【発明の詳細な説明】空間における酸化可能物質検出のための方法と装置
本発明は、後述のクレーム１に記載の酸化可能物質の検出方法に関する。
本発明は、また、後述のクレーム５に記載の酸化可能物質の検出装置に関する
。
GB-A-2 185 579から、ペリスター（pellistor）を含有する計測ブリッジを用
いて可燃性気体状の炭化水素を検出することは公知である。ペリスターは、温度
依存性抵抗を有する、特殊な種類の抵抗器であり、これについては後ほど詳述す
る。ペリスターの設計は、たとえば、GB 2 044 937に詳細に記載されている。
ペリスターが用いられる従来公知の解決法は、共通して、鉱山や船などでの炭
化水素など、特定の物質のパーセンテージやppm比などの直接に読み取り可能な
計測数値を示そうとせずに、爆発の危険のため特定の有害物質の存在を検出する
ことが必要な領域で用いられてきた。
本発明の目的は、新たな適応分野に適応し得る方法と装置を得ることである。
この目的は、本発明の方法および装置によって達成され、その方法および装置の
特徴は、それぞれ後述のクレーム１および５により明白であろう。
以下に、本発明を、好適な実施態様により、添付の図面に基づいて詳述するが
、その図面において、
図１は、ペリスターの形状の排気ガスセンサの一例を概略的に示したものであ
り、
図２は、本発明による検出装置の一例を概略的に示したものであり、
図３は、触媒コンバータの分析システムを概略的に示したものであり、
図４は、別の実施態様による排気ガスセンサを示したものであり、
図５は、図４の排気ガスセンサの側面図である。
ペリスター型の排気ガスセンサは従来から公知であるが、本明細書では、それ
らセンサが利点のある実施態様において説明されている。ペリスターという名前
は、「ペレット形抵抗器（pellet-shaped resistor）」に由来する。従って、ペ
リスターは、直径の小さな、たとえば直径50μｍの、プラチナ線２の形状をした
電気的抵抗素子であり、酸化アルミニウムに浸けられて、たとえばパラジウム、
プラチナ、ニッケルまたはロジウムに基づく触媒の形態をとるスリーブ３に挿入
される。プラチナ線の末端部４、５は、スリーブからつきだして、計測装置の他
の構成要素への、ペリスターの２つの接続点となっている。高度な応答性を得る
ために、面積と体積との最大比率が求められてきた。本発明の場合には、スリー
ブ３を薄膜で構成し、周囲にスリーブを有する抵抗線を、まっすぐな、あるいは
たとえばＵ字形に屈曲させたシリンダー状に形成することによって、高い応答性
が得られる。Ｕ字形
のスリーブを用いる場合には、その一方の側は大気に露出され、もう一方の側は
計測する気体に露出される。
ペリスターは、温度依然性の抵抗を有する一種の抵抗器であり、また、ペリス
ターに電圧を印加すると、比較的高い温度の、たとえば500〜600℃の熱を発する
。触媒スリーブ３の表面に接触した酸化可能物質の発火点に達すると、その物質
は表面上で発火する。そして、進行している反応の熱のために、ペリスターの温
度はさらに上昇し、プラチナ線２の抵抗が高くなるが、この上昇は電流または電
圧を計測することによって観察できる。
図２から明らかなように、本発明の検出装置は計測ブリッジとして設計されて
おり、これは、図示した例では、上記のペリスターの形状の第一排気ガスセンサ
が接続された第一分岐を有するホイートストンブリッジである。以下、これを活
性ペリスターＤと呼ぶ。第二ブリッジでは、第二ペリスターＲの形状の第二排気
ガスセンサが接続されており、第二ペリスターＲは上記の触媒スリーブを有して
おらず、従って、温度、圧力、流量、湿度などの特定の環境因子を補正するため
の非活性参照ペリスターとなっている。排気ガスセンサＲ、Ｄの抵抗素子は、必
ずしもペレット形でなくてもよく、その他の幾何学的形状をとってもよいという
ことに留意されたい。
ブリッジのその他の２つの分岐では、比較的低い抵抗値、図示した例では270o
hmの抵抗を有する２つの別個の抵抗器６、７が接続されている。参照ペリスター
１に並列に抵抗器８が
接続されており、この抵抗器８の大きさはペリスターの組み合わせごとに特定の
ものである。ペリスターＤ、Ｒの二つの接続点９、10は、共通のものではなく、
これらの接続点を介して電圧計測のための電圧電源11が接続されている。これに
並列に電位差計12が接続されており、電位差計12の可動端子13が固定抵抗器６、
７の共通の接続点14に接続されている。この接続点14とペリスターの共通接続点
15とを介して、電圧計測装置16が接続されており、この電圧計測装置16は、たと
えば10の規模でホイートストンブリッジからの電圧信号を増幅するための信号増
幅器などにより構成される。
ブリッジが平衡状態にある場合には、すなわち、ペリスターの抵抗値が、抵抗
器８によって補正される相互偏差と互いに等しい場合には、接続点14と15との間
には電圧差は生じない。構成要素の公差、つまりブリッジにおける非平衡も電位
差計12によって補正されて、電圧計測装置16のゼロ値は、酸化可能物質が存在し
ない環境下において調整され得る。
電圧電源11が接続されてセンサペリスターのスリーブ３の温度が酸化可能物質
がその表面で発火するだけの値に上昇するのと同時に、検出装置、特に２つのペ
リスターが酸化可能物質と同じ空間にある場合には、センサペリスターの抵抗が
上昇する。このため、計測ブリッジは非平衡となり、接続点14と15との間で電圧
が上昇し、これを、計測値として電圧計測装置16から直接読み取ることができる
か、または、信号処理の後、酸化可能物質の存在と、併せてその含有量とを表示
することができる。
本発明によると、検出装置は、燃焼エンジンの稼動状況を計測することを特に
意図している。このような検出の一例として、燃料の燃焼の検出が挙げられるが
、これは、実験室での検査にも、稼動の継続的管理にも用い得る。後者の場合に
は、最適な燃焼状態が得られるように、たとえば燃料注入や発火のタイミングを
制御するような、燃焼状態に影響を及ぼすパラメーターを調整するための自動制
御システムに検出装置を含めることができる。このためには、検出装置は、少な
くとも一組のペリスター、つまり活性ペリスターと参照ペリスターとを、燃焼室
の出口、または燃焼室の直後、または排気システム内の少し離れた場所に備えて
いる。
検出装置は、また、燃焼エンジンの排気口にある触媒コンバーターの機能を検
出することもできる。このためには、排気ガスを分析する目的で、より正確には
未燃焼の酸化可能物質の存在と含有量を分析する目的で、あるいは、触媒コンバ
ーターの変換率、つまり触媒コンバーターの効率係数を決定するために、検出装
置は触媒コンバーターの後に設置してもよい。後者の場合には、二組のペリスタ
ーを有する二重システムを用いて、一組を触媒コンバーターの前に、もう一組を
触媒コンバーターの後に設置する。二重の計測ブリッジを用いることによって、
２つの出力信号が得られ、これらの信号を信号処理システムで比較し処理する。
しかし、安定したエンジンでは、効率係数の検出のために触媒コンバーターの後
に一組のペリスターを設置するだけで十分である。
図３は、触媒コンバーター17の分析システムを概略的に示したものであり、触
媒コンバーター17は、第一の活性ペリスターＤと第二のペリスターＲとを含有す
