JPH04303754A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はエンジンの排気浄化装
置、特に排気ガス中に含まれる有害成分を触媒作用によ
って減少させる触媒コンバータを燃焼室下流側の排気通
路に設置すると共に、この触媒コンバータの上流側に排
気ガス中の残存酸素濃度を検出する排気センサを設置し
て、この排気センサの検出値に応じて燃焼室に供給され
る混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御す
るようにしたエンジンの排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用等のエンジンにおいては、燃焼後
の排気ガス中に含まれる有害成分を減少させるために、
上記有害成分のうち特に環境に対する影響の大きい一酸
化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）及び窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）の３成分に優れた浄化特性を発揮する三元触媒を
用いた触媒コンバータを排気系に設置すると共に、上記
三元触媒の触媒作用が効率よく発揮されるように燃焼室
に供給される混合気の空燃比を所定の目標空燃比（例え
ば、理論空燃比；空気／燃料＝１４．７）に維持する空
燃比制御を行うようにしたものがある。この空燃比制御
は、具体的には、上記触媒コンバータの上流側に空気過
剰率λ（実空燃比／理論空燃比）が１の状態を境として
出力状態が反転する排気センサを設置し、この排気セン
サの検出値が酸素過剰状態を示すときには燃料供給量を
増量すると共に、上記検出値が酸素不足状態を示すとき
には燃料供給量を減量することによって、燃焼室に供給
される混合気の空燃比を上記目標空燃比に収束させるよ
うにように行われる。

【０００３】ところで、上記触媒コンバータに用いられ
ている三元触媒は、例えば有鉛ガソリンを注油すること
などにより触媒成分に不純物が付着し、使用期間内にお
いても性能劣化を生じるという問題がある。

【０００４】このような問題に対しては、例えば特開昭
６３−９７８５２号公報に開示されているように、エン
ジンの排気系に設置された触媒コンバータの下流側に第
２の排気センサを設置し、この排気センサの空燃比フィ
ードバック制御時における出力反転回数によって触媒作
用の劣化を判定するようにしたものがある。これは、触
媒作用の劣化時には酸素吸蔵能力の低下により、触媒下
流側の酸素濃度が上流側とほとんど差がなくなることに
着目して、間接的に触媒の劣化を判定しようとするもの
である。

【０００５】また、上流側排気センサの反転回数と下流
側排気センサの反転回数とを比較することにより、触媒
劣化を検出する方法も考えられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、酸素濃度を
検出するのに使用される排気センサとしては、例えばジ
ルコニア素子の両面に触媒作用のある白金電極を設ける
と共に、排気ガス側の電極をセラミック（例えば、Ｍｇ
Ａｌ２Ｏ４）のような通気性のある硬質保護皮膜で保護
したジルコニアセンサが用いられる。このジルコニアセ
ンサは、電極を構成する白金の触媒作用により、図５の
実線で示すように、空気過剰率λの値が１を境として起
電力が大きく変化する特性を示すので、理論空燃比を正
確に検出することができる。

【０００７】しかしながら、ジルコニアセンサのような
排気センサは、水素分子の影響を受けやすいという問題
がある。すなわち、一般にガソリンエンジンの燃焼後の
排気ガス中には、一酸化炭素の約１／３の比率で水素分
子が存在している。水素分子は、他のガス種（ＨＣ、Ｃ
Ｏ、Ｏ２）に比べて分子径が非常に小さいので、電極の
保護皮膜に形成された細孔を通って拡散しやすく、この
ため電極近傍の水素濃度が実際の排気ガス中の水素濃度
よりも大きくなる。これは、電極付近の酸素濃度が実際
よりも低下することを意味する。これを裏づけるように
水素ガスの存在下でジルコニアセンサの出力特性を測定
すると、図５の破線で示すように、出力特性が空気過剰
側にシフトした結果が得られることになる。

【０００８】したがって、触媒前後に配置した２個の排
気センサによって触媒劣化を判定する場合には、水素濃
度の違いによって検出値に差が生じることになって、正
確な劣化判定を行えないという問題が生じることになる
。

【０００９】この発明は触媒の前後に配置した２個の排
気センサを用いて触媒の劣化判定を行う場合に生じる上
記の問題に対処するもので、劣化判定の精度を向上させ
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、本願の請求項
１の発明（以下、第１発明という）に係るエンジンの排
気浄化装置は、エンジンの排気系に設けられた排気ガス
浄化用触媒の上流側に設置されて排気ガス中の酸素濃度
を検出する第１排気センサと、上記触媒の下流側に設置
されて同じく排気ガス中の酸素濃度を検出する第２排気
センサと、上記第１排気センサの検出値に応じて空燃比
をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
第１、第２排気センサの検出値に基づいて上記触媒の劣
化判定を行う劣化判定手段とが備えられたエンジンにお
いて、上記第１排気センサの酸素検出部に対する排気ガ
ス中の水素分子の影響度を、上記第２排気センサよりも
小さくする水素影響度抑制手段を設けたことを特徴とす
る。

