JPH03293544A - 空燃比センサによる触媒の浄化率測定方法及びその劣化時期検知方法 - Google Patents
空燃比センサによる触媒の浄化率測定方法及びその劣化時期検知方法Info
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- JPH03293544A JPH03293544A JP2095693A JP9569390A JPH03293544A JP H03293544 A JPH03293544 A JP H03293544A JP 2095693 A JP2095693 A JP 2095693A JP 9569390 A JP9569390 A JP 9569390A JP H03293544 A JPH03293544 A JP H03293544A
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、空燃比センサによる触媒の浄化率測定方法及
びその劣化時期検出方法に関し、特Iこ第1発明はHC
/ CO/ N Ox成分の平均浄化率を、第2発明は
NOx成分の浄化率を、第3発明はHC/CO成分の平
均浄化率を測定する方法に関する。本発明は、触媒の劣
化程度延いてはその劣化時期、交換時期の判断に利用さ
れる。
びその劣化時期検出方法に関し、特Iこ第1発明はHC
/ CO/ N Ox成分の平均浄化率を、第2発明は
NOx成分の浄化率を、第3発明はHC/CO成分の平
均浄化率を測定する方法に関する。本発明は、触媒の劣
化程度延いてはその劣化時期、交換時期の判断に利用さ
れる。
従来の触媒の劣化時期検知方法としては、上流側及び下
流側に酸素センサを各々配設して、この各出力電圧の極
大値の差により劣化時期を検知するものが知られている
(特開昭63−231252号公報)。更に、触媒が劣
化した場合にも確実に空燃比を適正に制御でき、前記と
同様に2本の空燃比センサを用いた空燃比制御装置も知
られている(特開昭63−205441号公報)。
流側に酸素センサを各々配設して、この各出力電圧の極
大値の差により劣化時期を検知するものが知られている
(特開昭63−231252号公報)。更に、触媒が劣
化した場合にも確実に空燃比を適正に制御でき、前記と
同様に2本の空燃比センサを用いた空燃比制御装置も知
られている(特開昭63−205441号公報)。
空燃比センサは、λ=1近辺で出力特性が急激な立ち上
がりを示すので、主として第12図1こ示すように、リ
ーン側と+17チ側で交互に振れる出力波形を示すにす
ぎず、その中間値に相等する波形は示さない。従って、
前記2本の空燃比センサを用いた触媒の劣化時期検知方
法は、両波形を比較して行うシステム処理が煩雑であり
、しかも、第13図に示すように、浄化率が70%以下
においては十分な精度をもって検出することが困難であ
る。
がりを示すので、主として第12図1こ示すように、リ
ーン側と+17チ側で交互に振れる出力波形を示すにす
ぎず、その中間値に相等する波形は示さない。従って、
前記2本の空燃比センサを用いた触媒の劣化時期検知方
法は、両波形を比較して行うシステム処理が煩雑であり
、しかも、第13図に示すように、浄化率が70%以下
においては十分な精度をもって検出することが困難であ
る。
マタ、各排気ガス成分(HC%Co、N0x)、特にN
Ox成分を直接、分析計で測定することもできるが、こ
の装置は高価であり、且つ使用する測定器及び測定方法
が大規模となる。
Ox成分を直接、分析計で測定することもできるが、こ
の装置は高価であり、且つ使用する測定器及び測定方法
が大規模となる。
本発明は、前記観点に鑑みてなされたものであり、浄化
率測定範囲が大変広く、且つ精度よく測定できる触媒の
浄化率測定方法及びその劣化時期検知方法を提供するこ
とを目的とする。
率測定範囲が大変広く、且つ精度よく測定できる触媒の
浄化率測定方法及びその劣化時期検知方法を提供するこ
