるセンサ素
子３２の冷却の最小化も行っている。センサ素子３２の
上流部の拡散通路２８内に制限部（オリフィス）３０が
設けられ、この制限部はセンサ素子による検出を可能と
し、かつ、より低温の排ガスによるセンサ素子の冷却を
最小にするよう、拡散通路を通過する排ガスの十分な拡
散を行うように選択されている。
焼用酸素センサ素子３２まで、拡散通路２８が延びる。
このセンサ素子は以下に説明するように、排気温度より
も高い作動温度レンジまで加熱される。拡散通路の上記
の制限は、センサ素子に対する排ガスの速度および容積
を低減することにより、より低温の排気によるセンサ素
子３２の冷却の最小化も行っている。センサ素子３２の
上流部の拡散通路２８内に制限部（オリフィス）３０が
設けられ、この制限部はセンサ素子による検出を可能と
し、かつ、より低温の排ガスによるセンサ素子の冷却を
最小にするよう、拡散通路を通過する排ガスの十分な拡
散を行うように選択されている。
【００１８】希薄燃焼用酸素センサ素子３２は、ハウジ
ング１８に取り付けられ、排気管を通過する排気と連通
するようになっている。センサ素子は内部電気ヒータを
有し、ハウジング１８にはセンサ素子３２と熱交換する
ように１つ以上の補助ヒータ４０、４２が取り付けら
れ、内部ヒータによるセンサ素子３２の加熱の他にこの
センサ素子３２を加熱できるようになっている。ハウジ
ングは内壁を囲み、この内壁の上に円筒形のキャビティ
を構成する内壁４４を有し、この円筒形キャビティはチ
ェンバー２０を構成し、片側にそれぞれの補助ヒータ４
０、４２が嵌合するヒータレセプタクルを構成する１つ
以上のキャビティ４６、４８を構成している。側壁４４
はチェンバーキャビティ２０およびセンサ素子３２を補
助ヒータ４０、４２から分離すると共に、補助ヒータを
ガス状排気からアイソレートしている。補助ヒータ４
０、４２からの熱は側壁４４を介してセンサ素子３２へ
伝達される。
ング１８に取り付けられ、排気管を通過する排気と連通
するようになっている。センサ素子は内部電気ヒータを
有し、ハウジング１８にはセンサ素子３２と熱交換する
ように１つ以上の補助ヒータ４０、４２が取り付けら
れ、内部ヒータによるセンサ素子３２の加熱の他にこの
センサ素子３２を加熱できるようになっている。ハウジ
ングは内壁を囲み、この内壁の上に円筒形のキャビティ
を構成する内壁４４を有し、この円筒形キャビティはチ
ェンバー２０を構成し、片側にそれぞれの補助ヒータ４
０、４２が嵌合するヒータレセプタクルを構成する１つ
以上のキャビティ４６、４８を構成している。側壁４４
はチェンバーキャビティ２０およびセンサ素子３２を補
助ヒータ４０、４２から分離すると共に、補助ヒータを
ガス状排気からアイソレートしている。補助ヒータ４
０、４２からの熱は側壁４４を介してセンサ素子３２へ
伝達される。
【００１９】ハウジング１８は両端面５０および５２を
有し、ハウジングを貫通し、端面５０に第１の開放端５
４を有し、端面５２に第２の開放端部５６を有し、ハウ
ジングを貫通する円筒形通路によりチェンバー２０が形
成されている。端部５６は螺合によりニップル２２に係
合し、端部５４はネジ付きボルト６０および６２により
端面５０にフランジ５８が取り付けられたセンサ素子３
２によって閉じている。センサ素子３２の一部はチェン
バーの円筒形通路２０内に延び、端部５６側に延びてい
る。ヒータソケットキャビティ４６および４８は、円筒
形通路によって形成された端部開放キャビティであり、
円筒形通路は円筒形通路のチェンバー２０に対して平行
であり、チェンバーの両側にあり、内部側壁４４により
分離された端面５０と５２との間でハウジングを貫通し
ている。補助電気ヒータ４および４２はそれぞれのソケ
ットキャビティに螺合により取り付けられたワットロー
（Watlow）式ヒータ、部品番号Ｌ５−ＥＸ４５Ａによっ
て構成することが好ましい。１つ以上の補助ヒータ４
０、４２は、内部ヒータによる加熱に加えてセンサ素子
３２を加熱し、センサ素子の内部ヒータをオーバードラ
イブすることを不要にし、よって図２のセンサ素子の寿
命を長くしている。これにより、好ましいことに早期の
故障が最小となり、これにより使用寿命を延長できるの
で、センサの早期故障による停止時間を生じることな
く、使用期間中にエンジンを長時間連続作動することが