【００１１】また、本願の請求項２の発明（以下、第２
発明という）に係るエンジンの排気浄化装置は、エンジ
ンの排気系に設けられた排気ガス浄化用触媒の上流側に
設置されて排気ガス中の酸素濃度を検出する第１排気セ
ンサと、上記触媒の下流側に設置されて同じく排気ガス
中の酸素濃度を検出する第２排気センサと、上記第１排
気センサの検出値に応じて空燃比をフィードバック制御
するフィードバック制御手段と、第１、第２排気センサ
の検出値に基づいて上記触媒の劣化判定を行う劣化判定
手段とが備えられたエンジンにおいて、上記第１、第２
排気センサにおける排気ガス側の電極部を保護皮膜で覆
うと共に、第１排気センサにおける保護皮膜の気孔率を
第２排気センサにおける電極保護皮膜の気孔率よりも小
さくしたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】第１、第２発明によれば、触媒よりも上流側の
第１排気センサに対する水素分子の影響が抑制されるの
で、触媒前後で第１、第２排気センサの検出値にずれが
生じるのが防止されて、確実な劣化判定が行われること
になる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１４】まず、図１によりエンジン１の制御システ
ムを説明すると、このエンジン１には吸、排気弁２，３
を介して燃焼室４に通じる吸気通路５及び排気通路６が
設けられている。吸気通路５には、その上流部にエアク
リーナ７、エアフローメータ８及びスロットルバルブ９
が設置されていると共に、このスロットルバルブ９の下
流に燃料噴射弁１０が設置されている。

【００１５】一方、排気通路６には燃焼後の排気ガスを
浄化する三元触媒式の触媒コンバータ１１が設置されて
おり、この触媒コンバータ１１の上流及び下流に排気ガ
ス中の残存酸素濃度を検出する第１、第２排気センサ１
２，１３がそれぞれ設置されている。

【００１６】そして、この制御システムには上記燃料噴
射弁１０からの燃料噴射量の制御と、触媒コンバータ１
１の劣化判定とを行う電子制御式のコントロールユニッ
ト（以下、ＥＣＵという）１４が備えられている。この
ＥＣＵ１４は上記エアフローメータ８からの吸入空気量
信号と、スロットルバルブ９の開度を検出するスロット
ルセンサ１５からのスロットル開度信号と、当該車両の
車速を検出する車速センサ１６からの車速信号と、エン
ジン回転数を検出する回転センサ１７からのエンジン回
転数信号と、エンジン冷却水の温度を検出する水温セン
サ１８からの水温信号と、上記第１、第２排気センサ１
２，１３によってそれぞれ検出される酸素濃度信号とを
入力し、これらの信号に基づいて燃焼室４に供給される
混合気の空燃比制御と触媒コンバータ１１の劣化判定処
理とを行う。なお、ＥＣＵ１４は触媒コンバータ１１の
劣化警告用の警告灯１９の点灯制御も行うようになって
いる。

【００１７】ここで、ＥＣＵ１４が行う空燃比制御の概
略を説明すると、ＥＣＵ１４は各種信号を読み込んだ上
で、吸入空気量信号が示す吸入空気量とエンジン回転数
信号が示すエンジン回転数とに基づいて１サイクルあた
りに燃焼室４に吸入される空気量を演算して、それに対
応する基本噴射量を設定する。次いで、ＥＣＵ１４は空
燃比のフィードバック条件が成立しているか否かを判定
する。すなわち、ＥＣＵ１４はエンジン負荷を代表する
スロットル開度とエンジン回転数とをパラメータとする
エンジン１の運転状態が所定のフィードバック領域に属
すると共に、水温信号が示すエンジン水温が所定値以上
になったときなどににフィードバック条件が成立したと
判定して、空燃比フィードバック制御を実行する。

【００１８】この空燃比フィードバック制御は、概略次
のようにして行われる。すなわち、ＥＣＵ１４は上記第
１排気センサ１２からの酸素濃度信号が空気過剰状態を
示すときには、燃料が薄すぎるものと判定して燃料が増
量するようにフィードバック補正係数を設定する一方、
酸素濃度信号が空気不足状態を示すときには、燃料が濃
くなりすぎたと判定して燃料が減量するようにフィード
バック補正係数を設定する。さらに、このフィードバッ
ク補正係数や水温補正係数などによって上記基本噴射量
を補正することにより最終噴射量を設定する。そして、
この最終噴射量が得られるように燃料噴射弁１０に対し
て燃料噴射信号を出力する。

【００１９】一方、ＥＣＵ１４は上記フィードバック条
件が成立していないと判定したときには、スロットル開
度、エンジン回転数、水温などをパラメータとして設定
された燃料噴射マップから読み出した燃料噴射量となる
ように、上記燃料噴射弁１０に対して燃料噴射信号を出
力するオープンループ制御を実行することになる。

