JPH0245750A - Characteristic evaluating method for oxygen sensor - Google Patents

Characteristic evaluating method for oxygen sensor

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JPH0245750A
JPH0245750A JP63196368A JP19636888A JPH0245750A JP H0245750 A JPH0245750 A JP H0245750A JP 63196368 A JP63196368 A JP 63196368A JP 19636888 A JP19636888 A JP 19636888A JP H0245750 A JPH0245750 A JP H0245750A
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oxygen sensor
lean
test gas
atmosphere
electromotive force
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伸秀 加藤
Yasuhiko Hamada
安彦 濱田
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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

PURPOSE:To accurately measure characteristics of the oxygen sensor to be measured which have relation to emission and to improve characteristic evaluation by leading out the output of the oxygen sensor to be measured. CONSTITUTION:A reference oxygen sensor 12 which outputs a specific electromotive force signal is provided on the downstream side of a purifying device 8 which purifies unburnt components of carbon monoxide present in test gas. Then the test gas is switched periodically between a rich atmosphere where fuel is excessive and a lean atmosphere where air is excessive about an ideal air fuel ratio point according to the electromotive force signal of the reference oxygen sensor 12 corresponding to the oxygen concentration in the test gas which is purified by the purifying device 8. Further, the oxygen sensor 6 whose characteristics are to be evaluated is arranged on the upstream side of the purifying device 8 and the time ratio of the rich signal time and lean signal time of the oxygen sensor 16 is measured according to the electromotive force signal which is outputted by the oxygen sensor 16 according to the test gas switched periodically between the rich atmosphere and lean atmosphere, thereby improving the characteristic evaluation.

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、酸素センサの特性評価方法に係り、特に酸素
濃淡電池の原理により所定の起電力信号を出力する酸素
センサについて、そのセンサ特性を精度良く且つ簡便に
測定する方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field) The present invention relates to a method for evaluating the characteristics of an oxygen sensor, and particularly to a method for evaluating the sensor characteristics of an oxygen sensor that outputs a predetermined electromotive force signal based on the principle of an oxygen concentration battery. This relates to a simple method of measurement.

(背景技術) 従来から、空燃比検出装置として、自動車の内燃機関の
排気ガス(燃焼排ガス)中に含まれる酸素濃度を検知し
、その検出信号に基づいて内燃機関の燃焼状態を最適に
コントロールすることにより、排気ガスの浄化、燃費の
節減等を行なう、所謂酸素センサが知られている。
(Background technology) Conventionally, air-fuel ratio detection devices detect the oxygen concentration contained in the exhaust gas (combustion exhaust gas) of an automobile internal combustion engine, and optimally control the combustion state of the internal combustion engine based on the detected signal. So-called oxygen sensors are known that purify exhaust gas and reduce fuel consumption.

ところで、この種の酸素センサに用いられる酸素濃度検
出素子として、代表的には、酸素イオン伝導性の同体電
解質であるジルコニア磁器を用いた、酸素濃淡電池の原
理を利用して酸素濃度を求める構造のものが実用化され
ており、そこでは、同体電解質にそれぞれ設けられた、
被測定ガスに晒される測定電極と基準酸素濃度の基準ガ
スに晒される基準電極との間における酸素濃度差に起因
する起電力を検出して、理論空燃比の状態で燃焼せしめ
て得られる燃焼排ガスの如き中性雰囲気のガスを境にし
て、かかる被測定ガスがリーン雰囲気であるか、或いは
リッチ雰囲気であるかの識別(判別)を行ない、これに
基づいて、そのような被測定ガスとしての燃焼排ガスを
発生するエンジンを制御して、かかる排ガスを浄化する
三元触媒が有効に働く理論空燃比近辺の領域の燃焼排ガ
スとなるようにしている。
By the way, the oxygen concentration detection element used in this type of oxygen sensor typically has a structure that uses zirconia porcelain, which is an isoelectrolyte that conducts oxygen ions, to determine the oxygen concentration using the principle of an oxygen concentration battery. has been put into practical use, where each isoelectrolyte is provided with
Combustion exhaust gas obtained by detecting the electromotive force caused by the difference in oxygen concentration between the measurement electrode exposed to the measured gas and the reference electrode exposed to the reference gas with the reference oxygen concentration, and then burning at the stoichiometric air-fuel ratio. Based on this, it is determined whether the gas to be measured is in a lean atmosphere or a rich atmosphere, using neutral atmosphere gases as the boundary, and based on this, the gas to be measured is The engine that generates the combustion exhaust gas is controlled so that the combustion exhaust gas is in a range near the stoichiometric air-fuel ratio where the three-way catalyst that purifies the exhaust gas is effective.

このため、かかる酸素センサのセンサ特性を知り、それ
に基づいて、より正確な空燃比制御を行なうことが、三
元触媒による浄化特性を向上せしめる上において有効と
され、従来から、酸素センサの特性を評価するための各
種の手法が紹介されてきている。
For this reason, knowing the sensor characteristics of such oxygen sensors and performing more accurate air-fuel ratio control based on them is considered effective in improving the purification characteristics of the three-way catalyst. Various methods for evaluation have been introduced.

