JP3284844B2 - 触媒劣化検出装置 - Google Patents
触媒劣化検出装置Info
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- catalytic converter
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- F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
- F01N11/007—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring oxygen or air concentration downstream of the exhaust apparatus
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
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- F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
- F02D41/1441—Plural sensors
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0062—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the measuring method, e.g. intermittent, or the display, e.g. digital
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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- F01N2550/00—Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
- F01N2550/02—Catalytic activity of catalytic converters
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の触媒装
置における劣化程度を検出する触媒劣化検出装置に関す
る。
置における劣化程度を検出する触媒劣化検出装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排気系には、一般的に、排気
ガス中の有害成分を浄化するための触媒装置が設けられ
ている。このような触媒装置は、長期使用に伴い触媒の
劣化程度が異常域に達すると、その浄化性能が非常に低
下し、排気エミッションがかなり悪化するようになるた
めに、このような触媒異常劣化状態であることを判断し
て運転者に知らせ、触媒装置の交換を促すことが必要で
ある。
ガス中の有害成分を浄化するための触媒装置が設けられ
ている。このような触媒装置は、長期使用に伴い触媒の
劣化程度が異常域に達すると、その浄化性能が非常に低
下し、排気エミッションがかなり悪化するようになるた
めに、このような触媒異常劣化状態であることを判断し
て運転者に知らせ、触媒装置の交換を促すことが必要で
ある。
【０００３】触媒装置の交換は、かなりの費用及び時間
を必要とするために、必要最小限としなければならず、
それにより、触媒装置の劣化程度を正確に検出すること
が必要である。特開平４−３０３７５４号公報には、触
媒装置の排気上流側及び下流側に酸素センサを配置し、
両酸素センサにより検出される排気ガス中の酸素濃度を
比較することによって触媒装置のＯ2 ストレージ能力を
把握し、このＯ2 ストレージ能力が触媒浄化能力と同様
に劣化するものとして、現在のＯ2 ストレージ能力から
触媒装置の劣化程度を推定するものが記載されている。
さらに、この従来技術には、排気ガス中の水素が酸素セ
ンサの出力に影響を与えるために、酸素センサに、水素
影響度抑制手段、すなわち保護被覆を設けることが開示
されている。
を必要とするために、必要最小限としなければならず、
それにより、触媒装置の劣化程度を正確に検出すること
が必要である。特開平４−３０３７５４号公報には、触
媒装置の排気上流側及び下流側に酸素センサを配置し、
両酸素センサにより検出される排気ガス中の酸素濃度を
比較することによって触媒装置のＯ2 ストレージ能力を
把握し、このＯ2 ストレージ能力が触媒浄化能力と同様
に劣化するものとして、現在のＯ2 ストレージ能力から
触媒装置の劣化程度を推定するものが記載されている。
さらに、この従来技術には、排気ガス中の水素が酸素セ
ンサの出力に影響を与えるために、酸素センサに、水素
影響度抑制手段、すなわち保護被覆を設けることが開示
されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年、混合気空燃比を
ストイキに維持する空燃比制御が提案されており、この
ような空燃比制御においては、触媒装置にＯ2 ストレー
ジ能力を設ける必要がなく、前述の従来技術では、この
ようにＯ2 ストレージ能力を有さない触媒装置及びＯ2
ストレージ能力を有するがこれが劣化しない触媒装置に
おいて触媒劣化程度を推定することができない。
ストイキに維持する空燃比制御が提案されており、この