可能となる。更に補助ヒータはセンサよりもかなり安価
であるので、パーツの交換コストが低くなり、スケジュ
ールに従った使用期間における補助ヒータの予防的交換
が可能ともなり、更に停止時間の生じる機会が最小とな
る。ハウジング１８は更に端面５０からハウジング内に
延び、温度検出をフィードバックするための熱検出熱電
対６６を螺合により取り付けている端部の閉じたキャビ
ティ６４を含む。
有し、ハウジングを貫通し、端面５０に第１の開放端５
４を有し、端面５２に第２の開放端部５６を有し、ハウ
ジングを貫通する円筒形通路によりチェンバー２０が形
成されている。端部５６は螺合によりニップル２２に係
合し、端部５４はネジ付きボルト６０および６２により
端面５０にフランジ５８が取り付けられたセンサ素子３
２によって閉じている。センサ素子３２の一部はチェン
バーの円筒形通路２０内に延び、端部５６側に延びてい
る。ヒータソケットキャビティ４６および４８は、円筒
形通路によって形成された端部開放キャビティであり、
円筒形通路は円筒形通路のチェンバー２０に対して平行
であり、チェンバーの両側にあり、内部側壁４４により
分離された端面５０と５２との間でハウジングを貫通し
ている。補助電気ヒータ４および４２はそれぞれのソケ
ットキャビティに螺合により取り付けられたワットロー
（Watlow）式ヒータ、部品番号Ｌ５−ＥＸ４５Ａによっ
て構成することが好ましい。１つ以上の補助ヒータ４
０、４２は、内部ヒータによる加熱に加えてセンサ素子
３２を加熱し、センサ素子の内部ヒータをオーバードラ
イブすることを不要にし、よって図２のセンサ素子の寿
命を長くしている。これにより、好ましいことに早期の
故障が最小となり、これにより使用寿命を延長できるの
で、センサの早期故障による停止時間を生じることな
く、使用期間中にエンジンを長時間連続作動することが
可能となる。更に補助ヒータはセンサよりもかなり安価
であるので、パーツの交換コストが低くなり、スケジュ
ールに従った使用期間における補助ヒータの予防的交換
が可能ともなり、更に停止時間の生じる機会が最小とな
る。ハウジング１８は更に端面５０からハウジング内に
延び、温度検出をフィードバックするための熱検出熱電
対６６を螺合により取り付けている端部の閉じたキャビ
ティ６４を含む。
【００２０】本発明は商業的に可能で、かつ市場に受け
入れられる態様で、産業用の長時間エンジン用に希薄燃
焼用酸素センサを使用できるようにするものである。本
発明は、酸素、一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物を含
む種々のタイプの排気検出およびその他の排気の検出に
用途がある。
入れられる態様で、産業用の長時間エンジン用に希薄燃
焼用酸素センサを使用できるようにするものである。本
発明は、酸素、一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物を含
む種々のタイプの排気検出およびその他の排気の検出に
用途がある。
【００２１】特許請求の範囲内で種々の均等物、代替例
および変形例が可能であることが認識されよう。
および変形例が可能であることが認識されよう。
【図１】化学量論的センサの出力および希薄燃焼用セン
サの出力と排気中の酸素濃度との関係を示すグラフであ
る。
サの出力と排気中の酸素濃度との関係を示すグラフであ
る。
【図２】ヒータの寿命とヒータの温度との関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図３】本発明にかかわる排気検出装置を示す略図であ
る。
る。
【図４】図３の構造の一部を示す、一部を断面図にした
側面図である。
側面図である。
【図５】図４の構造の平面図である。
【図６】図３の構造の一部の端面図である。
【図７】図６の７−７線に沿った断面図である。
１４ エンジン １６ 排気管 １８ ハウジング ２２ ニップル ３０ オリフィス ３２ 希薄燃焼用酸素センサ素子 ４０、４２ 補助ヒータ ５０、５２ 端面 ６６ 熱検出熱電対
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 27/409
Claims (18)
- 【請求項１】排気管を有する内燃機関からの排ガスを検