る排気ガスセンサ18を有している（図２も参照のこと）。排気ガスセンサ18は、
触媒コンバーター17の上流側に設置され、上述の計測ブリッジの一部となってい
る。
計測ブリッジは、コンピュータによる制御ユニット19に接続された電圧計測装
置16を有しており、この制御ユニット19は、電圧計測装置16によって計測された
計測ブリッジの電圧値を記憶するのに用いられる。さらに、（上述したものと同
様に２つのペリスターを有する）第二組のペリスターの形状をとる、もう１つの
排気ガスセンサ20が触媒コンバーター17の下流側に設けられている。第二の排気
ガスセンサ20は、第二の電圧計測装置21を介して制御ユニット19に接続されてい
る。
電圧計測装置16と21とで計測された、排気ガスセンサ18、20がその一部を形成
する２つの計測ブリッジそれぞれにおける電圧非平衡の値は、制御ユニット19に
送られる。その後、制御ユニット19において、計測された電圧値は、排気ガスに
おけるCOおよびHC成分の濃度の単位に変換される。この変換は、COおよびHC成分
が排気ガスセンサ18、20の触媒表面で酸素と反応するという事実に基づいて行わ
れる。この反応により熱が生じて、その触媒表面の温度を上昇させる。十分な量
の酸素
が存在すれば、可燃物質の濃度が高いほど、大きな熱が生じる。温度の上昇によ
って計測装置の抵抗が上昇し、その結果、電圧計測装置16と21のそれぞれで電圧
差が計測される。
実際には、公知の気体混合物について電圧を計測し、その後で、この温度上昇
とCOおよびHC成分の濃度との関係が計算される。この関係は、非常に広い温度範
囲で実質的に直線的であることが証明されており、そのため、特定の排気ガス混
合物におけるCOおよびHC成分の濃度を決定するのに用い得る。
触媒コンバーター17の効率、というよりむしろ効率係数は、η＝（１−Ｘafte r
／Ｘbefore）という関係により決定し得、ここで、Ｘafterは触媒コンバーター
17の下流における排気ガスのCOおよびHC成分の濃度（単位g/s）であり、Ｘbefor e
は触媒コンバーター17の上流におけるCOおよびHC成分の濃度である。そして、
効率係数ηの値は、触媒コンバーターが稼動していないのか、あるいは、排気ガ
スを精製する能力が低下しているのかを示すために用いられる。一方、何らかの
理由で車の排出物質が多すぎる時には、触媒コンバーター17が故障していないこ
とがわかるということも重要である。
もう１つの実施態様では、（一組だけのペリスターの形状での）１つだけの排
気ガスセンサ20を触媒コンバーター17の下流に設けて用い得る。触媒17の効率係
数を決定するためには、触媒コンバーター17の前後の排気物質を知る必要がある
。１つだけの排気ガスセンサ20を用いて、計測値と正常なエンジンからの排気物
質に相当する記憶値とを比較することによ
って、排気物質とさらにそれにより触媒の効率係数とを、一定の稼動状況（つま
り、負荷とエンジンスピードとの関係）について決定することができる。
さらに、COおよびHC成分の値は、上記のように計算されるわけであるが、触媒
コンバーターの後の排気物質を減少させるために、帰還ループで用いることもで
きる。このためには、排気ガスセンサから送られた計測値を用いて、たとえば、
注入する燃料の量を増減したり、発火点を調整したり、EGR（排気ガス再循環）
の量を変えたりできる。
電圧計測装置16と21によって計測された値は、また、排気ガスの温度値を決定
するためにも用い得る。排気ガス温度値は、排気ガスセンサの一方の抵抗素子の
抵抗に由来する。排気ガス温度値は、排気システム（特に触媒コンバーター）が
オーバーヒートするのを防ぐために用いられる。排気ガス温度を計測することに
よって、燃料の送達および発火を制御して、温度が高くなりすぎるという危険を
おかすことなく、可能な限りの限界に近い温度を得ることができる。これによっ
て、（特定の走行状況においては）燃料消費を減少させることができる。さらに
、排気ガス温度は、触媒コンバーターの効率を補助的に制御するためにも用い得
る。最後に、排気ガス温度は、特定の触媒コンバーターのlight-off温度を決め
るのにも用い得る。
さらに別の実施態様においては、どの時点で触媒コンバータが発火するか（い
わゆるlight-off時間）を検出するための
開始行程の間に、排気ガスセンサからの信号を分析し得る。
排気ガスの検出の他に、検出装置を用いて、燃料タンク内の燃料の蒸気圧を直
接に検出および分析することもでき、この場合、一組のペリスターがタンク内の
液体燃料の液面上の炭化水素の量を検出する。タンク内の気相の燃料は、「正常
な」温度では可燃物質を過剰に有しているという事実によって、タンク内の酸素
量が実際に検出される。これから蒸気圧を計算することができる。好ましくは、
コールドスタートの前に計測は行われるが、安定状態が始まる、つまり大気との
接触によりタンク内に安定状態が得られるウォームスタートでの計測も可能であ
る。安定状態では、参照値と補正要因を得るために、外部温度も計測する。
検出装置のペリスターの組を燃焼エンジンの排気ガス出口に設置する場合には
、燃焼熱を分析することによって、装置を不適当な発火を検出するのに用いるこ
ともできる。さらに、検出装置の出力信号を検討することによって、過渡排気物
質を特徴づけることもできる。このためには、エンジンスピードを変えて、特に
加速時と減速時に、排気物質内の未燃焼物質を分析し得る。
良好な相関関係を得るためには、また、排気ガス流が濃厚すぎる混合物を含ん
でいないことが望ましいが、これは燃料／大気混合物が濃厚すぎるために起こる
。濃厚な混合物を含む場合に適応する時には、混合物を少なくするために大気を
加えたバイパス流れ中にペリスターを設けてもよい。あるい
は、一方の側が大気に接し、他方の側が分析する気体環境に接しているセラミッ
クキャリア（イオンポンプ）に電圧を印加してもよい。図４に、排気ガスに酸素
を送達する排気ガスセンサ22の例を示す。排気ガスセンサ22は、イオン伝導セラ
ミック物質、好ましくはZrO2からなる、実質的に箱形のセンサ本体23を含有して
いる。センサ本体23のカバー24上に、第一の活性電極25が設けられ、この電極は
好ましくはプラチナコンダクターパターンからなる。センサ22は、また、参照電
極26をも含有し、この電極は同様に導電性プラチナパターンからなる。電極25お
よび26は、それぞれ、上記で図２について述べたペリスター組ＤおよびＲに対応
している。
図５によると、センサ22は、カバー24の下側に設けられ、酸素の電離が可能な
金属、たとえばニッケルまたはプラチナからなる第三の電極27も含有している。
第三の電極27は、周囲の大気に接触するように設けられる。排気ガス側にある第
一の活性電極25から第三の電極27に電流が流れる。このようにして、周囲の大気
から、第一の活性電極25へと酸素イオンが輸送される。ここで、酸素は過剰な炭
化水素および一酸化炭素と反応する。このようにして、「濃厚な」排気ガス、つ
まり、酸素不足の排気ガスでも、排気ガスセンサから適切な計測信号が得られる
。酸素を添加することによって、排気ガスセンサ22の示す数値は、排気ガスの酸
素含有量とは独立したものになる。この工程を簡略化するために、第一および第
二電極25、26に対して負の電位（約数ボルト）を第三の電極に