とを目的とする。
更に、本発明は、出力幅をリーン側及びリッチ側の双方
若しくはその一方とするだけで、前記三成分のみならず
、NOx成分又はHC/Co成分の各浄化率をも簡単に
測定できる。
若しくはその一方とするだけで、前記三成分のみならず
、NOx成分又はHC/Co成分の各浄化率をも簡単に
測定できる。
本第1発明の空燃比センサによる触媒の浄化率測定方法
、排気ガス中の有害成分を浄化する触媒の上流側に上流
側空燃比センサを、下流側に下流側空燃比センサを各々
配設し、前記上流側空燃比センサの出力幅に対する下流
側空燃比センサの出力幅の減少率を得、該減少率と排気
ガス中の炭化水素(HC) 、一酸化炭素(CO)及び
窒素酸化物(NOx)の三成分の平均浄化率との関係に
より、触媒の該平均浄化率を測定することを特徴とする
。
、排気ガス中の有害成分を浄化する触媒の上流側に上流
側空燃比センサを、下流側に下流側空燃比センサを各々
配設し、前記上流側空燃比センサの出力幅に対する下流
側空燃比センサの出力幅の減少率を得、該減少率と排気
ガス中の炭化水素(HC) 、一酸化炭素(CO)及び
窒素酸化物(NOx)の三成分の平均浄化率との関係に
より、触媒の該平均浄化率を測定することを特徴とする
。
本第2発明の前記浄化率測定方法は、前記上流側空燃比
センサのリーン側出力幅に対する下流側空燃比センサの
リーン側出力幅の減少率を得ることにより、触媒のNO
x成分の浄化率を測定することを特徴とする。
センサのリーン側出力幅に対する下流側空燃比センサの
リーン側出力幅の減少率を得ることにより、触媒のNO
x成分の浄化率を測定することを特徴とする。
本第3発明の豹記浄化率測定方法は、前記上流側センサ
センサのリッチ側出力幅に対する下流側空燃比センサの
リッチ側出力幅の減少率を得ることにより、触媒のHC
/C○C/C率均浄化率を測定することを特徴とする。
センサのリッチ側出力幅に対する下流側空燃比センサの
リッチ側出力幅の減少率を得ることにより、触媒のHC
/C○C/C率均浄化率を測定することを特徴とする。
本第4発明は触媒の劣化時期検知方法に関するものであ
り、前記上流側空燃比センサの出力幅に対する下流側空
燃比センサの出力幅の減少率が所定値を下回った時点で
前記触媒の劣化時期を検知することを特徴とする。
り、前記上流側空燃比センサの出力幅に対する下流側空
燃比センサの出力幅の減少率が所定値を下回った時点で
前記触媒の劣化時期を検知することを特徴とする。
二作用〕
触媒の上流側及び下流側に空燃比センサを配設し、この
センサは、第11図に示すように、空燃比と出力特性の
関係が所定のカーブ曲線を示し、従来の酸素センサのよ
うに、A/F=14.6での急な立ち上がりもない。従
って、例えば、第2図に示す上流側センサの波形Aにお
ける出力幅(al)に対して、劣化の程度に応じて下流
側センサの出力幅(bl)は、この83幅よりも小さな
種々の値に減少する。例えば、第3図に示すように、波
形已にふけるb1幅、完全に浄化される場合の波形(こ
の場合は実質上、直線)Cにおける幅(−〇)等、種々
の値をとる。
センサは、第11図に示すように、空燃比と出力特性の
関係が所定のカーブ曲線を示し、従来の酸素センサのよ
うに、A/F=14.6での急な立ち上がりもない。従
って、例えば、第2図に示す上流側センサの波形Aにお
ける出力幅(al)に対して、劣化の程度に応じて下流
側センサの出力幅(bl)は、この83幅よりも小さな
種々の値に減少する。例えば、第3図に示すように、波
形已にふけるb1幅、完全に浄化される場合の波形(こ
の場合は実質上、直線)Cにおける幅(−〇)等、種々
の値をとる。
従って、両出力幅の減少率と触媒のHC/C0/ N
Ox平均浄化率は例えば、第7図に示すように、はぼ直
線の関係を示し、全ての浄化率において良好な関係を示
す。尚、ここで、減少率とは、(a−b) /aX10
0 (%)で求められる。
Ox平均浄化率は例えば、第7図に示すように、はぼ直
