JPH0670619B2 - 空燃比センサ評価法および装置 - Google Patents
空燃比センサ評価法および装置Info
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- JPH0670619B2 JPH0670619B2 JP1168314A JP16831489A JPH0670619B2 JP H0670619 B2 JPH0670619 B2 JP H0670619B2 JP 1168314 A JP1168314 A JP 1168314A JP 16831489 A JP16831489 A JP 16831489A JP H0670619 B2 JPH0670619 B2 JP H0670619B2
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- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
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- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はセンサの特性を評価する方法に関し、特に内燃
機関の排気ガスの空燃比を検出する固体電解質からなる
酸素センサの特性評価法および装置に関するものであ
る。
機関の排気ガスの空燃比を検出する固体電解質からなる
酸素センサの特性評価法および装置に関するものであ
る。
（従来の技術） 自動車排ガス中で使用される酸素センサの特性評価は、
本来はエンジンに実際に搭載して行なうことが望まし
い。しかしながら、エンジン実機による測定は、対象と
なるエンジンの種類、制御システム、センサ取付位置、
運転条件、周囲条件（温度、湿度、圧力）により異なり
単一でないこと、測定の安定性、経済性、測定に要する
時間、工数が掛かること等の理由で現実的でなく、他の
方法が良く使用されている。
本来はエンジンに実際に搭載して行なうことが望まし
い。しかしながら、エンジン実機による測定は、対象と
なるエンジンの種類、制御システム、センサ取付位置、
運転条件、周囲条件（温度、湿度、圧力）により異なり
単一でないこと、測定の安定性、経済性、測定に要する
時間、工数が掛かること等の理由で現実的でなく、他の
方法が良く使用されている。
その測定法は大別して２通りあり、ボンベガス等を用い
て排ガス組成にできるだけ近似させてセンサ及びガスの
加熱を電気加熱などで制御するモデルガス法と、プロパ
ン、都市ガス等の燃料ガスを燃焼させて測定ガスとして
使用する燃焼ガス法が使用されている。
て排ガス組成にできるだけ近似させてセンサ及びガスの
加熱を電気加熱などで制御するモデルガス法と、プロパ
ン、都市ガス等の燃料ガスを燃焼させて測定ガスとして
使用する燃焼ガス法が使用されている。
（発明が解決しようとする課題） 上述した測定法のうち、モデルガス法は測定条件の厳密
性、安定性で優れており、主に研究的分野で使用されて
いるが、経済性、処理能力の点で劣り、多量のセンサの
特性測定用としては実用的でない問題があった。これに
対し、ガスバーナを用いる燃焼ガス法は経済性があり操
作も簡便で処理能力に優れ、多量のセンサの特性測定に
むいていたが、エンジン実機での特性を十分に反映する
ことができなかった。
性、安定性で優れており、主に研究的分野で使用されて
いるが、経済性、処理能力の点で劣り、多量のセンサの
特性測定用としては実用的でない問題があった。これに
対し、ガスバーナを用いる燃焼ガス法は経済性があり操
作も簡便で処理能力に優れ、多量のセンサの特性測定に
むいていたが、エンジン実機での特性を十分に反映する
ことができなかった。
第14図は従来の燃焼ガズ法を実施する装置の一例の構成
を示す図であり、例えばSAEテクニカル・ペーパ・シリ
ーズのNO.790143として1979年２月26〜３月２日デトロ
イトで開催された学会において“Characteristics of Z
rO2-Type Oxygen Sensors for Automotive Application
s"の題名でC.T.YoungとJ.D.Bodeによって発表された論
文からも公知の構成である。第14図において、51-1,51-
2は燃料ガス供給装置、52-1,52-2は空気供給装置、53-
1,53-2は通過するガスの流量を調整するための電磁弁、
54はこれらのガスを混合して燃焼させるためのガスバー
ナ装置、55はガスバーナ装置で燃焼させた燃焼排ガスを
導くための筒状ポート、56は筒状ボート55に取り付けら
れた比測定酸素センサ、57は酸素センサ56からの測定デ
ータを処理する計測装置、58は計測装置57の信号に基づ
いて電磁弁53-1,53-2の駆動を制御するための電磁弁駆
動装置である。
を示す図であり、例えばSAEテクニカル・ペーパ・シリ
ーズのNO.790143として1979年２月26〜３月２日デトロ
イトで開催された学会において“Characteristics of Z
rO2-Type Oxygen Sensors for Automotive Application
s"の題名でC.T.YoungとJ.D.Bodeによって発表された論
文からも公知の構成である。第14図において、51-1,51-
2は燃料ガス供給装置、52-1,52-2は空気供給装置、53-
1,53-2は通過するガスの流量を調整するための電磁弁、
54はこれらのガスを混合して燃焼させるためのガスバー
ナ装置、55はガスバーナ装置で燃焼させた燃焼排ガスを
導くための筒状ポート、56は筒状ボート55に取り付けら
れた比測定酸素センサ、57は酸素センサ56からの測定デ
ータを処理する計測装置、58は計測装置57の信号に基づ
いて電磁弁53-1,53-2の駆動を制御するための電磁弁駆
動装置である。
上述した構成の装置では、ガスバーナ装置54における燃
焼のみで所定のガスを得ることができるため、簡便な方
法で大量のガスを得ることができる。しかしながら、測
定に使用する燃焼排ガスの成分調整は、ガスバーナ装置
54に供給する燃料ガスと空気の混合比を変えることのみ
によって行なわれるため、燃焼状態が良好すぎ未燃ガス
が少ない等の理由で実際の内燃機関で排出される燃焼排
ガスを完全に模擬できない問題があった。また、上述し
た構成の装置では、筒状ポート55に酸素センサ56の検出
部がさらされているのみであるため、筒状ポート55内を
