JPH0713600B2 - 酸素センサ評価装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、バーナを用いた酸素センサ評価装置に関す
る。

［従来の技術］ 従来より、酸素センサの評価装置として、 エンジン排ガス中にセンサを挿入して酸素センサを
評価するもの、 排気ガスの代用として、例えばH₂、CO、HC、O₂及び
N₂を混合してモデルガスを作り、このモデルガス中にセ
ンサを挿入して酸素センサを評価するもの（例えば、特
公昭61−42224等）、 排気ガスの代用として、例えばプロパン、ブタン等
の燃料の燃料排ガス中にセンサを挿入して酸素センサを
評価するもの（例えば、SAEpaper790143等）、 等が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記のような装置は、各々以下のような問題点
を有する。

他の装置のように代用ガスを用いず、実際のエンジ
ン排ガスを用いるので、上記の装置の中で最も正確であ
るが、空気過剰率（空燃比）、温度等の条件を任意に、
精度良く設定することが難しい。又、測定に時間がかか
るとともに、高価な設備が必要である。

モデルガスを用いるため、と異なり、空気過剰率
の安定性はよいが、ガス流速を実際のエンジン排ガス流
速に合わせようとすると、多量のガスを必要とする。
又、この多量のガスの温度を、精度良く設定することが
難しい。さらに、多種類のガスを使用するためガス代も
高価となる。

可燃性ガスと空気とを混合してバーナで燃焼し、そ
の燃焼排ガスを用いるため、ガスの加熱装置は不用であ
る。また、ガスの体積も燃焼後大きくなるので、簡単な
設備で速いガス流速が得られ、生産用検査設備として広
く使われている。しかし、バーナでの燃焼はほぼ完全燃
焼であるので、実際の自動車排ガスと異なり、燃焼排ガ
ス中の未燃焼成分が少ない。そのため、測定されたセン
サ特性と、実際にエンジンに用いたときのセンサ特性と
が異なる場合がある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記問題点を解決することを目的とし、第１
図に例示する如く、次のような構成を採用した。

即ち、本発明の要旨とするところは、 酸素センサM1が装着された測定室M2に所定空気過剰率の
ガスを供給することによって、上記酸素センサM1を評価
する酸素センサ評価装置であって、 燃料及び酸素含有気体を所定の比率で混合する混合部M3
と、 該混合部M3で混合された燃料及び酸素含有気体を燃焼し
て燃焼排ガスを発生するバーナM4と、 該バーナM4によって発生した燃焼排ガスを上記測定室M2
に供給する供給管M5と、 上記バーナM4の下流側に設けられ、燃料及び酸素含有気
体を燃焼させることなく所定比率で上記供給管M5に導入
する導入部M6と、 を備えたことを特徴とする酸素センサ評価装置にある。

尚、第１図では、供給管M5と測定室M2とは、その断面が
異なるように描いてあるが、供給管M5と測定室M2とを一
体としてもよい。例えば、バーナM4に接続された円筒状
体のバーナM4側を供給管M5とし、その下流を測定室M2と
してもよい。

ここでは、上記測定される酸素センサM1として、例え
ば、ジルコニア等の酸素イオン導電性固体電解質を用い
該固体電解質の表裏面の酸素ガス分圧差から雰囲気中の
酸素ガスを測定するもの、チタニア等の周囲の酸素ガス
分圧に応じて導電率の変化する半導体を用いたもの、酸
素ポンプ素子と酸素ガス検出素子とを組み合わせたもの
をあげることができる。

混合部M3は、例えば、燃料を調整する弁と酸素含有気体
量を調整する弁とから構成される。又、導入部M6も、例
えば、燃料を調整する弁及び酸素含有気体量を調整する
弁に接続される。そして、混合部M3と導入部M6とは、各
々独立して燃料と酸素含有気体の比率を設定することが
できる。

上記燃料としては、可燃性ガスであれば特に制限はない
が、取り扱いの容易さからプロパン、ブタン等が好まし
い。又、導入部M6では上記ガスに加えて、CO、H₂等も燃
料として使用できる。

酸素含有気体としては、酸素ガス、空気等を用いること
ができ、安全性、経済性の面から空気が好ましい。

又、導入部M6は、導入部M6は、バーナM4の下流側に設け
られ、燃料及び酸素含有気体を燃料させることなく所定
比率で供給管M5に導入するものである。この導入部M6
は、混合した燃料と酸素含有気体とを１つの位置から導
入するだけでなく、複数の位置から導入するようにして
もよい。又、導入部M6が複数の位置から導入する場合、
位置によって導入する気体の種類を変えてもよい。例え
ば、１つの位置からは燃料と酸素含有気体との混合気を
導入し、他の位置から酸素含有気体のみを導入してもよ
い。そして、導入部M6の下流にて供給管M5内の燃料排ガ
スの空気過剰率を測定し、該空気過剰率が予め定められ
た所定値と一致するように、導入部M6で導入される燃料
及び／又は酸素含有気体を調整する調整部を備えてもよ
い。