ような空燃比制御においては、触媒装置にＯ2 ストレー
ジ能力を設ける必要がなく、前述の従来技術では、この
ようにＯ2 ストレージ能力を有さない触媒装置及びＯ2
ストレージ能力を有するがこれが劣化しない触媒装置に
おいて触媒劣化程度を推定することができない。
【０００５】従って、本発明の目的は、Ｏ2 ストレージ
能力に依存することなく現在の触媒劣化程度を検出可能
な触媒劣化検出装置を提供することである。
能力に依存することなく現在の触媒劣化程度を検出可能
な触媒劣化検出装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
による触媒劣化検出装置は、内燃機関の排気系に設けら
れた触媒コンバータと、前記排気系に配置された第１酸
素センサと、前記排気系における前記触媒コンバータの
排気下流側に配置され、その検出部における酸化還元能
力を低下させた第２酸素センサと、前記第１酸素センサ
及び第２酸素センサのそれぞれの出力又はそれぞれの出
力に基づく値を比較して前記触媒コンバータの劣化程度
を決定する決定手段、とを具備することを特徴とする。
による触媒劣化検出装置は、内燃機関の排気系に設けら
れた触媒コンバータと、前記排気系に配置された第１酸
素センサと、前記排気系における前記触媒コンバータの
排気下流側に配置され、その検出部における酸化還元能
力を低下させた第２酸素センサと、前記第１酸素センサ
及び第２酸素センサのそれぞれの出力又はそれぞれの出
力に基づく値を比較して前記触媒コンバータの劣化程度
を決定する決定手段、とを具備することを特徴とする。
【０００７】この触媒劣化検出装置は、触媒コンバータ
が劣化して排気浄化性能が低下すると、触媒コンバータ
の排気下流側において排気ガス中の未酸化成分濃度及び
未還元成分濃度が増加し、それに応じて検出部の酸化還
元能力を低下させた第２酸素センサの出力が変化するた
めに、決定手段が、排気系に配置された第１酸素センサ
の出力又はそれに基づく値と第２酸素センサの出力又は
それに基づく値とを比較することによって触媒コンバー
タの劣化程度を決定する。
が劣化して排気浄化性能が低下すると、触媒コンバータ
の排気下流側において排気ガス中の未酸化成分濃度及び
未還元成分濃度が増加し、それに応じて検出部の酸化還
元能力を低下させた第２酸素センサの出力が変化するた
めに、決定手段が、排気系に配置された第１酸素センサ
の出力又はそれに基づく値と第２酸素センサの出力又は
それに基づく値とを比較することによって触媒コンバー
タの劣化程度を決定する。
【０００８】また、請求項２に記載の本発明による触媒
劣化検出装置は、請求項１に記載の触媒劣化検出装置に
おいて、前記第１酸素センサが前記触媒コンバータの排
気下流側に配置されていることを特徴とする。
劣化検出装置は、請求項１に記載の触媒劣化検出装置に
おいて、前記第１酸素センサが前記触媒コンバータの排
気下流側に配置されていることを特徴とする。
【０００９】また、請求項３に記載の本発明による触媒
劣化検出装置は、請求項１に記載の触媒劣化検出装置に
おいて、前記第１酸素センサが前記触媒コンバータの排
気上流側に配置されていることを特徴とする。
劣化検出装置は、請求項１に記載の触媒劣化検出装置に
おいて、前記第１酸素センサが前記触媒コンバータの排
気上流側に配置されていることを特徴とする。
【００１０】また、請求項４に記載の本発明による触媒
劣化検出装置は、請求項１に記載の触媒劣化検出装置に
おいて、前記第２酸素センサが、未酸化成分である炭化
水素に対しての酸化能力を低下させられていることを特
徴とする。
劣化検出装置は、請求項１に記載の触媒劣化検出装置に
おいて、前記第２酸素センサが、未酸化成分である炭化
水素に対しての酸化能力を低下させられていることを特
徴とする。
【００１１】また、請求項５に記載の発明による触媒劣
化検出装置は、内燃機関の排気系に設けられた触媒コン
バータと、前記排気系における前記触媒コンバータの排
気下流側に配置され、その検出部における酸化還元能力
を低下させた酸素センサと、前記触媒コンバータが新品
である時と現在とにおける同じ空燃比状態の排気ガスに
対する前記酸素センサの出力変化に基づき前記触媒コン
バータの劣化程度を決定する決定手段、とを具備するこ
とを特徴とする。
化検出装置は、内燃機関の排気系に設けられた触媒コン
バータと、前記排気系における前記触媒コンバータの排
気下流側に配置され、その検出部における酸化還元能力
を低下させた酸素センサと、前記触媒コンバータが新品
である時と現在とにおける同じ空燃比状態の排気ガスに
対する前記酸素センサの出力変化に基づき前記触媒コン
バータの劣化程度を決定する決定手段、とを具備するこ
とを特徴とする。
【００１２】この触媒劣化検出装置は、触媒コンバータ
が劣化して排気浄化性能が低下すると、触媒コンバータ
の排気下流側において排気ガス中の未酸化成分濃度及び
未還元成分濃度が増加し、それに応じて、触媒コンバー
タが新品である時と現在とにおける同じ空燃比状態の排
気ガスに対しての酸素センサの出力が変化し、決定手段
がこの変化に基づき触媒コンバータの劣化程度を決定す
る。
が劣化して排気浄化性能が低下すると、触媒コンバータ
の排気下流側において排気ガス中の未酸化成分濃度及び
未還元成分濃度が増加し、それに応じて、触媒コンバー
タが新品である時と現在とにおける同じ空燃比状態の排
気ガスに対しての酸素センサの出力が変化し、決定手段
がこの変化に基づき触媒コンバータの劣化程度を決定す
