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JPH0546899B2 - - Google Patents
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JPH0546899B2 - - Google Patents

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JPH0546899B2
JPH0546899B2 JP60281880A JP28188085A JPH0546899B2 JP H0546899 B2 JPH0546899 B2 JP H0546899B2 JP 60281880 A JP60281880 A JP 60281880A JP 28188085 A JP28188085 A JP 28188085A JP H0546899 B2 JPH0546899 B2 JP H0546899B2
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JP
Japan
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exhaust gas
air
metering orifice
detection unit
heat
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JP60281880A
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Japanese (ja)
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JPS62142263A (en
Inventor
Jiro Takagi
Shigeru Kamya
Akikazu Kojima
Hiroshi Noguchi
Kenichi Uchida
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Toyota Motor Corp
Soken Inc
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Nippon Soken Inc
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関に供給される燃焼用混合物の
空燃比を測定するための空燃比測定装置に係り、
より詳しくは、空燃比測定装置において燃焼用混
合物の空燃比に応じたアナログ信号を出力するた
めに使用される検出ユニツトに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an air-fuel ratio measuring device for measuring the air-fuel ratio of a combustion mixture supplied to an internal combustion engine.
More specifically, the present invention relates to a detection unit used in an air-fuel ratio measuring device to output an analog signal corresponding to the air-fuel ratio of a combustion mixture.

〔従来技術および問題点〕[Prior art and problems]

内燃機関の性能試験や診断においては、シリン
ダに供給される燃焼用混合気の空燃比を測定する
ことが必要である。また、燃焼用混合物の空燃比
を検出し、現実の空燃比が機関運転条件に応じた
所定の目標空燃比(例えば、理論空燃比)になる
様に燃料供給装置を制御することも周知である。
In performance testing and diagnosis of internal combustion engines, it is necessary to measure the air-fuel ratio of the combustion air-fuel mixture supplied to the cylinders. It is also well known to detect the air-fuel ratio of the combustion mixture and control the fuel supply device so that the actual air-fuel ratio becomes a predetermined target air-fuel ratio (for example, the stoichiometric air-fuel ratio) depending on the engine operating conditions. .

一般的には、空燃比の測定または検出は排気系
に配置された酸素センサを用いて排気ガス中の残
留酸素濃度を検出することにより行うことができ
る。しかし、この方法は、燃焼用混合物の空燃比
が理論空燃比よりリツチであり、排気ガス中に残
留酸素が存在しない場合には適用することができ
ない。
Generally, the air-fuel ratio can be measured or detected by detecting the residual oxygen concentration in the exhaust gas using an oxygen sensor placed in the exhaust system. However, this method cannot be applied when the air-fuel ratio of the combustion mixture is richer than the stoichiometric air-fuel ratio and there is no residual oxygen in the exhaust gas.

例えば特開昭59−211840号に開示された測定装
置はこの欠点を解消するものである。この空燃比
測定装置においては、機関排気系から排気ガスが
サンプリングされ、外界から取入れた新鮮な空気
とサンプリング排気ガスとを所定の割合で混合す
ることによりサンプリング排気ガス中に既知量の
酸素が添加される。排気ガスと空気との混合ガス
は次に酸化触媒装置に送られ、排気ガス中の未燃
成分は完全に燃焼せられる。この様に酸化処理さ
れた混合ガスを酸素センサに接触させ、残留酸素
濃度が検出される。斯く検出された残留酸素濃度
を所定の計算式に代入して計算すれば燃焼用混合
気の空燃比が求まる。この様にサンプリング排気
ガスに酸素が添加されるので、理論空燃比より濃
い空燃比を持つた過濃混合気の空燃比を測定可能
である。
For example, the measuring device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-211840 solves this drawback. In this air-fuel ratio measurement device, exhaust gas is sampled from the engine exhaust system, and a known amount of oxygen is added to the sampled exhaust gas by mixing the sampled exhaust gas with fresh air taken in from the outside world at a predetermined ratio. be done. The mixture of exhaust gas and air is then sent to an oxidation catalyst device, where unburned components in the exhaust gas are completely combusted. The mixed gas oxidized in this way is brought into contact with an oxygen sensor, and the residual oxygen concentration is detected. By substituting the thus detected residual oxygen concentration into a predetermined calculation formula, the air-fuel ratio of the combustion air-fuel mixture can be determined. Since oxygen is added to the sampled exhaust gas in this way, it is possible to measure the air-fuel ratio of a superrich mixture that has an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio.