与えるための手段28を、好ましくは排気ガスセンサに接続して設ける。
排気ガスセンサ22は、必ずしもバイパス路に設ける必要はなく、排気ガス出口
そのものに接して設けることもできることに留意されたい。
実際の試行によって、添加する酸素の量は比較的大きな間隔で変化させ得るこ
とがわかった。従って、酸素過剰の量を正確に制御する必要はなく、重要なのは
十分に過剰な酸素が存在することである。
過剰な酸素は、酸素のみ、もしくは大気などの酸素含有気体を添加することに
よって得られることに留意されたい。
別の実験によって、検出装置の示す数値は、広い測定分野において、よく比例
していることが立証されており、これは炭化水素の濃度の測定によって観測され
た。一酸化炭素を計測した際にも、良好な相関関係が観測されている。
燃焼エンジンの排気システムにおける未燃焼残留物は、複数の物質によって形
成され得る。本発明の検出装置を用いて、センサペリスターに異なる作動電圧を
与えて、様々な温度を抵抗で作り出すことによって、様々な発火温度の物質を選
択することができる。これは、異なる作動電圧を有する２つの検出装置を設けた
り、異なるモードで、または異なる時間間隔を得るために別個の電圧レベルで間
隔をおいて１つの検出装置を操作し、同様に信号処理においても時間的に分割し
て分析を行ったりすることによって解決し得るものである。
本発明は、上記および図面で説明した実施態様に限定されるものではなく、後
述のクレームの範囲で改変可能である。たとえば、計測ブリッジは別の回路構成
で設計することもできる。理想的な構成要素として、たとえば、固定抵抗器８お
よび電位差計12は省略し得る。さらに、電圧および抵抗値も変更可能である。The present invention relates to a method for detecting oxidizable substances as described in claim 1 below. The present invention also relates to a device for detecting an oxidizable substance described in claim 5 below. From GB-A-2 185 579 it is known to detect flammable gaseous hydrocarbons with a measuring bridge containing a pellistor. A perister is a special type of resistor with a temperature dependent resistance, which will be described in more detail later. The design of the perister is described in detail in GB 2 044 937, for example. Previously known solutions that use peristals commonly have an explosion without attempting to provide directly readable measurements such as the percentage or ppm ratio of certain substances, such as hydrocarbons in mines and ships. It has been used in areas where it is necessary to detect the presence of certain hazardous substances due to the danger of. The object of the invention is to obtain a method and a device which can be adapted to new fields of adaptation. This object is achieved by the method and device of the present invention, the features of which are set out in claims 1 and 5 respectively below. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings by a preferred embodiment, in which FIG. 1 schematically shows an example of an exhaust gas sensor in the shape of a perister, 2 schematically shows an example of the detection device according to the present invention, FIG. 3 schematically shows an analysis system of a catalytic converter, and FIG. 4 shows exhaust gas according to another embodiment. FIG. 5 shows a gas sensor, and FIG. 5 is a side view of the exhaust gas sensor of FIG. 4. Although exhaust gas sensors of the perister type are known in the art, they are described here in an advantageous embodiment. The name perister comes from a "pellet-shaped resistor". The perister is therefore a small diameter, eg 50 μm diameter, electrical resistance element in the form of a platinum wire 2, immersed in aluminum oxide and in the form of a catalyst, eg based on palladium, platinum, nickel or rhodium. It is inserted into the sleeve 3. The platinum wire ends 4, 5 project from the sleeve and are the two points of connection of the perister to the other components of the measuring device. The maximum ratio of area to volume has been sought in order to obtain a high degree of responsiveness. In the case of the present invention, high responsiveness is obtained by forming the sleeve 