JP2501643B2 - 触媒の劣化検出装置 - Google Patents
触媒の劣化検出装置Info
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- JP2501643B2 JP2501643B2 JP1211158A JP21115889A JP2501643B2 JP 2501643 B2 JP2501643 B2 JP 2501643B2 JP 1211158 A JP1211158 A JP 1211158A JP 21115889 A JP21115889 A JP 21115889A JP 2501643 B2 JP2501643 B2 JP 2501643B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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- F01N2550/02—Catalytic activity of catalytic converters
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/40—Engine management systems
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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、触媒の劣化検出装置に係り、詳しくはNOX
センサを用いて三元触媒の劣化を検出する装置に関す
る。
センサを用いて三元触媒の劣化を検出する装置に関す
る。
（従来の技術） 近時、エンジンへの要求が高度化しており、有害な排
出ガスの低減が強く求められている。そのため、排気中
の有害成分を触媒コンバータを通して清浄化し、無害成
分として大気に放出する装置が取り付けられており、そ
のうちNOXを還元作用によって処理する還元触媒コンバ
ータが主流になりつつある。
出ガスの低減が強く求められている。そのため、排気中
の有害成分を触媒コンバータを通して清浄化し、無害成
分として大気に放出する装置が取り付けられており、そ
のうちNOXを還元作用によって処理する還元触媒コンバ
ータが主流になりつつある。
このような触媒の劣化を検知する従来の装置として
は、例えば実開昭62−41815号公報に記載のものがあ
る。この装置では、触媒前後の排気温度を検出し、その
温度差が設定値より少ないとき触媒が劣化していると判
断している。
は、例えば実開昭62−41815号公報に記載のものがあ
る。この装置では、触媒前後の排気温度を検出し、その
温度差が設定値より少ないとき触媒が劣化していると判
断している。
また、他の従来の装置としては、例えば特開昭64−45
913号公報に記載のものがあり、この装置では触媒前後
に設置したリニアO2センサの出力を比較することによ
り、触媒内の酸化還元反応と関係のある酸素貯蔵効果を
検知し、これから間接的に触媒の劣化を判定している。
913号公報に記載のものがあり、この装置では触媒前後
に設置したリニアO2センサの出力を比較することによ
り、触媒内の酸化還元反応と関係のある酸素貯蔵効果を
検知し、これから間接的に触媒の劣化を判定している。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の触媒の劣化検出装置
にあっては、前者の場合、触媒の劣化を触媒の反応によ
る発熱の減少という間接的な方法で検出する構成である
ため、劣化度合の定量的な検出が難しく、触媒のタイプ
や容量が変わると、温度差の変化と劣化度合の関係を新
たに求めなければならず、多くの工数を要するため、触
媒劣化度合の定量的な評価検出方法が要求され、正確か
つ簡単に劣化検出ができないという問題点があった。
にあっては、前者の場合、触媒の劣化を触媒の反応によ
る発熱の減少という間接的な方法で検出する構成である
ため、劣化度合の定量的な検出が難しく、触媒のタイプ
や容量が変わると、温度差の変化と劣化度合の関係を新
たに求めなければならず、多くの工数を要するため、触
媒劣化度合の定量的な評価検出方法が要求され、正確か
つ簡単に劣化検出ができないという問題点があった。
また、温度検出前の運転状態により触媒自体の蓄熱量
が変化し、検出値に影響を与えて正確な劣化判定が難し
い。
が変化し、検出値に影響を与えて正確な劣化判定が難し
い。
一方、後者の場合も同様な劣化検出前の運転状態の変
化によって劣化判定が左右されるという問題点の他に、
やはり同様にO2センサの出力に基づいて間接的な方法で
検出するために正確な判定が難しいという問題点があっ
た。
化によって劣化判定が左右されるという問題点の他に、
やはり同様にO2センサの出力に基づいて間接的な方法で
検出するために正確な判定が難しいという問題点があっ
た。
（発明の目的） そこで本発明は、検出前の運転状態に拘らず触媒のNO
X転換能力を適切に評価して触媒の劣化を正確に検出で
きる触媒の劣化検出装置を提供することを目的としてい
る。
X転換能力を適切に評価して触媒の劣化を正確に検出で
きる触媒の劣化検出装置を提供することを目的としてい
る。
請求項１記載の発明による触媒の劣化検出装置は上記
目的を達成するため、その基本概念図を第１図に示すよ
うに、排気系に排気浄化触媒を有するエンジンの運転状
態を検出する運転状態検出手段ａと、それぞれ酸素イオ
ン伝導性の固体電解質を挟んで電極を配設したセンシン
グセルとポンピングセルを所定の間隙をもって積層し、
かつこの間隙に排出ガスの導かれる拡散室を形成したセ
ンサ本体と、拡散室内のガスが常に理論空燃比相当にな
るように、ポンピングセルへの流し込み電流を制御する
回路とから構成される広域空燃比センサであって、酸素
分圧に関係なくNOxを分解しない触媒を用いて、排出ガ
ス中のNOxに感応しないものと、低い酸素分圧でNOxを分
解する触媒を用いて、排出ガス中のNOxに感応させるも
のとを排出ガス中に設ける一方で、各センサについて酸
素成分に対する感度係数を予め設定する手段と、これら
感度係数と前記流し込み電流とを用いてNOX濃度を算出
する手段とを備え、触媒後流のNOX濃度を検出するNOX濃
度検出手段ｂと、エンジンが予め設定された所定の運転
状態にあるとき、NOX濃度検出手段ｂの出力に基づいて
排気浄化触媒の劣化を判別する劣化判別手段ｃと、を備
えている。
目的を達成するため、その基本概念図を第１図に示すよ
うに、排気系に排気浄化触媒を有するエンジンの運転状
態を検出する運転状態検出手段ａと、それぞれ酸素イオ
ン伝導性の固体電解質を挟んで電極を配設したセンシン
グセルとポンピングセルを所定の間隙をもって積層し、
かつこの間隙に排出ガスの導かれる拡散室を形成したセ
ンサ本体と、拡散室内のガスが常に理論空燃比相当にな
るように、ポンピングセルへの流し込み電流を制御する
回路とから構成される広域空燃比センサであって、酸素
分圧に関係なくNOxを分解しない触媒を用いて、排出ガ
ス中のNOxに感応しないものと、低い酸素分圧でNOxを分
解する触媒を用いて、排出ガス中のNOxに感応させるも
のとを排出ガス中に設ける一方で、各センサについて酸
素成分に対する感度係数を予め設定する手段と、これら
感度係数と前記流し込み電流とを用いてNOX濃度を算出
する手段とを備え、触媒後流のNOX濃度を検出するNOX濃
度検出手段ｂと、エンジンが予め設定された所定の運転
状態にあるとき、NOX濃度検出手段ｂの出力に基づいて
排気浄化触媒の劣化を判別する劣化判別手段ｃと、を備
えている。
また、請求項２記載の発明による触媒の劣化検出装置
は上記目的を達成するため、その基本概念図を同じく第
１図と同様に示すように、排気系に排気浄化触媒を有す
るエンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段ａ
と、それぞれ酸素イオン伝導性の固体電解質を挟んで電
極を配設したセンシングセルとポンピングセルを所定の
間隙をもって積層し、かつこの間隙にガスの導かれる拡
散室を形成したセンサ本体と、拡散室内のガスが常に理
論空燃比相当になるように、ピンピングセルへの流し込
み電流を制御する回路とから構成される広域空燃比セン
サであって、低い酸素分圧でNOXを分解する触媒を用い
て、NOXに感応させるものをガス中に設ける一方で、拡
散室内に導かれたガスの酸素分圧を測定する手段を有
し、高低２つの分圧に対する電極間電流の差から触媒後
流のNOX濃度を検出するNOX濃度検出手段ｂと、エンジン