出するための方法であって、 前記排気管内の排気に連通し、前記排気管の外部に延び
る拡散通路を設け、前記拡散通路を通過するガス状排出
物の拡散を可能とし、拡散通路を通過する粒状排出物の
拡散を減少させる制限部を前記拡散通路内に設け、前記
ガス状排出物を検出するセンサ素子を前記拡散通路内に
設けることを備えた、排ガスを検出する方法。 - 【請求項２】拡散ポートを通って前記拡散通路に沿って
排ガスが拡散され、前記センサ素子により検出されるよ
うに前記排気管において前記拡散通路に拡散ポートを設
けることを備えた、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】排気管を有する希薄燃焼内燃機関の排気中
の酸素を検出するための方法であって、 前記排気管の外部に希薄燃焼用酸素センサ素子を設け、
前記排気管から前記センサ素子へ拡散流路を設け、ヒー
タを設け、前記排気の温度よりも高い作動温度レンジま
で前記センサ素子を加熱し、前記排気による前記センサ
素子の冷却を最小にする手段を前記拡散通路に設けるこ
とを備えた、排気中の酸素を検出するための方法。 - 【請求項４】前記冷却を最小化するよう、前記センサ素
子に対する排ガス流の速度および容積を減少することを
備えた、請求項３記載の方法。 - 【請求項５】前記拡散通路内の前記センサ素子の上流側
に制限部を設け、前記センサ素子による検出を行い、前
記低温の排ガスによる前記センサ素子の冷却を最小にす
るよう、前記拡散通路を通過する排ガス流を充分にする
ことを備えた、請求項３記載の方法。 - 【請求項６】排気管を有する内燃機関用排ガスセンサで
あって、 前記排気管に取り付けられ、この排気管を通過する排気
と連通するニップルを備え、該ニップルは前記オリフィ
スを通過するガス状排出物の拡散を可能とすると共に、
前記オリフィスを通過する粒状排出物の拡散を減少す
る、ニップルを貫通する、制限されたオリフィスを有
し、 ガス状排出物が前記オリフィスを通ってチェンバー内に
拡散するように前記ニップルに取り付けられ、前記オリ
フィスと連通するチェンバーと、 前記チェンバーに取り付けられ、内部の前記ガス状排出
物を検出するセンサ素子とを備えた排ガスセンサ。 - 【請求項７】前記ニップルは前記排気管内の排気流の方
向から横方向に延びる長さを有し、前記オリフィスは前
記ニップルの全長に沿って延びる、請求項６記載の排ガ
スセンサ。 - 【請求項８】排気管を有する希薄燃焼内燃機関のための
希薄燃焼用酸素センサであって、 前記排気管に取り付けられたハウジングと、 前記ハウジングに取り付けられ、前記排気管を通過する
排気に連通し、内部ヒータを有する希薄燃焼用酸素セン
サ素子と、 前記内部ヒータによる前記センサ素子の加熱の他に前記
センサ素子を加熱するよう、前記センサ素子と熱交換す
る関係にある、前記ハウジングに取り付けられた少なく
とも１つの補助ヒータとを備えた、希薄燃焼用酸素セン
サ。 - 【請求項９】前記ハウジングはニップルにより前記排気
管に取り付けられたチェンバーを備え、ニップルはガス
状排出物の前記チェンバーへの拡散を可能とし、粒状排
出物の前記チェンバーへの拡散を減少する制限オリフィ
スを有する、請求項８記載の、希薄燃焼用酸素センサ。 - 【請求項１０】前記センサ素子は前記チェンバー内にあ
り、前記ハウジングは片側に前記チェンバーを構成する
内部側壁と、反対側に前記補助ヒータを嵌合するヒータ
レセプタクルを有し、このため前記側壁は前記チェンバ
ーおよび前記センサ素子を前記補助ヒータから分離し、
前記補助ヒータからの熱は前記側壁を介して前記センサ
素子へ伝達される、請求項９記載の希薄燃焼用酸素セン
サ。 - 【請求項１１】前記ハウジングは対抗する第１および第
２端面を有し、前記チェンバーは前記ハウジングを貫通
する円筒形通路を有し、前記第１端面に第１開放端部を
有し、前記第２端面に第２開放端部を有し、前記第２端
部は前記ニップルに係合し、前記第１端部は前記第１端
面に取り付けられた前記センサ素子により閉じられると
共に、一部が前記円筒形通路内で前記第２端部に向かっ
て延びる、請求項１０記載の希薄燃焼用酸素センサ。 - 【請求項１２】前記ヒータレセプタクルは前記円筒形通
路にほぼ平行であり、前記内部側壁により前記円筒形通
路から分離された状態で前記第１端面から前記ハウジン