例えば、理論空燃比点(λ−1)より低い状態で燃焼し
て得られるリッチ雰囲気と、それよりも高い状態で燃焼
して得られるリーン雰囲気のプロパン燃焼排ガスを用い
て、リッチ雰囲気に対応するリッチ電圧やリーン雰囲気
に対応するリーン電圧を測定したり、或いはそれらのガ
スを周期的に流すことにより、酸素センサのリッチから
リーンへの応答時間やリーンからリッチへの応答時間を
測定したり、それら応答時間の非対称性を測定したりす
る方法がある。しかしながら、これらの方法にあっては
、センサの特性値とエミッション値に殆ど関連性が認め
られず、酸素センサの本来の目的であるエミッション制
御の観点からして、何れも、好ましいものではなかった
のである。
For example, by using propane combustion exhaust gas in a rich atmosphere obtained by combustion at a state lower than the stoichiometric air-fuel ratio point (λ-1) and a lean atmosphere obtained by combustion at a state higher than that, a rich atmosphere can be obtained. By measuring the rich voltage or the lean voltage corresponding to a lean atmosphere, or by periodically flowing these gases, you can measure the response time from rich to lean or from lean to rich of the oxygen sensor. There are methods to measure the asymmetry of these response times. However, in these methods, there was almost no correlation between sensor characteristic values and emission values, and none of them were preferable from the viewpoint of emission control, which is the original purpose of oxygen sensors. It is.

また、エンジン排気系に取り付けられた酸素センサによ
りエンジンをクローズ運転し、排気ガスのA/F値を測
定する、所謂ダイナミックラムダ測定法も知られている
。而して、このような手法によれば、酸素センサの特性
値とエミッション値に関連性は認められるものの、測定
に時間を要したり、A/Fを測定するため測定の精度が
それ程高くない等の問題を内在している。これは、A/
Fの測定にガス分析系を用いるためであり、このことは
、また、大規模な測定系となってしまったり、測定コス
トが高くなってしまう等という問題を惹起している。
Furthermore, a so-called dynamic lambda measurement method is also known, in which the engine is operated in a closed state and the A/F value of exhaust gas is measured using an oxygen sensor attached to the engine exhaust system. According to this method, although it is recognized that there is a relationship between the characteristic values of the oxygen sensor and the emission values, the measurement accuracy is not very high because it takes time to measure and measures A/F. It has inherent problems such as. This is A/
This is because a gas analysis system is used to measure F, which also causes problems such as a large-scale measurement system and high measurement costs.

(解決課B) ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その解決課題とするところは、大規
模な測定システムを用いることなく、エミッションと関
連性のあるセンサ特性を精度良く測定し、その特性評価
をより正確に行なうことにある。
(Solving Section B) The present invention has been made against this background, and the problem to be solved is to measure emissions related to emissions without using a large-scale measurement system. The objective is to accurately measure sensor characteristics and evaluate the characteristics more accurately.

(解決手段) そして、本発明は、かかる課題解決のために、燃焼排ガ
ス若しくはそれに相当する模擬ガスからなる試験ガス中
に存在する一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等の未燃
成分を浄化する浄化装置の下流側に、酸素濃淡電池の原
理により所定の起電力信号を出力する基準酸素センサを
配して、該基準酸素センサから出力される、前記浄化装
置にて浄化された前記試験ガス中の酸素濃度に対応した
起電力信号に基づいて、該試験ガスを、理論空燃比点を
中心にして、燃料過剰の状態のリッチ雰囲気と空気過剰
の状態のリーン雰囲気に周期的に切り換える一方、前記
浄化装置の上流側に、特性評価されるべき被測定酸素セ
ンサを配し、該被測定酸素センサから、酸素濃淡電池の
原理によって、前記周期的にリッチ雰囲気とリーン雰囲
気に切り換えられる試験ガスに従って出力される起電力
信号に基づいて、該被測定酸素センサのリッチ信号時間
とリーン信号時間の時間比率を測定するようにしたので
ある。
(Solution Means) In order to solve this problem, the present invention purifies unburned components such as carbon monoxide, hydrocarbons, and nitrogen oxides present in a test gas consisting of combustion exhaust gas or a simulated gas equivalent to it. A reference oxygen sensor that outputs a predetermined electromotive force signal based on the principle of an oxygen concentration battery is disposed downstream of the purification device, and the test gas purified by the purification device is output from the reference oxygen sensor. Based on the electromotive force signal corresponding to the oxygen concentration in the test gas, the test gas is periodically switched to a rich atmosphere with excess fuel and a lean atmosphere with excess air, centering on the stoichiometric air-fuel ratio point, while An oxygen sensor to be measured to be characterized is arranged upstream of the purification device, and from the oxygen sensor to be measured, according to the test gas which is periodically switched between a rich atmosphere and a lean atmosphere according to the principle of an oxygen concentration cell. Based on the output electromotive force signal, the time ratio between the rich signal time and the lean signal time of the oxygen sensor to be measured is measured.