が予め設定された所定の運転状態にあるとき、NOX濃度
検出手段ｂの出力に基づいて排気浄化触媒の劣化を判別
する劣化判定手段ｃと、を備えている。
は上記目的を達成するため、その基本概念図を同じく第
１図と同様に示すように、排気系に排気浄化触媒を有す
るエンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段ａ
と、それぞれ酸素イオン伝導性の固体電解質を挟んで電
極を配設したセンシングセルとポンピングセルを所定の
間隙をもって積層し、かつこの間隙にガスの導かれる拡
散室を形成したセンサ本体と、拡散室内のガスが常に理
論空燃比相当になるように、ピンピングセルへの流し込
み電流を制御する回路とから構成される広域空燃比セン
サであって、低い酸素分圧でNOXを分解する触媒を用い
て、NOXに感応させるものをガス中に設ける一方で、拡
散室内に導かれたガスの酸素分圧を測定する手段を有
し、高低２つの分圧に対する電極間電流の差から触媒後
流のNOX濃度を検出するNOX濃度検出手段ｂと、エンジン
が予め設定された所定の運転状態にあるとき、NOX濃度
検出手段ｂの出力に基づいて排気浄化触媒の劣化を判別
する劣化判定手段ｃと、を備えている。
（作用） 本発明では、エンジンが予め設定された運転状態にな
ったとき、触媒通過後のNOX濃度が検出され、その検出
値に基づいて（例えば該検出値が所定値より大きいと
き）触媒の劣化が判定される。
ったとき、触媒通過後のNOX濃度が検出され、その検出
値に基づいて（例えば該検出値が所定値より大きいと
き）触媒の劣化が判定される。
したがって、触媒のNOX転換能力が直接的に評価さ
れ、触媒の劣化度合が簡単かつ正確に検出される。
れ、触媒の劣化度合が簡単かつ正確に検出される。
（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第２図は本発明に係る触媒の劣化検出装置を適用した
エンジンの全体構成図である。第２図において、１はＶ
型のエンジンであり、吸入空気は矢印で示すようにエア
クリーナ２より吸気管３を通して各気筒に供給され、燃
料は噴射信号Siに基づきインジェクタ４により噴射され
る。各気筒には点火プラグ５が装着されており、点火プ
ラグ５はパワートランジスタユニット６からの高圧パル
スPiに基づき気筒内の混合気を爆発させる。燃焼後の排
気は排気管７を通して三元触媒を備えた触媒コンバータ
８に導入され、触媒コンバータ８内で排気中の有害成分
を清浄化した後、マフラ９から大気に排出される。
エンジンの全体構成図である。第２図において、１はＶ
型のエンジンであり、吸入空気は矢印で示すようにエア
クリーナ２より吸気管３を通して各気筒に供給され、燃
料は噴射信号Siに基づきインジェクタ４により噴射され
る。各気筒には点火プラグ５が装着されており、点火プ
ラグ５はパワートランジスタユニット６からの高圧パル
スPiに基づき気筒内の混合気を爆発させる。燃焼後の排
気は排気管７を通して三元触媒を備えた触媒コンバータ
８に導入され、触媒コンバータ８内で排気中の有害成分
を清浄化した後、マフラ９から大気に排出される。
吸入空気の流量Qaはエアフローメータ10により検出さ
れ、吸気管３内のスロットルバルブ11によって制御され
る。また、吸気管３内の吸入負圧（ブースト）は吸気圧
センサ12により検出され、エンジン１の回転数Ｎはクラ
ンク角センサ13により検出される。ウォータジャケット
を流れる冷却水の温度Twは水温センサ14により検出され
る。また、排気中の酸素濃度は酸素センサ15により検出
され、NOX濃度はNOXセンサ16、NOX濃度検出装置17およ
びセンサ加熱手段18からなるNOX濃度検出手段19により
検出される。NOX濃度検出手段19は本出願人が先に提案
しているもので（特願昭63−122707号、特開平２−1543
号公報参照）、新規技術であるから後に詳述する。な
お、センサ加熱手段18はNOXセンサ16が適温となるよう
にヒータ等で加熱するものである。
れ、吸気管３内のスロットルバルブ11によって制御され
る。また、吸気管３内の吸入負圧（ブースト）は吸気圧
センサ12により検出され、エンジン１の回転数Ｎはクラ
ンク角センサ13により検出される。ウォータジャケット
を流れる冷却水の温度Twは水温センサ14により検出され
る。また、排気中の酸素濃度は酸素センサ15により検出
され、NOX濃度はNOXセンサ16、NOX濃度検出装置17およ
びセンサ加熱手段18からなるNOX濃度検出手段19により
検出される。NOX濃度検出手段19は本出願人が先に提案
しているもので（特願昭63−122707号、特開平２−1543
号公報参照）、新規技術であるから後に詳述する。な
お、センサ加熱手段18はNOXセンサ16が適温となるよう
にヒータ等で加熱するものである。
上記エアフロメータ10、吸気圧センサ12、クランク角
センサ13、水温センサ14および酸素センサ15は運転状態
検出手段20を構成しており、運転状態検出手段20および
NOX濃度検出装置17からの出力はコントロールユニット2
1に入力される。コントロールユニット21は劣化判定手
段としての機能を有し、主にマイクロコンピュータによ
り構成され、内部のメモリに書き込まれているプログラ
ムに従ってエンジン１の燃焼状態を制御する処理値や触
媒コンバータ８の劣化判定に必要な処理値を演算し、触
媒コンバータ８の劣化を判定する警報信号を警報装置22
に出力する。警報装置22は、例えばLEDからなり、警報
信号が入力すると点灯して触媒コンバータ８の劣化を運
転者に知らせる。
センサ13、水温センサ14および酸素センサ15は運転状態
検出手段20を構成しており、運転状態検出手段20および
NOX濃度検出装置17からの出力はコントロールユニット2
1に入力される。コントロールユニット21は劣化判定手
段としての機能を有し、主にマイクロコンピュータによ
り構成され、内部のメモリに書き込まれているプログラ
ムに従ってエンジン１の燃焼状態を制御する処理値や触
媒コンバータ８の劣化判定に必要な処理値を演算し、触
媒コンバータ８の劣化を判定する警報信号を警報装置22
に出力する。警報装置22は、例えばLEDからなり、警報
信号が入力すると点灯して触媒コンバータ８の劣化を運
転者に知らせる。
ここで、本実施例のもととなった窒素酸化物の計測理
論を第３図ないし第９図を参照して説明する。
論を第３図ないし第９図を参照して説明する。
なお、センサの基本的構成は従来の広域空燃比センサ
（以下センサでも略称する）に負うところが大きい。こ
こに、広域空燃比センサの基本的な動作原理、基本特性
等については、論文（「広域空燃比センサを用いた小型
応答空燃比計の開発」、自動車技術Vol.41,No.12,1987,
第1414頁ないし1418頁）に詳しい。このため、以下には
一酸化窒素NOを中心にして話を進めるのであるが、その
際に関係する部分についてこの論文を適宜引用するもの
とする。
（以下センサでも略称する）に負うところが大きい。こ
こに、広域空燃比センサの基本的な動作原理、基本特性
等については、論文（「広域空燃比センサを用いた小型
応答空燃比計の開発」、自動車技術Vol.41,No.12,1987,
第1414頁ないし1418頁）に詳しい。このため、以下には
一酸化窒素NOを中心にして話を進めるのであるが、その
際に関係する部分についてこの論文を適宜引用するもの
とする。
（ｉ）センサの動作原理 センサ本体111の構造とセンサ制御回路125とを第３図
に示すと、酸素イオン伝導性の固体電解質（O2を選択的
に透過する特性を有するジルコニア）113を挟んで一対
のリング状電極114、115を配設した電気化学的セル（ポ
ンピングセルともいう）112が層状に形成され、固体電
解質113の中央において上下方向に孔117を貫通させるこ
とで、拡散室116を上部のセル外側と連通させている。
ここに、被測定ガス（排出ガス）はこの導入孔117を介
してポンピングセル112の一方の電極114に導かれるので
あり、導入117が所定のガス拡散抵抗を有する拡散律速
部として構成されている。
に示すと、酸素イオン伝導性の固体電解質（O2を選択的
に透過する特性を有するジルコニア）113を挟んで一対
のリング状電極114、115を配設した電気化学的セル（ポ
ンピングセルともいう）112が層状に形成され、固体電
解質113の中央において上下方向に孔117を貫通させるこ
とで、拡散室116を上部のセル外側と連通させている。
ここに、被測定ガス（排出ガス）はこの導入孔117を介