流れる燃焼排ガスが短時間で十分に酸素センサ56の検知
部と接触できず、その結果正確なセンサ特性の評価がで
きない問題もあった。
焼のみで所定のガスを得ることができるため、簡便な方
法で大量のガスを得ることができる。しかしながら、測
定に使用する燃焼排ガスの成分調整は、ガスバーナ装置
54に供給する燃料ガスと空気の混合比を変えることのみ
によって行なわれるため、燃焼状態が良好すぎ未燃ガス
が少ない等の理由で実際の内燃機関で排出される燃焼排
ガスを完全に模擬できない問題があった。また、上述し
た構成の装置では、筒状ポート55に酸素センサ56の検出
部がさらされているのみであるため、筒状ポート55内を
流れる燃焼排ガスが短時間で十分に酸素センサ56の検知
部と接触できず、その結果正確なセンサ特性の評価がで
きない問題もあった。
本発明の目的は上述した課題を解消して、ガスバーナを
用いる燃焼ガス法の簡便性を有するとともにエンジン実
機における測定値との相関性を向上させることができる
センサ特性評価法および装置を提供しようとするもので
ある。
用いる燃焼ガス法の簡便性を有するとともにエンジン実
機における測定値との相関性を向上させることができる
センサ特性評価法および装置を提供しようとするもので
ある。
（課題を解決するための手段） 本発明の空燃比センサ評価法は、内燃機関の排気ガスの
空燃比を検出する酸素センサの特性評価法において、所
定の空気過剰率の燃焼ガスに酸化性および／又は還元性
の添加ガスを供給し、この混合ガスを用いてセンサを評
価する方法であって、該添加ガスの供給を10Hz以上の周
波数で増減せしめ、増供給時間と減供給時間の比を変え
ることにより、添加ガスの供給量を変化させ、且つ、増
供給時間と減供給時間の比を前記周波数より遅い周期で
変化せしめるか、あるいは、ステップ状に変化せしめ、
この混合ガス中に被測定センサをさらし、その出力を検
出することを特徴とするものである。
空燃比を検出する酸素センサの特性評価法において、所
定の空気過剰率の燃焼ガスに酸化性および／又は還元性
の添加ガスを供給し、この混合ガスを用いてセンサを評
価する方法であって、該添加ガスの供給を10Hz以上の周
波数で増減せしめ、増供給時間と減供給時間の比を変え
ることにより、添加ガスの供給量を変化させ、且つ、増
供給時間と減供給時間の比を前記周波数より遅い周期で
変化せしめるか、あるいは、ステップ状に変化せしめ、
この混合ガス中に被測定センサをさらし、その出力を検
出することを特徴とするものである。
また、本発明の空燃比センサ評価装置は、内燃機関の排
気ガスの空燃比を検出する酸素センサの特性評価装置に
おいて、所定の空気過剰率の燃焼ガスに酸化性および／
又は還元性の添加ガスを供給し、この混合ガスを用いて
センサを評価する装置であって、燃料および支燃性ガス
と所定の割合で混合し、燃焼せしめる燃焼ガス生成部
と、被測定酸素センサが装着された測定部と、燃焼ガス
生成部で生成したガスを測定部へ導く連結部と、酸化性
および／又は還元性の添加ガスを上記連結部および／又
は測定部に導入する導入部と、該添加ガスの流量を高速
パルス幅制御により制御するガス流量制御部と、前記高
速パルス幅制御を周期的あるいはステップ状に変化せし
めるパルス幅制御部を備えたことを特徴とするものであ
る。
気ガスの空燃比を検出する酸素センサの特性評価装置に
おいて、所定の空気過剰率の燃焼ガスに酸化性および／
又は還元性の添加ガスを供給し、この混合ガスを用いて
センサを評価する装置であって、燃料および支燃性ガス
と所定の割合で混合し、燃焼せしめる燃焼ガス生成部
と、被測定酸素センサが装着された測定部と、燃焼ガス
生成部で生成したガスを測定部へ導く連結部と、酸化性
および／又は還元性の添加ガスを上記連結部および／又
は測定部に導入する導入部と、該添加ガスの流量を高速
パルス幅制御により制御するガス流量制御部と、前記高
速パルス幅制御を周期的あるいはステップ状に変化せし
めるパルス幅制御部を備えたことを特徴とするものであ
る。
（作用） 上述した構成において、添加ガスの供給を高速で増減
し、その増供給時間と減供給時間の時間比を変えること
により、供給量を制御できるように構成したため、添加
ガス供給量を10回／秒以上に細かく変えることができ、
繊細な空気過剰率（以下λと記す）の制御が可能とな
り、よりエンジン実機に近いセンサ特性を評価すること
ができる。
し、その増供給時間と減供給時間の時間比を変えること
により、供給量を制御できるように構成したため、添加
ガス供給量を10回／秒以上に細かく変えることができ、
繊細な空気過剰率（以下λと記す）の制御が可能とな
り、よりエンジン実機に近いセンサ特性を評価すること
ができる。
ここで空気過剰率λとは、燃料を燃焼するとき供給され
る空気量をその燃料が完全燃焼するのに必要な空気量で
割ったものであり、λ＝１のときその燃料は完全燃焼す
る。また、λ＜１のとき空気不足であり（以下リッチと
もいう）、λ＞１のとき空気過剰（以下リーンともい
う）である。
る空気量をその燃料が完全燃焼するのに必要な空気量で
割ったものであり、λ＝１のときその燃料は完全燃焼す
る。また、λ＜１のとき空気不足であり（以下リッチと
もいう）、λ＞１のとき空気過剰（以下リーンともい
う）である。
ここで、増減周波数を10Hz以上としたのは、電子燃料噴
射式エンジンのガソリン注入の最小変化単位の燃料噴射
回数を、添加ガスの増減周波数とほぼ同じくしたことに
よる。すなわち、多くのエンジンにおいて、エンジン燃
焼噴射回数は１噴射／回転であり、通常回転数範囲の65
0rpm〜6000rpmでは噴射周波数が10.8Hz〜100Hzとなるた
めである。
射式エンジンのガソリン注入の最小変化単位の燃料噴射
回数を、添加ガスの増減周波数とほぼ同じくしたことに
よる。すなわち、多くのエンジンにおいて、エンジン燃
焼噴射回数は１噴射／回転であり、通常回転数範囲の65
0rpm〜6000rpmでは噴射周波数が10.8Hz〜100Hzとなるた
めである。
又、添加ガス増減周波数を10Hz以上としたことで、酸化
性ガスと還元性ガスを10回／秒以上増減することが可能
となるため、試験ガス混合後、λ値が相殺され、添加ガ
スの流量が大きくても、λ振幅を小さくすることがき、
測定λ範囲をエンジン排ガスλに近く精度良く設定で
き、エンジン特性値と相関の高い測定ができる。
性ガスと還元性ガスを10回／秒以上増減することが可能
となるため、試験ガス混合後、λ値が相殺され、添加ガ
スの流量が大きくても、λ振幅を小さくすることがき、