また、本発明は、上記した課題解決のために、燃焼排ガ
ス若しくはそれに相当する模擬ガスからなる試験ガス中
に存在する一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等の未燃
成分を浄化する浄化装置の下流側に、酸素濃淡電池の原
理により所定の起電力信号を出力する基準酸素センサを
配して、該基準酸素センサから出力される、前記浄化装
置にて浄化された前記試験ガス中の酸素濃度に対応した
起電力信号に基づいて、該試験ガスを、理論空燃比点を
中心にして、燃料過剰の状態のリッチ雰囲気と空気過剰
の状態のリーン雰囲気に周期的に切り換える一方、前記
浄化装置の上流側に、特性評価されるべき被測定酸素セ
ンサを配し、該被測定酸素センサから、酸素濃淡電池の
原理によって、前記周期的にリッチ雰囲気とリーン雰囲
気に切り換えられる試験ガスに従って出力される起電力
信号に基づいて、該被測定酸素センサのリーン電圧若し
くは出力振幅を測定することをも、その特徴とするもの
である。
Furthermore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a purification device for purifying unburned components such as carbon monoxide, hydrocarbons, and nitrogen oxides present in a test gas consisting of combustion exhaust gas or a simulated gas equivalent thereto. A reference oxygen sensor that outputs a predetermined electromotive force signal based on the principle of an oxygen concentration battery is disposed downstream of the sensor, and the oxygen in the test gas purified by the purification device is output from the reference oxygen sensor. Based on the electromotive force signal corresponding to the concentration, the test gas is periodically switched between a rich atmosphere with excess fuel and a lean atmosphere with excess air around the stoichiometric air-fuel ratio point. An oxygen sensor to be measured whose characteristics are to be evaluated is arranged upstream of the oxygen sensor, and the oxygen sensor outputs an output according to the test gas which is periodically switched between a rich atmosphere and a lean atmosphere according to the principle of an oxygen concentration battery. Another feature is that the lean voltage or output amplitude of the oxygen sensor to be measured is measured based on the electromotive force signal.

(具体的構成・実施例) 以下、図面を参照しつつ、本発明を更に具体的に明らか
にすることとする。
(Specific Configuration/Examples) The present invention will be explained in more detail below with reference to the drawings.

先ず、第1図は、本発明に従う測定システムの一具体例
を示すものであって、そこにおいて、2は、ガス供給装
置としてのエンジンである。そして、このエンジン2に
おいて発生せしめられる、燃料過剰の状態下に燃焼せし
めて得られる燃焼排ガスに相当するリッチ雰囲気や空気
過剰の状態下に燃焼せしめて得られる燃焼排ガスに相当
するリーン雰囲気が、試験ガスとして、排気マニホール
ド4及び第一の排気管6を通じて、三元触媒装置等の浄
化装置8に導かれるようになっており、そしてこの浄化
装置8において、かかる試験ガス中に存在する一酸化炭
素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOX 
”)等の未燃成分が浄化されるようになっている。
First, FIG. 1 shows a specific example of the measurement system according to the present invention, in which 2 is an engine as a gas supply device. The engine 2 generates a rich atmosphere corresponding to combustion exhaust gas obtained by combustion in an excess fuel condition and a lean atmosphere corresponding to combustion exhaust gas obtained by combustion in an excess air condition. The gas is guided through the exhaust manifold 4 and the first exhaust pipe 6 to a purification device 8 such as a three-way catalyst device, and in this purification device 8, carbon monoxide present in the test gas is removed. (CO), hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOX)
”) and other unburned components are purified.

なお、ガス供給装置は、上記の如きエンジン2の他に、
そのようなエンジンから排出される排ガス成分を模擬し
た、かかる排ガスに相当する模擬ガスを与える模擬ガス
供給装置であっても良く、例えば空気とプロパンガスの
燃焼排ガスにC02Hz 、No、Cot等の混合ガス
を組み合わせたガス供給装置であっても何等差支えない
のであり、また浄化装置8としても、よく知られている
三元触媒装置や酸化触媒装置の他に、燃焼排ガス(試験
ガス)の平衡化反応(清浄化反応)を促進させるもので
あるならば、如何なる装置であっても良く、例えば単な
る加熱装置であっても何等差支えないのである。
Note that the gas supply device includes, in addition to the engine 2 as described above,
It may be a simulating gas supply device that simulates exhaust gas components emitted from such an engine and provides a simulated gas corresponding to such exhaust gas, for example, a mixture of CO2Hz, No, Cot, etc. to combustion exhaust gas of air and propane gas. There is no problem even if it is a gas supply device that combines gases, and as the purification device 8, in addition to the well-known three-way catalyst device and oxidation catalyst device, it is also possible to use a gas supply device that balances combustion exhaust gas (test gas). Any device may be used as long as it promotes the reaction (cleaning reaction); for example, a simple heating device may be used.

そして、かかる浄化装置8において浄化された試験ガス
は、第二の排気管10を通じて大気中に排出されること
となるが、この浄化装置8よりも下流側に位置する第二
の排気管10には、酸素濃淡電池の原理により所定の起
電力信号を出ノJする基準酸素センサ12が設けられて
おり、浄化装置8から流出する浄化された試験ガス中の
酸素濃度に対応した起電力信号を出力するようになって
いる。この基準酸素センサ12は、酸素イオン伝導性の
固体電解質と測定電極、基準電極とを有する公知の構造
のものであるが、特に本発明にあっては、その酸素検知
部をヒータによって所望の温度に加熱するようにした加
熱型センサ(特開昭57−142555号公報、特開昭
55−140145号公報等参照)の使用が推奨される
。これは、非加熱型のセンサと比べて、後述する動作点
が、より理論空燃比点に近づくからである。
The test gas purified in the purification device 8 is discharged into the atmosphere through the second exhaust pipe 10. is equipped with a reference oxygen sensor 12 that outputs a predetermined electromotive force signal based on the principle of an oxygen concentration battery, and outputs an electromotive force signal corresponding to the oxygen concentration in the purified test gas flowing out from the purifier 8. It is designed to be output. This reference oxygen sensor 12 has a known structure including an oxygen ion conductive solid electrolyte, a measuring electrode, and a reference electrode. In particular, in the present invention, the oxygen sensing portion is heated to a desired temperature using a heater. It is recommended to use a heating type sensor (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-142555, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-140145, etc.) that is heated to a certain temperature. This is because the operating point, which will be described later, is closer to the stoichiometric air-fuel ratio point than in a non-heating type sensor.