してポンピングセル112の一方の電極114に導かれるので
あり、導入117が所定のガス拡散抵抗を有する拡散律速
部として構成されている。
126はポンピングセル112の両電極114、115間に電流を
流し込む手段（電流供給手段）で、この電流値（センサ
出力ともいう）IPにて電極114近傍の酸素分圧を自由に
設定することができる。たとえば、理論空燃比の酸素分
圧とするためには、希薄燃焼時（過剰O2が存在する）
に、電流を実線矢印の方向に流すことにより、過剰のO2
をセル外側に汲み出し、この逆に過濃燃焼時（可熱成分
CO,H2が存在する）には、破線矢印の方向に電流を流す
ことにより、セル外側の排出ガス中から過剰燃料部のO2
を拡散室116内燃機関に汲み入れる（主にCO2を還元して
得られる）ことができるからである。
流し込む手段（電流供給手段）で、この電流値（センサ
出力ともいう）IPにて電極114近傍の酸素分圧を自由に
設定することができる。たとえば、理論空燃比の酸素分
圧とするためには、希薄燃焼時（過剰O2が存在する）
に、電流を実線矢印の方向に流すことにより、過剰のO2
をセル外側に汲み出し、この逆に過濃燃焼時（可熱成分
CO,H2が存在する）には、破線矢印の方向に電流を流す
ことにより、セル外側の排出ガス中から過剰燃料部のO2
を拡散室116内燃機関に汲み入れる（主にCO2を還元して
得られる）ことができるからである。
ここに、ネルンストの式によれば電極114近傍の酸素
分圧に応じて次式で示す起電力（Ｅ）が発生することが
知られている。
分圧に応じて次式で示す起電力（Ｅ）が発生することが
知られている。
Ｅ＝（RT/4F）ln〔（基準極の酸素分圧） ／（測定極の酸素分圧）〕 ……（１） ただし、Ｒは気体定数、Ｆはファラデー定数、Ｔは素
子の絶対温度、lnは自然対数である。
子の絶対温度、lnは自然対数である。
同式（１）によれば基準極と測定極との酸素分圧比に
応じた出力が得られることを意味する。たとえば、基準
極の酸素分圧を大気中の酸素分圧（ほぼ0.209気圧）、
温度を1073Kにとると、測定極の酸素分圧に対する起電
力Ｅの関係は第４図に示すところとなり、同図によれば
測定極の酸素分圧が起電力Ｅに変換されることが分か
る。
応じた出力が得られることを意味する。たとえば、基準
極の酸素分圧を大気中の酸素分圧（ほぼ0.209気圧）、
温度を1073Kにとると、測定極の酸素分圧に対する起電
力Ｅの関係は第４図に示すところとなり、同図によれば
測定極の酸素分圧が起電力Ｅに変換されることが分か
る。
このため、同じく酸素イオン伝導性の固体電解質120
を挟んで一対の電極121、122を配設した層状の第２の電
気化学的セル（センシングセルともいう）119を前記電
気化学的セル112と積層して形成する一方で、電極121を
電極114の近傍に設け、大気導入室123に大気を導入すれ
ば、一方の電極121が測定極、他方の電極122が基準極と
なり、ここに第２の電気化学的セル119とこの電気化学
的セルの流量電極121、12間の電圧（VS）を測定する手
段とから酸素分圧測定手段が構成される。
を挟んで一対の電極121、122を配設した層状の第２の電
気化学的セル（センシングセルともいう）119を前記電
気化学的セル112と積層して形成する一方で、電極121を
電極114の近傍に設け、大気導入室123に大気を導入すれ
ば、一方の電極121が測定極、他方の電極122が基準極と
なり、ここに第２の電気化学的セル119とこの電気化学
的セルの流量電極121、12間の電圧（VS）を測定する手
段とから酸素分圧測定手段が構成される。
次に、センサ出力IPの絶対値（図では単にIPで示す）
の電圧VSとの間には、第５図に示す関係が得られる。こ
の場合、電極114の近傍に存在する被測定ガス中の酸素
分圧が低い領域ではNOを分解し、この逆に酸素分圧が高
い領域ではNOを分解しなくなる特性を有する触媒118を
電極114に近接して設けておくと、電極114近傍のNO濃度
が増すほどIPが増大する。つまり、NO濃度とIPとが対応
するのである。
の電圧VSとの間には、第５図に示す関係が得られる。こ
の場合、電極114の近傍に存在する被測定ガス中の酸素
分圧が低い領域ではNOを分解し、この逆に酸素分圧が高
い領域ではNOを分解しなくなる特性を有する触媒118を
電極114に近接して設けておくと、電極114近傍のNO濃度
が増すほどIPが増大する。つまり、NO濃度とIPとが対応
するのである。
なお、NOを分解する触媒は公知の白金（Pt）やロジウ
ム（Rh）があり、白金のように電極材を兼ねる触媒であ
れば、電極114あるいは121を白金で形成すれば良く、改
めて触媒を設ける必要はない。
ム（Rh）があり、白金のように電極材を兼ねる触媒であ
れば、電極114あるいは121を白金で形成すれば良く、改
めて触媒を設ける必要はない。
いま、VSとして、酸素分圧が低い領域での値（たとえ
ば0.4V）と、酸素分圧が高い領域での値（たとえば0.1
V）を選び、NO濃度を横軸として描き直せば、第６図に
示す関係が得られる。同図より、VS＝0.4Vの場合は、IP
がNO濃度に比例して大きくなるのに対して、VS＝0.1Vの
場合にはNO濃度に関係なく横軸に平行な直線となる。後
者の場合にNO濃度に対して反応しなくなる理由は、触媒
が周囲の酸素分圧によってNOを分解（つまりNOを還元）
できなくなるためで、白金であれば、第７図に示すよう
に、10-2程度（VS＝0.1Vに相当する）を越える高い酸素
分圧になると、還元効率が零となっている。なお、10-8
〜10-9程度の低い酸素分圧がVS＝0.4Vに相当する。
ば0.4V）と、酸素分圧が高い領域での値（たとえば0.1
V）を選び、NO濃度を横軸として描き直せば、第６図に
示す関係が得られる。同図より、VS＝0.4Vの場合は、IP
がNO濃度に比例して大きくなるのに対して、VS＝0.1Vの
場合にはNO濃度に関係なく横軸に平行な直線となる。後
者の場合にNO濃度に対して反応しなくなる理由は、触媒
が周囲の酸素分圧によってNOを分解（つまりNOを還元）
できなくなるためで、白金であれば、第７図に示すよう
に、10-2程度（VS＝0.1Vに相当する）を越える高い酸素
分圧になると、還元効率が零となっている。なお、10-8
〜10-9程度の低い酸素分圧がVS＝0.4Vに相当する。
したがって、第５図と第６図より分かることは、VSが
0.4V（一定値）を維持するようにIPを変化させると、平
衡状態でのIPの値がNO濃度に比例するということであ
る。なお、一定値として選択する値は、第５図において
VSが変化してもIPが殆ど変化しない領域であれば良く、
0.4Vに限定される訳ではない。
0.4V（一定値）を維持するようにIPを変化させると、平
衡状態でのIPの値がNO濃度に比例するということであ
る。なお、一定値として選択する値は、第５図において
VSが変化してもIPが殆ど変化しない領域であれば良く、
0.4Vに限定される訳ではない。
ここに、VSを一定値に保つには、一定値制御系を構成
すれば良く、第３図においては、維持すべき一定値を基
準電圧（VE）として、このVEとVSを比較器としての差動
アンプ127に入力し、VEとVSの差を電流供給手段126にフ
ィードバックしてIPを増減させることで、VSがVEと一致
するように制御される。そして、平衡値に落ち着いたIP
が電流測定手段128にて測定される。
すれば良く、第３図においては、維持すべき一定値を基
準電圧（VE）として、このVEとVSを比較器としての差動
アンプ127に入力し、VEとVSの差を電流供給手段126にフ
ィードバックしてIPを増減させることで、VSがVEと一致
するように制御される。そして、平衡値に落ち着いたIP
が電流測定手段128にて測定される。
一方、センサ出力IPとガス成分濃度との関係を、ネル
ンストの式を用いて表せば、次式（２）となる。
ンストの式を用いて表せば、次式（２）となる。
IP＝（nF/RT）Ｐ・Ｄ・（A/l）Ｘ …（２） ここで、ｎは電極反応における電荷の数、Ｐはガス圧
力、Ａは拡散室116の拡散有効断面積、ｌは拡散室116の
拡散有効距離、Ｄは導入孔117にて定まる燃焼成分の拡
散係数、Ｘはガス成分の濃度である。なお、F,R,Tの意
味は式（１）と同じである。
力、Ａは拡散室116の拡散有効断面積、ｌは拡散室116の
拡散有効距離、Ｄは導入孔117にて定まる燃焼成分の拡
散係数、Ｘはガス成分の濃度である。なお、F,R,Tの意
味は式（１）と同じである。
この式（２）によってもセンサ出力IPがガス成分濃度
（Ｘ）に比例する特性をもって動作することがわかる。