さらに、評価される酸素センサM1の晒されるガスを、よ
り実際の自動車の燃焼排ガス組成に似たガスとすると共
に、このガスの空気過剰率をより高い精度で制御するた
め、 上記供給管M5に設けられ上記バーナM4で発生した燃料排
ガスの空気過剰率を測定し、該空気過剰率が予め定めら
れた所定値と一致するよう上記混合部の燃料及び酸素含
有気体の比率を調整するバーナ調整部と、 該バーナ調整部の下流に設けられ、上記供給管M5に燃料
及び／又は酸素含有気体を導入調整する第１の導入部M6
と、 該第１の導入部M6の下流にて、上記供給管M5内の燃焼排
ガスの空気過剰率を測定し、該空気過剰率が予め定めら
れた所定値と一致するように、上記第１の導入部M6で導
入される燃料及び／又は酸素含有気体を調整する第１の
調整部と、 該第１の調整部の下流に設けられ、上記供給管M5に燃料
及び／又は酸素含有気体を導入調整する第２の導入部M
6′と、 該第２の導入部M6′の下流にて、上記供給管M5内の燃焼
排ガスの空気過剰率を測定し、該空気過剰率が上記所定
値に対し、予め定められた燃料過剰状態の空気過剰率あ
るいは空気過剰状態の空気過剰率と一致するように、上
記第２の導入部M6′で導入される燃焼及び／又は酸素含
有気体を調整する第２の調整部と、 を備えるようにしてもよい。

ここで、バーナ調整部、第１の調整部及び第２の調整部
は、基本的な構成が同じである。例えば、それぞれ空燃
比センサを用いて、供給管M5内の燃焼排ガスの空気過剰
率を測定し、該測定値が所定値と一致するように、バー
ナM4、第１の導入部M6及び第２の導入部M6′における、
燃料と酸素含有気体との混合比をフィードバック制御す
るよう構成すればよい。

また、さらに多数の導入部M6を設けてもよい。

さらに、バーナM4で得られる燃焼排ガスの流速が5m/sec
以上であると、より正確な酸素センサの評価が行え好ま
しい。

［作用］ 本発明では、混合部M3で混合した燃料と酸素含有気体と
をバーナM4にて燃焼させ、その燃焼排ガスを供給管M5を
用いて酸素センサM1を装着した測定室M2に流入させると
共に、それとは別に、燃料及び酸素含有気体を導入部M6
より燃焼せずに供給管M5に導入することにより、測定室
M2内の雰囲気を調整する。

この様に調整された測定室M2内の雰囲気中には、可燃性
成分が残っているので、実際の内燃機関の排ガスに似た
組成とすることができる。

又、混合部M3及び導入部M6は、各々独立して燃料と酸素
含有気体の比率を変更することができる。即ち、本発明
では、バーナM4で燃焼される混合ガスの燃料及び酸素含
有気体の比率と、導入部M6から供給管M5に導入される混
合ガスの燃料及び酸素含有気体の比率とを自由に変える
ことができる。そのため、いろいろな内燃機関のいろい
ろな運転状態に対応した燃焼排ガスと非常に良く似た組
成の燃料排ガスを容易に測定室M2に供給できる。

［実施例］ 本発明の第１実施例を図を用いて説明する。

第２図は本実施例の酸素センサ評価装置10の構成を説明
する図である。

この装置10は、空気過剰率λを変更できるバーナ20と、
このバーナ20が一端に設けられており、供給管と測定室
との両者の役割を果たす燃焼管30と、燃焼管30の中途に
設けられ、所定の割合に混合されたガス及び空気の混合
気を燃焼管30に導入する導入部40と、燃焼管30の導入部
40の下流に設けられた被試験センサ50の取り付け部60
と、被試験センサ50の取り付け部60の下流に設けられた
基準センサ70と、基準センサ70の下流に設けられた、ガ
ス分析部80のガスサンプリング部90とを有する。

バーナ20には、主空気供給管100、バルブ110が設けられ
た副空気供給管120、主ガス供給管130、バルブ140が設
けられた副ガス供給管150が接続されており、空気供給
管100、120には図示されないコンプレッサから空気が供
給され、ガス供給管130、150には図示されないガスボン
ベからプロパンガスが供給される。

又、導入部40は、バルブ160が設けられた空気供給管165
に接続されたノズル170と、電磁バルブ175が設けられた
空気供給管180及び電磁バルブ185が設けられたガス供給
管190が接続されたノズル195とを有する。空気供給管16
5、180には図示されないコンプレッサから空気が供給さ
れ、ガス供給管190には図示されないガスボンベからプ
ロパンガスが供給される。

各センサ50、70の信号及びガス分析部80の出力信号の処
理は制御部200で行われる。又、この制御部200は、導入
部40から導入されるガス、空気を制御すると共に、上記
処理した結果を記録部210に出力する。ここで、前記空
気供給管100,120,165,180及びガス供給管130,150,190の
機能を説明する。

主空気供給管100は、バーナ20に一定量の空気（基本空
気量）を供給するものであり、副空気供給管120は、基
本空気量に加える空気量を調節してバーナ20に供給する
空気量全体を調節するものである。主ガス供給管130
は、バーナ20に一定量のガス（基本ガス量）を供給する
ものであり、副ガス供給管150は、基本ガス量に加える
ガス量を調節してバーナ20に供給するガス量全体を調節
するものである。つまり、副空気供給管120及び副ガス
供給管150のバルブ110,140を調節することによって、バ
ーナ20で燃焼する燃料混合気の混合比（後述する空気過
剰率λ）を調節する。