3 with a thin film and forming the resistance wire having the sleeve around it in the shape of a cylinder that is straight or bent into, for example, a U shape. When using a U-shaped sleeve, one side is exposed to the atmosphere and the other side is exposed to the gas to be measured. A perister is a kind of resistor having a temperature-dependent resistance, and when a voltage is applied to the perister, it emits heat at a relatively high temperature, for example, 500 to 600 ° C. When the ignition point of the oxidizable material that contacts the surface of the catalytic sleeve 3 is reached, the material ignites on the surface. Then, due to the heat of the ongoing reaction, the temperature of the perister further rises and the resistance of the platinum wire 2 increases, which rise can be observed by measuring the current or voltage. As is apparent from FIG. 2, the detection device according to the invention is designed as a measuring bridge, which in the example shown has a Wheatstone with a first branch to which the first exhaust gas sensor in the form of the perister described above is connected. It is a bridge. Hereinafter, this is referred to as an active perister D. In the second bridge, a second exhaust gas sensor in the form of a second perister R is connected, and the second perister R does not have the catalyst sleeve described above, and therefore it is possible to determine the temperature, pressure, flow rate, humidity, etc. Has become an inactive reference perister to correct for environmental factors. It should be noted that the resistance elements of the exhaust gas sensors R, D do not necessarily have to be pellet-shaped and may have other geometric shapes. In the other two branches of the bridge, two separate resistors 6, 7 with a relatively low resistance value, in the example shown, of 270 ohm, are connected. A resistor 8 is connected in parallel to the reference perister 1, and the size of the resistor 8 is specific to each combination of peristers. The two connection points 9 and 10 of the peristers D and R are not common, and the voltage power supply 11 for voltage measurement is connected via these connection points. A potentiometer 12 is connected in parallel to this, and a movable terminal 13 of the potentiometer 12 is connected to a common connection point 14 of the fixed resistors 6 and 7. A voltage measuring device 16 is connected via this connection point 14 and a common connection point 15 of the perister, and this voltage measuring device 16 is a signal for amplifying the voltage signal from the Wheatstone bridge, for example, on the scale of 10. It is composed of an amplifier. If the bridge is in equilibrium, that is to say if the resistance of the perister is equal to the mutual deviation compensated by the resistor 8, there will be no voltage difference between the connection points 14 and 15. Component tolerances, i.e. non-equilibrium in the bridge, are also corrected by the potentiometer 12 so that the zero value of the voltage measuring device 16 can be adjusted in the absence of oxidizable substances. At the same time that the voltage source 11 is connected and the temperature of the sleeve 3 of the sensor