つまり、第６図はガラス成分としてNOを選んだ場合の特
性であった。
（Ｘ）に比例する特性をもって動作することがわかる。
つまり、第６図はガラス成分としてNOを選んだ場合の特
性であった。
（ii）排出ガス組成とセンサ出力特性 エンジンの排出ガス組成は、理論上は燃料の組成が定
まれば燃焼反応式（水性ガス反応を含む）で求められ
る。ここに、燃焼反応式で求められる成分のモデルガス
を用いて、ガス成分（O2,COH2,NO,HC）の濃度とセンサ
出力の関係を実験すると、センサ出力IP（正しくは絶対
値）は、第８図に示すように、それぞれのガス濃度に比
例した出力として得られる（温度、圧力一定）。なお、
（NO）A,（NO）ＢはそれぞれVE＝0.1V、0.4Vとした場合
の特性である。
まれば燃焼反応式（水性ガス反応を含む）で求められ
る。ここに、燃焼反応式で求められる成分のモデルガス
を用いて、ガス成分（O2,COH2,NO,HC）の濃度とセンサ
出力の関係を実験すると、センサ出力IP（正しくは絶対
値）は、第８図に示すように、それぞれのガス濃度に比
例した出力として得られる（温度、圧力一定）。なお、
（NO）A,（NO）ＢはそれぞれVE＝0.1V、0.4Vとした場合
の特性である。
ここに、各ガス成分濃度に対するセンサ出力IPの傾き
（この傾きを以下「感度係数」と称す）は、前式（２）
に基づくガス成分固有の値を持つことになる。たとえ
ば、（NO）Ｂに対してはO2のほぼ1/2の出力が得られて
いる。なお、感度係数は、単位濃度当たりの電流出力の
形で示し、mA/％の単位を用いる。
（この傾きを以下「感度係数」と称す）は、前式（２）
に基づくガス成分固有の値を持つことになる。たとえ
ば、（NO）Ｂに対してはO2のほぼ1/2の出力が得られて
いる。なお、感度係数は、単位濃度当たりの電流出力の
形で示し、mA/％の単位を用いる。
また、計算で求められる上記以外のガス成分（N2,C
O2,H2O）については、前式（２）においてｎ（電極反応
における電荷の数）が零であるため、センサ出力に関与
しない。この結果から、センサ出力は、排出ガス組成
（希薄空燃比領域では、O2,HC,NO濃度、過濃領域ではC
O,H2,HC,NO濃度）と一定の関係があることが分かる。
O2,H2O）については、前式（２）においてｎ（電極反応
における電荷の数）が零であるため、センサ出力に関与
しない。この結果から、センサ出力は、排出ガス組成
（希薄空燃比領域では、O2,HC,NO濃度、過濃領域ではC
O,H2,HC,NO濃度）と一定の関係があることが分かる。
以上、センサの基本特性から、センサ出力IPは空燃比
の全域にわたり次式（３）で表すことができる。
の全域にわたり次式（３）で表すことができる。
IP(A)＝γ02X02＋γCOXCO ＋γH2XH2＋γHCXHC ＋γNOXNO＋α ……（３） ここで、X02,XCO,XH2,XHC,XNOは各ガス成分（O2,CO,H
2,HC,NO）の濃度（％）、γ02,γCO,γH2,γHC,γNOは
各ガス成分（O2,CO,H2,HC,NO）に対する感度係数（mA/
％）、αは各ガス成分がゼロの場合のセンサ出力（この
センサ出力を以下「ゼロ出力」という）である。なお、
この前式（３）はVE＝0.4Vとした場合の式であり、VE＝
0.1Vとした場合には第５項目はない。
2,HC,NO）の濃度（％）、γ02,γCO,γH2,γHC,γNOは
各ガス成分（O2,CO,H2,HC,NO）に対する感度係数（mA/
％）、αは各ガス成分がゼロの場合のセンサ出力（この
センサ出力を以下「ゼロ出力」という）である。なお、
この前式（３）はVE＝0.4Vとした場合の式であり、VE＝
0.1Vとした場合には第５項目はない。
（iii）NO濃度の算出 第３図おいて、VEを0.1Vに設定したセンサと、0.4Vに
設定した一対のセンサを用意する。この場合に、一対の
センサを区別するため改めてセンサA,センサＢと略称す
ることにし、各センサ出力には添字Ａ、Ｂを付して区別
すると、センサＡ（VEA＝0.1Vのもの）についてのセン
サ出力（IP(A)）は次式（４）で与えられる。
設定した一対のセンサを用意する。この場合に、一対の
センサを区別するため改めてセンサA,センサＢと略称す
ることにし、各センサ出力には添字Ａ、Ｂを付して区別
すると、センサＡ（VEA＝0.1Vのもの）についてのセン
サ出力（IP(A)）は次式（４）で与えられる。
IP(A)＝γ02(A)X02＋γCO(A)XCO ＋γH2(A)XH2＋γHC(A)XHC＋α(a) …（４） ここで、X02,XCO,XH2,XHCは排出ガス中の各ガス成分
（O2,CO,H2,HC）の濃度（％）、γ02(A),γCO(A),γ
H2(A),γHC(A)はガス成分に対応するセンサＡについて
の感度係数（mA/％）、α(A)はセンサＡについてのゼロ
出力である。
（O2,CO,H2,HC）の濃度（％）、γ02(A),γCO(A),γ
H2(A),γHC(A)はガス成分に対応するセンサＡについて
の感度係数（mA/％）、α(A)はセンサＡについてのゼロ
出力である。
同様にして、センサＢ（VEB＝0.4Vのもの）について
のセンサ出力（IP(B)）は次式（５）で与えられる。
のセンサ出力（IP(B)）は次式（５）で与えられる。
IP(B)＝γ02(B)X02＋γCO(B)XCO ＋γH2(B)XH2＋γHC(B)XHC ＋γNO(B)XNO＋α(B) …（５） ここで、γ02(B),γCO(B),γH2(B),γHC(B),γNO(B)
は各ガス成分（O2,CO,H2,HC,NO）に対応するセンサＢに
ついての感度係数（mA/％）、α(B)はセンサＢについて
のゼロ出力である。また、XNOはNO濃度（％）である。
は各ガス成分（O2,CO,H2,HC,NO）に対応するセンサＢに
ついての感度係数（mA/％）、α(B)はセンサＢについて
のゼロ出力である。また、XNOはNO濃度（％）である。
ここに、式（４）、（５）の相違は式（５）にはXNO
の項（第５項目）がある点とゼロ出力値（α(A)と
α(B)）である。ただ、α(A)とα(B)については予め求
めておけば良い。
の項（第５項目）がある点とゼロ出力値（α(A)と
α(B)）である。ただ、α(A)とα(B)については予め求
めておけば良い。
したがって、式（４）、（５）の差をとれば、NO濃度
（XNO）が定量されるように見える。ところが、各セン
サA,BのO2,CO,H2,HC,NOに対する感度係数は概ね第９図
に示すレベルであるため、NOに対する感度係数（γ
NO(B)）は小さく、かつ排出ガス中のNO濃度もO2,CO,H2
などに比して低い（数百〜数千ppm）ので、実際に得ら
れる電流レベルはセンサ毎のバラツキの中に入ってしま
う。このため、単なるセンサ出力差（IP(B)−IP(A)）で
は、NO濃度を定量することができない。
（XNO）が定量されるように見える。ところが、各セン
サA,BのO2,CO,H2,HC,NOに対する感度係数は概ね第９図
に示すレベルであるため、NOに対する感度係数（γ
NO(B)）は小さく、かつ排出ガス中のNO濃度もO2,CO,H2
などに比して低い（数百〜数千ppm）ので、実際に得ら
れる電流レベルはセンサ毎のバラツキの中に入ってしま
う。このため、単なるセンサ出力差（IP(B)−IP(A)）で
は、NO濃度を定量することができない。
しかしながら、次に示す論理に基づけば、NOに対する
感度係数を測定しなくとも、両センサ出力を用いて、NO
濃度を計測することができる。
感度係数を測定しなくとも、両センサ出力を用いて、NO
濃度を計測することができる。
この論理を述べると、センサA,Bの特性として、次式
（6A）〜（6C）の関係があることが分かっている。ただ
し、同式において、ηは各ガス成分（CO,H2,HC）に対す
る感度係数とO2に対する感度係数との比で、無名数であ
る。
（6A）〜（6C）の関係があることが分かっている。ただ
し、同式において、ηは各ガス成分（CO,H2,HC）に対す
る感度係数とO2に対する感度係数との比で、無名数であ
る。
γCO(A)/γ02(A)＝γCO(B)/γ02(B) ＝γCO（一定値） …（6A） γH2(A)/γ02(A)＝γH2(B)/γ02(B) ＝γH2（一定値） …（6B） γHC(A)/γO2(A)＝γHC(B)/γ02(B) ＝γHC（一定値） …（6c） そこで、これらの式を前式（４）、（５）に代入する