また、空気供給管165はバーナ20の下流で空気を導入す
るもので、バーナ20によって燃焼したガス（燃焼排ガ
ス）に対して空気を供給することによって、燃焼排ガス
に含まれる酸素量を調節するものである。

更に、空気供給管180及びガス供給管190は、後述する様
に被試験酸素センサ50の出力を自動調節するために、燃
焼排ガスに対して更に燃料混合気を供給するものであ
り、そのため、各供給管180,190の電磁バルブ175,185
は、制御部200によって自動制御される。

上記のように構成された本実施例の酸素センサ評価装置
10は、取り付け部60に取り付けた被試験センサ50の出力
が所定値（例えば、450〜500mV、正常な酸素センサでは
論理空燃比を示す）となるよう、制御部200によって電
磁バルブ175,185をフィードバック制御し、ガス分析部8
0で検出したフィードバック制御により形成された雰囲
気の空気過剰率、あるいはこの雰囲気に晒される基準セ
ンサ70の出力等から被試験センサ50の特性を評価する。

ここで、上記空気過剰率λ（以下単にλと記す）とは、
燃料を燃焼するときの供給される空気量をその燃料を完
全燃焼させるために必要な空気量で割ったものであり、
λ＝１（以下、理論空燃比という場合がある）の時その
燃料は完全燃焼し、λ＞１（以下、リーンガスという場
合がある）の時は空気過剰であり、λ＜１（以下、リッ
チガスという場合がある）の時は空気不足であり未燃焼
成分が残る。

正常なジルコニア固定電解質酸素センサの出力電圧ある
いはチタニア（抵抗変化型）酸素センサに1Vを印加した
ときの出力電圧は、周囲雰囲気がリーンガスであると20
0mV以下であり、リッチガスであると70mV以上である。
従って、酸素センサの出力が所定電圧（450〜500mV）を
超えた場合には、被試験センサ50近傍の空気過剰率はガ
ス過多（リッチ）であるので導入部40のノズル195から
のガス供給量を減らすと共に空気供給量を増やし、逆
に、酸素センサの出力が所定電圧（450〜500mV）に満た
ない場合には、被試験センサ50近傍の空気過剰率はガス
過少（リーン）であるので導入部40のノズル195からの
ガス供給量を増やすと共に空気供給量を減らすよう、制
御部200が被試験センサ50の出力に基づいて電磁バルブ1
75、185をフィードバック制御すれば、被試験センサ50
近傍の空気過剰率は理論空燃比（λ＝１）となる。

しかし、被試験センサ50の検出特性が上記特性と異なっ
ていると、フィードバック制御された被試験センサ50近
傍の空気過剰率は理論空燃比とはならず、被試験センサ
50の検出特性に応じて空気過剰率となる。

本実施例の酸素センサ評価装置10の被試験センサ50とし
て、異なった検出特性を有する多数のチタニア系酸素セ
ンサを順次用いて、被試験センサ50のフィードバック制
御によって形成された燃焼排ガスの空気過剰率λを、ガ
ス分析部80の出力あるいは基準センサ70の出力等として
測定した。尚、上記酸素センサは何れも同様の添加物を
用い、かつ同様の形状のプロテクタを使用している。

ここで、被試験センサ50として用いた酸素センサの検出
特性は予め前述のエンジン排ガス中にセンサを挿入する
方法（従来技術）で正確に測定されており、本実施例
による測定値をこの検出特性値と比較することによっ
て、本実施例の酸素センサ評価装置10を評価した。以下
の実験では、実際のエンジンに上記酸素センサを取り付
け、該酸素センサの出力信号によって、エンジンのフィ
ードバック制御を行い、この制御されたエンジンの空気
過剰率λをもって、上記酸素センサの検出特性値とし
た。

被試験センサ50によるフィードバック制御を行なう前
に、予め下記の様に調節しておく。まず、空気供給管16
5のバルブ160を閉じた状態で、バルブ110,140を調節し
て、バーナ20に供給されるプロパンガスと空気の混合気
をλ＝0.9となる様に調節する。この調節は、ガスサン
プリング部90でサンプリングされたガスわガス分析部80
で分析することによって、λ＝0.9となる様に、バルブ1
10,140の開度を調節することによって行なう。次に、空
気供給管165のノズル170からの空気導入量をバルブ160
で調節して、バーナ20の燃焼排ガスがλ＝0.95となる様
に調節する。この調節は、同様に、ガスサンプリング部
90でサンプリングされたガスをガス分析部80で分析する
ことによって、λ＝0.95となる様に、バルブ160の開度
を調節することによって行なう。

ここで、バルブ110,140,160の調節によって設定される
燃料混合気及び燃焼排ガスの状態について説明する。

プロパンガスと空気との混合気体をバーナ20で燃焼させ
ると、その混合比率（空気過剰率λ）に応じて燃焼排気
の組成が決まる。即ち、 （バーナ20に供給される燃料混合気が）λ＝0.95の時
は、プロパンガスと空気とがほぼ完全に燃焼（反応）
し、CO₂,H₂O等のガスとCO等の還元性ガスが生成され
る。このとき、λ＜１であるから排気中にO₂は殆ど含ま
れていない。

