JPH0544532B2 - - Google Patents
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- JPH0544532B2 JPH0544532B2 JP61177869A JP17786986A JPH0544532B2 JP H0544532 B2 JPH0544532 B2 JP H0544532B2 JP 61177869 A JP61177869 A JP 61177869A JP 17786986 A JP17786986 A JP 17786986A JP H0544532 B2 JPH0544532 B2 JP H0544532B2
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- JP
- Japan
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- catalyst
- exhaust gas
- probe
- fuel
- lean
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Links
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Classifications
-
- 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 or the display, e.g. intermittent measurement or digital display
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- 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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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、燃料／空気比のラムダ（λ）−制御
調整器を備えた内燃機関用の排気ガス触媒の老化
（aging）状態の決定法であつて、ここで燃料／
空気比が所定の値を越えるかこれより下に低下す
ると、転換点に達する際にλ−プローブから生じ
る電圧に応じて、燃料／空気比がそれぞれ濃厚か
ら希薄へ又は希薄から濃厚へと転じる、上記の決
定法に関する。
調整器を備えた内燃機関用の排気ガス触媒の老化
（aging）状態の決定法であつて、ここで燃料／
空気比が所定の値を越えるかこれより下に低下す
ると、転換点に達する際にλ−プローブから生じ
る電圧に応じて、燃料／空気比がそれぞれ濃厚か
ら希薄へ又は希薄から濃厚へと転じる、上記の決
定法に関する。
排気ガス組成に対するある種の法律上の要請
は、排気ガスの触媒処理によつて達成できるにす
ぎない。触媒を確実に最適に作動させるために、
燃料／空気比は化学量論的比付近の非常に狭い範
囲内で変動しなければならない。これは、排気ガ
ス中の残留酸素を決定するのに使用されるλ−プ
ローブ系を触媒の前部に接続することにより達成
される。
は、排気ガスの触媒処理によつて達成できるにす
ぎない。触媒を確実に最適に作動させるために、
燃料／空気比は化学量論的比付近の非常に狭い範
囲内で変動しなければならない。これは、排気ガ
ス中の残留酸素を決定するのに使用されるλ−プ
ローブ系を触媒の前部に接続することにより達成
される。
燃料／空気比の結果は、λ−プローブにより生
成された電圧（起電力）からプローブラインを経
て得られる。所望のλ−制御点は、調整可能な電
子的パラメータ、例えば限界値、操作点、積分器
特性および遅延時間、によつて設定される。プロ
ーブの特性曲線を基準にして、プローブに接続さ
れた調整器は一般に２点位置制御器として作動す
る。即ち、燃料／空気混合物中の燃料の割合は、
生成した電位が操作点からずれる場合に増大又は
減少する。機関内にガス輸送時間があるため、濃
厚および希薄な燃料／空気混合物の間を一定に振
動する。
成された電圧（起電力）からプローブラインを経
て得られる。所望のλ−制御点は、調整可能な電
子的パラメータ、例えば限界値、操作点、積分器
特性および遅延時間、によつて設定される。プロ
ーブの特性曲線を基準にして、プローブに接続さ
れた調整器は一般に２点位置制御器として作動す
る。即ち、燃料／空気混合物中の燃料の割合は、
生成した電位が操作点からずれる場合に増大又は
減少する。機関内にガス輸送時間があるため、濃