と、 IP(A)＝γ02(A)（X02＋XCOηCO＋ XH2ηH2＋XHCηHC）＋α(A) …（７） IP(B)＝γ02(B)（X02＋XCOηCO＋ XH2ηH2＋XHCηHC） ＋XNOγNO＋α(B) …（８） となるので、 Ｋ＝X02＋XCOηCO＋XH2ηH2＋XHCηHC と置くと、次式（９）、（10）が得られる。
と、 IP(A)＝γ02(A)（X02＋XCOηCO＋ XH2ηH2＋XHCηHC）＋α(A) …（７） IP(B)＝γ02(B)（X02＋XCOηCO＋ XH2ηH2＋XHCηHC） ＋XNOγNO＋α(B) …（８） となるので、 Ｋ＝X02＋XCOηCO＋XH2ηH2＋XHCηHC と置くと、次式（９）、（10）が得られる。
IP(A)＝γ02(A)・Ｋ＋α(A) …（19） IP(B)＝γ02(B)・Ｋ＋XNOγNO＋α(B) …（10） 式（９）、（10）よりＫを消去して、XNOについて整
理する。
理する。
XNO＝｛（IP(B)−α(B)）（γ02(B)/γ02(A) ×（IP(A)−α(A)）｝／γNO …（11） ここでも、 γNO(B)/γ02(B)＝ηNO（一定値） …（12） であることを考慮して、これを式（11）に代入すると、
次式（13）が最終的に得られる。
次式（13）が最終的に得られる。
XNO＝｛（IP(B)−α(B)−（γ02(B)/γ02(A) ×（IP(A)−α(A)）｝／ηNO・γ02(B) …（13） 式（13）は、センサA,BについてO2に対する感度係数
（γ02(A),γ02(B)）とゼロ出力（α(A),α(B)）を予め
求めておけば（なお、ηNOは固有の値）、センサA,Bで
実際に測定されるIP(A),IP(B)を用いて、XNOつまりNO濃
度が計算で求められることを示している。したがって、
この式（13）によれば、NO濃度のような微量成分（数千
ppm）であっても確実に計測することができる。しか
も、感度係数も各センサに対しO2についてだけ予め求め
ておくだけで良く、極めて簡単である。
（γ02(A),γ02(B)）とゼロ出力（α(A),α(B)）を予め
求めておけば（なお、ηNOは固有の値）、センサA,Bで
実際に測定されるIP(A),IP(B)を用いて、XNOつまりNO濃
度が計算で求められることを示している。したがって、
この式（13）によれば、NO濃度のような微量成分（数千
ppm）であっても確実に計測することができる。しか
も、感度係数も各センサに対しO2についてだけ予め求め
ておくだけで良く、極めて簡単である。
なお、センサＢは低い酸素分圧（10-8〜10-9気圧）で
あるため、センサＢについてのゼロ出力（α(B)）は理
論的にはほぼゼロであり、α(B)＝０としても良い。
あるため、センサＢについてのゼロ出力（α(B)）は理
論的にはほぼゼロであり、α(B)＝０としても良い。
これで、理論的な説明を終え、次にNOX濃度検出手段
の実施例を説明する。この場合、実施例としては、最終
的にIP(A)とIP(B)が得られる構成であれば良いので、様
々なタイプが考え得るが、以下には３つの実施例を挙げ
るに止どめる。
の実施例を説明する。この場合、実施例としては、最終
的にIP(A)とIP(B)が得られる構成であれば良いので、様
々なタイプが考え得るが、以下には３つの実施例を挙げ
るに止どめる。
第10図〜第13図は請求項１記載の発明に係るNOX濃度
検出手段19の第１実施例である。第11図と第12図は、一
対のセンサ本体111A、111Bの構造を示し、触媒の特性以
外ほぼ特性の揃ったものを用意している。触媒について
は、一方のセンサ142Bについて測定極の酸素分圧が低い
領域でNOを分解する特性を有するものであるのに対し、
他方のセンサ142Aについては測定極の酸素分圧に関係な
くNOを分解しないものとしている。つまり、第３図のと
ころで説明したように、酸素分圧が低い領域でNOを分解
する触媒118を一対のセンサＡ、Ｂの双方とも設けてお
き、そのうち一方のセンサＡについての基準電圧VEAを
高くすることでNO濃度に感応させないようにするのでは
なく、この実施例では触媒自体のほうでNO濃度に感応さ
せないようにするのである。言い替えると、一方のセン
サＡについては酸素分圧測定手段にて測定される酸素分
圧を所定値にするものであるともいえる。
検出手段19の第１実施例である。第11図と第12図は、一
対のセンサ本体111A、111Bの構造を示し、触媒の特性以
外ほぼ特性の揃ったものを用意している。触媒について
は、一方のセンサ142Bについて測定極の酸素分圧が低い
領域でNOを分解する特性を有するものであるのに対し、
他方のセンサ142Aについては測定極の酸素分圧に関係な
くNOを分解しないものとしている。つまり、第３図のと
ころで説明したように、酸素分圧が低い領域でNOを分解
する触媒118を一対のセンサＡ、Ｂの双方とも設けてお
き、そのうち一方のセンサＡについての基準電圧VEAを
高くすることでNO濃度に感応させないようにするのでは
なく、この実施例では触媒自体のほうでNO濃度に感応さ
せないようにするのである。言い替えると、一方のセン
サＡについては酸素分圧測定手段にて測定される酸素分
圧を所定値にするものであるともいえる。
具体的には一方のセンサ142Bについての電極121Bを白
金で形成するのに対し、他方のセンサ142Aの電極121Aに
ついては測定極の酸素分圧に関係なくNOを分解しない電
極材を採用する。このような電極材には、公知のペロブ
スカイト型複合酸化物（たとえばランタンストロンチウ
ム鉄酸化物La1−xSrxFeO3）やホタル石型酸化物（たと
えばセリア系（CeO2）0.8（LaO1.5）0.4）などがある。
金で形成するのに対し、他方のセンサ142Aの電極121Aに
ついては測定極の酸素分圧に関係なくNOを分解しない電
極材を採用する。このような電極材には、公知のペロブ
スカイト型複合酸化物（たとえばランタンストロンチウ
ム鉄酸化物La1−xSrxFeO3）やホタル石型酸化物（たと
えばセリア系（CeO2）0.8（LaO1.5）0.4）などがある。
この結果、センサ142Aについての基準電圧VEAはセン
サ142Bの基準電圧VEB（0.4V）と同じで良いことにな
る。よって前述のごとく、この場合両センサとも低い酸
素分圧であるため、ゼロ出力（α(A),α(B)）は式（1
3）において、α(A)＝0,α(B)＝０としても良い。
サ142Bの基準電圧VEB（0.4V）と同じで良いことにな
る。よって前述のごとく、この場合両センサとも低い酸
素分圧であるため、ゼロ出力（α(A),α(B)）は式（1
3）において、α(A)＝0,α(B)＝０としても良い。
なお、一対のセンサ本体111A,111Bは第２図のNOXセン
サ16を構成し、第10図に示すように排気管７に対して連
続して設けられる。また、第11、12図に示すように131
A,131Bはヒーター、132A,132Bはヒーター用電源であ
り、第２図のセンサ加熱手段18を構成する。上記センサ
制御回路125A,125B、センサ感度設定器143A,143B、演算
装置145、出力装置146、ゼロ出力設定器144A,144BはNOX
濃度検出装置17を構成している。また、NOXセンサ16お
よびNOX濃度検出装置17はNOX濃度検出手段19を構成して
いる。
サ16を構成し、第10図に示すように排気管７に対して連
続して設けられる。また、第11、12図に示すように131
A,131Bはヒーター、132A,132Bはヒーター用電源であ
り、第２図のセンサ加熱手段18を構成する。上記センサ
制御回路125A,125B、センサ感度設定器143A,143B、演算
装置145、出力装置146、ゼロ出力設定器144A,144BはNOX
濃度検出装置17を構成している。また、NOXセンサ16お
よびNOX濃度検出装置17はNOX濃度検出手段19を構成して
いる。
第10図において143A,143Bはセンサ感度設定器で、各
センサ142A,142Bについて予め求めたγ02(A),γ02(B)を
設定する。また、144A,144Bはゼロ出力設定器で、各セ
ンサ142A,142Bについて予め求めたα(A),α(B)を設定す
る。センサ感度設定器143A,143Bからの信号と、一対の
センサ142A,142BからのIP(A),IP(B)とをマイクロコンピ
ュータからなる演算装置145に入力させ、演算装置145に
おいて、第13図に示す動作を行なわせてXNOを計算させ
る。求めたXNOは出力装置146にてアナログ表示部（また
はデジタル表示器）に出力させる。
センサ142A,142Bについて予め求めたγ02(A),γ02(B)を
設定する。また、144A,144Bはゼロ出力設定器で、各セ