（バーナ20に供給される燃料混合気が）λ＝0.9の時
は、上記λ＝0.95の場合より、COが多くなる。このと
きも、λ＜１であるから排気中にO₂は殆ど含まれていな
い。

従って、第１実施例では、上記の様の単にバーナ20に供
給する燃料混合気の混合比率を変更するのではなく、λ
＝0.9でバーナ20にて燃焼させ、空気供給管165から空気
を供給してλ＝0.95に相当する燃焼排ガス組成とするこ
とにより、上記のλ＝0.95のプロパンガスと空気との
混合気体を燃焼させた場合に比べて、次の２点（ａ），
（ｂ）で異なる燃焼排ガスとなり、実際のエンジン排気
に近い組成となる。

（ａ）CO濃度が高い（これは、バーナ20にてλ＝0.9で
燃焼させるから） （ｂ）未反応O₂が含まれる（これは、温度の低い空気供
給管165から空気を供給するため） 尚、制御部200は被試験センサ50の出力に応じて電磁バ
ルブ175、185を調整し、ノズル195から導入されるプロ
パンガス及び空気の混合気の空気過剰率及び導入量を変
化させ、上記燃焼排ガスの空気過剰率をλ＝0.90〜1.05
の範囲で変化させる。

実験１−１ 第３図は、上述した種々の本実施例の装置10において、
被試験センサ50によって燃焼排ガスを測定し（所定電圧
となる様に）フィードバック制御したときに、基準セン
サ70がリッチ信号を出力する割合との関係を示す図であ
る。つまり、これによって、被試験センサ50の出力と基
準センサ70の出力との間に一定の関係があることがわか
るので、基準センサ70の出力に基づいて、被試験センサ
の評価を行なうことができるのである。

尚、基準センサ70のリッチ信号は、基準センサ70の出力
が上述した所定電圧（450〜500mV）を超えたときに、制
御部200から出力される信号のことである。

第３図から明らかなように、本実施例の酸素センサ評価
装置10は、測定時間に対する基準センサ70のリッチ信号
を出力している時間の割合と、被試験センサ50の検出特
性値λとの間の相関が非常に高い。従って、このリッチ
信号の割合から、実際にエンジンを制御する際の被測定
センサ50の特性を評価できる。

第４図は、第３図と同様に種々の被試験センサの検出特
性値（エンジン制御空気過剰率λ）と、同センサによっ
て従来のバーナ式酸素センサ評価装置（従来技術）を
制御した時の基準センサがリッチ信号を出力する割合と
の関係を示す図である。

ここで、従来のバーナ式酸素センサ評価装置は、被試験
センサによって燃焼排ガスのλをフィードバック制御す
る際に、導入部40を用いず、バーナ20に供給されるガス
と空気との量だけで、フィードバック制御する点以外
は、本実施例と同様の構成である。

第４図から明らかなように、従来の酸素センサ評価装置
では、測定時間に対する基準センサのリッチ信号を出力
している時間の割合と、上記被試験センサの検出特性値
λとの間の相関がほとんど無い。従って、このリッチ信
号の割合から、実際にエンジンを制御する際の被測定セ
ンサの特性を評価することはできない。

実験１−２ 第５図は、上記種々の被試験センサ50の検出特性値（エ
ンジン制御空気過剰率λ）と、後述する被試験センサ50
の応答時間の割合との関係を示す図である。

被試験センサ50の応答時間の割合は、以下のようにして
測定される。

先ず、被試験センサ50を取り付けた本実施例の酸素セン
サ評価装置10の燃焼排ガスを、制御部200に内蔵される
タイマーで導入部40から導入する混合気で組成によっ
て、リッチガス（λ＝0.90）とリーンガス（λ＝1.05）
との間で交互に切り換える。

そして、燃焼排ガスを切り換えてから被試験センサ50が
基準電圧（450〜500mV）に達するまでの時間を測定し、
ＴLS／（ＴRS＋ＴLS）をもって、応答時間の割合とす
る。ここで、ＴRSは燃焼排ガスをリーンガスに切り換え
てから基準電圧に達するまでの時間、ＴLSは燃焼排ガス
をリッチガスに切り換えてから基準電圧に達するまでの
時間を示す。

第５図から明らかなように、本実施例の酸素センサ評価
装置10は、被試験センサ50の反応の割合と、被試験セン
サ50の検出特性λとの間の相関が非常に高い。従って、
この応答時間の割合から、被測定センサ50の実際のエン
ジン制御における特性を評価できる。

第６図は、第５図と同様に種々の被試験センサの検出特
性値（エンジン制御過剰率λ）と、同センサによって従
来のバーナ式酸素センサ評価装置（従来技術）を制御
した時の被試験センサの応答時間の割合との関係を示す
図である。

第６図から明らかなように、従来のバーナ式酸素センサ
評価装置では、被試験センサの応答時間の割合と、上記
被試験センサの検出特性λとの相関がほとんど無い。従
って、この応答時間の割合から、被測定センサの実際の
エンジンを制御する際の検出特性を評価することはでき
ない。

実験１−３ 第７図は、種々の被試験センサ50の検出特性値（エンジ
ン制御空気過剰率λ）と、後述するλ＝0.90における被
試験センサ50の抵抗値との関係を示す図である。