特開昭59−211840号に開示されている様に、サ
ンプリング排気ガスと酸素導入用空気とを一定の
割合で混合するためには計量オリフイスを備えた
混合機構が使用される。計量オリフイスを流れる
流体の流量はオリフイス内径に依存しているの
で、混合の割合を一定にするためには、オリフイ
ス内径を常に一定に維持することが必要である。
オリフイス内径は極めて小さく、一般的には約1
mmである。而るに、サンプリング排気ガス中には
カーボン等の粒子が含まれており、この種の粒子
が排気ガス計量オリフイスに付着して、計量中に
オリフイス内径が変化し、空燃比の正確な測定の
障害となるという問題があつた。
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-211840, a mixing mechanism equipped with a metering orifice is used to mix the sampling exhaust gas and the oxygen introduction air at a constant ratio. Since the flow rate of the fluid flowing through the metering orifice depends on the inner diameter of the orifice, it is necessary to keep the inner diameter of the orifice constant at all times in order to maintain a constant mixing ratio.
The inner diameter of the orifice is extremely small, typically approximately 1
mm. However, the sampling exhaust gas contains particles such as carbon, and these particles adhere to the exhaust gas metering orifice, causing the inner diameter of the orifice to change during metering, making it difficult to accurately measure the air-fuel ratio. There was a problem with it being a hindrance.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、計量オリフイスへの粒子の付
着を防止し、空燃比の正確な計測を可能にするこ
とにある。
An object of the present invention is to prevent particles from adhering to the metering orifice and to enable accurate measurement of the air-fuel ratio.

〔問題点を解決するための手段および作用の概要〕[Summary of means and actions for solving problems]

本発明は空燃比測定装置において燃焼用混合気
の空燃比に応じてアナログ信号を出すために使用
される検出ユニツトを提供するものである。この
検出ユニツトは、(イ)一端が機関排気系内に配置さ
れ排気系内の排気ガスを連続的にサンプリングす
る様になつた排気ガスサンプリング管と、(ロ)一端
が外気に開口した空気取入管と、(ハ)前記排気ガス
サンプリング管に連通した排気ガス計量オリフイ
スと空気取入管に連通した空気計量オリフイスと
を有し、排気ガスサンプリング管からのサンプリ
ング排気ガスと空気取入管からの空気とを所定割
合で混合することにより酸素の添加された排気ガ
ス混合物を形成する混合手段と、(ニ)前記混合手段
の下流に接続された混合ガス通路と、(ホ)排気ガス
混合物中の未燃成分を完全燃焼させるべく前記通
路内に配置された触媒コンバータと、(ヘ)前記触媒
コンバータの下流において前記通路内の排気ガス
混合物に接触し、排気ガス混合物中の残留酸素を
検出して残留酸素濃度に比例したアナログ信号を
出力する酸素センサと、(ト)前記酸素センサの上流
において前記通路内に配置され、排気ガス混合物
を所定温度に加熱するヒータと、(チ)排気ガスおよ
び空気を夫々の計量オリフイスを通過させて混合
しかつ酸素センサを経て排気ガス混合物を通過さ
せるべく前記通路内の排気ガス混合物を吸引する
吸引手段と、(リ)サンプリング排気ガスが排気ガス
計量オリフイスを通過する時にサンプリング排気
ガス中の浮遊粒子が排気ガス計量オリフイスの表
面から離反偏向するべく排気ガス計量オリフイス
を加熱するための加熱手段、とを備えてなる。
The present invention provides a detection unit used in an air-fuel ratio measuring device to generate an analog signal in response to the air-fuel ratio of a combustion air-fuel mixture. This detection unit consists of (a) an exhaust gas sampling pipe whose one end is placed in the engine exhaust system to continuously sample the exhaust gas in the exhaust system, and (b) an air intake whose one end is open to the outside air. (c) an exhaust gas metering orifice communicating with the exhaust gas sampling tube and an air metering orifice communicating with the air intake tube, the sampled exhaust gas from the exhaust gas sampling tube and the air from the air intake tube. (d) a mixed gas passage connected downstream of the mixing means; and (e) unburned gas in the exhaust gas mixture. a catalytic converter disposed within the passageway for complete combustion of components; (f) contacting the exhaust gas mixture within the passageway downstream of the catalytic converter to detect residual oxygen in the exhaust gas mixture; an oxygen sensor that outputs an analog signal proportional to the concentration; (g) a heater disposed in the passageway upstream of the oxygen sensor to heat the exhaust gas mixture to a predetermined temperature; suction means for suctioning the exhaust gas mixture in said passageway to mix and pass the exhaust gas mixture through a metering orifice of said passage; and (i) when the sampling exhaust gas passes through the exhaust gas metering orifice. heating means for heating the exhaust gas metering orifice to deflect suspended particles in the sampling exhaust gas away from the surface of the exhaust gas metering orifice.