ンサ142A,142Bについて予め求めたα(A),α(B)を設定す
る。センサ感度設定器143A,143Bからの信号と、一対の
センサ142A,142BからのIP(A),IP(B)とをマイクロコンピ
ュータからなる演算装置145に入力させ、演算装置145に
おいて、第13図に示す動作を行なわせてXNOを計算させ
る。求めたXNOは出力装置146にてアナログ表示部（また
はデジタル表示器）に出力させる。
この例によれば、予め設定すべきはO2に対する感度係
数およびゼロ出力だけあり、いかなる感度係数およびゼ
ロ出力を持つ一対のセンサ142A,142B間においても、触
媒以外の特性が揃っていれば、予め設定したセンサ毎の
感度係数（γ02(A),γ02(B)）およびゼロ出力（α(A),
α(B)）と各センサ出力（IP(A),IP(B)）とを使って演算
することで、NO濃度が精度良く定量され表示される（ス
テップ151〜156）。
数およびゼロ出力だけあり、いかなる感度係数およびゼ
ロ出力を持つ一対のセンサ142A,142B間においても、触
媒以外の特性が揃っていれば、予め設定したセンサ毎の
感度係数（γ02(A),γ02(B)）およびゼロ出力（α(A),
α(B)）と各センサ出力（IP(A),IP(B)）とを使って演算
することで、NO濃度が精度良く定量され表示される（ス
テップ151〜156）。
この場合、全体の構成は、第10図に示す通り一対のセ
ンサ142A,142Bとセンサ142A,142Bからの信号を処理する
装置（センサ感度設定器143A,143B、ゼロ出力設定器144
A,144B、演算装置145A,145B、出力装置（146）とからな
るのみであり、装置全体が可搬性を有してコンパクトに
まとまり、前記実施例と同様にかつ極めて安価なものと
することができる。
ンサ142A,142Bとセンサ142A,142Bからの信号を処理する
装置（センサ感度設定器143A,143B、ゼロ出力設定器144
A,144B、演算装置145A,145B、出力装置（146）とからな
るのみであり、装置全体が可搬性を有してコンパクトに
まとまり、前記実施例と同様にかつ極めて安価なものと
することができる。
また、第11図、第12図に示すセンサ本体構造とするの
であれば、電極121A,121B部分の変更をするだけで済
み、後は従来の広域空燃比センサを製造するのと同じ工
程で製作することがてきる。つまり、従来の広域空燃比
センサを殆ど変更することなく用いることで、NOを計測
することができるので、コストアップを招かずに済む。
であれば、電極121A,121B部分の変更をするだけで済
み、後は従来の広域空燃比センサを製造するのと同じ工
程で製作することがてきる。つまり、従来の広域空燃比
センサを殆ど変更することなく用いることで、NOを計測
することができるので、コストアップを招かずに済む。
さらに、一方のセンサ本体111Aについてはその電極12
1Aに高価な白金触媒を採用しないで済むので、コスト低
減を図ることができる。
1Aに高価な白金触媒を採用しないで済むので、コスト低
減を図ることができる。
また、酸素分圧が両方ともより安定な低い酸素分布で
良く、計測精度の向上が図れる。
良く、計測精度の向上が図れる。
次に、作用を説明する。
第14図は触媒劣化検出のプログラムを示すフローチャ
ートであり、本プログラムは所定時間毎に一度実行され
る。まず、P1で冷却水の温度Tw、エンジン回転数Ｎおよ
び吸入負圧Ｐを読み込み、P2〜P4の各ステップで次の判
別を行う。
ートであり、本プログラムは所定時間毎に一度実行され
る。まず、P1で冷却水の温度Tw、エンジン回転数Ｎおよ
び吸入負圧Ｐを読み込み、P2〜P4の各ステップで次の判
別を行う。
P2:Tw＞75℃か P3:2400rpm＜Ｎ＜2600rpmか P4:−240mmHg＞Ｐ＞−260mmHgか 全てYESであるときはエンジン１がNOX検出に適した一
定の運転状態にあり、第15図に示すようなNOX検出区間
に該当すると判断し、P5でNOX濃度検出手段19の動作を
開始する。NOX検出区間は、例えば車速が40km/hに相当
し、ブースト、回転数共に安定しているような状態であ
る。次いで、P6でNOX濃度Appmを検出し、P7でこの検出
値Appmを運転状態に応じて予め定められた所定値αA0と
比較する。Ａ≦αA0のときは触媒コンバータ８が正常に
作動していると判断してルーチンを終了し、Ａ＞αA0の
ときは触媒コンバータ８のNOX転換能力が低下して劣化
していると判断し、P8で警報信号を出力して警報装置22
を作動させ、運転者に警告する。これにより、運転者は
触媒コンバータ８の修理、交換等の適切な処理を採るこ
とができる。
定の運転状態にあり、第15図に示すようなNOX検出区間
に該当すると判断し、P5でNOX濃度検出手段19の動作を
開始する。NOX検出区間は、例えば車速が40km/hに相当
し、ブースト、回転数共に安定しているような状態であ
る。次いで、P6でNOX濃度Appmを検出し、P7でこの検出
値Appmを運転状態に応じて予め定められた所定値αA0と
比較する。Ａ≦αA0のときは触媒コンバータ８が正常に
作動していると判断してルーチンを終了し、Ａ＞αA0の
ときは触媒コンバータ８のNOX転換能力が低下して劣化
していると判断し、P8で警報信号を出力して警報装置22
を作動させ、運転者に警告する。これにより、運転者は
触媒コンバータ８の修理、交換等の適切な処理を採るこ
とができる。
このように、本実施例では触媒の劣化を排気のNOX濃
度から直接的に判定しているので、劣化度合の定量的な
検出が容易で触媒のNOX転換能力を適切に評価して正確
に検出することができる。例えば、触媒のタイプや容量
が変わった場合には所定値αA0を適切に設定すればよ
い。また、一定の運転状態のときのみ判定しているの
で、触媒自体の蒸着量等が変化せず、また、劣化検出前
の運転状態によって劣化判定が左右されるということが
なく、極めて正確な劣化判定を行うことができる。
度から直接的に判定しているので、劣化度合の定量的な
検出が容易で触媒のNOX転換能力を適切に評価して正確
に検出することができる。例えば、触媒のタイプや容量
が変わった場合には所定値αA0を適切に設定すればよ
い。また、一定の運転状態のときのみ判定しているの
で、触媒自体の蒸着量等が変化せず、また、劣化検出前
の運転状態によって劣化判定が左右されるということが
なく、極めて正確な劣化判定を行うことができる。
次に、第16図ないし第20図は請求項２記載の発明に係
るNOX濃度検出手段19の第２実施例である。第16図は一
対のセンサ本体の構成図、第17図は一対のセンサ本体を
構成する各部の上下に離して示した斜視図、第18図は一
対のセンサ本体に対応するセンサ制御回路の構成図、第
19図は演算装置の構成図である。
るNOX濃度検出手段19の第２実施例である。第16図は一
対のセンサ本体の構成図、第17図は一対のセンサ本体を
構成する各部の上下に離して示した斜視図、第18図は一
対のセンサ本体に対応するセンサ制御回路の構成図、第
19図は演算装置の構成図である。
この例は、第16図、第17図に示すように一対のセンサ
本体111A,111Bを１つのアルミナ基板151上に一体に構成
したものである。一対のセンサ本体111A,111Bを別個に
設ける構成であると、同じような特性のものを揃えてい
ても、センサ本体の晒される雰囲気温度や、被測定ガス
の温度、圧力、流速などがセンサ出力に大きく影響する
ため、これらの条件が同一でない場合に計測精度が低下
することがあるからである。例えば、被測定ガス温度を
相違させた場合の測定極近傍の酸素分布と起電力Ｅの関
係を第20図に示すと、特に酸素分布が高い領域において
ガス温度に対する変化が大きく、これによって高い酸素
分圧のときのセンサ出力IPがNO濃度に関係なく変化して
いる。つまり、一対のセンサ本体の晒されるガス温度が
違えば両者の酸素分圧にずれが生じ、このずれ分が計測
精度の誤差となるのである。
本体111A,111Bを１つのアルミナ基板151上に一体に構成
したものである。一対のセンサ本体111A,111Bを別個に
設ける構成であると、同じような特性のものを揃えてい
ても、センサ本体の晒される雰囲気温度や、被測定ガス
の温度、圧力、流速などがセンサ出力に大きく影響する
ため、これらの条件が同一でない場合に計測精度が低下
することがあるからである。例えば、被測定ガス温度を
相違させた場合の測定極近傍の酸素分布と起電力Ｅの関
係を第20図に示すと、特に酸素分布が高い領域において
ガス温度に対する変化が大きく、これによって高い酸素