測定λ範囲をエンジン排ガスλに近く精度良く設定で
き、エンジン特性値と相関の高い測定ができる。
（実施例） 第１図は本発明の空燃比センサ評価法を実施する装置の
一例の構成を示す図である。第１図において、ガスバー
ナ装置１には、一次ガス供給装置２を構成する燃料ガス
供給装置３と空気供給装置４から、燃焼ベースガスとし
て燃料ガスおよび空気を供給して燃焼させ、所定の空燃
比の燃焼排ガスを発生させる。ガスバーナ装置１で得ら
れた燃焼ガスは、筒状ポート６内を介して被測定センサ
７に達する。
一例の構成を示す図である。第１図において、ガスバー
ナ装置１には、一次ガス供給装置２を構成する燃料ガス
供給装置３と空気供給装置４から、燃焼ベースガスとし
て燃料ガスおよび空気を供給して燃焼させ、所定の空燃
比の燃焼排ガスを発生させる。ガスバーナ装置１で得ら
れた燃焼ガスは、筒状ポート６内を介して被測定センサ
７に達する。
ガスバーナ装置１と被測定センサ７との間の筒状ポート
６には、添加ガス供給装置８を構成する酸化ガス供給装
置９、還元ガス供給装置10から、所定量の酸化ガスまた
は還元ガスを電磁弁11-1,12-1の制御により供給してい
る。さらに本実施例では、これらの供給量制御用の電磁
弁11-1,12-1と並列に、電磁弁11-1,12-1が流量減のとき
流量増、流量増のとき流量減となる逃がし弁11-2,12-2
を設け、添加ガス供給量が変化しても管内圧力を一定に
保つように外部へガスを放出している。
６には、添加ガス供給装置８を構成する酸化ガス供給装
置９、還元ガス供給装置10から、所定量の酸化ガスまた
は還元ガスを電磁弁11-1,12-1の制御により供給してい
る。さらに本実施例では、これらの供給量制御用の電磁
弁11-1,12-1と並列に、電磁弁11-1,12-1が流量減のとき
流量増、流量増のとき流量減となる逃がし弁11-2,12-2
を設け、添加ガス供給量が変化しても管内圧力を一定に
保つように外部へガスを放出している。
また、被測定センサ７の検出した出力をフィードバック
制御装置13へ供給して、所定の信号処理後、電磁弁駆動
装置14に供給し、電磁弁11-1,11-2,12-1,12-2の開閉を
制御して、所定組成の混合ガスが得られるよう構成して
いる。同時に被測定センサ７の出力をデータ処理装置15
に供給し、筒状ポート６の先端の雰囲気をλ検出器16に
より測定した結果とともにデータ処理して、被測定セン
サ７の特性を評価している。
制御装置13へ供給して、所定の信号処理後、電磁弁駆動
装置14に供給し、電磁弁11-1,11-2,12-1,12-2の開閉を
制御して、所定組成の混合ガスが得られるよう構成して
いる。同時に被測定センサ７の出力をデータ処理装置15
に供給し、筒状ポート６の先端の雰囲気をλ検出器16に
より測定した結果とともにデータ処理して、被測定セン
サ７の特性を評価している。
上述した各装置のうち、ガスバーナ装置１および一次ガ
ス供給装置２が燃焼ガス生成部を、筒状ポート６の一部
が測定部を、筒状ポート６の一部が連結部を、添加ガス
供給装置８および電磁弁11-1,12-1が導入部を、フィー
ドバック制御装置13の一部および電磁弁駆動装置14がガ
ス流量制御部を、フィードバック制御装置13の一部がパ
ルス幅制御部をそれぞれ構成している。
ス供給装置２が燃焼ガス生成部を、筒状ポート６の一部
が測定部を、筒状ポート６の一部が連結部を、添加ガス
供給装置８および電磁弁11-1,12-1が導入部を、フィー
ドバック制御装置13の一部および電磁弁駆動装置14がガ
ス流量制御部を、フィードバック制御装置13の一部がパ
ルス幅制御部をそれぞれ構成している。
第２図は本発明におけるフィードバック制御装置13の一
構成を各部の信号波形とともに示すブロック図である。
第２図において、被測定センサ７の出力信号を、まずコ
ンパレータ21に供給する。被測定センサが正常なジルコ
ニア固体電解質酸素センサのとき、その出力電圧は雰囲
気がリーンのとき200mV以下（以下リーン電圧）であ
り、リッチのとき700mV以上（以下リッチ電圧）であ
る。ここで、リッチ電圧とリーン電圧の中間の電圧（例
えば450mV）を基準電圧としてセンサ出力電圧をコンパ
レータ21で図中（ａ）で示すパルス状の波形に変換す
る。次に、パルス信号を積分動作調整器22に供給して図
中（ｂ）で示す鋸歯状の波形に変換した後、さらにスキ
ップ動作調整器23に供給して図中（ｃ）で示す形状の波
形に変換している。また、並行して、パルス発振器24に
より10Hz以上の一定周波数のパルス信号を供給する。上
述した、図中（ｃ）に示すスキップ変換後の信号で、図
中（ｄ）で示すパルス信号をパルス幅変調器26でパルス
幅変調することにより、図中（ｅ）に示す形状の周期は
変えずデューティ比が変化したフィードバック制御用の
パルス信号を得る。このフィードバック制御用のパルス
信号を電磁弁駆動装置14へ供給して、例えばパルス信号
の正のときの増、負のときに減となるよう制御すること
により、添加ガスの筒状ポート６内への供給を制御して
いる。
構成を各部の信号波形とともに示すブロック図である。
第２図において、被測定センサ７の出力信号を、まずコ
ンパレータ21に供給する。被測定センサが正常なジルコ
ニア固体電解質酸素センサのとき、その出力電圧は雰囲
気がリーンのとき200mV以下（以下リーン電圧）であ
り、リッチのとき700mV以上（以下リッチ電圧）であ
る。ここで、リッチ電圧とリーン電圧の中間の電圧（例
えば450mV）を基準電圧としてセンサ出力電圧をコンパ
レータ21で図中（ａ）で示すパルス状の波形に変換す
る。次に、パルス信号を積分動作調整器22に供給して図
中（ｂ）で示す鋸歯状の波形に変換した後、さらにスキ
ップ動作調整器23に供給して図中（ｃ）で示す形状の波
形に変換している。また、並行して、パルス発振器24に
より10Hz以上の一定周波数のパルス信号を供給する。上
述した、図中（ｃ）に示すスキップ変換後の信号で、図
中（ｄ）で示すパルス信号をパルス幅変調器26でパルス
幅変調することにより、図中（ｅ）に示す形状の周期は
変えずデューティ比が変化したフィードバック制御用の
パルス信号を得る。このフィードバック制御用のパルス
信号を電磁弁駆動装置14へ供給して、例えばパルス信号
の正のときの増、負のときに減となるよう制御すること
により、添加ガスの筒状ポート６内への供給を制御して
いる。
この制御の際、酸化性および還元性ガスを断続供給する
電磁弁11-1,12-1が、酸化性ガスが増のとき還元性ガス
は減、酸化性ガスが減のとき還元性ガスは増と動作し、