この様に加熱手段を設けて排気ガス計量オリフ
イスを加熱する様にしたので、このオリフイスは
その中を流れるサンプリング排気ガスに較べ高温
に維持され、オリフイス表面と排気ガス流との間
に温度差が生じる。本発明はこの温度差による粒
子の熱泳動現象を利用したもので、サンプリング
排気ガス中の浮遊粒子は排気ガス流中で高温のオ
リフイス表面からオリフイス中央のより低温の領
域に向つて偏向され、オリフイス表面に衝突する
こと無く通過するので、粒子の付着が防止され
る。
Since the heating means is provided to heat the exhaust gas metering orifice, the orifice is maintained at a higher temperature than the sampling exhaust gas flowing through it, and a temperature difference is created between the orifice surface and the exhaust gas flow. arise. The present invention utilizes the phenomenon of thermophoresis of particles caused by this temperature difference, and particles suspended in the sampling exhaust gas are deflected from the high-temperature orifice surface to the cooler area in the center of the orifice in the exhaust gas flow. Since it passes without colliding with the surface, adhesion of particles is prevented.

本発明の好ましい実施態様においては、オリフ
イス加熱手段は熱交換器から成り、この熱交換器
は排気ガス混合物の顕熱により排気ガス計量オリ
フイスを加熱する様に構成される。周知の様に酸
素センサは約650〜750℃の活性化温度範囲に維持
されている時に正常に機能するものであり、この
ため排気ガス混合物は温度が低い場合にはヒータ
により前記温度範囲まで加熱される。この実施態
様では、この高温の排気ガス混合物の顕熱を回収
利用して排気ガス計量オリフイスが加熱されるの
で、検出ユニツトの構造を簡素化することができ
る。
In a preferred embodiment of the invention, the orifice heating means comprises a heat exchanger, which heat exchanger is configured to heat the exhaust gas metering orifice with the sensible heat of the exhaust gas mixture. As is well known, oxygen sensors function normally when maintained at an activation temperature range of approximately 650-750°C, and for this reason the exhaust gas mixture must be heated to this temperature range by a heater when the temperature is low. be done. In this embodiment, the sensible heat of this hot exhaust gas mixture is recovered and used to heat the exhaust gas metering orifice, thereby simplifying the construction of the detection unit.

本発明の更に他の実施態様においては、ヒータ
と触媒コンバータとが収容された混合ガス通路と
混合手段とは1つの共通の金属ブロツク内に形成
してある。この構成によれば、ヒータの余熱は金
属ブロツクを介して排気ガス計量オリフイスに伝
達し、オリフイスを更に効果的に加熱する。
In a further embodiment of the invention, the mixed gas passages containing the heater and the catalytic converter and the mixing means are formed in one common metal block. According to this configuration, residual heat from the heater is transmitted to the exhaust gas metering orifice via the metal block, thereby heating the orifice more effectively.

〔実施例〕〔Example〕

第1図から第4図を参照して本発明の第1実施
例を説明する。空燃比測定装置は本発明の検出ユ
ニツト10とバツテリ12とヒータコントローラ
14と空燃比演算表示装置16と圧力計18で構
成される。検出ユニツト10は、排気系から排気
ガスをサンプリングし、サンプリング排気ガスに
所定割合で空気を混合し、混合ガスを完全酸化さ
せて未燃成分を完全燃焼させ、混合ガス中の残留
酸素濃度を検出することにより、燃焼用混合気の
空燃比に応じたアナログ信号を空燃比演算表示装
置16に出力する様に構成されている。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. The air-fuel ratio measuring device includes a detection unit 10, a battery 12, a heater controller 14, an air-fuel ratio calculation/display device 16, and a pressure gauge 18 according to the present invention. The detection unit 10 samples exhaust gas from the exhaust system, mixes air with the sampled exhaust gas at a predetermined ratio, completely oxidizes the mixed gas, completely burns unburned components, and detects the residual oxygen concentration in the mixed gas. By doing so, it is configured to output an analog signal corresponding to the air-fuel ratio of the combustion air-fuel mixture to the air-fuel ratio calculation display device 16.

検出ユニツト10は機関排気系のテールパイプ
20にクランプ22により固定されたハウジング
24を有し、このハウジング24内には断熱材詰
物26を介してステンレス製ブロツク28が保持
されている。ブロツク28内には、互いに平行な
排気ガス通路30および空気通路32、混合機構
34、ならびに混合ガス通路36が形成されてい
る。
The detection unit 10 has a housing 24 fixed to a tailpipe 20 of an engine exhaust system by a clamp 22, and a stainless steel block 28 is held within the housing 24 via a heat insulating pad 26. Within the block 28 are formed an exhaust gas passage 30 and an air passage 32, a mixing mechanism 34, and a mixed gas passage 36, which are parallel to each other.