線の関係を示し、全ての浄化率において良好な関係を示
す。尚、ここで、減少率とは、(a−b) /aX10
0 (%)で求められる。
更に、排気ガス成分組成は、リーン側ではNOx量が支
配的となる。従ってリーン側では、第2図に示す出力幅
a2に対して第3図のす、の減少率を求めると、前記と
同様の直線関係が得られる。
配的となる。従ってリーン側では、第2図に示す出力幅
a2に対して第3図のす、の減少率を求めると、前記と
同様の直線関係が得られる。
更に、リッチ側ではHC/Co成分の合計量が支配的と
なるので、リッチ側における、第2図に示す出力幅a、
に対して第3図のす、の減少率を求めると、前記と同様
の直線関係が得られる。
なるので、リッチ側における、第2図に示す出力幅a、
に対して第3図のす、の減少率を求めると、前記と同様
の直線関係が得られる。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
(1)浄化用測定装置の概要
第1図は本実施例の空燃比センサによる触媒の浄化率測
定方法及び劣化時期検知方法を実施しつる内燃エンジン
の空燃比測定装置の概略構成図、及び第4図は試験のた
めのセンサ配置場所等を示す装置の説明図を示す。
定方法及び劣化時期検知方法を実施しつる内燃エンジン
の空燃比測定装置の概略構成図、及び第4図は試験のた
めのセンサ配置場所等を示す装置の説明図を示す。
これらの図に示すように、内燃エンジン1の排気通路2
には、三元触媒3が取付られており、この三元触媒3の
上流側及び下流側の排気通路には、各々空燃比センサ4
.5が取付けられている。
には、三元触媒3が取付られており、この三元触媒3の
上流側及び下流側の排気通路には、各々空燃比センサ4
.5が取付けられている。
これらの空燃比センサ4.5は、センサ制御装筺6.7
に各々電気的に接続され、センサ出力をこれらから得る
。尚、10は制御λセンサを示す。
に各々電気的に接続され、センサ出力をこれらから得る
。尚、10は制御λセンサを示す。
また、比較例としては、前記空燃比センサ4.5とほぼ
同位置に酸素センサ8.9を取付けた。
同位置に酸素センサ8.9を取付けた。
この空燃比センサ4,5は、公知のものを用いることが
できる。例えば、その原理を第10図に基づいて簡単に
説明すれば、以下の通りである。
できる。例えば、その原理を第10図に基づいて簡単に
説明すれば、以下の通りである。
まず、Ipセル41とV s / I Cpセル42と
の間に形成された拡散室43に流入した排気ガス中の酸
素分圧が、一定になるようにポンプアップをする。そし
て、この拡散室43内の酸素分圧と酸素基準室44内と
の酸素分圧比に起因して生じる電圧(例えば450mV
)を一定とするための出力電流値(又は電圧値)を読み
取るものである。
の間に形成された拡散室43に流入した排気ガス中の酸
素分圧が、一定になるようにポンプアップをする。そし
て、この拡散室43内の酸素分圧と酸素基準室44内と
の酸素分圧比に起因して生じる電圧(例えば450mV
)を一定とするための出力電流値(又は電圧値)を読み
取るものである。
尚、45はヒータを示す。
(2) HC/ CO/ N Ox平均浄化率の測定二
の装置を用いて、上流側センサ4の出力幅(a+)に対
する下流側センサの出力幅(bl)の前記減少率を種々
の浄化率のもとで求めておき、検量線用とする。
の装置を用いて、上流側センサ4の出力幅(a+)に対
する下流側センサの出力幅(bl)の前記減少率を種々
の浄化率のもとで求めておき、検量線用とする。
この減少率を求めるための出力波形の、−例を示せば、
エンジン運転条件(2,0LX4気筒、エンジン回転数
=2400rpm、ブースト圧−200mmHg)にて
、新品触媒を用いた場合、第5図に示すように、上流側
センサ4では所定の波形Cを示し、下流側センサ5では
、はぼ完全に浄化されているのでほぼ直線りとなった。