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による第１の実施
形態の触媒劣化検出装置が取り付けられた内燃機関の排
気系の一部を示す概略図である。同図において、１は排
気ガス中の有害成分を浄化するための三元触媒コンバー
タである。三元触媒コンバータ１の上流側は機関本体
（図示せず）へ接続され、また下流側はマフラ（図示せ
ず）等を介して大気に開放されている。２は排気系にお
ける三元触媒コンバータ１の上流側に配置され、三元触
媒コンバータ１へ流入する排気ガス中の余剰酸素濃度
（リーン状態の排気ガスにおいては、その程度に応じた
プラス値となり、理論空燃比状態の排気ガスにおいては
ゼロとなり、リッチ状態の排気ガスにおいてはその程度
に応じたマイナス値となる）を検出するリニア出力型の
第１酸素センサである。
形態の触媒劣化検出装置が取り付けられた内燃機関の排
気系の一部を示す概略図である。同図において、１は排
気ガス中の有害成分を浄化するための三元触媒コンバー
タである。三元触媒コンバータ１の上流側は機関本体
（図示せず）へ接続され、また下流側はマフラ（図示せ
ず）等を介して大気に開放されている。２は排気系にお
ける三元触媒コンバータ１の上流側に配置され、三元触
媒コンバータ１へ流入する排気ガス中の余剰酸素濃度
（リーン状態の排気ガスにおいては、その程度に応じた
プラス値となり、理論空燃比状態の排気ガスにおいては
ゼロとなり、リッチ状態の排気ガスにおいてはその程度
に応じたマイナス値となる）を検出するリニア出力型の
第１酸素センサである。
【００１４】また、３は排気系における三元触媒コンバ
ータ１の下流側に配置され、三元触媒コンバータ１から
流入する排気ガス中の余剰酸素濃度を検出するリニア出
力型の第２酸素センサであり、この第２酸素センサ３の
検出部表面には鉛等の被毒処置が行われている。
ータ１の下流側に配置され、三元触媒コンバータ１から
流入する排気ガス中の余剰酸素濃度を検出するリニア出
力型の第２酸素センサであり、この第２酸素センサ３の
検出部表面には鉛等の被毒処置が行われている。
【００１５】第１酸素センサ３を含め一般的な酸素セン
サは、その検出部表面、すなわち素子電極表面において
三元触媒コンバータ同様に排気ガス中の酸化窒素を還元
すると共に、この還元により発生した酸素及び排気ガス
中の酸素によって排気ガス中の炭化水素及び一酸化炭素
等の未酸化成分を酸化し、その結果としての余剰酸素濃
度を検出するものである。図２（Ａ）に示すように、理
論空燃比状態の排気ガスにおいては、このような酸化作
用が過不足無く行われる結果として、余剰酸素濃度はゼ
ロとなる。
サは、その検出部表面、すなわち素子電極表面において
三元触媒コンバータ同様に排気ガス中の酸化窒素を還元
すると共に、この還元により発生した酸素及び排気ガス
中の酸素によって排気ガス中の炭化水素及び一酸化炭素
等の未酸化成分を酸化し、その結果としての余剰酸素濃
度を検出するものである。図２（Ａ）に示すように、理
論空燃比状態の排気ガスにおいては、このような酸化作
用が過不足無く行われる結果として、余剰酸素濃度はゼ
ロとなる。
【００１６】しかし、第２酸素センサ３は、その検出部
表面に前述した被毒処理が行われているために、一酸化
炭素に比較して酸化し難い炭化水素に対して酸化能力が
低下されており、図２（Ｂ）に示すように、この第２酸
素センサ３は、理論空燃比状態の排気ガスに対して、素
子電極表面に到来する炭化水素量の一部を酸化できず、
その結果、酸化されない炭化水素量に応じた酸素量が素
子電極表面上に残り、これを余剰酸素として検出するこ
とになる。
表面に前述した被毒処理が行われているために、一酸化
炭素に比較して酸化し難い炭化水素に対して酸化能力が
低下されており、図２（Ｂ）に示すように、この第２酸
素センサ３は、理論空燃比状態の排気ガスに対して、素
子電極表面に到来する炭化水素量の一部を酸化できず、
その結果、酸化されない炭化水素量に応じた酸素量が素
子電極表面上に残り、これを余剰酸素として検出するこ
とになる。
【００１７】触媒コンバータ１は、その使用に伴い徐々
に劣化し、この劣化程度が異常域に達すると、排気ガス
浄化能力がかなり悪化するために、触媒コンバータの交
換が必要となる。１０は、このような触媒コンバータ１
の交換時期を判断するために、触媒の劣化程度を検出す
る触媒劣化検出装置である。
に劣化し、この劣化程度が異常域に達すると、排気ガス
浄化能力がかなり悪化するために、触媒コンバータの交
換が必要となる。１０は、このような触媒コンバータ１
の交換時期を判断するために、触媒の劣化程度を検出す
る触媒劣化検出装置である。
【００１８】触媒劣化検出装置１０は、一般的なデジタ
ルコンピュータであり、前述した第１及び第２酸素セン
サ２，３が接続されている。本発明による触媒劣化検出
装置が取り付けられた内燃機関は、燃料噴射量制御とし
て、一般的に行われているように、三元触媒コンバータ
１の上流側に配置された第２酸素センサ２を使用し、特
定機関運転状態を除き、混合気空燃比をストイキ近傍に
維持する空燃比フィードバック制御が実行されるように
なっている。
ルコンピュータであり、前述した第１及び第２酸素セン
サ２，３が接続されている。本発明による触媒劣化検出
装置が取り付けられた内燃機関は、燃料噴射量制御とし
て、一般的に行われているように、三元触媒コンバータ
１の上流側に配置された第２酸素センサ２を使用し、特