排気ガス通路30および空気通路32は、
夫々、排気ガスサンプリング管40および空気取
入管42に接続されている。第1図から分る様
に、排気ガスサンプリング管40の上流端44は
テールパイプ20中に挿入してあり、テールパイ
プ内を流れる排気ガスの一部を採取する様になつ
ている。テールパイプ20内を流れる排気ガスの
動圧と静圧を相殺し、ほぼ大気圧の排気ガスをサ
ンプリング管40内に導入するため、サンプリン
グ管上流端44には動圧用ポート46と静圧用ポ
ート48が設けてある。
The exhaust gas passage 30 and the air passage 32 are
They are connected to an exhaust gas sampling pipe 40 and an air intake pipe 42, respectively. As can be seen in FIG. 1, the upstream end 44 of the exhaust gas sampling tube 40 is inserted into the tailpipe 20 and is adapted to sample a portion of the exhaust gas flowing within the tailpipe. In order to offset the dynamic pressure and static pressure of the exhaust gas flowing in the tail pipe 20 and introduce exhaust gas at approximately atmospheric pressure into the sampling pipe 40, a dynamic pressure port 46 and a static pressure port 48 are provided at the upstream end 44 of the sampling pipe. is provided.

空気取入管42の上流管50には大気に開口し
た空気取入ポート52が設けてある。空気取入管
42の中間部54はU字形に弯曲させてあり、テ
ールパイプ20内に延長している。この中間部5
4はテールパイプ20内を流れる排気ガスの熱に
より空気を予熱する予熱器として作用するもので
ある。
An upstream pipe 50 of the air intake pipe 42 is provided with an air intake port 52 that is open to the atmosphere. The middle section 54 of the air intake tube 42 is curved in a U-shape and extends into the tailpipe 20. This middle part 5
4 acts as a preheater that preheats the air using the heat of the exhaust gas flowing inside the tail pipe 20.

排気ガス通路30と空気通路32とは水平に延
長した複数の熱交換フイン56(第1図)を備え
た隔壁58を介して並置されているので、これら
の通路30,32を流れるサンプリング排気ガス
と空気は互いに熱交換し、両者の温度は均一化さ
れる。
Since the exhaust gas passage 30 and the air passage 32 are juxtaposed via a partition wall 58 having a plurality of horizontally extending heat exchange fins 56 (FIG. 1), the sampled exhaust gas flowing through these passages 30, 32 is The air and air exchange heat with each other, and their temperatures become equal.

混合機構34は排気ガス計量オリフイス60と
空気計量オリフイス62を有する。真空ポンプ6
4の様な吸引手段により混合ガス通路36に負圧
を作用させると、サンプリング排気ガスおよび空
気はそれぞれサンプリング管40および空気取入
管42内に吸込まれ、通路30,32を経てほぼ
大気圧でオリフイス60,62に到達し、オリフ
イスで計量されながら所定の流量で混合室66に
流入し混合される。混合ガスの一部はブロツク2
8の排出ポート68を経て真空ポンプ64により
排出され、一部は混合ガス通路36に沿つて流れ
る。
Mixing mechanism 34 includes an exhaust gas metering orifice 60 and an air metering orifice 62. vacuum pump 6
When a negative pressure is applied to the mixed gas passage 36 by a suction means such as 4, the sampling exhaust gas and air are sucked into the sampling pipe 40 and the air intake pipe 42, respectively, and pass through the passages 30, 32 to the orifice at approximately atmospheric pressure. 60, 62, and flows into the mixing chamber 66 at a predetermined flow rate while being metered by an orifice and is mixed. Part of the mixed gas goes to block 2
The mixed gas is discharged by the vacuum pump 64 through the discharge port 68 of 8, and a portion flows along the mixed gas passage 36.

混合ガス通路36内には、電熱ヒータ70、触
媒コンバータ72、熱電対74、および酸素セン
サ76が配置されている。熱電対74の出力はヒ
ータコントローラ14に入力される。このヒータ
コントローラ14は熱電対74で検出した混合ガ
スの温度に応じて電熱ヒータ70に通電し、混合
ガスの温度を酸素センサ76の活性化温度範囲に
制御する。触媒コンバータ72は多孔質セラミツ
クから成る担体に白金等の酸化触媒を担持させた
公知のもので、混合ガス中の未燃成分を完全燃焼
させるものである。酸素センサ76はジルコニア
素子から成る公知の型式のもので、混合ガス中の
残留酸素濃度に比例したアナログ信号を空燃比演
算表示装置16に出力する。周知の様に酸素セン
サ76はヒータコントローラ14により制御され
る電熱ヒータ(図示せず)を内蔵しており、熱電
対74により測定された混合ガス温度が酸素セン
サの活性化温度範囲より低い時にはヒータコント
ローラ14はこの内蔵ヒータに通電して酸素セン
サ76を加熱する。
An electric heater 70, a catalytic converter 72, a thermocouple 74, and an oxygen sensor 76 are arranged within the mixed gas passage 36. The output of the thermocouple 74 is input to the heater controller 14. The heater controller 14 energizes the electric heater 70 according to the temperature of the mixed gas detected by the thermocouple 74, and controls the temperature of the mixed gas within the activation temperature range of the oxygen sensor 76. The catalytic converter 72 is a known type in which an oxidation catalyst such as platinum is supported on a carrier made of porous ceramic, and is used to completely burn unburned components in the mixed gas. The oxygen sensor 76 is of a known type made of a zirconia element, and outputs an analog signal proportional to the residual oxygen concentration in the mixed gas to the air-fuel ratio calculation and display device 16. As is well known, the oxygen sensor 76 has a built-in electric heater (not shown) controlled by the heater controller 14, and when the mixed gas temperature measured by the thermocouple 74 is lower than the activation temperature range of the oxygen sensor, the heater is activated. The controller 14 energizes this built-in heater to heat the oxygen sensor 76.