エンジン運転条件(2,0LX4気筒、エンジン回転数
=2400rpm、ブースト圧−200mmHg)にて
、新品触媒を用いた場合、第5図に示すように、上流側
センサ4では所定の波形Cを示し、下流側センサ5では
、はぼ完全に浄化されているのでほぼ直線りとなった。
また、劣化触媒を用いた場合、第61!i!Iに示すよ
うに、下流側センサ5では、新品触媒の場合と異なり上
流側の波形Cと近似するが、それよりも出力幅の小さな
波形Eを示した。尚、両図ともに下流側の波形り、Eは
上流側の波形Cと比べて2.5倍の感度を持って出力さ
せている。
うに、下流側センサ5では、新品触媒の場合と異なり上
流側の波形Cと近似するが、それよりも出力幅の小さな
波形Eを示した。尚、両図ともに下流側の波形り、Eは
上流側の波形Cと比べて2.5倍の感度を持って出力さ
せている。
この各減少率を示す時の浄化率は、第4図に示す2か所
の位置にて各排気ガスをサンプリングして、その各成分
(HC,Co、N0x)量を各分析計にて測定して求め
たものである。この様にして得られた浄化率と出力幅減
少率の関係を第7図に示す。
の位置にて各排気ガスをサンプリングして、その各成分
(HC,Co、N0x)量を各分析計にて測定して求め
たものである。この様にして得られた浄化率と出力幅減
少率の関係を第7図に示す。
以上より、第7図に示すように、出力減少率と平均浄化
率とに良好な直線関係が、はぼ全浄化率範囲において得
られたので、減少率が判れば、その触媒の浄化率が判る
こととなる。特に、全ての浄化率範囲において、精度良
く触媒浄化率が判る。
率とに良好な直線関係が、はぼ全浄化率範囲において得
られたので、減少率が判れば、その触媒の浄化率が判る
こととなる。特に、全ての浄化率範囲において、精度良
く触媒浄化率が判る。
更に、前記出力幅減少率の所定値をもって劣化時期とす
れば、容易に且つ精度よく、この劣化時期を検知するこ
とができる。尚、この劣化時期の目安となる出力幅減少
率は、目的等により種々設定される。
れば、容易に且つ精度よく、この劣化時期を検知するこ
とができる。尚、この劣化時期の目安となる出力幅減少
率は、目的等により種々設定される。
一方、比較例の従来の酸素センサにおいては、触媒下流
側センサの出力幅と浄化率との関係を求めると、第13
図に示すように、7o%以下においては浄化率を精度よ
く求めることができなかった。
側センサの出力幅と浄化率との関係を求めると、第13
図に示すように、7o%以下においては浄化率を精度よ
く求めることができなかった。
(3)NOx浄化率の測定及び劣化時期の検知排気ガス
成分組成は、リーン側では一般に有害成分としては、N
Ox量が支配的となる。
成分組成は、リーン側では一般に有害成分としては、N
Ox量が支配的となる。
従って、前記と同様に、第2図に示すように、出力波形
のリーン側の上流側センサの出力電圧幅(a2)に対す
る下流側センサの出力幅(b2)の減少率と、種々の浄
化率の関係を求めると、第8図に示すように、NOxの
平均浄化率が約50%以上においては良好な直線関係を
示した。
のリーン側の上流側センサの出力電圧幅(a2)に対す
る下流側センサの出力幅(b2)の減少率と、種々の浄
化率の関係を求めると、第8図に示すように、NOxの
平均浄化率が約50%以上においては良好な直線関係を
示した。
そのため、浄化率50%以上においては、触媒のNOx
浄化率を精度良く、簡単に求めることができる。また、
この出力電圧幅減少率の所定値をもって劣化時期とすれ
ば、これによっても特に、NOxにおける触媒の劣化時
期を検知できる。
浄化率を精度良く、簡単に求めることができる。また、
この出力電圧幅減少率の所定値をもって劣化時期とすれ
ば、これによっても特に、NOxにおける触媒の劣化時
期を検知できる。
(4)tic/CO浄化率の測定及び劣化時期の検知ま
た、排気ガス成分組成は、リッチ側ではHC及びCO量
が支配的となる。従って、第2図に示すように、出力波