また、基準酸素センサ12は、ガス成分制御装置として
の空燃比制御用コンピュータ14に接続されており、か
かる基準酸素センサ12から出力される信号に基づいて
、エンジン2の空燃比が、かかるコンピュータ14によ
って制御され、以てエンジン2から排出される試験ガス
としての燃焼排ガス中のガス成分がリッチとリーンに可
変せしめられるようになっている。つまり、空燃比制御
用コンピュータ14により、エンジン2の空燃比が制御
され、試験ガスが、理論空燃比点を中心にして、燃焼過
剰の状態下に燃焼せしめて得られるリッチ雰囲気と空気
過剰の状態下に燃焼せしめて得られるリーン雰囲気に周
期的に切り換えられるようになっているのである。従っ
て、このような浄化装置8の後方に取り付けられた基準
酸素センサ12の信号により、本エンジン2は、クロー
ズ運転されているのである。
Further, the reference oxygen sensor 12 is connected to an air-fuel ratio control computer 14 as a gas component control device, and the air-fuel ratio of the engine 2 is determined based on the signal output from the reference oxygen sensor 12. The gas component in the combustion exhaust gas as the test gas discharged from the engine 2 is controlled by the engine 2 to be varied between rich and lean. In other words, the air-fuel ratio of the engine 2 is controlled by the air-fuel ratio control computer 14, and the test gas is combusted in an over-combustion state around the stoichiometric air-fuel ratio point, resulting in a rich atmosphere and an over-air condition. It is designed to periodically switch to a lean atmosphere obtained by causing combustion to occur downward. Therefore, the engine 2 is operated in a closed state based on the signal from the reference oxygen sensor 12 installed at the rear of the purifying device 8.

一方、特性評価の為されるべき被測定酸素センサ16は
、それが通常に自動車の排気系に取り付けられる部位、
つまり、浄化装置8の前方(上流側)となる第一の排気
管6の部位に取り付けられて、エンジン2から導かれる
試験ガス、換言すれば周期的に切り換えられるリッチ雰
囲気とリーン雰囲気に従って、酸素濃淡電池の原理によ
り所定の起電力信号を出力し、それが、記録計18にお
いて記録されるようになっている。そして、この記録計
18にて記録された波形より、被測定酸素センサ16の
リッチ信号とリーン信号の時間比率が求められるように
なっている。
On the other hand, the oxygen sensor 16 to be measured whose characteristics should be evaluated is located at a location where it is normally installed in the exhaust system of a vehicle.
In other words, it is attached to the first exhaust pipe 6 which is the front (upstream side) of the purifier 8, and the test gas guided from the engine 2, in other words, the oxygen A predetermined electromotive force signal is output based on the principle of a concentration battery, and the signal is recorded by a recorder 18. From the waveform recorded by the recorder 18, the time ratio between the rich signal and the lean signal of the oxygen sensor 16 to be measured is determined.

ところで、この測定システムにおいて、エンジン2から
浄化装置8に導かれる試験ガスは、基準酸素センサ12
からの出力信号に基づく空燃比制御用コンピュータ14
の制御下において、理論空燃比点を中心にして、燃料過
剰の状態下に燃焼せしめて得られるリッチ雰囲気と空気
過剰の状態下に燃焼せしめて得られるリーン雰囲気に周
期的に切り換えられる。第2図(a)及び(b)には、
そのような基準酸素センサ12の信号及びそれに基づい
て空燃比制御用コンピュータ14から出力される空燃比
制御信号が示されている。それらの図において、基準酸
素センサ12からの信号は、空燃比制御用コンピュータ
14に設定されたリッチ雰囲気からリーン雰囲気或いは
リーン雰囲気からリッチ雰囲気への反転のためのしきい
値に従って処理され、第2図(b)に示される如き、反
転点:Sl、St、Sz、34  ” ’を有する空燃
比制御信号が空燃比制御用コンピュータ14がら出力さ
れて、エンジン2の空燃比が切換、制御されるのである
。即ち、反転点:S、がらSzの間、S、からS4の間
では、空燃比がリッチ側からリーン側に移行するような
制御が為され、一方、反転点:32とS、の間では、空
燃比がリーン側からリッチ側に移行するような制御が行
なわれることとなるのである。なお、かかるリッチ/リ
ーンの反転のためのしきい値は適宜に決定されることと
なるが、ここでは、第2図(a)に示されるように、基
準酸素センサ12のリッチ時間:T*++リーン時間:
 TLIの比率が1:1となるように空燃比制御が行な
われるようになっている。
By the way, in this measurement system, the test gas guided from the engine 2 to the purifier 8 is passed through the reference oxygen sensor 12.
Air-fuel ratio control computer 14 based on output signals from
Under the control of , the atmosphere is periodically switched around the stoichiometric air-fuel ratio point between a rich atmosphere obtained by combustion in an excess fuel condition and a lean atmosphere obtained by combustion in an excess air condition. In Figures 2(a) and (b),
Such a signal from the reference oxygen sensor 12 and an air-fuel ratio control signal output from the air-fuel ratio control computer 14 based on the signal are shown. In those figures, the signal from the reference oxygen sensor 12 is processed according to thresholds for rich-to-lean or lean-to-rich reversal set in the air-fuel ratio control computer 14; As shown in Figure (b), an air-fuel ratio control signal having a reversal point: Sl, St, Sz, 34'' is output from the air-fuel ratio control computer 14, and the air-fuel ratio of the engine 2 is switched and controlled. That is, between the reversal point S and Sz, and between S and S4, control is performed such that the air-fuel ratio shifts from the rich side to the lean side, while the reversal point: 32 and S, In between, the air-fuel ratio will be controlled to shift from the lean side to the rich side.The threshold value for such rich/lean reversal will be determined as appropriate. However, here, as shown in FIG. 2(a), the rich time: T*++ lean time of the reference oxygen sensor 12:
Air-fuel ratio control is performed so that the TLI ratio is 1:1.