定機関運転状態を除き、混合気空燃比をストイキ近傍に
維持する空燃比フィードバック制御が実行されるように
なっている。
【００１９】図３は、触媒の劣化程度を検出するための
フローチャートであり、機関始動と同時に実行され、所
定期間毎に繰り返されるものである。まず、ステップ１
０１において、第１酸素センサ２の出力Ｄ１が所定範囲
ＤＬ〜ＤＲ内であるか否かが判断され、この判断が否定
される時にはそのまま終了する。
フローチャートであり、機関始動と同時に実行され、所
定期間毎に繰り返されるものである。まず、ステップ１
０１において、第１酸素センサ２の出力Ｄ１が所定範囲
ＤＬ〜ＤＲ内であるか否かが判断され、この判断が否定
される時にはそのまま終了する。
【００２０】一方、この判断が肯定される時には、現在
の排気ガスはほぼ理論空燃比状態であり、ステップ１０
２に進み、第２酸素センサ３の出力Ｄ２と第１酸素セン
サ２の出力Ｄ１との差Ｄが算出される。三元触媒コンバ
ータ１は、排気ガス中の酸化窒素を還元すると共に炭化
水素及び一酸化炭素を酸化して無害な成分に変換するも
のであり、従って、それが劣化しておらず十分に機能す
る時には、同じ理論空燃比状態の排気ガスでも、三元触
媒コンバータ１の上流側に比較して下流側における炭化
水素濃度、一酸化炭素濃度、酸素濃度、及び酸化窒素濃
度等は、一様にかなり低くなる。
の排気ガスはほぼ理論空燃比状態であり、ステップ１０
２に進み、第２酸素センサ３の出力Ｄ２と第１酸素セン
サ２の出力Ｄ１との差Ｄが算出される。三元触媒コンバ
ータ１は、排気ガス中の酸化窒素を還元すると共に炭化
水素及び一酸化炭素を酸化して無害な成分に変換するも
のであり、従って、それが劣化しておらず十分に機能す
る時には、同じ理論空燃比状態の排気ガスでも、三元触
媒コンバータ１の上流側に比較して下流側における炭化
水素濃度、一酸化炭素濃度、酸素濃度、及び酸化窒素濃
度等は、一様にかなり低くなる。
【００２１】前述したように、第２酸素センサ３は、そ
の検出部における炭化水素に対しての酸化能力が低下さ
れているために、酸化されない炭化水素量に応じた酸素
量に基づき余剰酸素濃度を検出するが、三元触媒コンバ
ータ１が劣化していない時には、炭化水素濃度がかなり
低くなるために、検出部において酸化されない炭化水素
の絶対量もかなり少なく、それにより、この第２酸素セ
ンサ３により検出される余剰酸素濃度は、かなりゼロに
近い値となる。一方、三元触媒コンバータ１の劣化が進
行するにつれて、その下流側における前述の成分濃度は
上流側に近づき大きくなり、それにより、この第２酸素
センサ３により検出される余剰酸素濃度は高くなる。
の検出部における炭化水素に対しての酸化能力が低下さ
れているために、酸化されない炭化水素量に応じた酸素
量に基づき余剰酸素濃度を検出するが、三元触媒コンバ
ータ１が劣化していない時には、炭化水素濃度がかなり
低くなるために、検出部において酸化されない炭化水素
の絶対量もかなり少なく、それにより、この第２酸素セ
ンサ３により検出される余剰酸素濃度は、かなりゼロに
近い値となる。一方、三元触媒コンバータ１の劣化が進
行するにつれて、その下流側における前述の成分濃度は
上流側に近づき大きくなり、それにより、この第２酸素
センサ３により検出される余剰酸素濃度は高くなる。
【００２２】理論空燃比の混合気において噴射された燃
料のうち常に所定の割合だけが未燃燃料として排出され
ると仮定すれば、混合気が理論空燃比に維持される時に
は、三元触媒コンバータ１の上流側における排気ガス中
の炭化水素濃度は一定であり、このような排気ガスに対
して、素子電極における酸化能力が十分に高く到来する
炭化水素及び一酸化炭素等をほぼ完全に酸化可能な第１
酸素センサ２により検出される余剰酸素濃度は、図４に
点線で示すように、上流側に位置しているために当然で
はあるが、三元触媒コンバータ１の劣化程度に関係な
く、常に、ゼロを示している。
料のうち常に所定の割合だけが未燃燃料として排出され
ると仮定すれば、混合気が理論空燃比に維持される時に
は、三元触媒コンバータ１の上流側における排気ガス中
の炭化水素濃度は一定であり、このような排気ガスに対
して、素子電極における酸化能力が十分に高く到来する
炭化水素及び一酸化炭素等をほぼ完全に酸化可能な第１
酸素センサ２により検出される余剰酸素濃度は、図４に
点線で示すように、上流側に位置しているために当然で
はあるが、三元触媒コンバータ１の劣化程度に関係な
く、常に、ゼロを示している。
【００２３】一方、図４に実線で示すように、第２酸素
センサ３により検出される余剰酸素濃度は、前述したよ
うに、三元触媒コンバータ１の劣化程度が大きくなるに
伴い高くなり、従って、ステップ１０２において算出さ
れる差Ｄは、三元触媒コンバータ１の劣化程度が大きく
なるに伴い大きくなり、すなわち、その値自身が三元触
媒コンバータ１の劣化程度を表している。それにより、
ステップ１０３において、この差Ｄが所定値Ｄ’以上で
あるか否かが判断され、この判断が否定される時には、
三元触媒コンバータ１の劣化程度は比較的小さいとして
そのまま終了するが、この判断が肯定される時には、ス
テップ１０４に進み、機関停止と同時にリセットされる
カウント値ｎを１だけ増加させ、ステップ１０５に進
み、このカウント値ｎが所定値ｍに達した時、すなわ
ち、ステップ１０３における判断がｍ回肯定された時
に、ステップ１０６に進み、三元触媒コンバータ１は異