厚および希薄な燃料／空気混合物の間を一定に振
動する。
現在、触媒は過熱、並びに特にガソリン中の不
純物および添加物（例えば鉛化合物）に対して比
較的敏感に反応することが知られている。更に、
車両の過酷な操作条件下においては、触媒の老化
がある程度生じる。上記の全ての因子は、触媒の
性能を減少させることになる。
純物および添加物（例えば鉛化合物）に対して比
較的敏感に反応することが知られている。更に、
車両の過酷な操作条件下においては、触媒の老化
がある程度生じる。上記の全ての因子は、触媒の
性能を減少させることになる。
不可能な状態が外部から観察されるほど極めて
劣化する以前に、触媒の性能の低下があるレベル
に達した際に触媒の操作／触媒を直ちに取り代え
る必要がある。
劣化する以前に、触媒の性能の低下があるレベル
に達した際に触媒の操作／触媒を直ちに取り代え
る必要がある。
本発明の目的は、実際にモーター付き乗り物作
業所で実施できる簡単な方法であつて、その結果
を触媒の老化状態に利用することができる方法を
見出すことにある。
業所で実施できる簡単な方法であつて、その結果
を触媒の老化状態に利用することができる方法を
見出すことにある。
従つて本発明によつて、燃料／空気比のラムダ
（λ）制御調整器を取付けた内燃機関において排
気ガス触媒の前に一個のλ−プローブが設けら
れ、ここにおいて該λ−プローブによつて与えら
れた該プローブの電圧に依存して、前もつて特定
した切換点に達したとき、エンジン入口における
前もつて特定した燃料空気の比率の超過又は不足
を推測し、これに従つてエンジン入口における燃
料空気の比率を濃厚から希薄へ又は希薄から濃厚
へと転換し、ここにおいて触媒通過後の排気ガス
は別個のプローブによつて計測される排気ガス触
媒の老化状態を認識する方法において：診断の目
的のためにλ−プローブによつて発生された信号
はエンジン入口側の燃料−空気比率の濃厚化又は
希薄化の転換用の遅延要素によつて、エンジンの
形式及び配置された触媒の容量の大きさを含めて
前もつて経験的に確認されている少なくとも10ミ
リ秒多くても5000ミリ秒の間の正確な一定の時間
だけ遅らされ、これに従つてエンジン入口におけ
る異常な濃厚又は希薄の状態まで濃縮又は希薄化
が続行され；かつさらに排気ガス管中の触媒の後
方に診断目的で設けられた排気ガス用のプローブ
によつて排気ガス成分中の燃焼可能な成分が計測
され排気ガス成分中の燃焼可能な成分の量の大き
さから触媒の老化の状態が推測され；これによつ
て、該転換用の遅延時間は排気ガス中の燃焼可能
成分が容易に検出できるように10ないし5000ミリ
秒の範囲から実験的に選定され、そして該触媒の
老化状態は触媒を通過した排気ガス中の一酸化炭
素等の燃焼可能成分の量が、新鮮な触媒を使用し
た場合と比較して数倍に増加した場合に老化した
と判定されることを特徴とする、排気ガス触媒の
老化状態決定方法、が提供される。
（λ）制御調整器を取付けた内燃機関において排
気ガス触媒の前に一個のλ−プローブが設けら
れ、ここにおいて該λ−プローブによつて与えら
れた該プローブの電圧に依存して、前もつて特定
した切換点に達したとき、エンジン入口における
前もつて特定した燃料空気の比率の超過又は不足
を推測し、これに従つてエンジン入口における燃
料空気の比率を濃厚から希薄へ又は希薄から濃厚
へと転換し、ここにおいて触媒通過後の排気ガス
は別個のプローブによつて計測される排気ガス触
媒の老化状態を認識する方法において：診断の目
的のためにλ−プローブによつて発生された信号
はエンジン入口側の燃料−空気比率の濃厚化又は
希薄化の転換用の遅延要素によつて、エンジンの
形式及び配置された触媒の容量の大きさを含めて
前もつて経験的に確認されている少なくとも10ミ
リ秒多くても5000ミリ秒の間の正確な一定の時間
だけ遅らされ、これに従つてエンジン入口におけ
る異常な濃厚又は希薄の状態まで濃縮又は希薄化
が続行され；かつさらに排気ガス管中の触媒の後
方に診断目的で設けられた排気ガス用のプローブ
によつて排気ガス成分中の燃焼可能な成分が計測
され排気ガス成分中の燃焼可能な成分の量の大き
さから触媒の老化の状態が推測され；これによつ
て、該転換用の遅延時間は排気ガス中の燃焼可能
成分が容易に検出できるように10ないし5000ミリ
秒の範囲から実験的に選定され、そして該触媒の
老化状態は触媒を通過した排気ガス中の一酸化炭
素等の燃焼可能成分の量が、新鮮な触媒を使用し
た場合と比較して数倍に増加した場合に老化した
と判定されることを特徴とする、排気ガス触媒の
