JPH0525066B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、排気ガスの燃料−空気比をλセンサ
すなわち調整センサにより測定し、調整センサの
所定の目標電圧すなわち動作点を上回るかまたは
下回る際吸気側における燃料供給を増大または減
少し、排気ガス流中において調整センサの後にあ
る触媒で排気ガスをさらに反応させる、内燃機関
の排気ガスの触媒浄化装置の設定調整および検査
方法に関する。

内燃機関特に自動車用機関は、その排気ガス中
に一酸化炭素や未燃炭化水素のようなまだ燃焼可
能な成分および窒素酸化物を含んでいる。これら
の成分の割合を立法機関により要求された最小値
まで低下させるために、排気ガスからこれらの物
質を充分除去せねばならない。このことは、可燃
成分をできるだけ完全に炭酸ガスと水とに酸化
し、窒素酸化物を窒素に還元せねばならないこと
を意味する。

従来の技術 このような反応は、例えば排気ガスを触媒で後
処理することによつて行なうことができる。しか
し触媒の最適動作の必要条件は、機関中で燃焼し
た燃料−空気混合気がほぼ理論空燃比に等しい
（λ＝１）ことである。この理由から、触媒の前
の排気ガスの通路中へ電気化学センサ（λセン
サ）が取付けられて、例えば排気ガス中の酸素含
有量を測定し、センサから発生される信号を処理
する調整装置を介して、燃料−空気比したがつて
排気ガス組成の正しい設定を行なう。したがつて
このλセンサを以下調整センサともいう。このよ
うな公知の電気化学センサは酸素濃淡電池（λセ
ンサ）の原理に従つて動作する。したがつてこれ
は既知の一定分圧の酸素に接続されている基準電
極をもつている。このような酸素源として例えば
空気中の酸素が用いられるが、特定の酸素分圧を
設定するため、基準電極は例えば鉄−酸化鉄、ニ
ツケル−酸化ニツケル等のような金属−酸化金属
混合物（例えばドイツ連邦共和国特許出願公告第
2836900号明細書）またはCO−CO₂混合物（ドイ
ツ連邦共和国特許出願公告第2443037号明細書）
または炭素（ドイツ連邦共和国特許出願公開第
2917265号明細書）にも接続可能である。イオン
電導固体電解質として、一般に安定化された等軸
二酸化ジルコンからなる管が用いられる。固体電
解質はセンサの作動中400〜600℃の温度に加熱せ
ねばならない。

λセンサ（調整センサ）により発生される電圧
（起電力）から、センサ特性曲線を介して燃料−
空気比が推論される。限界値、動作点、積分特性
および遅れ時間のような設定可能な電子パラメー
タを介して、所望のλ調整点が設定される。セン
サ特性曲線に基いて、センサに接続された調整器
が一般に２位置調整器として動作し、すなわち発
生電圧が動作点からずれていると、燃料−空気混
合気中の燃料割合が増大または減少される。これ
らの調整過程により触媒反応にとつて最適な組成
をもつ排気ガスの除去すべき成分は、後続の触媒
で実際上完全に水、窒素および炭酸ガスに変換さ
れる。λセンサの機能を制御する調整装置は一般
に公知であり、例えば英国クロイドン自動車オー
トメーシヨン社発行の1981年９月ストツクホルム
７−11におけるISATA81の自動車技術およびオ
ートメーシヨンに関する国際シンポジウム議事録
にあるグレツクラー氏の“最も厳格な有害物質放
出レベルを満たす閉ループλ制御燃料噴射装置に
おける進歩”に詳細に記載されている。

λセンサの老化および排気ガス中における例え
ば水素の存在により、λセンサの特性曲線が著し
くずれるので、触媒にはそれにとつて最適な排気
ガスがもはや作用しないので、自動車からの望ま
しくない排気ガス成分の排出が増大する。同様に
λセンサに欠陥があるか、触媒が消耗するか、ま
たは燃料供給装置例えば気化器または燃料噴射装
置が調節されていない場合、望ましくない排気ガ
ス成分の排出がもちろん増大する。

発明が解決しようとする問題点 したがつて本発明の課題は、λセンサのずれた
特性曲線または燃料供給の欠陥のある調整を検知
して触媒の最適動作に必要な動作点を設定または
再設定することができると共に、排気ガス触媒の
効率を求めてその交換時期を知ることができる方
法を見出すことにある。

問題点を解決するための手段 この課題を解決するため本発明によれば、流れ
方向に見て触媒の後において排気ガスの燃料−空
気比を別のλセンサすなわち検査センサにより測
定して、出力信号の平均値および振幅を求め、こ
の平均値が検査センサにおける所定の目標値から
ずれている場合、検査センサがその目標値に達す
るまで、調整センサを介して燃料供給の設定を変
化し、また検査センサにおける出力信号が所定の
振幅値を上回る場合、触媒を交換する信号を生ず
る。