常劣化状態であると判断するようになっている。本フロ
ーチャートのステップ１０２において、第２酸素センサ
３の出力Ｄ２と第１酸素センサ２の出力Ｄ１との差Ｄを
算出するようになっているが、第１酸素センサ２の出力
Ｄ１に代えて、三元触媒コンバータ１が新品の時の第２
酸素センサ３の出力Ｄ２’を使用しても、両者の差は、
三元触媒コンバータ１の劣化程度を表すことになる。
センサ３により検出される余剰酸素濃度は、前述したよ
うに、三元触媒コンバータ１の劣化程度が大きくなるに
伴い高くなり、従って、ステップ１０２において算出さ
れる差Ｄは、三元触媒コンバータ１の劣化程度が大きく
なるに伴い大きくなり、すなわち、その値自身が三元触
媒コンバータ１の劣化程度を表している。それにより、
ステップ１０３において、この差Ｄが所定値Ｄ’以上で
あるか否かが判断され、この判断が否定される時には、
三元触媒コンバータ１の劣化程度は比較的小さいとして
そのまま終了するが、この判断が肯定される時には、ス
テップ１０４に進み、機関停止と同時にリセットされる
カウント値ｎを１だけ増加させ、ステップ１０５に進
み、このカウント値ｎが所定値ｍに達した時、すなわ
ち、ステップ１０３における判断がｍ回肯定された時
に、ステップ１０６に進み、三元触媒コンバータ１は異
常劣化状態であると判断するようになっている。本フロ
ーチャートのステップ１０２において、第２酸素センサ
３の出力Ｄ２と第１酸素センサ２の出力Ｄ１との差Ｄを
算出するようになっているが、第１酸素センサ２の出力
Ｄ１に代えて、三元触媒コンバータ１が新品の時の第２
酸素センサ３の出力Ｄ２’を使用しても、両者の差は、
三元触媒コンバータ１の劣化程度を表すことになる。
【００２４】図５は、本発明による第２の実施形態の触
媒劣化検出装置が取り付けられた内燃機関の排気系の一
部を示す概略図である。前述した第１の実施形態との違
いは、リニア出力型の第１酸素センサ２が、第２酸素セ
ンサ３と同様に三元触媒コンバータ１の下流側に配置さ
れていることである。第１酸素センサ２は、素子電極に
おける酸化能力が十分に高いために、三元触媒コンバー
タ１の劣化程度に応じて炭化水素濃度が変化する三元触
媒コンバータ１の下流側における理論空燃比状態の排気
ガスに対して、常に、余剰酸素濃度がゼロ、すなわち、
ストイキを示し、第１の実施形態と同様に、第１及び第
２酸素センサ２，３の出力を比較することにより、三元
触媒コンバータ１の劣化程度を検出することが可能であ
る。
媒劣化検出装置が取り付けられた内燃機関の排気系の一
部を示す概略図である。前述した第１の実施形態との違
いは、リニア出力型の第１酸素センサ２が、第２酸素セ
ンサ３と同様に三元触媒コンバータ１の下流側に配置さ
れていることである。第１酸素センサ２は、素子電極に
おける酸化能力が十分に高いために、三元触媒コンバー
タ１の劣化程度に応じて炭化水素濃度が変化する三元触
媒コンバータ１の下流側における理論空燃比状態の排気
ガスに対して、常に、余剰酸素濃度がゼロ、すなわち、
ストイキを示し、第１の実施形態と同様に、第１及び第
２酸素センサ２，３の出力を比較することにより、三元
触媒コンバータ１の劣化程度を検出することが可能であ
る。
【００２５】本実施形態において、第１酸素センサ２と
して、素子電極における十分に高い酸化能力を有するも
のでなくても、第２酸素センサ３に対して少なくとも炭
化水素に対する酸化能力に差があれば、図４と同様な図
６に示すように、二つの酸素センサには、三元触媒コン
バータ１の劣化が進行して理論空燃比状態の排気ガス中
の炭化水素濃度が増加するにつれて、二つの酸素センサ
２，３により検出される余剰酸素濃度は大きくなるが、
両者の差は大きくなり、これに基づき三元触媒コンバー
タ１の劣化程度を検出することが可能である。
して、素子電極における十分に高い酸化能力を有するも
のでなくても、第２酸素センサ３に対して少なくとも炭
化水素に対する酸化能力に差があれば、図４と同様な図
６に示すように、二つの酸素センサには、三元触媒コン
バータ１の劣化が進行して理論空燃比状態の排気ガス中
の炭化水素濃度が増加するにつれて、二つの酸素センサ
２，３により検出される余剰酸素濃度は大きくなるが、
両者の差は大きくなり、これに基づき三元触媒コンバー
タ１の劣化程度を検出することが可能である。
【００２６】前述した二つの実施形態において、第１及
び第２酸素センサとして、リニア出力型の酸素センサを
使用したが、ステップ出力型の酸素センサを使用するこ
とも可能である。一般的なステップ出力型の酸素センサ
は、前述のリニア出力型の酸素センサと同様に、素子電
極上の酸化還元反応後の余剰酸素濃度がゼロ近傍である
時に出力が急変する特性を有するものであり、素子電極
上の酸化能力が十分に高いものを第１酸素センサとし
て、三元触媒コンバータ１の上流側又は下流側に配置し
て、それによって、現在の排気ガスが理論空燃比状態で
あることが検出される時に、炭化水素に対しての酸化能
力が低下された第２酸素センサの出力が理論空燃比状態
を示す値からどの程度ずれているかによって三元触媒コ
ンバータ１の劣化程度を検出可能である。
び第２酸素センサとして、リニア出力型の酸素センサを
使用したが、ステップ出力型の酸素センサを使用するこ
とも可能である。一般的なステップ出力型の酸素センサ
は、前述のリニア出力型の酸素センサと同様に、素子電
極上の酸化還元反応後の余剰酸素濃度がゼロ近傍である
時に出力が急変する特性を有するものであり、素子電極