老化状態決定方法、が提供される。
本発明は、触媒が、希薄な混合物が燃焼した際
に酸素を貯蔵できること（λ＞１、排気ガス中に
過剰の酸素が存在する）、そして濃厚な混合物の
燃焼時に排気ガス中に残存する可燃性成分をこの
酸素により酸化することができること（λ＜１、
排気ガス中に酸素が欠乏している）、の事実を利
用している。充分な触媒活性を有する触媒は比較
的大きな酸素貯蔵容量を有する。触媒の老化過程
において、酸素貯蔵容量、従つて触媒の活性もま
た減少する。
に酸素を貯蔵できること（λ＞１、排気ガス中に
過剰の酸素が存在する）、そして濃厚な混合物の
燃焼時に排気ガス中に残存する可燃性成分をこの
酸素により酸化することができること（λ＜１、
排気ガス中に酸素が欠乏している）、の事実を利
用している。充分な触媒活性を有する触媒は比較
的大きな酸素貯蔵容量を有する。触媒の老化過程
において、酸素貯蔵容量、従つて触媒の活性もま
た減少する。
燃料／空気比のλ−制御式調整作用のため、こ
の比はある周期で濃厚と希薄の間を振動する。λ
−制御式調整の操作方法は一般に公知であり、そ
して例えば下記文献に詳しく記載されている：グ
ロツクラー（Glockler）による“閉鎖ループラ
ムダー制御式燃料噴出系の進歩。最も厳格な排気
ガスレベルに適合するための手段”、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
ム会報、イサタ（ISATA）81、ストツクホルム、
９月７〜11日、第１巻、第308〜326頁、オートモ
ーテイブオートメーシヨン社、クロイドン、イギ
リス、発行。
の比はある周期で濃厚と希薄の間を振動する。λ
−制御式調整の操作方法は一般に公知であり、そ
して例えば下記文献に詳しく記載されている：グ
ロツクラー（Glockler）による“閉鎖ループラ
ムダー制御式燃料噴出系の進歩。最も厳格な排気
ガスレベルに適合するための手段”、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
ム会報、イサタ（ISATA）81、ストツクホルム、
９月７〜11日、第１巻、第308〜326頁、オートモ
ーテイブオートメーシヨン社、クロイドン、イギ
リス、発行。
濃厚混合物から希薄混合物へ又はその逆の転換
がある時間だけ遅延されると、触媒に酸素欠乏の
ガスが送られる時間および過剰の酸素を含む排気
ガスが送られる時間の両方が延長される。まだ酸
化可能な成分を含み、酸素が不足した排気ガス
は、酸素過剰状態中に触媒に貯蔵された酸素の量
が完全酸化に十分な場合にのみ完全に酸化され得
る。しかし、触媒の酸素貯蔵容量は老化が進むに
つれて減少する（即ち、触媒の無効力性が増大す
る）ので、転換点の遅延を適切に選ぶならば、排
気ガス中の転換されなかつた可燃性成分の割合は
触媒の酸素貯蔵容量の尺度となり、従つて、触媒
の老化状態の尺度となる。従つて、触媒の消耗度
は、触媒を通過した後の排気ガス中に含まれる可
燃性成分の量から決定でき、これは触媒の後の排
気ガス通路中でこの中に導入された排気ガス用プ
ローブによつて排気ガス中に含まれる一酸化炭素
が計測される。そして触媒は、必要に応じて、正
常運転の場合でも、望ましくない排気ガス成分が
大気に達する前に取り代えることができる。
がある時間だけ遅延されると、触媒に酸素欠乏の
ガスが送られる時間および過剰の酸素を含む排気
ガスが送られる時間の両方が延長される。まだ酸
化可能な成分を含み、酸素が不足した排気ガス
は、酸素過剰状態中に触媒に貯蔵された酸素の量
が完全酸化に十分な場合にのみ完全に酸化され得
る。しかし、触媒の酸素貯蔵容量は老化が進むに
つれて減少する（即ち、触媒の無効力性が増大す
る）ので、転換点の遅延を適切に選ぶならば、排
気ガス中の転換されなかつた可燃性成分の割合は
触媒の酸素貯蔵容量の尺度となり、従つて、触媒
の老化状態の尺度となる。従つて、触媒の消耗度
は、触媒を通過した後の排気ガス中に含まれる可
燃性成分の量から決定でき、これは触媒の後の排
気ガス通路中でこの中に導入された排気ガス用プ
ローブによつて排気ガス中に含まれる一酸化炭素
が計測される。そして触媒は、必要に応じて、正
常運転の場合でも、望ましくない排気ガス成分が
大気に達する前に取り代えることができる。
転換が遅れた場合の排気ガス中に含まれる可燃
性成分の量は、今日でも慣用の測定設備（CO測
定器）を使用して、あらゆる作業所で特に空転ス
ピード又は高速空転にて測定できる。排気ガス中
のCO含量を決定するための測定は勿論、今日気
化器の調整中に行われている。
性成分の量は、今日でも慣用の測定設備（CO測