第2図から第4図を参照するに、ブロツク28
には熱交換器78が設けてある。この熱交換器7
8は、オリフイス60,62および通路30,3
2を囲繞した熱交換壁80,82と、加熱用通路
84,86で構成される。加熱用通路84,86
の上流端はパイプ88,90により混合ガス通路
36の下流端に接続され、下流端はパイプ92,
94により排出管96に接続される。
Referring to FIGS. 2 to 4, block 28
A heat exchanger 78 is provided. This heat exchanger 7
8 indicates orifices 60, 62 and passages 30, 3
2, and heating passages 84, 86. Heating passages 84, 86
The upstream end of is connected to the downstream end of the mixed gas passage 36 by pipes 88, 90, and the downstream end is connected to the downstream end of the mixed gas passage 36 by pipes 88, 90.
94 connects to a discharge pipe 96.

排出管96内の絶対圧力は圧力形18により計
測され、その出力は空燃比演算表示装置16に入
力される。空燃比演算表示装置16はマイクロコ
ンピユータを含んで成り、酸素センサ76からの
アナログ信号と圧力計18からのアナログ信号を
2進数データに変換し、これらのデータに基いて
所定の計算式により空燃比を演算し表示する様に
プログラムされている。
The absolute pressure inside the exhaust pipe 96 is measured by the pressure gauge 18, and its output is input to the air-fuel ratio calculation/display device 16. The air-fuel ratio calculation/display device 16 includes a microcomputer, converts the analog signal from the oxygen sensor 76 and the analog signal from the pressure gauge 18 into binary data, and calculates the air-fuel ratio using a predetermined calculation formula based on these data. It is programmed to calculate and display.

この検出ユニツトおよび空燃比測定装置の作動
は次のとおりである。真空ポンプ64を作動させ
ると、排気ガスの一部はサンプリング管40によ
りサンプリングされ、新鮮な空気は空気取入管4
2から取入られる。この空気は予熱部54により
予熱される。空気とサンプリング排気ガスは通路
30,32内を流れながら隔壁58を介して熱交
換して温度が均一化されると共に、熱交換器78
の熱交換壁80,82を介して加熱用通路84,
86内の混合ガスにより加熱され、オリフイス6
0,62を通過して混合される。混合ガスはヒー
タ70により約650℃に加熱され、触媒コンバー
タ72により完全酸化処理され、酸素センサ76
に触する。酸素センサ76は混合ガス中の残留酸
素濃度に応じたアナログ信号を空燃比演算表示装
置16に出力する。空燃比演算表示装置16は酸
素濃度センサ76および圧力計18からの信号に
基いて所与の計算式に従い燃焼用混合気の空燃比
を演算し表示する。空燃比計算式としては前述の
特開昭59−211840号に記載された式を用いてもよ
いし、或いは他の式を用いてもよい。
The operation of this detection unit and air-fuel ratio measuring device is as follows. When the vacuum pump 64 is activated, a portion of the exhaust gas is sampled by the sampling tube 40 and fresh air is sampled by the air intake tube 4.
Incorporated from 2. This air is preheated by the preheating section 54. While the air and the sampling exhaust gas flow through the passages 30 and 32, they exchange heat through the partition wall 58 to equalize their temperature, and also pass through the heat exchanger 78.
Heating passage 84,
Heated by the mixed gas in 86, the orifice 6
0.62 and mixed. The mixed gas is heated to approximately 650°C by a heater 70, completely oxidized by a catalytic converter 72, and then sent to an oxygen sensor 76.
touch. The oxygen sensor 76 outputs an analog signal corresponding to the residual oxygen concentration in the mixed gas to the air-fuel ratio calculation and display device 16. The air-fuel ratio calculation and display device 16 calculates and displays the air-fuel ratio of the combustion air-fuel mixture according to a given calculation formula based on the signals from the oxygen concentration sensor 76 and the pressure gauge 18. As the air-fuel ratio calculation formula, the formula described in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 59-211840 may be used, or other formulas may be used.