このように、エンジン2の空燃比の変化に従って、その
燃焼排ガスである試験ガスをリッチ雰囲気とリーン雰囲
気に周期的に切り換えてなる状態下において、第一の排
気管6に設けられた被測定酸素センサ16の信号は、そ
のような変化する試験ガスのガス成分によって、例えば
第2図(c)に示される如き波形を与え、所定の判定レ
ベル、−船釣にはエミッションに最も関係するとして予
め定められた所定のレベルにおいて、より長いリッチ信
号時間:TR□と短いリーン信号時間:TL□を与える
波形となるのである。なお、かかる被測定酸素センサ1
6のリッチ信号時間:TRzとリーン信号時間:TLZ
の時間比率は、T RZ / (T R2+T L Z
 )にて表わして、ここでは65%となっており、リッ
チ信号時間の割合が多くなっている。そして、ここでは
、かかる比率:TR□/(TR□+TLz)をデユーテ
ィ比と呼ぶこととする。
In this manner, the test gas, which is the combustion exhaust gas, is periodically switched between a rich atmosphere and a lean atmosphere according to changes in the air-fuel ratio of the engine 2. Depending on the gas composition of the test gas that changes, the signal from the sensor 16 gives a waveform, for example, as shown in FIG. At a predetermined level, the waveform provides a longer rich signal time: TR□ and a shorter lean signal time: TL□. Note that this oxygen sensor to be measured 1
6 rich signal time: TRz and lean signal time: TLZ
The time ratio of T RZ / (T R2 + T L Z
), which is 65% here, and the ratio of rich signal time is high. Here, such a ratio: TR□/(TR□+TLz) will be referred to as a duty ratio.

本発明は、このようなデユーティ比を用いて、被測定酸
素センサ16のセンサ特性を評価するものである。即ち
、空燃比と酸素センサの出力の関係を示す第3図におい
て、センサの取付は位置を浄化装置8の前にした場合と
後にした場合では、酸素センサの出力特性が大きく異な
るものであって、例えばセンサの取付は位置を浄化装置
8の前にした場合、センサの出力特性、換言すれば被測
定酸素センサ16の出力特性は、破線で示されるように
太き(リーン側にシフトし、リッチ/リーンの判定のし
きい電圧になる空燃比(動作点■)は、理論空燃比点か
ら大きくリーン側にシフトする一方、センサの取付は位
置を浄化装置8の後にした場合、センサの出力特性、換
言すれば基準酸素センサ12の出力特性は、実線で示さ
れる如く、略理論的なλカーブとなって、かかるセンサ
12の動作点■は理論空燃比点と完全に一致するように
なる。
The present invention uses such a duty ratio to evaluate the sensor characteristics of the oxygen sensor 16 to be measured. That is, in FIG. 3, which shows the relationship between the air-fuel ratio and the output of the oxygen sensor, the output characteristics of the oxygen sensor differ greatly depending on whether the sensor is installed before or after the purifier 8. For example, if the sensor is installed in front of the purification device 8, the output characteristics of the sensor, in other words, the output characteristics of the oxygen sensor 16 to be measured, will become thicker (shifted to the lean side) as shown by the broken line. The air-fuel ratio (operating point ■), which is the threshold voltage for rich/lean judgment, shifts significantly from the stoichiometric air-fuel ratio point to the lean side, but if the sensor is installed after the purifier 8, the sensor output The characteristics, in other words, the output characteristics of the reference oxygen sensor 12 form a substantially theoretical λ curve, as shown by the solid line, and the operating point (2) of the sensor 12 completely coincides with the stoichiometric air-fuel ratio point. .

なお、かかるセンサの出力特性のリーンシフトの理由は
、排気ガス(試験ガス)がリーンであっても、排気ガス
中にはHC,Co、NoX等の未燃成分が残存し、この
未燃成分が三相界面で局部的に起電力を発生させるもの
であるところから、リーン雰囲気であっても起電力を生
じることによるものである。しかしながら、浄化装置8
を通過した排気ガス(試験ガス)には、そのような未燃
成分の残存が殆どないものであるところから、上記の如
きリーンシフトは惹起されず、理論的なλカーブが得ら
れるのである。
The reason for the lean shift in the output characteristics of such a sensor is that even if the exhaust gas (test gas) is lean, unburned components such as HC, Co, and NoX remain in the exhaust gas. This is because electromotive force is generated locally at the three-phase interface, so electromotive force is generated even in a lean atmosphere. However, the purifier 8
Since the exhaust gas (test gas) that has passed through has almost no remaining unburned components, the lean shift described above does not occur and a theoretical λ curve can be obtained.