グ内に延びるキャビティを備える、請求項１１記載の希
薄燃焼用酸素センサ。 - 【請求項１３】通路によって形成された一対の端部開放
キャビティを備え、これらキャビティは前記第１端面と
前記第２端面との間で前記ハウジングを貫通し、前記チ
ェンバーの円筒形通路にほぼ平行で、円筒形通路の両側
にあり、前記内部側壁による円筒形通路から分離されて
いる、請求項１２記載の希薄燃焼用酸素センサ。 - 【請求項１４】前記ハウジングは温度検出用熱電対を取
り付ける閉端キャビティを含む、請求項１３記載の希薄
燃焼用酸素センサ。 - 【請求項１５】排気管を有する希薄燃焼内燃機関用希薄
燃焼用酸素センサであって、 拡散通路を通過する前記排気管内の排気に連通する希薄
燃焼酸素センサ素子を備え、該センサ素子は前記希薄燃
焼内燃機関の排気温度よりも高い作動温度レンジを有
し、更に拡散通路を通過するガス状排出物の拡散を可能
とすると共に、拡散通路を通過する粒状排出物の拡散を
減少させ、同時に前記センサ素子に対するガス状排気流
による前記センサ素子の冷却を最小にする、前記拡散通
路内に設けられた手段を更に備えた、希薄燃焼酸素セン
サ。 - 【請求項１６】前記センサ素子は前記排気管を通過する
排気に連通するよう、ハウジングに取り付けられ、前記
センサ素子は内部ヒータを含み、更に該内部ヒータによ
るセンサ素子の加熱の他にセンサ素子を加熱するよう、
前記センサ素子と熱交換する関係になるよう、前記ハウ
ジングに取り付けられた少なくとも１つの補助ヒータを
含む、請求項１５記載の希薄燃焼酸素センサ。 - 【請求項１７】排気管を有する内燃機関用排ガスセンサ
であって、前記排気管に取り付けられたハウジングを備
え、前記ハウジングは熱交換する関係にある第１および
第２キャビティを有し、前記第１キャビティは前記排気
管を通過する排気と連通し、更に前記第１キャビティ内
に取り付けられ、このキャビティ内のガス状排出物を検
出するセンサ素子と、前記第２キャビティ内に取り付け
られたヒータとを備えた排ガスセンサ。 - 【請求項１８】前記ハウジングはニップルにより前記排
気管に取り付けられ、前記ニップルはガス状排出物の前
記第１キャビティへの拡散を可能にすると共に、粒状排
出物の前記第１キャビティへの拡散を減少する制限オリ
フィスを有し、前記ハウジングは一方の側に前記第１キ
ャビティを構成し、反対側に前記第２キャビティを構成
する内部側壁を有し、このため前記側壁は前記第２キャ
ビティを前記第１キャビティおよび前記センサ素子から
分離し、前記ヒータからの熱は前記側壁を介して前記セ
ンサ素子へ伝達される、請求項１７記載の排ガスセン
サ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/268,815 | 1994-06-30 | ||
| US08/268,815 US5614658A (en) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | Exhaust sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0861120A true JPH0861120A (ja) | 1996-03-05 |
Family
ID=23024600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7147025A Pending JPH0861120A (ja) | 1994-06-30 | 1995-06-14 | 内燃機関の排ガス検出方法および排ガスセンサ |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5614658A (ja) |
| JP (1) | JPH0861120A (ja) |
| CA (1) | CA2150266C (ja) |
| DE (1) | DE19524018A1 (ja) |
| FI (1) | FI953203A7 (ja) |
| FR (3) | FR2721974B1 (ja) |
| GB (1) | GB2290873B (ja) |
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