λ＝0.90における被試験センサ50の抵抗値は、以下のよ
うにして測定される。

即ち、本実施例の酸素センサ評価装置10のバーナ20の燃
焼排ガスを、バルブ110、140によってλ＝1.02に調整
し、導入部40のノズル195から燃焼排ガスがλ＝0.90と
なるようにプロパンガスを導入する。

上記状態でチタニア系酸素センサである被試験センサ50
の抵抗値を測定し、λ＝0.90における被試験センサ50の
抵抗値とする。

第７図から明らかなように、本実施例の酸素センサ評価
装置10は、被試験センサ50のλ＝0.90における抵抗値
と、被試験センサ50の検出特性値λとの間の相関が非常
に高い。従って、この抵抗値から、実験にエンジンを制
御する際の被測定センサ50の特性を評価できる。

第８図は、第７図と同様に種々の被試験センサの検出特
性値λと、上記従来のバーナ式酸素センサ評価装置を用
いて測定した被試験センサのλ＝0.90における抵抗値と
の関係を示す図である。従来のバーナ式酸素センサ評価
装置では、被試験センサ近傍の燃焼排ガスのλはバーナ
のλと同じであるので、バーナのλを0.90として被試験
センサの抵抗値を測定した。

第８図から明らかなように、従来のバーナ式酸素センサ
評価装置では、被試験センサのλ＝0.90における抵抗値
と、上記被試験センサの検出特性値λとの間の相関がほ
とんど無い。従って、この抵抗値から、実際にエンジン
を制御する際の被測定センサの特性を評価することはで
きない。

実験１−４ 第９図及び第10図は燃焼排ガスの流速を変えて測定し
た、上述の被試験センサ50の検出特性値（エンジン制御
空気過剰率λ）と該被試験センサ50によって本実施例を
制御したときに基準センサ70がリッチ信号を出力する割
合との関係を示す図であり、第９図は燃焼排ガスの流速
が9m/secの場合を示し、第10図は燃焼排ガスの流速が1m
/secの場合を示している。

本実験では、上記実験１−１ないし実験１−３と異な
り、３種類の被試験センサ50を用いている。即ち、添加
剤が異なる以外は同形状のチタニア系酸素センサA,B及
び添加剤は前記酸素センサＡと同じであるがプロテクタ
の形状が異なる酸素センサＣの３種類の酸素センサであ
る。尚、図中で、○は酸素センサＡ、△は酸素センサ
Ｂ、□は酸素センサＣを各々表している。

又、本実験で、基準センサ70がリッチ信号を出力する割
合は、実験１−１と同様の方法で測定した。

第９図及び第10図から明らかなように、本実施例の酸素
センサ評価装置10は、酸素センサの種類が同じであれ
ば、燃料排ガスの流速に関係なく、測定時間に対する基
準センサ70のリッチ信号を出力している時間の割合と、
被試験センサ50の検出特性値λとの間の相関が高い。従
って、このリッチ信号の割合から、実験にエンジンを制
御する際の被測定センサ50の特性を評価できる。

特に第９図のように流速が速い場合には、測定時間に対
する基準センサ70のリッチ信号を出力している時間の割
合と、被試験センサ50の検出特性値λとの間の相関は、
被試験センサ50の種類と無関係に非常に高くなる。

従って、流速が速い場合には、被試験センサ50の種類に
無関係に、このリッチ信号の割合から、実際にエンジン
を制御する際の被測定センサ50の特性を評価できる。

なお、他の実験から燃焼排ガスの流速が、5m/sec以上で
あると、第９図と同様に、被試験センサ50の種類と無関
係に実際にエンジン制御する際の特性を評価できること
が確認できた。

第11図は、第９図及び第10図同様に種々の被試験センサ
の検出特性値（エンジン制御空気過剰率λ）と、同セン
サによって上述の従来のバーナ式酸素センサ評価装置を
制御した時の基準センサがリッチ信号を出力する割合と
の関係を示す図である。

第11図から明らかなように、従来の酸素センサ評価装置
では、測定時間に対する基準センサのリッチ信号を出力
している時間の割合と、上記被試験センサの検出特性値
λとの間の相関が同種類の酸素センサ同士ですら、ほと
んど無い。従って、このリッチ信号の割合から、実際に
エンジンを制御する際の被測定センサの特性を評価する
ことはできない。

上記実験１−１から実験１−４によって、本実施例の酸
素センサ評価装置10は酸素センサの評価が正確に行える
ことが確認された。

尚、上記実験１−１ないし実験１−４では、予め求めら
れた被試験センサ50の検出特性と、基準センサ70の出力
割合、反応割合との関係あるいは被試験センサ50の抵抗
値から本実施例の酸素センサ評価装置10の高価を確認し
たが、これに代えて、被試験センサ50で制御した酸素セ
ンサ評価装置10の燃焼排ガスをガス分析部80で分析して
求めた空気過剰率、あるいは基準センサ70として正確に
空気過剰率を測定できる空燃比センサを用い、この基準
センサ70で求めた燃焼排ガスの空気過剰率によって被試
験センサ50の評価を行った実験でも、上記実験と同様に
効果が確認された。