形のリッチ側の上流側センサの出力幅(a3)に対する
下流側センサの出力幅(b3)の減少率と、種々のHC
/Co浄化率の関係を求めると、第9図に示すように、
HC/C0の平均浄化率がほぼ全範囲において良好な直
線関係を示した。
た、排気ガス成分組成は、リッチ側ではHC及びCO量
が支配的となる。従って、第2図に示すように、出力波
形のリッチ側の上流側センサの出力幅(a3)に対する
下流側センサの出力幅(b3)の減少率と、種々のHC
/Co浄化率の関係を求めると、第9図に示すように、
HC/C0の平均浄化率がほぼ全範囲において良好な直
線関係を示した。
そのため、全浄化率範囲においては、触媒のHC/CO
の平均浄化率を精度良く、簡単に求めることができる。
の平均浄化率を精度良く、簡単に求めることができる。
また、この場合も、前記と同様に、特にHC/Co成分
における触媒の劣化時期を検知できる。
における触媒の劣化時期を検知できる。
尚、本発明においては、前記具体的実施例に示すものに
限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変
更した実施例とすることができる。
限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変
更した実施例とすることができる。
本発明の浄化率測定方法は、前記作用を有するので、簡
便に、精度よく、安価に且つ大規模な装置も必要とせず
に、触媒の浄化率を測定できる。
便に、精度よく、安価に且つ大規模な装置も必要とせず
に、触媒の浄化率を測定できる。
また、本測定方法によれば、従来の2本の酸素センサの
場合のように測定範囲が限定されることもなく、70%
以下の浄化率においても精度よく測定できる。
場合のように測定範囲が限定されることもなく、70%
以下の浄化率においても精度よく測定できる。
更に、本測定方法によれば、HC/Co/N。
Xの三元成分の平均浄化率のみならず、NOxの浄化率
、更にはHC/COの平均浄化率も同時に測定でき、特
にN Oxも同時に測定できる点、大変有用である。
、更にはHC/COの平均浄化率も同時に測定でき、特
にN Oxも同時に測定できる点、大変有用である。
また、本発明の劣化時期検知方法によれば、容易に且つ
精度よく、この劣化時期を検知することができるし、ま
た三成分に対する劣化時期のみならず、NOx成分又は
C○/HC成分の劣化時期をも、容易に検知できる。特
に、本検知方法によれば、劣化程度も十分に判る点にお
いて、従来になく大変有用である。
精度よく、この劣化時期を検知することができるし、ま
た三成分に対する劣化時期のみならず、NOx成分又は
C○/HC成分の劣化時期をも、容易に検知できる。特
に、本検知方法によれば、劣化程度も十分に判る点にお
いて、従来になく大変有用である。
第1図は実施例で用いた浄化率測定及び劣化時期検知装
置の概略構成図、第2図は上流側空燃比センサにおける
出力波形を示すグラフ、第3図は下流側空燃比センサに
おける出力波形を示すグラフ、第4図は実施例で用いた
浄化率測定及び劣化時期検知装置の説明図、第5図は実
施例において新品触媒を用いた場合の出力波形を示すグ
ラフ、第6図は実施例において劣化触媒を用いた場合の
出力波形を示すグラフ、第7図は実施例において出力幅
減少率とHC/ CO/ N Oxの平均浄化率との関
係を示すグラフ、 第8図は実施例において出力幅減少率とNOx浄化率と
の関係を示すグラフ、第9図は実施例において出力幅減
少率とHC/COの平均浄化率との関係を示すグラフ、
第10図は実施例で用いた空燃比センサの原理を示す説
明図、第11図は第10図図示の空燃比センサにおいて
空燃比とセンサ出力特性の関係を示すグラフ、第12図
は酸素センサにおける出力波形を示すグラフ、第13図
は酸素センサを用いた場合のセンサ出力幅と平均浄化率
との関係を示すグラフである。 1;エンジン、2;排気通路、3;三元触媒、4.5.