perister rises to a value sufficient to ignite the oxidizable substance on its surface, at the same time the detection device, in particular the two peristers, is placed in the same space as the oxidizable substance. In some cases, the resistance of the sensor perister increases. This causes the measurement bridge to become unbalanced and a voltage rise between the connection points 14 and 15 which can be read directly as a measurement value from the voltage measuring device 16 or, after signal processing, oxidation. The presence of possible substances and their content can be displayed together. According to the invention, the detection device is especially intended for measuring the operating status of a combustion engine. An example of such detection is the detection of combustion of fuel, which can be used for laboratory inspection as well as for ongoing management of operation. In the latter case, include the detector in an automatic control system for adjusting parameters affecting combustion conditions, such as controlling the timing of fuel injection and ignition so that optimum combustion conditions are obtained. You can To this end, the detection device comprises at least one set of peristers, an active perister and a reference perister, at the exit of the combustion chamber, immediately after the combustion chamber or at some distance in the exhaust system. The detection device can also detect the function of the catalytic converter at the exhaust of the combustion engine. To this end, for the purpose of analyzing the exhaust gas, more precisely for the presence and content of unburned oxidizable substances, or for determining the conversion rate of the catalytic converter, that is, the efficiency factor of the catalytic converter. To do this, the detection device may be installed after the catalytic converter. In the latter case, a dual system with two sets of peristers is used, one set before the catalytic converter and the other after the catalytic converter. By using a dual instrument bridge, two output signals are obtained and these signals are compared and processed by a signal processing system. However, for a stable engine it is sufficient to install a set of peristers after the catalytic converter for the detection of the efficiency factor. FIG. 3 schematically shows an analysis system of the catalytic converter 17, which has an exhaust gas sensor 18 containing a first active perister D and a second perister R ( See also Figure 2.) The exhaust gas sensor 18 is installed on the upstream side of the catalytic converter 17 and is part of the above-mentioned measurement bridge. The measuring bridge has a voltage measuring device 16 connected to a control unit 19 by means of a computer, which control unit 19 is used to store the voltage value of the measuring bridge measured by the voltage measuring device 16. Furthermore, another exhaust gas sensor 20 is provided downstream of the catalytic converter 17 in the form of a second set of peristers (with two peristers similar to those described above). The second exhaust gas sensor 20 is connected to the control unit 19 via the second voltage measuring device 21. The value of the voltage imbalance