酸素センサ76を通過した高温の混合ガスはパ
イプ88,90を介して熱交換器78の加熱用通
路84,86の上流端に導かれ、オリフイス6
0,62近傍の熱交換壁80,82に衝突し、こ
れらのオリフイスを強度に加熱し昇温させる。ま
た、ヒータ70の余熱はステンレス製ブロツク2
8を介して伝達してオリフイス60,62を更に
加熱する。計量オリフイス60,62が高温に加
熱される結果、サンプリング排気ガス流および添
加用空気流中の浮遊粒子、特にカーボン粒子はオ
リフイスを通過する流れの中心に向つて熱泳動効
果により半径方向内側に偏向せられる。従つて、
オリフイス表面への粒子の付着は効果的に阻止さ
れる。この様にして、計量オリフイス、特に排気
ガス計量オリフイス60の表面が清浄に維持され
その内径が一定に維持されるので、空燃比を正確
に計測することが可能となる。
The high-temperature mixed gas that has passed through the oxygen sensor 76 is guided to the upstream ends of the heating passages 84 and 86 of the heat exchanger 78 via pipes 88 and 90, and is passed through the orifice 6.
It collides with the heat exchange walls 80 and 82 near 0 and 62, intensely heating these orifices and raising their temperature. In addition, the residual heat of the heater 70 is removed by the stainless steel block 2.
8 to further heat the orifices 60, 62. As a result of the high heating of the metering orifices 60, 62, airborne particles, particularly carbon particles, in the sampling exhaust gas stream and the dosing air stream are deflected radially inward by thermophoretic effects toward the center of the flow through the orifices. be given Therefore,
Particle adhesion to the orifice surface is effectively prevented. In this way, the surface of the metering orifice, particularly the exhaust gas metering orifice 60, is kept clean and its inner diameter is kept constant, making it possible to accurately measure the air-fuel ratio.

混合ガスは計量オリフイス60,62を加熱し
た後、加熱用通路84,86内を流れながら熱交
換壁80,82を介して入来サンプリング排気ガ
スおよび入来空気を加熱し、パイプ92,94を
経て真空ポンプ64により排出される。
After heating the metering orifices 60, 62, the mixed gas flows through the heating passages 84, 86, heating the incoming sampling exhaust gas and incoming air through the heat exchange walls 80, 82, and passing through the pipes 92, 94. Afterwards, it is discharged by a vacuum pump 64.

第5図は検出ユニツトの他の実施例を示すもの
で、第1実施例と同様にステンレス製ブロツク1
28内には、排気ガスサンプリング管140に連
通した排気ガス通路130、混合機構の排気ガス
計量オリフイス160、混合ガス通路136が形
成されている。混合ガス通路136内にはヒータ
170、触媒コンバータ172、熱電対174、
酸素センサ176が配置されているが、この実施
例では触媒コンバータ172はヒータ170より
上流側に配置されている。燃焼用混合気の空燃比
が過濃で排気ガス中に多量の未燃成分が存在する
場合には、触媒コンバータ172が過度に発熱す
ることがあるが、この発熱エネルギはブロツク1
28を経由した熱伝達により消散するので、混合
ガスの温度が酸素センサ176の活性化上限温度
(約750℃)を越えることがない。従つて、ヒータ
コントローラによつてヒータ170および酸素セ
ンサ176の内蔵ヒータを制御すれば酸素センサ
の温度をより容易に活性化温度範囲に維持するこ
とができる。
FIG. 5 shows another embodiment of the detection unit, in which the stainless steel block 1 is similar to the first embodiment.
An exhaust gas passage 130 communicating with an exhaust gas sampling pipe 140, an exhaust gas metering orifice 160 of the mixing mechanism, and a mixed gas passage 136 are formed within the exhaust gas sampling tube 28. Inside the mixed gas passage 136 are a heater 170, a catalytic converter 172, a thermocouple 174,
Although an oxygen sensor 176 is disposed, in this embodiment, a catalytic converter 172 is disposed upstream of the heater 170. If the air-fuel ratio of the combustion mixture is too rich and a large amount of unburned components are present in the exhaust gas, the catalytic converter 172 may generate excessive heat, but this generated energy is transferred to the block 1.
Since the mixed gas is dissipated by heat transfer via 28, the temperature of the mixed gas does not exceed the activation upper limit temperature (approximately 750° C.) of the oxygen sensor 176. Therefore, if the heater 170 and the built-in heater of the oxygen sensor 176 are controlled by the heater controller, the temperature of the oxygen sensor can be more easily maintained within the activation temperature range.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明の検出ユニツトは浮遊粒子の熱泳動現象
を利用して粒子を排気ガス計量オリフイスから偏
向させる様な加熱手段を有するので、計量オリフ
イスへの粒子の付着を積極的に阻止することがで
き、空燃比の正確な測定を可能にする。
Since the detection unit of the present invention has a heating means that deflects particles from the exhaust gas metering orifice by utilizing the thermophoretic phenomenon of suspended particles, it is possible to actively prevent particles from adhering to the metering orifice. Enables accurate measurement of air-fuel ratio.