定器）を使用して、あらゆる作業所で特に空転ス
ピード又は高速空転にて測定できる。排気ガス中
のCO含量を決定するための測定は勿論、今日気
化器の調整中に行われている。
転換が遅れて正常な転換点に達するまでの時間
は10ないし5000ミリ秒（msec）、好ましくは50な
いし200ミリ秒である。最適遅延時間は、適当な
タイプの機関の各々について個々に決定しなけれ
ばならない。このために、下記の指針となる値は
出発点として役立つ：触媒の容量が大きいと、遅
延時間もまた比較的長くなければならない。何故
なら、大容量の触媒はまた大きな酸素貯蔵容量を
有するからである。遅延が極めて短いと、触媒の
所望の超過負荷は起きず、そして酸素貯蔵容量の
限界値は触媒の破損直前に決定できるにすぎな
い。車両はしばしば、排気系に極めて接近した位
置に小型触媒又は開始触媒をも備えている。かか
る触媒はλ−プローブおよび排気ガス流中の実際
の触媒よりも前の位置にあり、始動状態中に非常
に急速に温度を上げ、これにより始動状態中に排
気ガスに含まれる望ましくない成分の量を減少さ
せる仕事を持つ。かかる触媒が組み込まれている
と、遅延時間を短縮するのが適当である。何故な
ら、排気ガスは勿論、既に部分的に変換された状
態で実際の触媒に到達するからである。濃厚から
希薄へ又はその逆の転換は、単にλ−プローブと
制御ユニツトとの間のライン（系）にRC素子又
はローパス（low−pass）フイルターを接続する
ことにより遅らすことができる。プローブと制御
ユニツトとの間の接続用のプラスおよびマイナス
ラインを、適当な静電容量のコンデンサーを用い
て単にブリツジするだけで十分な場合もある。λ
−プローブと制御ユニツト間をライン中のRC素
子又はコンデンサーで接続することにより遅延で
きるなら、実際の実施は特に簡単である。何故な
ら、λ−プローブのケーブルと制御ユニツトとの
間の接続はプラグの接触により起るからである。
RC素子又はコンデンサーを含む適当な差込みプ
ラグがラインのプラグと、制御ユニツトのプラグ
コンタクトとの間で接続されると、あらゆる作業
所で困難なく遅延を実施できる。作業所は、取扱
う車両のタイプに適合する適当な一組の差込プラ
グが必要であるにすぎない。遅延を行うための別
の可能な方法は、適当な遅延素子を制御ユニツト
に組み込み、そして接触変換装置を点検する時に
スイツチを用いてこの素子を活性化することであ
る。この種の解決策は、何らかの方法で入手可能
な排気ガス組成測定器材は別として、作業所で更
に他の設備が必要でないという利点がある。
は10ないし5000ミリ秒（msec）、好ましくは50な
いし200ミリ秒である。最適遅延時間は、適当な
タイプの機関の各々について個々に決定しなけれ
ばならない。このために、下記の指針となる値は
出発点として役立つ：触媒の容量が大きいと、遅
延時間もまた比較的長くなければならない。何故
なら、大容量の触媒はまた大きな酸素貯蔵容量を
有するからである。遅延が極めて短いと、触媒の
所望の超過負荷は起きず、そして酸素貯蔵容量の
限界値は触媒の破損直前に決定できるにすぎな
い。車両はしばしば、排気系に極めて接近した位
置に小型触媒又は開始触媒をも備えている。かか
る触媒はλ−プローブおよび排気ガス流中の実際
の触媒よりも前の位置にあり、始動状態中に非常
に急速に温度を上げ、これにより始動状態中に排
気ガスに含まれる望ましくない成分の量を減少さ
せる仕事を持つ。かかる触媒が組み込まれている
と、遅延時間を短縮するのが適当である。何故な
ら、排気ガスは勿論、既に部分的に変換された状
態で実際の触媒に到達するからである。濃厚から
希薄へ又はその逆の転換は、単にλ−プローブと
制御ユニツトとの間のライン（系）にRC素子又
はローパス（low−pass）フイルターを接続する
ことにより遅らすことができる。プローブと制御
ユニツトとの間の接続用のプラスおよびマイナス
ラインを、適当な静電容量のコンデンサーを用い
て単にブリツジするだけで十分な場合もある。λ
−プローブと制御ユニツト間をライン中のRC素
子又はコンデンサーで接続することにより遅延で
きるなら、実際の実施は特に簡単である。何故な
ら、λ−プローブのケーブルと制御ユニツトとの
間の接続はプラグの接触により起るからである。
RC素子又はコンデンサーを含む適当な差込みプ
ラグがラインのプラグと、制御ユニツトのプラグ
コンタクトとの間で接続されると、あらゆる作業
所で困難なく遅延を実施できる。作業所は、取扱
う車両のタイプに適合する適当な一組の差込プラ
グが必要であるにすぎない。遅延を行うための別
の可能な方法は、適当な遅延素子を制御ユニツト