in each of the two measuring bridges of which the exhaust gas sensors 18, 20 form part, measured by the voltage measuring devices 16 and 21, is sent to the control unit 19. Then, in the control unit 19, the measured voltage value is converted into a unit of concentration of CO and HC components in the exhaust gas. This conversion is based on the fact that CO and HC components react with oxygen at the catalytic surface of the exhaust gas sensors 18,20. This reaction produces heat that raises the temperature of the catalyst surface. The higher the concentration of combustible material, the more heat will be generated, provided there is a sufficient amount of oxygen. The increase in temperature increases the resistance of the measuring device, and as a result, the voltage difference is measured by each of the voltage measuring devices 16 and 21. In practice, the voltage is measured for a known gas mixture, after which the relationship between this temperature rise and the concentration of CO and HC components is calculated. This relationship has proven to be substantially linear over a very wide temperature range and can therefore be used to determine the concentration of CO and HC components in a particular exhaust gas mixture. Efficiency factor rather than efficiency, and the catalytic converter 17 may determine the relation η = (1-X afte r / X before), wherein, X after the CO and HC in the exhaust gas downstream of the catalytic converter 17 the concentration of component (unit g / s), X befor e is the concentration of CO and HC components in the upstream of the catalytic converter 17. The value of the efficiency coefficient η is used to indicate whether the catalytic converter is not operating or whether the ability to purify the exhaust gas is reduced. On the other hand, it is also important to know that the catalytic converter 17 has not failed if, for some reason, the vehicle emits too much. In another embodiment, only one exhaust gas sensor 20 (in the form of only one set of peristers) may be provided downstream of the catalytic converter 17. In order to determine the efficiency coefficient of the catalyst 17, it is necessary to know the exhaust substances before and after the catalytic converter 17. By using only one exhaust gas sensor 20 and comparing the measured value with the stored value corresponding to the exhaust gas from a normal engine, the exhaust gas and thus the catalyst efficiency coefficient are kept constant. (Ie, the relationship between load and engine speed) can be determined. Further, the CO and HC component values, which are calculated as described above, can also be used in a feedback loop to reduce exhaust emissions after the catalytic converter. For this purpose, the measured value sent from the exhaust gas sensor can be used, for example, to increase or decrease the amount of injected fuel, adjust the ignition point, or change the amount of EGR (exhaust gas recirculation). The values measured by the voltage measuring devices 16 and 21 can also be used to determine the temperature value of the exhaust gas. The exhaust gas temperature value is derived from the resistance of one resistance element of the exhaust gas