本酸素センサ評価装置10は、バーナ20の燃焼ガスと導入
部40から供給されるガス及び空気によって、被試験セン
サ50近傍の雰囲気を作り出している。そのため、空気過
剰率、温度等の条件を任意に、精度良く設定することが
できると共に、低価格のガスを燃料として用いるので経
済的に酸素センサの評価を行うことができる。

次いで、本発明の第２実施例を図を用いて説明する。

第12図は本実施例の酸素センサ評価装置310の構成を説
明する図である。

この発明310は大きく分けると、CO等を含む燃料排ガス
を発生する燃焼排ガス発生部320と、該燃料排ガスに空
気を加えてCO、O₂等を含む基本空気過剰率とするオフセ
ット部330と、該基本空気過剰率の燃焼排ガスに燃料ガ
スあるいは空気を加えてリーン、あるいはリッチとする
リッチ＋リーン設定部340とから構成される。評価され
る酸素センサ350（以下、被試験センサという）は、リ
ッチ＋リーン設定部340で調整された燃焼排ガスに晒さ
れる。尚、上記各部はフランジ360a、360bによって、そ
れぞれの燃焼排ガスの流路が接続されている。

以下に、本実施例の各部の作用を説明する。

燃焼排ガス発生部320は、被試験センサ350を評価するに
十分な流量、温度を有する燃焼排ガスを発生する。この
燃焼排ガスの空気過剰率は、例えばλ＝0.95に設定され
ている。

オフセット部330は、この燃焼排ガスに空気を加えて空
気過剰率を、例えばλ＝1.0に補正する。このオフセッ
ト部330で補正された燃焼排ガスには、O₂のようなリー
ンの成分とCOのようなリッチ成分とが存在しており、実
際の自動車の排ガスと良く似た組成となる。

リッチ＋リーン設定部340は、この補正された燃焼排ガ
スに、さらに空気あるいは燃焼を加え、オフセット部33
0で設定された空気過剰率を中心として、燃焼排ガスを
リッチ（例えばλ＝0.95）、あるいはリーン（例えばλ
＝1.05）に変化させる。このように、空気過剰率が変化
する燃焼排ガスに評価される被試験センサ350を晒すこ
とにより、被試験センサ350は実際に自動車に装着され
た場合と同様の状態におかれる。

以下に、各部の構成を説明する。

先ず、燃焼排ガス発生部320を説明する。

燃焼排ガス発生部320は、図示されないボンベから供給
される燃料であるプロパンガス（以下、単にガスとい
う）及び図示されないコンプレッサから供給される空気
を混合する流量制御装置400と、この混合気を燃焼して
燃焼排ガスを発生するバーナ410と、バーナ410の下流に
取り付けられた空燃比センサ420とを備える。

上記流量制御装置400は、空燃比センサ420によって検出
された燃焼排ガスの空気過剰率と予め定められた空気過
剰率（例えば、λ＝0.95）とが一致するように、空気あ
るいはガスの混合比を調整する。この調整は、例えば流
量制御装置400にサーモバルブを備えた質量流量制御装
置を設け、その開度を制御することにより行われる。

上記バーナ410の燃焼室430は、断熱材440で形成されて
いる。そして、燃焼排ガスの流通部450は、水冷式のジ
ャケット460で覆われ、冷却されている。

上記空燃比センサ420としては、例えば、ジルコニア等
の酸素イオン導電性固体電解質を用いた酸素ポンプ素子
と酸素濃淡電子素子とを組み合わせたセンサを用いれば
よい。この空燃比センサ420は、リーン状態（λ＞１）
からリッチ状態（λ＜１）まで空気過剰率λを測定する
ことができる。

次いで、オフセット部330を説明する。

オフセット部330は、上記燃焼排ガス発生部320からの燃
焼排ガスに空気を加えるノズル500と、このノズル500に
供給する空気量を調整する流量制御装置510と、ノズル5
00の下流に取り付けられた空燃比センサ520とを備え
る。

上記流量制御装置510は、上記流量制御装置400と同様に
して、空燃比センサ520によって検出された燃焼排ガス
の空気過剰率と予め定められた空気過剰率（例えば、λ
＝1.0）とが一致するように空気量を調整する。そし
て、燃焼排ガスの流通部530は、水冷式のジャケット540
で覆われ、冷却されており、燃焼排ガスは自動車の燃焼
排ガスと同程度の温度とされる。また、空燃比センサ52
0は、上記空燃比センサ420と同様のものを使用すればよ
い。

さらに、リッチ＋リーン設定部340を説明する。

リッチ＋リーン設定部340は、上記オフセット部330で調
整された燃焼排ガスにガスあるいは空気を加えるノズル
600と、このノズル600に供給する空気量を調整する流量
制御装置610と、ノズル600の下流に取り付けられた空燃
比センサ620とを備える。

上記流量制御装置610は、上記流量制御装置400と同様に
して、空燃比センサ620によって検出された燃焼排ガス
の空気過剰率と予め定められた空気過剰率（例えば、λ
＝1.05あるいはλ＝0.95）とが一致するように空気量及
び／又はガス量を調整する。また、空燃比センサ620
は、上記空燃比センサ420と同様のものを使用すればよ
い。あるいは、被試験センサ350の評価方法によって
は、被試験センサ350を用いて流量制御装置610を制御す
ることもできる。