に組み込み、そして接触変換装置を点検する時に
スイツチを用いてこの素子を活性化することであ
る。この種の解決策は、何らかの方法で入手可能
な排気ガス組成測定器材は別として、作業所で更
に他の設備が必要でないという利点がある。
なお、触媒の後方に設置された排気ガス管中で
計測された排気ガスのCO成分は、老化した触媒
の場合は新しい触媒の場合に対して、数倍（代表
的に４倍から６倍）のCO含有量を有する。例え
ばドイツ国のベンツの自動車において1200ミリ秒
の切換遅延時間を採用した場合、触媒通過後の排
気ガスのCO成分量は、新しい触媒にて0.06％そ
して老化した触媒にて0.35％である。すなわち他
の自動車の場合には、この程度のCO成分量の差
が検出されるように、切換遅延時間を選定するこ
とは当業者が容易に実施可能である。
計測された排気ガスのCO成分は、老化した触媒
の場合は新しい触媒の場合に対して、数倍（代表
的に４倍から６倍）のCO含有量を有する。例え
ばドイツ国のベンツの自動車において1200ミリ秒
の切換遅延時間を採用した場合、触媒通過後の排
気ガスのCO成分量は、新しい触媒にて0.06％そ
して老化した触媒にて0.35％である。すなわち他
の自動車の場合には、この程度のCO成分量の差
が検出されるように、切換遅延時間を選定するこ
とは当業者が容易に実施可能である。
本発明は、車両中の排気ガス触媒の老化状態を
並はずれて簡単な方法で測定するのを初めて可能
にした。これに必要な設備は並はずれて簡単であ
り、その殆どはあらゆるモーター付き乗り物作業
所に既にあるものである。本願の方法は、触媒が
使用不可能となり望ましくない排気ガスがエンジ
ンの作動中に大気に流れる前の良い時期に、消耗
した触媒を認識できるようにした。
並はずれて簡単な方法で測定するのを初めて可能
にした。これに必要な設備は並はずれて簡単であ
り、その殆どはあらゆるモーター付き乗り物作業
所に既にあるものである。本願の方法は、触媒が
使用不可能となり望ましくない排気ガスがエンジ
ンの作動中に大気に流れる前の良い時期に、消耗
した触媒を認識できるようにした。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 燃料／空気比のラムダ（λ）制御調整器を取
付けた内燃機関において排気ガス触媒の前に一個
のλ−プローブが設けられ、ここにおいて該λ−
プローブによつて与えられた該プローブの電圧に
依存して、前もつて特定した切換点に達したと
き、エンジン入口における前もつて特定した燃料
空気の比率の超過又は不足を推測し、これに従つ
てエンジン入口における燃料空気の比率を濃厚か
ら希薄へ又は希薄から濃厚へと転換し、ここにお
いて触媒通過後の排気ガスは別個のプローブによ
つ計測される排気ガス触媒の老化状態を認識する
方法において：診断の目的のためにλ−プローブ
によつて発生された信号はエンジン入口側の燃料
−空気比率の濃厚化又は希薄化の転換用の遅延要
素によつて、エンジンの形式及び配置された触媒
の容量の大きさを含めて前もつて経験的に確認さ
れている少なくとも10ミリ秒多くても5000ミリ秒
の間の正確な一定の時間だけ遅らされ、これに従
つてエンジン入口における異常な濃厚又は希薄の
状態まで濃縮又は希薄化が続行され；かつさらに
排気ガス管中の触媒の後方に診断目的で設けられ
た排気ガス用のプローブによつて排気ガス成分中
の燃焼可能な成分が計測され、排気ガス成分中の
燃焼可能な成分の量の大きさから触媒の老化の状
態が推測され；これによつて、該転換用の遅延時
間は排気ガス中の燃焼可能成分が容易に検出でき
るように10ないし5000ミリ秒の範囲から実験的に
選定され、そして該触媒の老化状態は触媒を通過
した排気ガス中の一酸化炭素等の燃焼可能成分の
量が、新鮮な触媒を使用した場合と比較して増加
した場合に老化したと判定されることを特徴とす
る、排気ガス触媒の老化状態決定法。 ２ 特許請求の範囲第１項による方法において、
触媒量の大きさを含めてそれぞれのエンジンの型
式に対して経験的に前もつて確認された正確に決
められた時間帯は少なくとも50ミリ秒であり、多
くとも200ミリ秒であることを特徴とする方法。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項による方法
において、λ−プローブの電流開路にRC素子又
はローバスフイルターを挿入することによつて該
転換の遅延を実施することを特徴とする方法。
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