混合ガスの顕熱を回収利用する熱交換器により
計量オリフイスを加熱する様にした実施態様は、
構造が簡単であり、余計なエネルギ源を要しない
ので、自動車用エンジンに搭載するに適してい
る。
An embodiment in which the metering orifice is heated by a heat exchanger that recovers and utilizes the sensible heat of the mixed gas is as follows:
It has a simple structure and does not require an extra energy source, so it is suitable for being installed in an automobile engine.

検出ユニツトの構成要素を1つの共通の金属ブ
ロツク内に配置した実施態様にあつては、ヒータ
の余熱を利用して計量オリフイスを更に加熱でき
る効果がある。
An embodiment in which the components of the detection unit are arranged in one common metal block has the advantage that residual heat from the heater can be used to further heat the metering orifice.

また、ヒータより上流に触媒コンバータを配置
した場合には、酸素センサの温度制御が容易にな
る。
Furthermore, if the catalytic converter is placed upstream of the heater, temperature control of the oxygen sensor becomes easier.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の検出ユニツトを備えた空燃比
測定装置の模式図で、検出ユニツトは断面図とし
て、空燃比測定装置の他の構成要素はブロツク図
として示してあり、第2図は検出ユニツトの上面
図、第3図は第2図の−矢視断面図、第4図
は第2図の−矢視断面図、第5図は検出ユニ
ツトの第2実施例を示す。 10……検出ユニツト、16……空燃比演算表
示装置、20……テールパイプ、28……金属ブ
ロツク、34……混合機構、36……混合ガス通
路、40……排気ガスサンプリング管、42……
空気取入管、60……排気ガス計量オリフイス、
62……空気計量オリフイス、64……真空ポン
プ、70……ヒータ、72……触媒コンバータ、
76……酸素センサ、78……熱交換器、80,
82……熱交換壁。
FIG. 1 is a schematic diagram of an air-fuel ratio measuring device equipped with a detection unit of the present invention. The detection unit is shown as a sectional view, other components of the air-fuel ratio measuring device are shown as a block diagram, and FIG. A top view of the unit, FIG. 3 is a sectional view taken along the - arrow in FIG. 2, FIG. 4 is a sectional view taken along the - arrow in FIG. 2, and FIG. 5 shows a second embodiment of the detection unit. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10...Detection unit, 16...Air-fuel ratio calculation display device, 20...Tail pipe, 28...Metal block, 34...Mixing mechanism, 36...Mixed gas passage, 40...Exhaust gas sampling pipe, 42... …
Air intake pipe, 60...exhaust gas metering orifice,
62...Air metering orifice, 64...Vacuum pump, 70...Heater, 72...Catalytic converter,
76...Oxygen sensor, 78...Heat exchanger, 80,
82...Heat exchange wall.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 内燃機関の燃焼用混合物の空燃比を測定する
ための空燃比測定装置において燃焼用混合物の空
燃比に応じたアナログ信号を出力するために使用
される検出ユニツトであつて、 (イ) 一端が機関排気系内に配置され排気系内の排
気ガスを連続的にサンプリングする様になつた
排気ガスサンプリング管と、 (ロ) 一端が外気に開口した空気取入管と、 (ハ) 前記排気ガスサンプリング管に連通した排気
ガス計量オリフイスと空気取入管に連通した空
気計量オリフイスとを有し、排気ガスサンプリ
ング管からのサンプリング排気ガスと空気取入
管からの空気とを所定割合で混合することによ
り酸素の添加された排気ガス混合物を形成する
混合手段と、 (ニ) 前記混合手段の下流に接続された混合ガス通
路と、 (ホ) 排気ガス混合物中の未燃成分を完全燃焼させ
るべく前記通路内に配置された触媒コンバータ
と、 (ヘ) 前記触媒コンバータの下流において前記通路
内の排気ガス混合物に接触し、排気ガス混合物
中の残留酸素を検出して残留酸素濃度に比例し
たアナログ信号を出力する酸素センサと、 (ト) 前記酸素センサの上流において前記通路内に
配置され、排気ガス混合物を所定温度に加熱す
るヒータと、 (チ) 排気ガスおよび空気を夫々の計量オリフイス
を通過させて混合しかつ酸素センサを経て排気
ガス混合物を通過させるべく前記通路内の排気
ガス混合物を吸引する吸引手段と、 (リ) サンプリング排気ガスが排気ガス計量オリフ
イスを通過する時にサンプリング排気ガス中の
浮遊粒子が排気ガス計量オリフイスの表面から
離反偏向するべく排気ガス計量オリフイスを加
熱するための加熱手段、とを備えてなる検出ユ
ニツト。 2 前記加熱手段の前記ヒータおよび触媒コンバ
ータを通過した後の排気ガス混合物の顕熱により
排気ガス計量オリフイスを加熱する様になつた熱
交換器から成る特許請求の範囲第1項記載の検出
ユニツト。 3 前記排気ガス計量オリフイスと空気計量オリ
フイスは互いに隣接して並置してあり、前記熱交
換器は両オリフイスを囲繞した熱交換壁を有する
特許請求の範囲第2項記載の検出ユニツト。 4 前記ヒータと触媒コンバータとを収容した前
記通路および前記混合手段は1つの共通の金属ブ
ロツク内に形成してあり、該金属ブロツクを介し
て伝達するヒータの余熱により排気ガス計量オリ
フイスが更に加熱される様になつている特許請求
の範囲第3項記載の検出ユニツト。 5 前記触媒コンバータはヒータより上流に配置
されている特許請求の範囲第4項記載の検出ユニ
ツト。 6 前記金属ブロツク内には、排気ガスサンプリ
ング管と排気ガス計量オリフイスを結ぶ排気ガス