上の酸化能力が十分に高いものを第１酸素センサとし
て、三元触媒コンバータ１の上流側又は下流側に配置し
て、それによって、現在の排気ガスが理論空燃比状態で
あることが検出される時に、炭化水素に対しての酸化能
力が低下された第２酸素センサの出力が理論空燃比状態
を示す値からどの程度ずれているかによって三元触媒コ
ンバータ１の劣化程度を検出可能である。
【００２７】また、ステップ出力型の酸素センサは、図
７に示すように、素子電極上の余剰酸素濃度がゼロ近傍
である時に出力が急変するものであるが、この出力急変
の間において、余剰酸素濃度と出力とはリニアな関係に
あり、従って、例えば排気ガスがリーン状態からリッチ
状態に変化する際に、出力が０Ｖから１Ｖに変化するス
テップ出力型の酸素センサにおいては、０．４５Ｖを出
力する時が排気ガスの理論空燃比状態である。
７に示すように、素子電極上の余剰酸素濃度がゼロ近傍
である時に出力が急変するものであるが、この出力急変
の間において、余剰酸素濃度と出力とはリニアな関係に
あり、従って、例えば排気ガスがリーン状態からリッチ
状態に変化する際に、出力が０Ｖから１Ｖに変化するス
テップ出力型の酸素センサにおいては、０．４５Ｖを出
力する時が排気ガスの理論空燃比状態である。
【００２８】このようなステップ出力型の酸素センサの
素子電極に対して鉛等の被毒処置を行い炭化水素に対し
ての酸化能力を低下させることにより第２酸素センサと
して使用することも可能である。このステップ出力型の
第２酸素センサは、出力が急変する排気ガスの空燃比状
態において前述したリニア出力型の第２酸素センサと同
様に扱うことが可能であり、三元触媒コンバータ１の劣
化程度が大きくなるに伴い出力電圧が小さくなることを
利用して、出力電圧から逆に劣化程度を検出可能であ
る。
素子電極に対して鉛等の被毒処置を行い炭化水素に対し
ての酸化能力を低下させることにより第２酸素センサと
して使用することも可能である。このステップ出力型の
第２酸素センサは、出力が急変する排気ガスの空燃比状
態において前述したリニア出力型の第２酸素センサと同
様に扱うことが可能であり、三元触媒コンバータ１の劣
化程度が大きくなるに伴い出力電圧が小さくなることを
利用して、出力電圧から逆に劣化程度を検出可能であ
る。
【００２９】近年、排気ガス規制が厳しくなる傾向にあ
り、ステップ出力型酸素センサの出力が急変する間で検
出可能な劣化程度において三元触媒コンバータの交換時
期となり、それ以上の劣化程度を検出することが必ずし
も必要とならないが、これが必要な場合には、例えば、
第１酸素センサとしてリニア出力型の酸素センサが使用
されている場合には、この第２酸素センサの出力がスト
イキを示す電圧（０．４５Ｖ）となるまで混合気空燃比
をリッチにし、このリッチの程度を第１酸素センサによ
り検出し、このリッチ程度が大きい程、三元触媒コンバ
ータ１の劣化程度が大きいと判断することができる。
り、ステップ出力型酸素センサの出力が急変する間で検
出可能な劣化程度において三元触媒コンバータの交換時
期となり、それ以上の劣化程度を検出することが必ずし
も必要とならないが、これが必要な場合には、例えば、
第１酸素センサとしてリニア出力型の酸素センサが使用
されている場合には、この第２酸素センサの出力がスト
イキを示す電圧（０．４５Ｖ）となるまで混合気空燃比
をリッチにし、このリッチの程度を第１酸素センサによ
り検出し、このリッチ程度が大きい程、三元触媒コンバ
ータ１の劣化程度が大きいと判断することができる。
【００３０】また、第１酸素センサとしてステップ出力
型の酸素センサが使用されている場合には、図８に示す
タイムチャートのように、混合気空燃比を所定波形で期
間Ｔだけリッチ側に変動させ、この時の第２酸素センサ
の出力は、三元触媒コンバータ１の劣化に伴い、点線
（三元触媒コンバータ１が新品の時）から実線のように
徐々に変化し、すなわち、第２酸素センサがリッチ状態
を示す実際の混合気空燃比のリッチ程度が大きくなるた
めに、第２酸素センサがリッチ状態を示す期間Ｔ２が短
くなることを利用して、これを期間Ｔと比較したり、ま
た、第１酸素センサがリッチ状態を示す期間Ｔ１と比較
したり、また、三元触媒１が新品の時の第２酸素センサ
がリッチ状態を示す期間Ｔ２’と比較したりすることに
より、三元触媒コンバータ１の劣化程度を検出可能であ
る。
型の酸素センサが使用されている場合には、図８に示す
タイムチャートのように、混合気空燃比を所定波形で期
間Ｔだけリッチ側に変動させ、この時の第２酸素センサ
の出力は、三元触媒コンバータ１の劣化に伴い、点線
（三元触媒コンバータ１が新品の時）から実線のように
徐々に変化し、すなわち、第２酸素センサがリッチ状態
を示す実際の混合気空燃比のリッチ程度が大きくなるた
めに、第２酸素センサがリッチ状態を示す期間Ｔ２が短
くなることを利用して、これを期間Ｔと比較したり、ま
た、第１酸素センサがリッチ状態を示す期間Ｔ１と比較
したり、また、三元触媒１が新品の時の第２酸素センサ
がリッチ状態を示す期間Ｔ２’と比較したりすることに
より、三元触媒コンバータ１の劣化程度を検出可能であ
る。
【００３１】
【発明の効果】このように、請求項１に記載の本発明に
よる触媒劣化検出装置によれば、排気系における触媒コ
ンバータの排気下流側に配置され、その検出部における
酸化還元能力を低下させた第２酸素センサの出力が、触
媒コンバータの劣化による排気浄化性能の低下に伴い排