本発明の実施態様は特許請求の範囲の従属項に
示されている。

実施例 本実施例による方法を図面を利用してさらに説
明する。

既に上述したように、センサに接続された調整
器は２位置調整器として動作し、すななわち排気
ガス中の酸素が不足していると、燃料の供給が減
少せしめられ、酸素が過剰であると、燃料の供給
が増大せしめられる。系の慣性と２位置調整器の
動作のため、排気ガスの組成は設定燃料−空気比
に対応する値の少し上と少し下との間で振動し、
振動の平均値が設定燃料−空気比に対応する。そ
のとき調整センサ電圧は、第１ａ図に示すように
高い値から低い値へ規則正しく振動する。しかし
この規則正しい振動は、なんらかの理由から調整
装置の動作点（中間位置）がずれた場合にも調整
センサに生ずる。そのとき調整過程はまだ規則正
しく経過するが、調整の結果はもはや所望の燃料
−空気比に一致せず、濃厚または希薄な範囲へず
れる。調整センサの欠陥がある場合のみ、第１ｂ
図に示すような不規則な信号が生ずる。

さて流れ方向において触媒の後で、別のλセン
サすなわち検査センサで排気ガス流が測定され
る。触媒の所における排気ガスの反応によつて、
排気ガス浄化装置の規則正しい動作の場合、検査
センサが調整センサの信号とは明らかに異なる信
号を発生する。検査センサの信号の振幅は調整セ
ンサの信号の振幅より著しく小さく（理想的な場
合零）、検査センサの信号の平均電圧は排気ガス
の実際の残留酸素含有量に等しい。

排気ガス浄化装置が規則正しく機能している場
合、第２図は大きい振幅をもつ調整センサの信号
とその横に小さい振幅をもつ検査センサの信号と
を示している。

検査センサの信号との振幅が小さいほど、触媒
における排気ガスの反応が完全に行なわれてい
る。触媒がその効果を失うにつれて、振幅が大き
くなる。さて特定の形式のセンサについて、どん
な大きさの振幅から触媒がその効果を失つて、要
求される排気ガス値がもはや維持されなくなるか
を、非常に簡単に確認することができる。さてセ
ンサに必要なセンサ温度等のような動作条件で、
同じ種類の検査センサにより検査すべき排気ガス
浄化装置の排気ガスを測定し、許容振幅値を上回
りかつ触媒の効果がまだ充分である振幅値より大
きい振幅の信号を得ると、触媒を交換せねばなら
ない。検査センサ信号のこの最大許容振幅値は第
２図に文字Ｂで示されている。第３図には、最大
許容値Ｂを上回つた振幅をもつ検査センサ信号が
示され、触媒は消耗している。

さて簡単な比較回路により、求められた振幅値
が最大許容振幅値Ｂと比較される。許容振幅値Ｂ
を上回ると、警報音または光符号が発生されて、
必要な触媒交換への注意を喚起する。しかし特に
有利なことであるが、求められた振幅値と最大許
容振幅値との差を表示して、例えば適当な換算
（目盛分割）で、100％（振幅＝０すなわち完全に
機能できる）と０％（振幅≧Ｂ、交換が必要）と
の間の値で触媒の効果を常に直接表示できるよう
にすることも可能である。

触媒が健全である限り、その作用により排気ガ
スから除去すべき成分が実際上完全に反応せしめ
られ、検査センサの電圧の平均値が実際の排気ガ
ス組成に精確に一致する。触媒の最適動作範囲に
より、燃料−空気比が特定の範囲内に規定されて
いるので、触媒の後における排気ガスの組成も特
定の範囲内になければならない。これは検査セン
サにより発生される電圧（起電力）の平均値の特
定の範囲に一致する。この範囲は第２図ないし第
４図に文字Ａで示されている。排気ガスが正しい
組成をもつていると、検査センサにより発生され
る電圧（平均値）は第２図および第３図における
ようにこの範囲Ａ内にある。第３図は、調整セン
サは正しく動作しているが、触媒を交換せねばな
らないことを示している。さて例えば老化のた
め、またはセンサの所における排気ガスの水素割
合により、調整センサの特性曲線がずれるか、ま
たは調整回路（電子装置、操作部材等）の変化の
ため排気ガスの組成がずれると、調整は見かけ上
まだ正しく行なわれるが、触媒の後における排気
ガスはもはや所望の組成をもつていない。この事
情が第４図に示されている。すなわち触媒自体が
完全に規則正しく動作していても（検査センサ信
号の振幅値が許容範囲Ｂ内）、検査センサから発
生される信号は許容範囲Ａ外にある。今や適当な
電気回路により、検査センサから発生される電圧
（起電力）が再び範囲Ａ（目標値）内に来るまで、
調整装置の動作点がずらされる。この介入はもち
ろん調節ポテンシヨメータまたは調整器の機械素
子の手動調節によつて行なうことができる。検査
センサ電圧を再び範囲Ａ（目標値）へもたらすこ
とが不可能であると、調整センサを交換する必要
がある。その場合にも検査センサ電圧が所望の値
に達しないと、排気ガス浄化装置に他の欠陥例え
ば排気ガス経路の漏れまたは電子回路の欠陥が存
在する。