そのガスを同一の供給口より供給するよう制御すると、
複数の添加ガスの増減時期が固定され、λ値ピークのず
れや増減切り換え時のずれを解消することができるため
好ましい。また、フィードバック制御信号に積分動作、
スキップ動作を加味し、積分動作とスキップ動作がそれ
ぞれ任意に設定できるよう構成しているため、これらを
調整することで容易に各種エンジンのフィードバック特
性に合わせることができる。
電磁弁11-1,12-1が、酸化性ガスが増のとき還元性ガス
は減、酸化性ガスが減のとき還元性ガスは増と動作し、
そのガスを同一の供給口より供給するよう制御すると、
複数の添加ガスの増減時期が固定され、λ値ピークのず
れや増減切り換え時のずれを解消することができるため
好ましい。また、フィードバック制御信号に積分動作、
スキップ動作を加味し、積分動作とスキップ動作がそれ
ぞれ任意に設定できるよう構成しているため、これらを
調整することで容易に各種エンジンのフィードバック特
性に合わせることができる。
第３図は第１図に示す装置のセンサ測定部の断面を示す
部分断面図である。第３図において、被測定センサ７の
検出部31の周囲の筒状ポート６内に絞り治具32を挿入
し、センサ装着部のガス流路の断面を局部的に小さくし
ている。測定に用いる燃焼ガス生成部からの燃焼ガス
は、エンジン排ガスに比し吐出ガス量、吐出ガス圧力が
小さく、被測定センサ７の検出部31の形状、先端通気機
構による応答性差がエンジン排ガス測定値と異なってい
たため、これをセンサ装着箇所の通気面積を小さくする
ことで周囲の通気抵抗を上げセンサ内の試験ガスの置換
速度を高め、エンジン値近似の応答性の関係を得ると同
時に、使用ガス量を減らすことができ経済的である。
部分断面図である。第３図において、被測定センサ７の
検出部31の周囲の筒状ポート６内に絞り治具32を挿入
し、センサ装着部のガス流路の断面を局部的に小さくし
ている。測定に用いる燃焼ガス生成部からの燃焼ガス
は、エンジン排ガスに比し吐出ガス量、吐出ガス圧力が
小さく、被測定センサ７の検出部31の形状、先端通気機
構による応答性差がエンジン排ガス測定値と異なってい
たため、これをセンサ装着箇所の通気面積を小さくする
ことで周囲の通気抵抗を上げセンサ内の試験ガスの置換
速度を高め、エンジン値近似の応答性の関係を得ると同
時に、使用ガス量を減らすことができ経済的である。
第４図は本発明の空燃比センサ評価法を実施する装置の
他の例の構成を示す図である。第４図に示す実施例にお
いて、第１図に示す例と同一の部材には同一の符号を付
し、その説明を省略する。第４図に示す例においては、
第１図に示す側と異なり、空気供給装置４を空気供給部
4-1とマスフローコントーラ4-2（以下、MFCと記す）と
により構成するとともに、燃料ガス供給装置３を燃焼ガ
ス供給部3-1とMFC3-2とにより構成している。そして、
ガスバーナ装置１の下流に広範囲空燃比センサ35を設
け、この出力を一次ガスλ制御装置36に供給して、この
出力に応じてMCF3-2を制御することにより、精度よくλ
値を一定にすることができる。また、添加ガス供給装置
８内に還元ガス供給装置36を設け、空気を供給する酸化
ガス供給装置９およびCOガスを供給する還元ガス供給装
置10と同様、電磁弁37-1,37-2の制御により、H2ガスを
同一の供給口より供給できるよう構成して、より排気ガ
スに近い燃焼ガスが得られるよう構成している。さら
に、第１図におけるλ検出器16の代わりに、広範囲空燃
比センサ38を設け、この出力からセンサ特性を求めてい
る。なお、本実施例のフィードバック制御装置13の構成
も、第２図に示す例と同一の構成のものを使用してい
る。
他の例の構成を示す図である。第４図に示す実施例にお
いて、第１図に示す例と同一の部材には同一の符号を付
し、その説明を省略する。第４図に示す例においては、
第１図に示す側と異なり、空気供給装置４を空気供給部
4-1とマスフローコントーラ4-2（以下、MFCと記す）と
により構成するとともに、燃料ガス供給装置３を燃焼ガ
ス供給部3-1とMFC3-2とにより構成している。そして、
ガスバーナ装置１の下流に広範囲空燃比センサ35を設
け、この出力を一次ガスλ制御装置36に供給して、この
出力に応じてMCF3-2を制御することにより、精度よくλ
値を一定にすることができる。また、添加ガス供給装置
８内に還元ガス供給装置36を設け、空気を供給する酸化
ガス供給装置９およびCOガスを供給する還元ガス供給装
置10と同様、電磁弁37-1,37-2の制御により、H2ガスを
同一の供給口より供給できるよう構成して、より排気ガ
スに近い燃焼ガスが得られるよう構成している。さら
に、第１図におけるλ検出器16の代わりに、広範囲空燃
比センサ38を設け、この出力からセンサ特性を求めてい
る。なお、本実施例のフィードバック制御装置13の構成
も、第２図に示す例と同一の構成のものを使用してい
る。
上述した第４図に示した各装置のうち、ガスバーナ装置
１および一次ガス供給装置２が燃焼ガス生成部を、筒状
ポート６の一部が測定部を、筒状ポート６の一部が連結
部を、添加ガス供給装置８および電磁弁11-1,12-1およ
び37-1が導入部を、フィーバック制御装置13の一部およ
び電磁弁駆動装置14がガス流量制御部を、フィードバッ
ク制御装置13の一部がパルス幅制御部をそれぞれ構成し
ている。
１および一次ガス供給装置２が燃焼ガス生成部を、筒状
ポート６の一部が測定部を、筒状ポート６の一部が連結
部を、添加ガス供給装置８および電磁弁11-1,12-1およ
び37-1が導入部を、フィーバック制御装置13の一部およ
び電磁弁駆動装置14がガス流量制御部を、フィードバッ
ク制御装置13の一部がパルス幅制御部をそれぞれ構成し
ている。
第４図に示す装置において、第１表に示すガス流量で、
電磁弁の開閉周波数を20Hzとして被測定センサが所定値
（例えば450mV）となるように添加ガスの増減をフィー
ドバック制御したときの空気過剰率λAVGとフィードバ
ック周波数FBを測定するとともに、実際のエンジンを回
転数1150rpmで駆動させ被測定センサでフィードバック
制御させたときの空気過剰率λAVGとフィードバック周
波数FLCを測定した。第５図に空気過剰率の相関を示す
とともに、第６図にフィードバック周波数の相関を示
す。第５図および第６図の結果から、本発明の評価法に
おいて、エンジン実機とほぼ同じ状態を模擬できること
がわかる。
電磁弁の開閉周波数を20Hzとして被測定センサが所定値