気下流側において排気ガス中の未酸化成分濃度及び未還
元成分濃度が増加することによって変化するために、こ
の出力又はそれに基づく値と第１酸素センサの出力又は
それに基づく値とを比較することによってＯ2 ストレー
ジ能力に依存することなく触媒コンバータの劣化程度を
決定することが可能となる。
よる触媒劣化検出装置によれば、排気系における触媒コ
ンバータの排気下流側に配置され、その検出部における
酸化還元能力を低下させた第２酸素センサの出力が、触
媒コンバータの劣化による排気浄化性能の低下に伴い排
気下流側において排気ガス中の未酸化成分濃度及び未還
元成分濃度が増加することによって変化するために、こ
の出力又はそれに基づく値と第１酸素センサの出力又は
それに基づく値とを比較することによってＯ2 ストレー
ジ能力に依存することなく触媒コンバータの劣化程度を
決定することが可能となる。
【００３２】また、請求項２に記載の本発明による触媒
劣化検出装置によれば、請求項１に記載の触媒劣化検出
装置において、第１酸素センサが触媒コンバータの排気
下流側に配置されているために、第１及び第２酸素セン
サは、同じ未酸化成分濃度及び未還元成分濃度の排気ガ
ス中の空燃比状態を検出することになり、第１酸素セン
サとしてその検出部における酸化還元能力が低いものも
使用可能である。
劣化検出装置によれば、請求項１に記載の触媒劣化検出
装置において、第１酸素センサが触媒コンバータの排気
下流側に配置されているために、第１及び第２酸素セン
サは、同じ未酸化成分濃度及び未還元成分濃度の排気ガ
ス中の空燃比状態を検出することになり、第１酸素セン
サとしてその検出部における酸化還元能力が低いものも
使用可能である。
【００３３】また、請求項３に記載の本発明による触媒
劣化検出装置によれば、請求項１に記載の触媒劣化検出
装置において、第１酸素センサが触媒コンバータの排気
上流側に配置されているために、空燃比制御に使用され
る酸素センサをそのまま第１酸素センサとして流用可能
である。
劣化検出装置によれば、請求項１に記載の触媒劣化検出
装置において、第１酸素センサが触媒コンバータの排気
上流側に配置されているために、空燃比制御に使用され
る酸素センサをそのまま第１酸素センサとして流用可能
である。
【００３４】また、請求項４に記載の本発明による触媒
劣化検出装置によれば、請求項１に記載の触媒劣化検出
装置において、第２酸素センサが、未酸化成分である炭
化水素に対しての酸化能力を低下させられているため
に、このような第２酸素センサを容易に製作可能であ
る。
劣化検出装置によれば、請求項１に記載の触媒劣化検出
装置において、第２酸素センサが、未酸化成分である炭
化水素に対しての酸化能力を低下させられているため
に、このような第２酸素センサを容易に製作可能であ
る。
【００３５】また、請求項５に記載の本発明による触媒
劣化検出装置によれば、触媒コンバータの排気下流側に
配置され、その検出部における酸化還元能力を低下させ
た酸素センサの出力が、触媒コンバータの劣化による排
気浄化性能の低下に伴い排気下流側において排気ガス中
の未酸化成分濃度及び未還元成分濃度が増加することに
よって、触媒コンバータが新品である時と現在とにおけ
る同じ空燃比状態の排気ガスに対しての出力が変化する
ために、決定手段がこの出力変化に応じて触媒コンバー
タの劣化程度を決定することができ、請求項１に記載の
触媒劣化検出装置に比較して酸素センサの数を低減可能
となる。
劣化検出装置によれば、触媒コンバータの排気下流側に
配置され、その検出部における酸化還元能力を低下させ
た酸素センサの出力が、触媒コンバータの劣化による排
気浄化性能の低下に伴い排気下流側において排気ガス中
の未酸化成分濃度及び未還元成分濃度が増加することに
よって、触媒コンバータが新品である時と現在とにおけ
る同じ空燃比状態の排気ガスに対しての出力が変化する
ために、決定手段がこの出力変化に応じて触媒コンバー
タの劣化程度を決定することができ、請求項１に記載の
触媒劣化検出装置に比較して酸素センサの数を低減可能
となる。
【図１】本発明による第１の実施形態の触媒劣化検出装
置が取り付けられた内燃機関の排気系の一部を示す概略
図である。
置が取り付けられた内燃機関の排気系の一部を示す概略
図である。
【図２】酸素センサの素子電極における酸化反応を説明
する図であり、（Ａ）は酸化能力が高い場合、（Ｂ）は
酸化能力が低い場合である。
する図であり、（Ａ）は酸化能力が高い場合、（Ｂ）は
酸化能力が低い場合である。
【図３】触媒劣化程度を検出するためのフローチャート
である。
である。
【図４】触媒劣化程度に対する第１及び第２酸素センサ
により検出される余剰酸素濃度を示すグラフである。
により検出される余剰酸素濃度を示すグラフである。
【図５】本発明による第２の実施形態の触媒劣化検出装
置が取り付けられた内燃機関の排気系の一部を示す概略
図である。
置が取り付けられた内燃機関の排気系の一部を示す概略
図である。
【図６】触媒劣化程度に対する第１及び第２酸素センサ
により検出される余剰酸素濃度を示すグラフである。
により検出される余剰酸素濃度を示すグラフである。
【図７】ステップ出力型の酸素センサにおける余剰酸素
濃度に対する出力を示すグラフである。
濃度に対する出力を示すグラフである。
【図８】混合気空燃比を変化させた時の第１及び第２酸
素センサの出力変化を示すタイムチャートである。
素センサの出力変化を示すタイムチャートである。