分圧のときのセンサ出力IPがNO濃度に関係なく変化して
いる。つまり、一対のセンサ本体の晒されるガス温度が
違えば両者の酸素分圧にずれが生じ、このずれ分が計測
精度の誤差となるのである。
これに対して、一対のセンサ本体111A,111Bを第16図
に示すように一体に構成すれば、センサ本体の特性を揃
えることができるばかりか、被測定ガスについての条件
をほぼ同じにすることができるので、NO濃度の計測精度
をさらに高めることができるのである。また、第１実施
例よりも装置を小型化することができる。
に示すように一体に構成すれば、センサ本体の特性を揃
えることができるばかりか、被測定ガスについての条件
をほぼ同じにすることができるので、NO濃度の計測精度
をさらに高めることができるのである。また、第１実施
例よりも装置を小型化することができる。
なお、この例では第１実施例と相違して、一対のセン
サ本体の各電極121A,121Bとも測定極の酸素分圧が低い
領域でNOを分解する電極材（白金）を用いている。した
がって、第18図では一方のセンサについての基準電圧V
EBに高い電圧（（0.4V）を与えているのに対し、他方の
センサについての基準電圧VEAには低い電圧（0.1V）を
与えている。なお、両基準電圧VEA、VEBの向きが第１実
施例と相違するが、要は基準電圧が差動アンプ127A,127
Bにマイナス入力とし入れば構わない。
サ本体の各電極121A,121Bとも測定極の酸素分圧が低い
領域でNOを分解する電極材（白金）を用いている。した
がって、第18図では一方のセンサについての基準電圧V
EBに高い電圧（（0.4V）を与えているのに対し、他方の
センサについての基準電圧VEAには低い電圧（0.1V）を
与えている。なお、両基準電圧VEA、VEBの向きが第１実
施例と相違するが、要は基準電圧が差動アンプ127A,127
Bにマイナス入力とし入れば構わない。
また、この例では、第18図に示すように、各検出抵抗
（R1）とこの抵抗間の電圧を測定する手段155A,155Bと
から一対の電流測定手段を構成し、IP(A),IP(B)の代わ
りに電圧値ViA,ViBとして扱っている。第17図におい
て、131はヒーター、152は大気導入板、153はスペーサ
ーである。
（R1）とこの抵抗間の電圧を測定する手段155A,155Bと
から一対の電流測定手段を構成し、IP(A),IP(B)の代わ
りに電圧値ViA,ViBとして扱っている。第17図におい
て、131はヒーター、152は大気導入板、153はスペーサ
ーである。
また、酸素分圧が一定に保つ手段としては、（イ）排
気温度が200〜900℃と変化してもヒータ131への供給電
圧を制御してセンサ本体温度を一定に保つ、（ロ）セン
サ包帯温度を測定し、測定したセンサ本体温度に応じて
基準電圧を変化させるなどが考えられる。
気温度が200〜900℃と変化してもヒータ131への供給電
圧を制御してセンサ本体温度を一定に保つ、（ロ）セン
サ包帯温度を測定し、測定したセンサ本体温度に応じて
基準電圧を変化させるなどが考えられる。
次に、第21図、第22図は請求項２記載の発明に係るNO
X濃度検出手段19の第３実施例である。この例はセンサ
本体111およびセンサ制御回路を１づつしか設けていな
くとも、２つのセンサ出力IP(A),IP(B)が得られるよう
にしたものである。例えば、第21図に示すように、２つ
の基準電圧VEA（0.1V）とVEB（0.4V）をそれぞれ設定す
る設定器161,162と、CPU167からの信号にて駆動され所
定時間毎に切換えられるスイッチ163とを設けておく
と、切換スイッチ163が図示の位置にある場合にIP(A)が
出力され、スイッチ163が切換えられることによりIP(B)
が出力されることになる。この様子を第22図に示す。
X濃度検出手段19の第３実施例である。この例はセンサ
本体111およびセンサ制御回路を１づつしか設けていな
くとも、２つのセンサ出力IP(A),IP(B)が得られるよう
にしたものである。例えば、第21図に示すように、２つ
の基準電圧VEA（0.1V）とVEB（0.4V）をそれぞれ設定す
る設定器161,162と、CPU167からの信号にて駆動され所
定時間毎に切換えられるスイッチ163とを設けておく
と、切換スイッチ163が図示の位置にある場合にIP(A)が
出力され、スイッチ163が切換えられることによりIP(B)
が出力されることになる。この様子を第22図に示す。
つまり、この例は時分割方式であり、この例によれば
センサ本体111、センサ制御回路が各１個でよく、セン
サ本体111の固体差に基づくIP(A),IP(B)への影響が低減
されるので、第１実施例や第２実施例よりも計測精度が
さらに高まる。また、センサ本体111についての小型化
の程度は第２実施例の場合よりも大きい。
センサ本体111、センサ制御回路が各１個でよく、セン
サ本体111の固体差に基づくIP(A),IP(B)への影響が低減
されるので、第１実施例や第２実施例よりも計測精度が
さらに高まる。また、センサ本体111についての小型化
の程度は第２実施例の場合よりも大きい。
ただし、応答性の点では、IP(A),IP(B)を連続して検
出する第１実施例や第２実施例のほうが優る。センサ出
力は正確には第22図に示すように１次の応答遅れ曲線で
立ち上がるものだからである。なお、センサ出力が平衡
値に達するまでの時間は、エンジン負荷とエンジン回転
数に応じて変化するので、切換時間（たとえばt1やt2）
を負荷と回転数に応じて可変とすることもできる。
出する第１実施例や第２実施例のほうが優る。センサ出
力は正確には第22図に示すように１次の応答遅れ曲線で
立ち上がるものだからである。なお、センサ出力が平衡
値に達するまでの時間は、エンジン負荷とエンジン回転
数に応じて変化するので、切換時間（たとえばt1やt2）
を負荷と回転数に応じて可変とすることもできる。
第21図において、165は電流電圧変換器、166はA/D変
換器、168は感度計数設定器、169はゼロ出力設定器、17
0は発光ダイオードを用いた表示器、171はD/A変換器で
ある。
換器、168は感度計数設定器、169はゼロ出力設定器、17
0は発光ダイオードを用いた表示器、171はD/A変換器で
ある。
ここでは、一例としてNOを挙げて説明したが、他の窒
素酸化物（NO2,NO3等）についても触媒を相違させるこ
とで同様に適用することができる。
素酸化物（NO2,NO3等）についても触媒を相違させるこ
とで同様に適用することができる。
（効果） 本発明によれば、触媒のNOX転換能力を一定条件で直
接的に評価して劣化度合を定量的に判定しているので、
触媒の劣化を簡単かつ正確に検出することができる。
接的に評価して劣化度合を定量的に判定しているので、
触媒の劣化を簡単かつ正確に検出することができる。
第１図は本発明の基本概念図、第２図は本発明に係る触
媒の劣化検出装置を適用したエンジンの全体構成図、第
３〜９図は窒素酸化物の計測理論を説明するための図で
あり、第３図はそのセンサの作動原理を説明するための
概略図、第４図はその測定極の酸素分圧に対する起電力
Ｅの特性図、第５図はその測定極で測定される電圧VSに
対するセンサ出力IPの特性図、第６図はそのNO濃度に対
するセンサ出力IPの特性図、第７図はその白金について
のNO還元効率を示す特性図、第８図はその各ガス成分濃
度に対するセンサ出力IPの特性図、第９図はその各ガス
成分に対する感度係数の実測値の一例を示す表図、第10
〜13図は請求項１記載の発明に係るNOX濃度検出手段の
第１実施例を示す図であり、第10図はその装置全体図、
第11図と第12図はその一対のセンサ本体の構造とセンサ
制御回路を示す概略図、第13図はその制御動作を説明す
るための流れ図、第14図は触媒劣化検出のプログラムを
示すフローチャート、第15図は触媒劣化検出の作用を説
明するタイミングチャート、第16〜20図は請求項２記載
の発明に係るNOX濃度検出手段の第２実施例を示す図で
あり、第16図はそのセンサ本体の構造を示す概略図、第
17図はそのセンサ本体を構成する各部を離して示した斜
視図、第18図はそのセンサ制御回路を示す概略図、第19
図はその演算装置を示すブロック図、第20図はそのガス
温度を相違させた場合の起電力Ｅの特性図、第21、22図
は請求項２記載の発明に係るNOX濃度検出手段の第３実
施例を示す図であり、第21図はその装置全体図、第22図