（例えば450mV）となるように添加ガスの増減をフィー
ドバック制御したときの空気過剰率λAVGとフィードバ
ック周波数FBを測定するとともに、実際のエンジンを回
転数1150rpmで駆動させ被測定センサでフィードバック
制御させたときの空気過剰率λAVGとフィードバック周
波数FLCを測定した。第５図に空気過剰率の相関を示す
とともに、第６図にフィードバック周波数の相関を示
す。第５図および第６図の結果から、本発明の評価法に
おいて、エンジン実機とほぼ同じ状態を模擬できること
がわかる。
さらに、被測定センサ取り付け位置における試験ガスの
レイソルズ数Re（＝4mv／ν；ここでｍ＝（測定部断面
積）／（測定部断面積における周長）、v:測定ガスの測
定部における平均流速、ν：測定ガスの動粘性係数）の
影響を調べるため、センサの種類をその検出部形状の異
なるA,B,Cと変えたときの空気過剰率λAVGを調べたとこ
ろ、レイノズル数Re＝3000のときは第７図に示すように
センサの種類に関係なく高い相関が得られるのに対し、
レイノズル数Re＝1000のときは第８図に示すようにセン
サの種類により相関が大きく変化した。この結果より、
被測定センサ取り付け位置における試験ガスのレイノズ
ル数Reが2500以上であると好ましいことが確認できた。
レイソルズ数Re（＝4mv／ν；ここでｍ＝（測定部断面
積）／（測定部断面積における周長）、v:測定ガスの測
定部における平均流速、ν：測定ガスの動粘性係数）の
影響を調べるため、センサの種類をその検出部形状の異
なるA,B,Cと変えたときの空気過剰率λAVGを調べたとこ
ろ、レイノズル数Re＝3000のときは第７図に示すように
センサの種類に関係なく高い相関が得られるのに対し、
レイノズル数Re＝1000のときは第８図に示すようにセン
サの種類により相関が大きく変化した。この結果より、
被測定センサ取り付け位置における試験ガスのレイノズ
ル数Reが2500以上であると好ましいことが確認できた。
また、被測定センサ取り付け位置の影響を調べるため、
第４図において、被測定センサ取り付け位置の添加ガス
混合部からの距離Ｌが筒状ポート６の内径ｄに対し10d
と3dの場合について空気過剰率λのバラツキを測定した
ところ、第９図に示す結果を得た。第９図の結果から、
Ｌが10dのときはＬが3dのときに比較してバラツキが少
なくなり、これよりＬが10d以上であるとより実際のエ
ンジンの排ガスに近い状態が得られることが確認でき
た。
第４図において、被測定センサ取り付け位置の添加ガス
混合部からの距離Ｌが筒状ポート６の内径ｄに対し10d
と3dの場合について空気過剰率λのバラツキを測定した
ところ、第９図に示す結果を得た。第９図の結果から、
Ｌが10dのときはＬが3dのときに比較してバラツキが少
なくなり、これよりＬが10d以上であるとより実際のエ
ンジンの排ガスに近い状態が得られることが確認でき
た。
さらに、第４図に示す装置において、逃がし弁の影響を
調べるため、逃がし弁のある構成とない構成の装置にお
いて、燃焼ガス中にCOのみを添加して、電磁弁の開弁制
御電圧との関係を測定したところ、第10図に示す結果を
得た。第10図の結果から、逃がし弁があることにより、
より精度の高いガス流量制御を実施できることがわか
る。また、他の添加要素である空気およびH2に対しても
同様な結果が得られている。
調べるため、逃がし弁のある構成とない構成の装置にお
いて、燃焼ガス中にCOのみを添加して、電磁弁の開弁制
御電圧との関係を測定したところ、第10図に示す結果を
得た。第10図の結果から、逃がし弁があることにより、
より精度の高いガス流量制御を実施できることがわか
る。また、他の添加要素である空気およびH2に対しても
同様な結果が得られている。
第11図は本発明の空燃比センサ評価法を実施する装置の
さらに他の例の構成を示す図であり、これまでに説明し
たフィードバック制御を使用した例と異なり、オープン
ループ測定の場合に本発明を適用した例を示している。
第11図に示す実施例において、第１図に示す例と同一の
部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。第11
図に示す例においては、被測定センサ７の出力を直接デ
ータ処理装置15に供給して処理するとともに、フィード
バック制御装置とは異なる制御装置41を設け、プログラ
マ42と協動して電磁弁駆動装置14を制御して、添加ガス
の供給を高速で増減できるよう構成している。
さらに他の例の構成を示す図であり、これまでに説明し
たフィードバック制御を使用した例と異なり、オープン
ループ測定の場合に本発明を適用した例を示している。
第11図に示す実施例において、第１図に示す例と同一の
部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。第11
図に示す例においては、被測定センサ７の出力を直接デ
ータ処理装置15に供給して処理するとともに、フィード
バック制御装置とは異なる制御装置41を設け、プログラ
マ42と協動して電磁弁駆動装置14を制御して、添加ガス
の供給を高速で増減できるよう構成している。
上述した第11図に示した各装置のうち、ガスバーナ装置
１および一次ガス供給装置２が燃焼ガス生成部を、慎状
ポート６の一部が測定部を、筒状ポート６の一部が連結
部を、添加ガス供給装置８および電磁弁11-1,12-1が導
入部を、制御装置41の一部および電磁弁駆動装置14がガ
ス流量制御部を、制御装置41の一部がパルス幅制御部を
それぞれ構成している。
１および一次ガス供給装置２が燃焼ガス生成部を、慎状
ポート６の一部が測定部を、筒状ポート６の一部が連結
部を、添加ガス供給装置８および電磁弁11-1,12-1が導
入部を、制御装置41の一部および電磁弁駆動装置14がガ
ス流量制御部を、制御装置41の一部がパルス幅制御部を
それぞれ構成している。
すなわち、第12図に制御装置41の一構成を各部信号波形
とともに示すように、まずプログラマ42から被測定セン
サ７の出力を模擬してパルス状の信号（図中（ａ））を
発生する。同時に、パルス発振器43により10Hz以上の一
定周波数のパルス信号（図中（ｂ））を発生し、上述し
た、図中（ａ）で示すプログラム42からの信号と、図中
（ｂ）で示すパルス状の信号とをパルス幅変調器45に供
給して変調することにより、図中（ｃ）で示す制御用の
パルス信号を得る。このとき、プログラマ42からの図中
（ａ）に示すパルス状の信号がＡであるときは、図中