【００２０】また、触媒コンバータ１１の劣化判定処理
は、概略次のようにして行われる。ＥＣＵ１４はまず所
定の触媒劣化検出条件が成立したかどうかを判定する。 すなわち、ＥＣＵ１４は空燃比フィードバック条件が成
立し、かつスロットル開度や車速などが所定の条件を満
たしているときに、触媒劣化検出条件が成立したと判定
して、フィードバック制御定数を所定の触媒劣化検出用
定数に変更した上で、第１排気センサ１２から入力した
出力電圧の所定の基準電圧に対する反転回数と、第２排
気センサ１３から入力した出力電圧の所定の基準電圧に
対する反転回数とを計測する。そして、第１排気センサ
１２の反転回数に対する第２排気センサ１３の反転回数
の割合が所定の劣化判定基準値よりも大きくなったか否
かを判定して、そのような状態が例えば連続して３回生
じたときに触媒劣化を確定的に判断して警告灯１８を点
灯させる。

【００２１】そして、本実施例において空燃比制御と触
媒劣化判定用に用いられる第１排気センサ１２は、次の
ような構造とされている。

【００２２】すなわち、図２、３に示すように、この第
１排気センサ１２の排気通路６中に挿入される酸素検出
部２０は、試験管状に形成されたジルコニア素子２１の
内外両面に白金電極２２，２３が設けられると共に、排
気ガスに面する白金電極２３の表面が多孔質状の保護皮
膜２４で覆われている。この保護皮膜２４は例えばセラ
ミック（例えば、ＭｇＡｌ２Ｏ４）のプラズマ溶射によ
って気孔率が４０％以上となるように形成されている。 したがって、保護皮膜２４には気体の拡散律則が生じな
い多数の気孔２５…２５が形成されることになって、白
金電極２３近傍の気体分圧が排気通路６の排気ガスの組
成を正確に反映することになる。これを裏づけるように
、水素ガスの存在下で第１排気センサ１２の出力特性を
測定すると、図６の破線で示すように、空気過剰率λが
１の付近において、水素ガスがないときの実線で示す出
力特性と変わらない出力特性が得られることになる。な
お、耐久性を考慮した場合には、上記保護皮膜２４の気
孔率は４０〜６０％の範囲に納めるのが望ましい。

【００２３】このように、触媒コンバータ１１の上流側
に設置する第１排気センサ１２の出力特性は排気ガス中
に含まれる水素の影響をほとんど受けなくなるので、触
媒コンバータ１１の下流の第２排気センサ１３との間で
検出値に相違が生じるのが防止されることになって、確
実な劣化判定が行われることになる。

【００２４】なお、酸化錫やチタニアのような半導体セ
ンサにおいても、本発明を適用することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、排気系に
設けた排気ガス浄化用触媒の上下流に酸素濃度を検出す
る排気センサをそれぞれ設置し、両センサの検出値に基
づいて触媒の劣化判定を行うようにしたものにおいて、
触媒よりも上流側の排気センサに対する水素分子の影響
が抑制されるので、両排気センサの検出値にずれが生じ
るのが防止されて、確実な劣化判定が行われることにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　エンジンの制御システム図である。

【図２】　　一部を破断して示した排気センサの概略側
面図である。

【図３】　　排気センサの酸素検出部を示す模式図であ
る。

【図４】　　本実施例に係る排気センサの出力特性図で
ある。

【図５】　　従来の排気センサの出力特性図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　　　エンジン ６　　　　　　　　　　　　排気通路 １１　　　　　　　　　　触媒コンバータ１２　　　　
　　　　　　第１排気センサ１３　　　　　　　　　　
第２排気センサ１４　　　　　　　　　　ＥＣＵ ２０　　　　　　　　　　酸素検出部 ２１　　　　　　　　ジルコニア素子 ２２，２３　　　　白金電極 ２４　　　　　　　　　　保護皮膜 ２５　　　　　　　　　　気孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　エンジンの排気系に設けられた排気ガ
   ス浄化用触媒の上流側に設置されて排気ガス中の酸素濃
   度を検出する第１排気センサと、上記触媒の下流側に設
   置されて同じく排気ガス中の酸素濃度を検出する第２排
   気センサと、上記第１排気センサの検出値に応じて空燃
   比をフィードバック制御するフィードバック制御手段と
   、第１、第２排気センサの検出値に基づいて上記触媒の
   劣化判定を行う劣化判定手段とが備えられたエンジンの
   排気浄化装置において、上記第１排気センサの酸素検出
   部に対する排気ガス中の水素分子の影響度を、上記第２
   排気センサよりも小さくする水素影響度抑制手段を設け
   たことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 【請求項２】　　エンジンの排気系に設けられた排気ガ
   ス浄化用触媒の上流側に設置されて排気ガス中の酸素濃
   度を検出する第１排気センサと、上記触媒の下流側に設
   置されて同じく排気ガス中の酸素濃度を検出する第２排
   気センサと、上記第１排気センサの検出値に応じて空燃
   比をフィードバック制御するフィードバック制御手段と
   、第１、第２排気センサの検出値に基づいて上記触媒の
   劣化判定を行う劣化判定手段とが備えられたエンジンの
   排気浄化装置において、上記第１、第２排気センサにお
   ける排気ガス側の電極部を保護皮膜で覆うと共に、第１
   排気センサにおける保護皮膜の気孔率を第２排気センサ
   における電極保護皮膜の気孔率よりも小さくしたことを
   特徴とするエンジンの排気浄化装置。