１…三元触媒触媒コンバータ ２…第１酸素センサ ３…第２酸素センサ １０…触媒劣化検出装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/14 ＺＡＢ Ｆ０２Ｄ 41/14 ＺＡＢ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/26 F01N 3/20 - 3/38 F02D 41/14 310
Claims (5)
- 【請求項１】 内燃機関の排気系に設けられた触媒コン
バータと、前記排気系に配置された第１酸素センサと、
前記排気系における前記触媒コンバータの排気下流側に
配置され、その検出部における酸化還元能力を低下させ
た第２酸素センサと、前記第１酸素センサ及び第２酸素
センサのそれぞれの出力又はそれぞれの出力に基づく値
を比較して前記触媒コンバータの劣化程度を決定する決
定手段、とを具備することを特徴とする触媒劣化検出装
置。 - 【請求項２】 前記第１酸素センサが前記触媒コンバー
タの排気下流側に配置されていることを特徴とする請求
項１に記載の触媒劣化検出装置。 - 【請求項３】 前記第１酸素センサが前記触媒コンバー
タの排気上流側に配置されていることを特徴とする請求
項１に記載の触媒劣化検出装置。 - 【請求項４】 前記第２酸素センサが、未酸化成分であ
る炭化水素に対しての酸化能力を低下させられているこ
とを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化検出装置。 - 【請求項５】 内燃機関の排気系に設けられた触媒コン
バータと、前記排気系における前記触媒コンバータの排
気下流側に配置され、その検出部における酸化還元能力
を低下させた酸素センサと、前記触媒コンバータが新品
である時と現在とにおける同じ空燃比状態の排気ガスに
対する前記酸素センサの出力変化に基づき前記触媒コン
バータの劣化程度を決定する決定手段、とを具備するこ
とを特徴とする触媒劣化検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24172995A JP3284844B2 (ja) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | 触媒劣化検出装置 |
| US08/715,398 US5684248A (en) | 1995-09-20 | 1996-09-18 | Device for determining the degree of deterioration of a catalyst |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24172995A JP3284844B2 (ja) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | 触媒劣化検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0989830A JPH0989830A (ja) | 1997-04-04 |
| JP3284844B2 true JP3284844B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=17078673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24172995A Expired - Lifetime JP3284844B2 (ja) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | 触媒劣化検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5684248A (ja) |
| JP (1) | JP3284844B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11434806B2 (en) | 2019-12-25 | 2022-09-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Catalyst deterioration detection system |
| US11492952B2 (en) | 2019-12-25 | 2022-11-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Catalyst degradation detection apparatus |
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- 1995-09-20 JP JP24172995A patent/JP3284844B2/ja not_active Expired - Lifetime
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1996
- 1996-09-18 US US08/715,398 patent/US5684248A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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