（ｃ）に示す制御用のパルス信号は数個のパルス信号毎
にそのデューティ比が変化するとともに、プログラマ42
からのパルス状の信号がＢのようにエンジンのλ変化に
合わせたように変化するときは、図中（ｄ）に示す制御
用のパルス信号はパルス信号毎にデューティ比の異なる
信号となる。
とともに示すように、まずプログラマ42から被測定セン
サ７の出力を模擬してパルス状の信号（図中（ａ））を
発生する。同時に、パルス発振器43により10Hz以上の一
定周波数のパルス信号（図中（ｂ））を発生し、上述し
た、図中（ａ）で示すプログラム42からの信号と、図中
（ｂ）で示すパルス状の信号とをパルス幅変調器45に供
給して変調することにより、図中（ｃ）で示す制御用の
パルス信号を得る。このとき、プログラマ42からの図中
（ａ）に示すパルス状の信号がＡであるときは、図中
（ｃ）に示す制御用のパルス信号は数個のパルス信号毎
にそのデューティ比が変化するとともに、プログラマ42
からのパルス状の信号がＢのようにエンジンのλ変化に
合わせたように変化するときは、図中（ｄ）に示す制御
用のパルス信号はパルス信号毎にデューティ比の異なる
信号となる。
第13図（ａ），（ｂ）は、それぞれ上述した実施例にお
けるスイッチング動作毎のセンサ起電力の変化を示すグ
ラフである。第13図（ａ），（ｂ）において、TRS,TLS
はそれぞれ電磁弁開閉信号が発せられてからセンサ起電
力が所定値（この例では0.45V）になるまでの応答時間
を表わし、TRSはセンサ起電力がリッチ側から所定値に
変化する時間を、TLSはセンサ起電力がリーン側から所
定値へ変化するまでの時間をそれぞれ示している。これ
らTRS,TLSを使用してデータ処理装置15では、１／（TRS
＋TLS）,TRS／TLS等を特性評価の指標として被測定セン
サ７の特性を評価することができる。その一例を第13図
（ｃ）および（ｄ）に示すが、エンジン実機における測
定値と本発明による評価装置の結果とは、良く相関がと
れていることがわかる。
けるスイッチング動作毎のセンサ起電力の変化を示すグ
ラフである。第13図（ａ），（ｂ）において、TRS,TLS
はそれぞれ電磁弁開閉信号が発せられてからセンサ起電
力が所定値（この例では0.45V）になるまでの応答時間
を表わし、TRSはセンサ起電力がリッチ側から所定値に
変化する時間を、TLSはセンサ起電力がリーン側から所
定値へ変化するまでの時間をそれぞれ示している。これ
らTRS,TLSを使用してデータ処理装置15では、１／（TRS
＋TLS）,TRS／TLS等を特性評価の指標として被測定セン
サ７の特性を評価することができる。その一例を第13図
（ｃ）および（ｄ）に示すが、エンジン実機における測
定値と本発明による評価装置の結果とは、良く相関がと
れていることがわかる。
第11図〜第13図に示すオープンループ型の構成において
は、サーマル型マスフローコントローラに比しガス制御
応答が良く、流量を連続的に変えることができるととも
に、供給流量が大きくても小さなλ変化を情報良く設定
できる利点をもつ。
は、サーマル型マスフローコントローラに比しガス制御
応答が良く、流量を連続的に変えることができるととも
に、供給流量が大きくても小さなλ変化を情報良く設定
できる利点をもつ。
本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではな
く、幾多の変形、変更が可能である。例えば、上述した
実施例では、ガスの有毒性、経済性から添加ガスとし
て、CO,H2,空気の３種類を使用したが、さらに排ガス組
成に近づけるため、添加ガスの種類をさらに増やしたり
あるいはNO,あるいはCnH2n,CnH2n+2で表わされるC3H6,C
3H8などのガスを加えても良好な結果が得られる。ま
た、広範囲空燃比センサの代わりに、ガス分析計や酸素
センサを用いそのデューティ比を測定し、被測定センサ
の特性を評価することもできる。
く、幾多の変形、変更が可能である。例えば、上述した
実施例では、ガスの有毒性、経済性から添加ガスとし
て、CO,H2,空気の３種類を使用したが、さらに排ガス組
成に近づけるため、添加ガスの種類をさらに増やしたり
あるいはNO,あるいはCnH2n,CnH2n+2で表わされるC3H6,C
3H8などのガスを加えても良好な結果が得られる。ま
た、広範囲空燃比センサの代わりに、ガス分析計や酸素
センサを用いそのデューティ比を測定し、被測定センサ
の特性を評価することもできる。
（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明の空燃比センサ
評価法によれば、添加ガスの供給を高速で増減し、その
増減各供給時間の時間比を変えることにより供給量を制
御できるよう構成したため、エンジン排ガスなみの細か
なλ制御が可能となり、より実機に近いセンサ特性評価
を実施することができる。
評価法によれば、添加ガスの供給を高速で増減し、その
増減各供給時間の時間比を変えることにより供給量を制
御できるよう構成したため、エンジン排ガスなみの細か
なλ制御が可能となり、より実機に近いセンサ特性評価
を実施することができる。
第１図は本発明の空燃比センサ評価法を実施する装置の
一例の構成を示す図、 第２図は本発明におけるフィードバック制御装置の一構
成を各部の信号波形とともに示すブロック図、 第３図は第１図に示す装置のセンサ装着部を示す部分断
面図、 第４図は本発明の空燃比センサ評価法を実施する装置の
他の例の構成を示す図、 第５図は本発明における空気過剰率と実際のエンジンに
おける空気過剰率との関係を示すグラフ、 第６図は本発明におけるフィードバック周波数と実際の
エンジンにおけるフィードバック周波数との関係を示す
グラフ、 第７図および第８図はそれぞれセンサ測定部におけるレ
イノズル数を変えたときの本発明における空気過剰率と
実際のエンジンにおける空気過剰率との関係を示すグラ
フ、 第９図はセンサ測定部の位置を変えたときの空気過剰率
のバラツキを示すグラフ、 第10図は逃がし弁のある構成とない構成の装置における
COガス濃度と電磁弁の開弁制御電圧との関係を示すグラ
フ、 第11図は本発明の空燃比センサ評価法を実施する装置の
さらに他の例の構成を示す図、 第12図は本発明における制御装置の一構成を各部の信号
波形とともに示すブロック図、 第13図（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明におけるセンサ