而して、本発明では、エンジン2を制御するための基準
酸素センサ12は、上述の如く浄化装置8の後に取り付
けられており、このために、エンジン2の空燃比は、理
論空燃比点を中心にしてリッチとリーンに周期的に振ら
れるようになっているのであり、そしてそのような状態
下において、浄化袋W8の前に取り付けられた被、測定
酸素センサ16は、センサの出力特性がリーン側にシフ
トしているために、リッチからリーンへの応答時間が長
くなり、上述したようにデユーティ比が大きくなること
となるのである。そして、このデユーティ比は、被測定
酸素センサ16の出力特性(第3図における破線で示さ
れる出力カーブ)に対応して変化することとなるのであ
る。なお、基準酸素センサ12が浄化装置8の後に配さ
れていると、試験ガスのガス温が変わっても、測定系は
常に理論空燃比点(λ=1)で動作して、都合がよい。
According to the present invention, the reference oxygen sensor 12 for controlling the engine 2 is installed after the purification device 8 as described above, and therefore the air-fuel ratio of the engine 2 is lower than the stoichiometric air-fuel ratio point. The oxygen sensor 16 attached to the front of the purification bag W8 changes its output characteristics to the oxygen sensor 16 installed in front of the purification bag W8. Because of the shift to the lean side, the response time from rich to lean becomes longer, and the duty ratio becomes larger as described above. This duty ratio changes in accordance with the output characteristics of the oxygen sensor 16 to be measured (the output curve shown by the broken line in FIG. 3). If the reference oxygen sensor 12 is arranged after the purifier 8, the measurement system will always operate at the stoichiometric air-fuel ratio point (λ=1) even if the gas temperature of the test gas changes, which is convenient.

けだし、浄化装置8の前に取り付けられた場合には、ガ
ス温によりλポイントがずれ、データの一貫性を失って
しまうからである。
However, if it is installed in front of the purifier 8, the λ point will shift depending on the gas temperature, resulting in loss of data consistency.

このように、本発明にあっては、理想的な状態で動作し
ている基準酸素センサ12の信号に基づいて、試験ガス
としての燃焼排ガスを、理論空燃比点を中心にして、正
確にリッチ雰囲気とリーン雰囲気に周期的に変化せしめ
た状態下において、被測定酸素センサ16の信号を測定
するものであるところから、かかる被測定酸素センサ1
6の理想状態からのセンサ特性のずれを明確に捉えるこ
とが出来るのである。
As described above, in the present invention, the combustion exhaust gas as the test gas is accurately enriched around the stoichiometric air-fuel ratio point based on the signal of the reference oxygen sensor 12 operating under ideal conditions. The oxygen sensor 1 to be measured measures the signal of the oxygen sensor 16 to be measured under conditions in which the atmosphere is periodically changed to a lean atmosphere.
This makes it possible to clearly grasp the deviation of the sensor characteristics from the ideal state shown in No. 6.

因みに、第4図(a)、(b)及び(C)には、被測定
酸素センサ16を種々交換して、上記した本発明に従う
測定手法によって求めたデユーティ比と、そのような被
測定酸素センサ16を取り付けた自動車から排出された
エミッション(COlHC,No、)との関係が示され
ている。なお、そこにおいて、エミッション測定時の自
動車の運転モードは、LA−4モードとした。そして、
第4図のそれぞれの関係から明らかなように、本発明に
従う測定手法によって求められたデユーティ比とエミッ
ション(Co、HC,NOx )との間には、強い相関
関係が認められ、デユーティ比を測定することによって
エミッションを容易に推測することが出来、酸素センサ
の評価方法として橿めて有効であることが認識されるの
である。
Incidentally, FIGS. 4(a), (b), and (C) show the duty ratios obtained by the measurement method according to the present invention described above by replacing various oxygen sensors 16 to be measured, and the values for such oxygen to be measured. The relationship with emissions (COlHC, No.) emitted from a car equipped with the sensor 16 is shown. In addition, the driving mode of the car at the time of emission measurement was set to LA-4 mode. and,
As is clear from the relationships in FIG. 4, there is a strong correlation between the duty ratio determined by the measurement method according to the present invention and emissions (Co, HC, NOx). By doing so, emissions can be easily estimated, and it has been recognized that this is an effective method for evaluating oxygen sensors.

なお、上記の具体例においては、被測定酸素センサ16
からの出力波形におけるリッチ信号時間とリーン信号時
間との時間比率を、デユーティ比〔T、I2/(T、l
□+Ttz) )において求めているが、このデユーテ
ィ比に限られるものではなく、それらの比率を表すもの
であれば、如何なる形態のものであっても同等差支えな
く、例えばT * z / T L z、T Lm/ 
(T R2+ T L2 )或いはこれらの逆数であっ
ても良いのであり、更にはそのようなデユーティ比等の
時間比率に代えて、第5図に示される如く、被測定酸素
センサ16の出力波形におけるリーン電圧(リーン起電
力)やその出力振幅を測定し、その特性評価を行なうこ
とも可能である。
Note that in the above specific example, the oxygen sensor to be measured 16
The time ratio between rich signal time and lean signal time in the output waveform from duty ratio [T, I2/(T, l
□+Ttz) ), but it is not limited to this duty ratio, and any form that expresses these ratios may be equivalent, for example, T * z / T L z , T Lm/
(T R2 + T L2 ) or the reciprocal of these may be used.Furthermore, instead of such a time ratio such as a duty ratio, the output waveform of the oxygen sensor 16 to be measured may be It is also possible to measure the lean voltage (lean electromotive force) and its output amplitude and evaluate its characteristics.