はその作用を説明するための波形図である。 １……エンジン、 ７……排気管、 ８……触媒コンバータ、 10……エアフロメータ、 12……吸気圧センサ、 13……クランク角センサ、 14……水温センサ、 15……酸素センサ、 16……NOXセンサ、 17……NOX濃度検出装置、 18……センサ加熱手段、 19……NOX濃度検出手段、 20……運転状態検出手段、 21……コントロールユニット（劣化判定手段）、 22……警報装置。
媒の劣化検出装置を適用したエンジンの全体構成図、第
３〜９図は窒素酸化物の計測理論を説明するための図で
あり、第３図はそのセンサの作動原理を説明するための
概略図、第４図はその測定極の酸素分圧に対する起電力
Ｅの特性図、第５図はその測定極で測定される電圧VSに
対するセンサ出力IPの特性図、第６図はそのNO濃度に対
するセンサ出力IPの特性図、第７図はその白金について
のNO還元効率を示す特性図、第８図はその各ガス成分濃
度に対するセンサ出力IPの特性図、第９図はその各ガス
成分に対する感度係数の実測値の一例を示す表図、第10
〜13図は請求項１記載の発明に係るNOX濃度検出手段の
第１実施例を示す図であり、第10図はその装置全体図、
第11図と第12図はその一対のセンサ本体の構造とセンサ
制御回路を示す概略図、第13図はその制御動作を説明す
るための流れ図、第14図は触媒劣化検出のプログラムを
示すフローチャート、第15図は触媒劣化検出の作用を説
明するタイミングチャート、第16〜20図は請求項２記載
の発明に係るNOX濃度検出手段の第２実施例を示す図で
あり、第16図はそのセンサ本体の構造を示す概略図、第
17図はそのセンサ本体を構成する各部を離して示した斜
視図、第18図はそのセンサ制御回路を示す概略図、第19
図はその演算装置を示すブロック図、第20図はそのガス
温度を相違させた場合の起電力Ｅの特性図、第21、22図
は請求項２記載の発明に係るNOX濃度検出手段の第３実
施例を示す図であり、第21図はその装置全体図、第22図
はその作用を説明するための波形図である。 １……エンジン、 ７……排気管、 ８……触媒コンバータ、 10……エアフロメータ、 12……吸気圧センサ、 13……クランク角センサ、 14……水温センサ、 15……酸素センサ、 16……NOXセンサ、 17……NOX濃度検出装置、 18……センサ加熱手段、 19……NOX濃度検出手段、 20……運転状態検出手段、 21……コントロールユニット（劣化判定手段）、 22……警報装置。
Claims (2)
- 【請求項１】ａ）排気系に排気浄化触媒を有するエンジ
ンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、 ｂ）それぞれ酸素イオン伝導性の固体電解質を挟んで電
極を配設したセンシングセルとポンピングセルを所定の
間隙をもって積層し、かつこの間隙に排出ガスの導かれ
る拡散室を形成したセンサ本体と、拡散室内のガスが常
に理論空燃比相当になるように、ポンピングセルへの流
し込み電流を制御する回路とから構成される広域空燃比
センサであって、酸素分圧に関係なくNOxを分解しない
触媒を用いて、排出ガス中のNOxに感応しないものと、
低い酸素分圧でNOxを分解する触媒を用いて、排出ガス
中のNOxに感応させるものとを排出ガス中に設ける一方
で、各センサについて酸素成分に対する感度係数を予め
設定する手段と、これら感度係数と前記流し込み電流と
を用いてNOx濃度を算出する手段とを備え、触媒後流のN
Ox濃度を検出するNOx濃度検出手段と、 ｃ）エンジンが予め設定された所定の運転状態にあると
き、NOx濃度検出手段の出力に基づいて排気浄化触媒の
劣化を判別する劣化判定手段と、 を備えたことを特徴とする触媒の劣化検出装置。 - 【請求項２】ａ）排気系に排気浄化触媒を有するエンジ
ンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、 ｂ）それぞれ酸素イオン伝導性の固体電解質を挟んで電
極を配設したセンシングセルとポンピングセルを所定の
間隙をもって積層し、かつこの間隙にガスの導かれる拡
散室を形成したセンサ本体と、拡散室内のガスが常に理
論空燃比相当になるように、ポンピングセルへの流し込
み電流を制御する回路とから構成される広域空燃比セン
サであって、低い酸素分圧でNOxを分解する触媒を用い
て、NOxに感応させるものをガス中に設ける一方で、拡
散室内に導かれたガスの酸素分圧を測定する手段を有
し、高低２つの分圧に対する電極間電流の差から触媒後
流のNOx濃度を検出するNOx濃度検出手段と、 ｃ）エンジンが予め設定された所定の運転状態にあると
き、NOx濃度検出手段の出力に基づいて排気浄化触媒の
劣化を判別する劣化判定手段と、 を備えたことを特徴とする触媒の劣化検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1211158A JP2501643B2 (ja) | 1989-08-15 | 1989-08-15 | 触媒の劣化検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1211158A JP2501643B2 (ja) | 1989-08-15 | 1989-08-15 | 触媒の劣化検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0373839A JPH0373839A (ja) | 1991-03-28 |
| JP2501643B2 true JP2501643B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=16601355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1211158A Expired - Fee Related JP2501643B2 (ja) | 1989-08-15 | 1989-08-15 | 触媒の劣化検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2501643B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5431043A (en) * | 1994-05-02 | 1995-07-11 | General Motors Corporation | Catalyst activity test |
| JPH1068346A (ja) * | 1996-06-21 | 1998-03-10 | Ngk Insulators Ltd | エンジン排ガス系の制御法 |
| EP1074833A1 (en) * | 1997-03-21 | 2001-02-07 | Ngk Spark Plug Co., Ltd | Method and apparatus for measuring NOx gas concentration |
| DE19953601C2 (de) * | 1999-11-08 | 2002-07-11 | Siemens Ag | Verfahren zum Überprüfen eines Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine |
| DE19963938A1 (de) * | 1999-12-31 | 2001-07-12 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum Betreiben eines Dreiwegekatalysators einer Brennkraftmaschine |
| JP4607541B2 (ja) * | 2004-10-26 | 2011-01-05 | 独立行政法人交通安全環境研究所 | 三元触媒の劣化診断方法 |
| JP2016035938A (ja) * | 2015-12-17 | 2016-03-17 | 大阪瓦斯株式会社 | 固体酸化物形燃料電池システム |
-
1989
- 1989-08-15 JP JP1211158A patent/JP2501643B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0373839A (ja) | 1991-03-28 |
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Legal Events
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