検査センサは、排気ガス経路において排気ガス
触媒の後に固定的に取付けることも、監視燃料−
空気設定作業のため一時的に例えば保守および手
入れ作業の過程で使用することもできる。固定的
な取付けは、適当な自動回路により調整センサの
動作点を常に再調節でき、触媒の状態を運転者に
通報できるという利点をもつている。検査センサ
を継続作動状態（センサ加熱）に保たず、間欠的
にのみ例えば特定の走行実施後または特定の作動
期間後動作させて、検査センサの老化現象を大幅
に回避するのが特に有利である。したがつて検査
センサの動作時間は一般に調整センサの動作時間
の約20％またはそれ以下になる。検査センサの始
動は、機関の回転数、負荷燃料−空気温度を考慮
して、車載計算機によつて行なうこともできる。
このような装置は例えば保守間隔を決定するため
既に公知である。検査センサによる排気ガスの散
発的な監視も完全に許される。なぜなら一般にセ
ンサ特性曲線の甚だしいずれまたは触媒作用の衝
撃的な悪化はおこらないからである。

保守作業の過程における検査センサの一時的な
取付けは、検査センサが多くの車両用電子回路と
共に使用されるので、個々の車両が高価にならな
いという利点をもつている。別の利点は、車両に
取付けられない状態で、検査センサを適当な試験
ガスで規則正しい動作について比較的簡単に検査
できることである。

検査センサにより得られる信号は調整センサの
動作点をずらせるのに用いられるだけでなく、車
両に存在する可能性に応じて、例えばマイクロプ
ロセツサで制御される機関では、点火時期、調整
センサ調整装置の調整周波数および調整振幅、排
気ガスタービン過給機をもつ車両における吸入空
気圧力等のような他の排気ガス決定パラメータを
変化することも可能である。

本発明により得られる利点は、とりわけ調整セ
ンサと触媒とを同時にただし互いに無関係にその
機能についてはじめて簡単に検査でき、調整装置
の動作点の再調節により調整センサの特性曲線の
ずれを補償できることである。触媒の始動時間す
なわち冷間始動後触媒がその機能を開始するのに
必要とする時間を検査することも可能である。こ
のため機関は作動のため暖まつている検査センサ
と共に始動され、検査センサの振幅値が範囲Ｂに
来るまでの時間が測定される。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は健全な調整センサにより発生される
信号の線図、第１ｂ図は欠陥のある調整センサに
より発生される信号の線図、第２図は調整センサ
の信号と燃料−空気比を正しく設定した場合にお
ける検査センサの信号とを示す線図、第３図は触
媒欠陥のある場合の調整センサの信号と検査セン
サの信号とを示す線図、第４図は調整特性曲線が
ずれている場合の調整センサの信号と検査センサ
の信号とを示す線図である。 Ａ……検査センサにより発生される電圧の平均
値の範囲、Ｂ……検査センサの信号の最大許容振
幅値。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排気ガスの燃料−空気比をλセンサすなわち
   調整センサにより測定し、調整センサの所定の目
   標電圧すなわち動作点を上回るかまたは下回る際
   吸気側における燃料供給を増大または減少し、排
   気ガス流中において調整センサの後にある触媒で
   排気ガスをさらに反応させる排気ガスの触媒浄化
   装置の設定調整および検査方法において、流れ方
   向に見て触媒の後において排気ガスの燃料−空気
   比を別のλセンサすなわち検査センサにより測定
   して、出力信号の平均値および振幅を求め、この
   平均値が検査センサにおける所定の目標値からず
   れている場合、検査センサがその目標値に達する
   まで、調整センサを介して燃料供給の設定を変化
   し、また検査センサにおける出力信号が所定の振
   幅値を上回る場合、触媒を交換する信号を生ずる
   ことを特徴とする、内燃機関の排気ガスの触媒浄
   化装置の設定調整および検査方法。 ２ 検査センサを間欠的に作動させることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項に記載の方法。