すなわち、第5図に示されるように、基準酸素センサ1
2からの出力に基づいて、試験ガスとしての排気ガスの
空燃比は、理論空燃比点を中心に矢印の範囲で振れてお
り、そしてそのような変化する排気ガスの空燃比に対し
て、浄化装置8の前に取り付けられた被測定酸素センナ
16の出力波形において、そのリーン電圧は、前記した
リーンシフトのために理想状態から持ち上がり、またそ
の出力振幅も小さくなるのである。そして、この振幅幅
或いはリーン電圧とエミッションとの間にも、前記のデ
ユーティ比等の時間比率と同様に、強い相関関係が認め
られるのであり、それ故酸素センサの評価方法として有
利に採用され得るものである。
That is, as shown in FIG.
Based on the output from 2, the air-fuel ratio of the exhaust gas as the test gas fluctuates in the range of the arrow around the stoichiometric air-fuel ratio point, and for such a changing air-fuel ratio of the exhaust gas, the purification In the output waveform of the oxygen sensor 16 to be measured installed in front of the device 8, its lean voltage rises from the ideal state due to the lean shift described above, and its output amplitude also becomes small. There is also a strong correlation between this amplitude width or lean voltage and emissions, as well as the time ratio such as the duty ratio, and therefore it can be advantageously adopted as an evaluation method for oxygen sensors. It is something.

ところで、上記に例示の本発明に従う具体的手法におい
ては、浄化装置8の上流側の第一の排気管6には、特性
評価されるべき被測定酸素センサ16の1本のみが取り
付けられているが、そのような被測定酸素センサ16の
複数本を取り付けて、それぞれの酸素センサの特性評価
を同時に行なうようにすることも可能である。
By the way, in the specific method according to the present invention illustrated above, only one oxygen sensor to be measured 16 whose characteristics are to be evaluated is attached to the first exhaust pipe 6 on the upstream side of the purifier 8. However, it is also possible to attach a plurality of such oxygen sensors to be measured 16 and to evaluate the characteristics of each oxygen sensor at the same time.

また、被測定酸素センサ16の出力波形から求められる
デユーティ比等の時間比率や出力振幅、リーン電圧は、
コンピュータ等の適当な演算装置を用いて、同時に処理
するようにすることも可能であり、更にはデユーティ比
等の時間比率、出力振幅、或いはリーン電圧は、成る一
定の時間、例えば10秒以上10分以内の時間での平均
値として表わすのが好ましい。なお、この測定時間は、
測定精度との関係において適宜に選択されることとなる
In addition, the time ratio such as duty ratio, output amplitude, and lean voltage determined from the output waveform of the oxygen sensor 16 to be measured are as follows.
It is also possible to process them simultaneously using an appropriate arithmetic device such as a computer, and furthermore, the time ratio such as duty ratio, output amplitude, or lean voltage can be controlled for a certain period of time, for example, 10 seconds or more. Preferably, it is expressed as an average value over a period of time within minutes. Note that this measurement time is
It will be selected appropriately in relation to measurement accuracy.

その他、−々例示はしないが、本発明が、本発明の趣旨
を逸脱しない限りにおいて、種々なる形態において実施
され得るものであることは、言うまでもないところであ
り、そのような実施形態のものが、何れも本発明の範晴
に属するものであることが、理解されるべきである。
Although not illustrated, it goes without saying that the present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit of the invention, and such embodiments include: It should be understood that both fall within the scope of the present invention.

(発明の効果) 以上の説明から明らかなように、本発明は、理想的な状
態で動作している基準酸素センサの出力信号に基づいて
、周期的にリッチ雰囲気とリーン雰囲気に変化せしめら
れる試験ガスによって、被測定酸素センサからの出力(
起電力信号)を取り出し、そしてそれより、デユーティ
比等の時間比率、出力振幅或いはリーン電圧を求めるよ
うにしたものであって、従来の如きガス分析系等の装置
も必要でないところから、大規模な測定システムとする
ことなく、従って測定コストの上昇を大幅に惹起するこ
となく、エミッションと関連性のあるセンサ特性を精度
良く測定することが可能となったのであり、そこに、本
発明の大きな工業的意義が存するのである。
(Effects of the Invention) As is clear from the above description, the present invention is applicable to tests in which a rich atmosphere and a lean atmosphere are periodically changed based on the output signal of a reference oxygen sensor operating under ideal conditions. Depending on the gas, the output from the oxygen sensor to be measured (
This method extracts the electromotive force signal) and uses it to determine the time ratio such as duty ratio, output amplitude, or lean voltage, and because it does not require conventional equipment such as a gas analysis system, it can be used on a large scale. This makes it possible to accurately measure sensor characteristics related to emissions without requiring a new measurement system and without significantly increasing measurement costs. It has industrial significance.