通路と、空気取入管と空気計量オリフイスとを結
ぶ空気通路が互いに平行に互いに隣接して形成し
てあり、前記熱交換器の熱交換壁は前記排気ガス
通路および空気通路を囲繞していて、そこを流れ
るサンプリング排気ガスおよび空気を加熱する様
になつている特許請求の範囲第4項記載の検出ユ
ニツト。
[Scope of Claims] 1. A detection unit used for outputting an analog signal according to the air-fuel ratio of the combustion mixture in an air-fuel ratio measuring device for measuring the air-fuel ratio of the combustion mixture of an internal combustion engine, , (a) an exhaust gas sampling pipe whose one end is placed in the engine exhaust system to continuously sample the exhaust gas in the exhaust system; (b) an air intake pipe whose one end is open to the outside air; c) It has an exhaust gas measuring orifice communicating with the exhaust gas sampling pipe and an air measuring orifice communicating with the air intake pipe, and the sampling exhaust gas from the exhaust gas sampling pipe and the air from the air intake pipe are mixed at a predetermined ratio. a mixing means for forming an oxygen-added exhaust gas mixture by mixing; (d) a mixed gas passage connected downstream of the mixing means; and (e) completely combusting unburned components in the exhaust gas mixture. (f) contacting the exhaust gas mixture in the passageway downstream of the catalytic converter to detect residual oxygen in the exhaust gas mixture and detecting a residual oxygen concentration proportional to the residual oxygen concentration; an oxygen sensor that outputs an analog signal; (g) a heater disposed in the passageway upstream of the oxygen sensor to heat the exhaust gas mixture to a predetermined temperature; suction means for suctioning the exhaust gas mixture in said passageway to mix and pass the exhaust gas mixture through the oxygen sensor; heating means for heating the exhaust gas metering orifice to deflect suspended particles of the exhaust gas metering orifice away from the surface of the exhaust gas metering orifice. 2. A detection unit as claimed in claim 1, comprising a heat exchanger adapted to heat an exhaust gas metering orifice with the sensible heat of the exhaust gas mixture after it has passed through the heater of the heating means and the catalytic converter. 3. The detection unit according to claim 2, wherein the exhaust gas metering orifice and the air metering orifice are juxtaposed adjacent to each other, and the heat exchanger has a heat exchange wall surrounding both orifices. 4. The passage housing the heater and the catalytic converter and the mixing means are formed in one common metal block, and the exhaust gas metering orifice is further heated by the residual heat of the heater transmitted through the metal block. 3. A detection unit according to claim 3, wherein the detection unit is adapted to: 5. The detection unit according to claim 4, wherein the catalytic converter is located upstream of the heater. 6. In the metal block, an exhaust gas passage connecting the exhaust gas sampling pipe and the exhaust gas metering orifice and an air passage connecting the air intake pipe and the air metering orifice are formed parallel to each other and adjacent to each other; 5. The detection unit of claim 4, wherein a heat exchange wall of a heat exchanger surrounds the exhaust gas passage and the air passage and is adapted to heat the sampled exhaust gas and air flowing therethrough.
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