空燃比センサ、41;拡散室、42;Ipセル、43;
Vs/Icpセル、44;比較酸素室、45:ヒータ、
6.7:センサ制御回路、8.9.酸素センサ、10;
制御λセンサ。
置の概略構成図、第2図は上流側空燃比センサにおける
出力波形を示すグラフ、第3図は下流側空燃比センサに
おける出力波形を示すグラフ、第4図は実施例で用いた
浄化率測定及び劣化時期検知装置の説明図、第5図は実
施例において新品触媒を用いた場合の出力波形を示すグ
ラフ、第6図は実施例において劣化触媒を用いた場合の
出力波形を示すグラフ、第7図は実施例において出力幅
減少率とHC/ CO/ N Oxの平均浄化率との関
係を示すグラフ、 第8図は実施例において出力幅減少率とNOx浄化率と
の関係を示すグラフ、第9図は実施例において出力幅減
少率とHC/COの平均浄化率との関係を示すグラフ、
第10図は実施例で用いた空燃比センサの原理を示す説
明図、第11図は第10図図示の空燃比センサにおいて
空燃比とセンサ出力特性の関係を示すグラフ、第12図
は酸素センサにおける出力波形を示すグラフ、第13図
は酸素センサを用いた場合のセンサ出力幅と平均浄化率
との関係を示すグラフである。 1;エンジン、2;排気通路、3;三元触媒、4.5.
空燃比センサ、41;拡散室、42;Ipセル、43;
Vs/Icpセル、44;比較酸素室、45:ヒータ、
6.7:センサ制御回路、8.9.酸素センサ、10;
制御λセンサ。
Claims (4)
- (1)排気ガス中の有害成分を浄化する触媒の上流側に
上流側空燃比センサを、下流側に下流側空燃比センサを
各々配設し、前記上流側空燃比センサの出力幅に対する
下流側空燃比センサの出力幅の減少率を得、該減少率と
排気ガス中の炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)及
び窒素酸化物(NOx)の三成分の平均浄化率との関係
により、触媒の該平均浄化率を測定することを特徴とす
る空燃比センサによる触媒の浄化率測定方法。 - (2)排気ガス中の有害成分を浄化する触媒の上流側に
上流側空燃比センサを、下流側に下流側空燃比センサを
各々配設し、前記上流側空燃比センサのリーン側出力幅
に対する下流側空燃比センサのリーン側出力幅の減少率
を得、該減少率と排気ガス中の窒素酸化物(NOx)成
分の浄化率との関係により、触媒のNOx成分の浄化率
を測定することを特徴とする空燃比センサによる触媒の
浄化率測定方法。 - (3)排気ガス中の有害成分を浄化する触媒の上流側に
上流側空燃比センサを、下流側に下流側空燃比センサを
各々配設し、前記上流側空燃比センサのリッチ側出力幅
に対する下流側空燃比センサのリッチ側出力幅の減少率
を得、該減少率と排気ガス中のHC成分及びCO成分の
平均浄化率との関係により、触媒のHC成分及びCO成
分の平均浄化率を測定することを特徴とする空燃比セン
サによる触媒の浄化率測定方法。 - (4)排気ガス中の有害成分を浄化する触媒の上流側に
上流側空燃比センサを、下流側に下流側空燃比センサを
各々配設し、前記上流側空燃比センサの出力幅に対する
下流側空燃比センサの出力幅の減少率が所定値を下回っ
た時点で前記触媒の劣化時期を検知することを特徴とす
る空燃比センサによる触媒の劣化時期検知方法。
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