起電力の変化を示す図、 第13図（ｃ），（ｄ）はそれぞれエンジン実機における
測定値と本発明による評価装置の結果との関係を示す
図、 第14図は従来のセンサ特性評価法を実施する装置の一例
の構成を示す図である。 １……ガスバーナ装置 ２……一次ガス供給装置 ６……筒状ポート ７……被測定センサ ８……添加ガス供給装置 11-1,11-2,12-1,12-2……電磁弁 13……フィードバック制御装置 15……データ処理装置
一例の構成を示す図、 第２図は本発明におけるフィードバック制御装置の一構
成を各部の信号波形とともに示すブロック図、 第３図は第１図に示す装置のセンサ装着部を示す部分断
面図、 第４図は本発明の空燃比センサ評価法を実施する装置の
他の例の構成を示す図、 第５図は本発明における空気過剰率と実際のエンジンに
おける空気過剰率との関係を示すグラフ、 第６図は本発明におけるフィードバック周波数と実際の
エンジンにおけるフィードバック周波数との関係を示す
グラフ、 第７図および第８図はそれぞれセンサ測定部におけるレ
イノズル数を変えたときの本発明における空気過剰率と
実際のエンジンにおける空気過剰率との関係を示すグラ
フ、 第９図はセンサ測定部の位置を変えたときの空気過剰率
のバラツキを示すグラフ、 第10図は逃がし弁のある構成とない構成の装置における
COガス濃度と電磁弁の開弁制御電圧との関係を示すグラ
フ、 第11図は本発明の空燃比センサ評価法を実施する装置の
さらに他の例の構成を示す図、 第12図は本発明における制御装置の一構成を各部の信号
波形とともに示すブロック図、 第13図（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明におけるセンサ
起電力の変化を示す図、 第13図（ｃ），（ｄ）はそれぞれエンジン実機における
測定値と本発明による評価装置の結果との関係を示す
図、 第14図は従来のセンサ特性評価法を実施する装置の一例
の構成を示す図である。 １……ガスバーナ装置 ２……一次ガス供給装置 ６……筒状ポート ７……被測定センサ ８……添加ガス供給装置 11-1,11-2,12-1,12-2……電磁弁 13……フィードバック制御装置 15……データ処理装置
Claims (4)
- 【請求項１】内燃機関の排気ガスの空燃比を検出する酸
素センサの特性評価法において、所定の空気過剰率の燃
焼ガスに酸化性および／又は還元性の添加ガスを供給
し、この混合ガスを用いてセンサを評価する方法であっ
て、該添加ガスの供給を10Hz以上の周波数で増減せし
め、増供給時間と減供給時間の比を変えることにより、
添加ガスの供給量を変化させ、且つ、増供給時間と減供
給時間の比を前記周波数より遅い周期で変化せしめる
か、あるいは、ステップ状に変化せしめ、この混合ガス
中に被測定センサをさらし、その出力を検出することを
特徴とする空燃比センサ評価法。 - 【請求項２】前記被測定センサの出力により添加ガスの
量をフィードバック制御せしめ、そのフィードバック特
性から、センサ特性を評価する請求項１記載の空燃比セ
ンサ評価法。 - 【請求項３】内燃機関の排気ガスの空燃比を検出する酸
素センサの特性評価装置において、所定の空気過剰率の
燃焼ガスに酸化性および／又は還元性の添加ガスを供給
し、この混合ガスを用いてセンサを評価する装置であっ
て、燃料および支燃性ガスと所定の割合で混合し、燃焼
せしめる燃焼ガス生成部と、被測定酸素センサが装着さ
れた測定部と、燃焼ガス生成部で生成したガスを測定部
へ導く連結部と、酸化性および／又は還元性の添加ガス
を上記連結部および／又は測定部に導入する導入部と、
該添加ガスの流量を高速パルス幅制御により制御するガ
ス流量制御部と、前記高速パルス幅制御を周期的あるい
はステップ状に変化せしめるパルス幅制御部を備えたこ
とを特徴とする空燃比センサ評価装置。 - 【請求項４】添加ガス流量制御部にその管内圧力が一定
圧力を保つように逃がし弁を設けたことを特徴とする請
求項３記載の空燃比センサ評価装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1168314A JPH0670619B2 (ja) | 1989-07-01 | 1989-07-01 | 空燃比センサ評価法および装置 |
| EP90307219A EP0407128B1 (en) | 1989-07-01 | 1990-07-02 | Method of evaluating air-fuel ratio sensor and apparatus therefor |
| DE69017104T DE69017104T2 (de) | 1989-07-01 | 1990-07-02 | Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung einer Lambda-Sonde. |
| US07/546,765 US5027646A (en) | 1989-07-01 | 1990-07-02 | Method of evaluating air-fuel ratio sensor and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1168314A JPH0670619B2 (ja) | 1989-07-01 | 1989-07-01 | 空燃比センサ評価法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0335155A JPH0335155A (ja) | 1991-02-15 |
| JPH0670619B2 true JPH0670619B2 (ja) | 1994-09-07 |
Family
ID=15865738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1168314A Expired - Fee Related JPH0670619B2 (ja) | 1989-07-01 | 1989-07-01 | 空燃比センサ評価法および装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5027646A (ja) |
| EP (1) | EP0407128B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0670619B2 (ja) |