また、被試験センサ350の出力は、記録部700に記録され
る。

尚、上記空燃比センサ420、520、320は、適時基準ガス
を用いて校正しておくことにより、各部の流量制御が正
確なものとなる。

また、必要に応じて、評価される被試験センサ350近
傍、あるいはその下流に、被試験センサ350の晒される
燃焼排ガスの空気過剰率を測定する、空燃比センサある
いは第１実施例と同様のガス分析部からなる空気過剰率
測定部710を使用してもよい。

さらに、上記各流量制御装置400、510、310及び記録部7
00を１つの電子制御装置に置き換えてもよい。

実験２−１ 本実施例の酸素センサ評価装置310の燃焼排ガス発生部3
20及びオフセット部330の空気過剰率λを下記の表のよ
うに設定し、リッチ＋リーン設定部340の空気過剰率λ
を図示されないタイマーにより0.5秒間隔で下記表のリ
ッチとリーンとの間で変化させる。尚、表に、各部の燃
焼排ガスのガス組成も併せて記した。

そして、被試験センサ350の燃焼排ガスをリッチガスに
切り換えてから基準電圧（450〜500mV）に達するまでの
時間ＴLSと、燃焼排ガスをリーンガスに切り換えてから
基準電圧に達するまでの時間ＴRSとを第１実施例と同様
にして測定し、被試験センサ350の応答時間の割合ＴRS
／（ＴRS＋ＴLS）を調べる。

第13図は、種々の被試験センサ350の検出特性値（エン
ジン制御空気過剰率λ）と、上記応答時間の割合との関
係を示す図である。

ここでは、第１実施例と同じく予め前述のエンジン排ガ
ス中にセンサを挿入する方法（従来技術）で正確に測
定されている被試験センサ350の検出特性値と、上記測
定値とを比較することによって、本実施例の酸素センサ
評価装置310によって被試験センサ350の評価が正しく行
えることを確認した。

尚、検出特性値は、実際のエンジンに上記被試験センサ
を取り付け、該被試験センサの出力信号によって、エン
ジンのフィードバック制御を行い、この制御されたエン
ジンの空気過剰率λで表されている。

第13図から明らかなように、本実施例の酸素センサ評価
装置310では、被試験センサ350の反応の割合と、被試験
センサ350の検出特性λとの間の相関が非常に高い。従
って、この応答時間の割合から、本評価装置310は被試
験センサの実際のエンジン制御における特性を高精度で
評価できることが確認された。

第14図に、比較のために従来のバーナ式酸素センサ評価
装置（従来技術）を用いた場合の被試験センサの応答
時間の割合と検出特性値との関係を示す。

第14図から明らかなように、従来のバーナ式酸素センサ
評価装置を用いた場合には、被試験センサの応答時間の
割合と、被試験センサの検出特性λとの相関が傾向的に
は見られるが有意ある差をもって十分な相関があるとは
いえない。従って、この応答時間の割合から、被測定セ
ンサの実際のエンジンを制御する際の検出特性を評価す
ることはできない。

実験２−２ 先ず、燃焼排ガス発生部320及びオフセット部330の空気
過剰率λを上記実験２−１と同様に設定する。次いで、
リッチ＋リーン設定部340の被試験センサ350によりリッ
チ＋リーン設定部340を、被試験センサ350の出力がλ＝
１に相当する所定値となるようにフィードバック制御す
る。そして、この時の実際の空気過剰率λ（評価装置制
御空気過剰率）を空燃比センサ620あるいは空気過剰率
測定部710によって測定する。

第15図は、種々の被試験センサ350の検出特性（エンジ
ン制御空気過剰率λ）と、本実施例の酸素センサ評価装
置310のフィードバック制御した時の評価装置制御空気
過剰率λとの関係を示す図である。

ここでは、実験２−１と同じく予め前述のエンジン排ガ
ス中にセンサを挿入する方法（従来技術）で正確に測
定されている被試験センサ350の検出特性値と、本実験
による測定値とを比較することによって、本実施例の酸
素センサ評価装置310によって被試験センサ350の評価が
正しく行えることを確認した。

第15図から明らかなように、本実施例の酸素センサ評価
装置310では、被試験センサ350によって本実施例の酸素
センサ評価装置310をフィードバック制御した時の空気
過剰率λと、被試験センサ350の検出特性λとの間の相
関が非常に高い。従って、この評価装置制御空気過剰率
から、被試験センサ350の実際のエンジン制御における
特性を高精度で評価できることが確認された。

尚、本実施例の酸素センサ評価装置310では、上記のよ
うな評価装置制御空気過剰率λ等によった被試験センサ
350の評価だけでなく、第１実施例実験１−１のように
空燃比センサ620がリッチ信号を出力する割合を用いた
被試験センサ350の評価、第１実施例における実験１−
３のように空気過剰率λ＝0.90における被試験センサ35
0の抵抗値による被試験センサ350の評価を行うこともで
きる。

以上の如く、本実施例の酸素センサ評価装置310は種々
の方法で被試験センサ350の評価が正確に行えることが
確認された。

又、本実施例の酸素センサ評価装置310は、燃焼排ガス
発生部320、オフセット部330及びリッチ＋リーン設定部
340の各部でフィードバック制御を行っているので被試
験センサ350の晒される燃焼排ガスの空気過剰率が非常
に高精度で制御できる。例えば、従来のバーナを用いた
酸素センサ評価装置では、空気過剰率を±0.01λの精度
で制御していたが、本実施例の酸素センサ評価装置310
では、空気過剰率を±0.001λ以下の精度で制御でき
る。