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

第1図は、本発明に従う測定システムの一例を示す系統
図であり、第2図(a)、(b)及び(C)は、それぞ
れ、基準酸素センサの信号、空燃比制御信号及び被測定
酸素センサの信号の一例を示す説明図であり、第3図は
、酸素センサの異なる配置に基づく空燃比−センサ出力
の関係を示すグラフであり、第4図(a)、(b)及び
(c)は、それぞれ、エミッション(Co、HC,No
、)とデユーティ比との関係の一例を示すグラフであり
、第5図は、被測定酸素センサの空燃比−出力特性及び
被測定酸素センサの出力波形の一例を示すグラフである
。 2:エンジン    4:排気マニホールド6:第一の
排気管  8:浄化装置 10:第二の排気管 12:基準酸素センサ14:空燃
比制御用コンピュータ 16:被測定酸素センサ 18:記録計
FIG. 1 is a system diagram showing an example of the measurement system according to the present invention, and FIGS. 2(a), (b), and (C) respectively show the reference oxygen sensor signal, air-fuel ratio control signal, and measured FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a signal of an oxygen sensor; FIG. 3 is a graph showing the relationship between air-fuel ratio and sensor output based on different locations of oxygen sensors; FIGS. c) are the emissions (Co, HC, No.
, ) and the duty ratio. FIG. 5 is a graph showing an example of the air-fuel ratio-output characteristic of the oxygen sensor to be measured and the output waveform of the oxygen sensor to be measured. 2: Engine 4: Exhaust manifold 6: First exhaust pipe 8: Purifier 10: Second exhaust pipe 12: Reference oxygen sensor 14: Air-fuel ratio control computer 16: Oxygen sensor to be measured 18: Recorder

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)燃焼排ガス若しくはそれに相当する模擬ガスから
なる試験ガス中に存在する一酸化炭素、炭化水素、窒素
酸化物等の未燃成分を浄化する浄化装置の下流側に、酸
素濃淡電池の原理により所定の起電力信号を出力する基
準酸素センサを配して、該基準酸素センサから出力され
る、前記浄化装置にて浄化された前記試験ガス中の酸素
濃度に対応した起電力信号に基づいて、該試験ガスを、
理論空燃比点を中心にして、燃料過剰の状態のリッチ雰
囲気と空気過剰の状態のリーン雰囲気に周期的に切り換
える一方、 前記浄化装置の上流側に、特性評価されるべき被測定酸
素センサを配し、該被測定酸素センサから、酸素濃淡電
池の原理によって、前記周期的にリッチ雰囲気とリーン
雰囲気に切り換えられる試験ガスに従って出力される起
電力信号に基づいて、該被測定酸素センサのリッチ信号
時間とリーン信号時間の時間比率を測定することを特徴
とする酸素センサの特性評価方法。
(1) On the downstream side of a purification device that purifies unburned components such as carbon monoxide, hydrocarbons, and nitrogen oxides present in a test gas consisting of combustion exhaust gas or a simulated gas equivalent to it, an oxygen concentration battery is installed. A reference oxygen sensor that outputs a predetermined electromotive force signal is arranged, and based on the electromotive force signal output from the reference oxygen sensor that corresponds to the oxygen concentration in the test gas purified by the purification device, The test gas,
While periodically switching between a rich atmosphere with excess fuel and a lean atmosphere with excess air around the stoichiometric air-fuel ratio point, an oxygen sensor to be measured whose characteristics are to be evaluated is arranged upstream of the purification device. The rich signal time of the oxygen sensor to be measured is determined based on the electromotive force signal output from the oxygen sensor to be measured according to the test gas which is periodically switched between rich atmosphere and lean atmosphere according to the principle of an oxygen concentration battery. A method for evaluating the characteristics of an oxygen sensor, characterized by measuring the time ratio of the lean signal time and the lean signal time.
(2)燃焼排ガス若しくはそれに相当する模擬ガスから
なる試験ガス中に存在する一酸化炭素、炭化水素、窒素
酸化物等の未燃成分を浄化する浄化装置の下流側に、酸
素濃淡電池の原理により所定の起電力信号を出力する基
準酸素センサを配して、該基準酸素センサから出力され
る、前記浄化装置にて浄化された前記試験ガス中の酸素
濃度に対応した起電力信号に基づいて、該試験ガスを、
理論空燃比点を中心にして、燃料過剰の状態のリッチ雰
囲気と空気過剰の状態のリーン雰囲気に周期的に切り換
える一方、 前記浄化装置の上流側に、特性評価されるべき被測定酸
素センサを配し、該被測定酸素センサから、酸素濃淡電
池の原理によって、前記周期的にリッチ雰囲気とリーン
雰囲気に切り換えられる試験ガスに従って出力される起
電力信号に基づいて、該被測定酸素センサのリーン電圧
若しくは出力振幅を測定することを特徴とする酸素セン
サの特性評価方法。
(2) On the downstream side of a purification device that purifies unburned components such as carbon monoxide, hydrocarbons, and nitrogen oxides present in a test gas consisting of combustion exhaust gas or a simulated gas equivalent to it, an oxygen concentration battery is installed. A reference oxygen sensor that outputs a predetermined electromotive force signal is arranged, and based on the electromotive force signal output from the reference oxygen sensor that corresponds to the oxygen concentration in the test gas purified by the purification device, The test gas,
While periodically switching between a rich atmosphere with excess fuel and a lean atmosphere with excess air around the stoichiometric air-fuel ratio point, an oxygen sensor to be measured whose characteristics are to be evaluated is arranged upstream of the purification device. The lean voltage or A method for evaluating characteristics of an oxygen sensor, characterized by measuring output amplitude.
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