| DE (1) | DE69017104T2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2827719B2 (ja) * | 1992-07-16 | 1998-11-25 | 三菱自動車工業株式会社 | Ｏ２ センサの故障判定方法 |
| DE59306790D1 (de) * | 1993-03-15 | 1997-07-24 | Siemens Ag | Verfahren zur Überprüfung von Lambdasonden |
| JP3262682B2 (ja) * | 1994-11-14 | 2002-03-04 | 株式会社豊田中央研究所 | 空燃比センサ特性解析装置 |
| US5831145A (en) * | 1997-04-30 | 1998-11-03 | Ford Global Technologies, Inc. | Method of introducing selectivity to nonselective gas sensors |
| US5823044A (en) * | 1997-04-30 | 1998-10-20 | Ford Global Technologies, Inc. | Method for selective gas sensors based on nonlinear gas reactions |
| US7090806B1 (en) | 2000-05-01 | 2006-08-15 | Peter Lenehan | Portable oxygen sensor analyzer |
| US6667622B1 (en) | 2000-05-03 | 2003-12-23 | Peter J. Lenehan | Vehicle engine pulse stream analyzer |
| US6481273B2 (en) * | 2001-02-13 | 2002-11-19 | Delphi Technologies, Inc. | Frequency response test method for an in-vehicle air/fuel ratio sensor |
| DE102009047646A1 (de) * | 2009-12-08 | 2011-06-09 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Betreiben einer mit einem Gas als Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine |
| US9606092B2 (en) | 2014-08-07 | 2017-03-28 | Cummins Emission Solutions, Inc. | NOx sensor diagnosis system and method |
| JP2019158758A (ja) * | 2018-03-15 | 2019-09-19 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサの応答時間評価装置及び方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57208442A (en) * | 1981-06-18 | 1982-12-21 | Murata Mfg Co Ltd | Humidity detector |
| JPS57208443A (en) * | 1981-06-18 | 1982-12-21 | Nissan Motor Co Ltd | Apparatus for evaluating performance of oxygen sensor |
| JPS57208441A (en) * | 1981-06-19 | 1982-12-21 | Hitachi Ltd | Detection system of deviation in pattern position by 2-chip comparison |
| US4389881A (en) * | 1981-07-31 | 1983-06-28 | Ford Motor Company | Method of measuring an air to fuel ratio |
| JPH0713600B2 (ja) * | 1986-12-29 | 1995-02-15 | 日本特殊陶業株式会社 | 酸素センサ評価装置 |
| DE3743315A1 (de) * | 1987-12-21 | 1989-06-29 | Bosch Gmbh Robert | Auswerteinrichtung fuer das messsignal einer lambdasonde |
| US4878380A (en) * | 1988-10-03 | 1989-11-07 | Goodman Lynn R | Method of testing catalytic converters and oxygen sensors |
-
1989
- 1989-07-01 JP JP1168314A patent/JPH0670619B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-07-02 EP EP90307219A patent/EP0407128B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-07-02 DE DE69017104T patent/DE69017104T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-07-02 US US07/546,765 patent/US5027646A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0407128B1 (en) | 1995-02-22 |
| DE69017104T2 (de) | 1995-08-31 |
| EP0407128A1 (en) | 1991-01-09 |
| DE69017104D1 (de) | 1995-03-30 |
| US5027646A (en) | 1991-07-02 |
| JPH0335155A (ja) | 1991-02-15 |
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