sensor. The exhaust gas temperature value is used to prevent overheating of the exhaust system, especially the catalytic converter. By measuring the exhaust gas temperature, the delivery and ignition of the fuel can be controlled to obtain a temperature as close to the limit as possible without risking the temperature becoming too high. This makes it possible to reduce the fuel consumption (in certain driving situations). In addition, the exhaust gas temperature can also be used to supplementarily control the efficiency of the catalytic converter. Finally, the exhaust gas temperature can also be used to determine the light-off temperature of a particular catalytic converter. In yet another embodiment, the signal from the exhaust gas sensor may be analyzed during a starting stroke to detect when the catalytic converter fires (so-called light-off time). In addition to exhaust gas detection, a detection device can also be used to directly detect and analyze the vapor pressure of the fuel in the fuel tank, in which case a set of peristers will be above the liquid fuel level in the tank. To detect the amount of hydrocarbons in. The amount of oxygen in the tank is actually detected by the fact that the gas phase fuel in the tank has an excess of combustibles at "normal" temperatures. From this the vapor pressure can be calculated. Preferably, the measurement is carried out before the cold start, but it is also possible to carry out the measurement at a warm start, in which a stable state begins, that is, a stable state is obtained in the tank by contact with the atmosphere. In the steady state, the external temperature is also measured to obtain the reference value and the correction factor. If the set of detector peristers is installed at the exhaust gas outlet of a combustion engine, the device can also be used to detect improper ignition by analyzing the heat of combustion. In addition, transient exhaust emissions can be characterized by examining the output signal of the detector. To this end, the engine speed may be varied to analyze unburned material in the exhaust gas, especially during acceleration and deceleration. For good correlation, it is also desirable that the exhaust gas stream does not contain too rich a mixture, which occurs because the fuel / atmosphere mixture is too rich. When adapting to the case of containing a rich mixture, a peristal may be provided in the bypass stream with atmospheric addition to reduce the mixture. Alternatively, the voltage may be applied to a ceramic carrier (ion pump), one side of which is in contact with the atmosphere and the other side is in contact with the gaseous environment to be analyzed. FIG. 4 shows an example of an exhaust gas sensor 22 that delivers oxygen to the exhaust gas. The exhaust gas sensor 22 contains a substantially box-shaped sensor body 23 made of an ion-conducting ceramic material, preferably ZrO 2 . A first active electrode 25 is provided on the cover 24 of the sensor body 23, which electrode preferably comprises a platinum conductor pattern. The sensor 22 also contains a reference electrode 26, which likewise consists of a conductive platinum pattern. Electrodes 25 and 26 correspond to the perister sets D and R described above with reference to FIG. 2, respectively. According to FIG. 5, the sensor 22 also comprises a third electrode 27 provided under the cover 24 and made of a metal capable of ionizing oxygen, for example nickel or platinum. The third electrode 27 is provided so as to contact the ambient atmosphere. A current flows from the first active electrode 25 on the exhaust gas side to the third electrode 27. In this way, oxygen ions are transported from the surrounding atmosphere to the first active electrode 25. Here, oxygen reacts with excess hydrocarbons and carbon monoxide. In this way, an appropriate measurement signal can be obtained from the exhaust gas sensor even with "rich" exhaust gas, that is, exhaust gas lacking oxygen. By adding oxygen, the numerical value indicated by the exhaust gas sensor 22 becomes independent of the oxygen content of the exhaust gas. To simplify this process, means 28 for applying a negative potential (about a few volts) to the third electrode 25, 26 relative to the first and second electrodes 25, 26 are preferably connected to the exhaust gas sensor. Set up. It should be noted that the exhaust gas sensor 22 does not necessarily have to be provided in the bypass passage, but may be provided in contact with the exhaust gas outlet itself. Practical trials have shown that the amount of oxygen added can be varied at relatively large intervals. Therefore, it is not necessary to precisely control the amount of oxygen excess, it is important that there is a sufficient excess of oxygen. Note that excess oxygen can be obtained by adding oxygen alone or an oxygen-containing gas such as atmosphere. In another experiment, the numerical values of the detectors were proved to be well proportional in a wide measurement field, which was observed by measuring the concentration of hydrocarbons. A good correlation is also observed when measuring carbon monoxide. Unburned residues in the exhaust system of a combustion engine can be formed by multiple substances. The sensing device of the present invention can be used to select substances of different firing temperatures by applying different operating voltages to the sensor perister to create different temperatures with resistance. This provides two detectors with different operating voltages, operates one detector in different modes or at different voltage levels to obtain different time intervals, as well as in signal processing. Can also be solved by dividing it in time and conducting analysis. The invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, but can be modified within the scope of the claims described below. For example, the metrology bridge can be designed with different circuit configurations. As an ideal component, for example, the fixed resistor 8 and the potentiometer 12 can be omitted. Further, the voltage and the resistance value can be changed.
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(72)発明者 エリクソン，セーレン
スウェーデン国 エス―418 76 エーテ
ボリ，エドマンスゲーテン ４ビー────────────────────────────────────────────────── ───
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(72) Inventors Ericsson and Seiren
Sweden S-418 76 Ete
Boli, Edmunds Goten 4 Bees