なお、本発明はこれに限られるものではなく、その要旨
を逸脱しない範囲の種々の態様のものが含まれる。

［発明の効果］ 本発明の酸素センサ評価装置は、上述の如き構成を採用
することにより、未燃焼成分の残った燃焼排ガスを用い
る酸素センサの評価を可能とした。

つまり、本発明では、バーナで燃焼される混合ガスの混
合比率と、導入部から導入される混合ガスの混合比率と
自由に設定することができるので、種々の内燃機関の様
々な運転状態に対応した燃焼排ガスと非常によく似た組
成の燃焼排ガスを、容易に測定室に供給することができ
る。それによって、実際に近い条件下にて、酸素センサ
の評価を正確かつ好適に行なうことができる。

又、本酸素センサ評価装置は、バーナと導入部とを用い
て測定室内の雰囲気を調節している。そのため、雰囲気
全体の空気過剰率、未燃焼成分の割合、雰囲気の温度等
の条件を任意に、精度良く設定することができる。

さらに、低価格のガスを燃料として用いるのでより経済
的に酸素センサの評価を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、 第２図は本発明の第１実施例の構成図、 第３図は実施例による被試験センサの検出特性（エンジ
ン制御空気過剰率λ）とリッチ信号の割合との関係図、 第４図は従来例による被試験センサの検出特性λとリッ
チ信号の割合との関係図、 第５図は実施例の被試験センサの検出特性λと応答時間
の割合との関係図、 第６図は従来例の被試験センサの検出特性λと応答時間
の割合との関係図、 第７図は実施例の被試験センサの検出特性λと抵抗値と
の関係図、 第８図は従来例の被試験センサの検出特性λと抵抗値と
の関係図、 第９図は実施例による流速9m/secの場合の被試験センサ
の検出特性（エンジン制御空気過剰率λ）とリッチ信号
の割合との関係図、 第10図は実施例による流速1m/secの場合の被試験センサ
の検出特性（エンジン制御空気過剰率λ）とリッチ信号
の割合との関係図、 第11図は従来例による被試験センサの検出特性λとリッ
チ信号の割合との関係図、 第12図は本発明の第２実施例の構成図、 第13図は実施例における被試験センサの検出特性λと応
答時間の割合との関係図、 第14図はその従来例を説明する図、 第15図は実施例における被試験センサの検出特性λと被
試験制御空気過剰率λとの関係図である。 M1……酸素センサ、M2……測定室、M3……混合部、 M4……バーナ、M5……供給管、M6……導入部、 310,10……酸素センサ評価装置、20,410……バーナ、 30……燃焼管（供給管、測定室）、40……導入部、 50,350……被試験センサ、60……取り付け部、 70……基準センサ、80……ガス分析部、 90……ガスサンプリング部、100……主空気供給管、 110,140,160……バルブ、120……副空気供給管、 130……主ガス供給管、150……副ガス供給管、 165……空気供給管、170,195,500,600……ノズル、 175,185……電磁バルブ、180……空気供給管、 190……ガス供給管、200……制御部、210……記録部、 320……燃焼排ガス発生部、330……オフセット部、 340……リッチ＋リーン設定部、 400、510、610……流量制御装置、 420、520、620……空燃比センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高見 昭雄 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 美濃羽 健 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 水谷 昭夫 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 近藤 稔明 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−95341（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸素センサが装着された測定室に所定空気
   過剰率のガスを供給することによって、上記酸素センサ
   を評価する酸素センサ評価装置であって、 燃料及び酸素含有気体を所定の比率で混合する混合部
   と、 該混合部で混合された燃料及び酸素含有気体を燃焼して
   燃焼排ガスを発生するバーナと、 該バーナによって発生した燃焼排ガスを上記測定室に供
   給する供給管と、 上記バーナの下流側に設けられ、燃料及び酸素含有気体
   を燃焼させることなく所定比率で上記供給管に導入する
   導入部と、 を備えたことを特徴とする酸素センサ評価装置。
2. 【請求項２】上記導入部の下流にて、上記供給管内の燃
   焼排ガスの空気過剰率を測定し、該空気過剰率が予め定
   められた所定値と一致するように、上記導入部で導入さ
   れる燃料及び／又は酸素含有気体を調整する調整部を備
   えることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の酸素
   センサ評価装置。
3. 【請求項３】上記供給管に設けられ上記バーナで発生し
   た燃焼排ガスの空気過剰率を測定し、該空気過剰率が予
   め定められた所定値と一致するよう上記混合部の燃料及
   び酸素含有気体の比率を調節するバーナ調節部と、 該バーナ調節部の下流に設けられ、上記供給管に燃料及
   び／又は酸素含有気体を導入調節する第１の導入部と、 該第１の導入部の下流にて、上記供給管内の燃焼排ガス
   の空気過剰率を測定し、該空気過剰率が予め定められた
   所定値と一致するよう、上記第１の導入部で導入される
   燃料及び／又は酸素含有気体を調節する第１の調節部
   と、 該第１の調節部の下流に設けられ、上記供給管に燃料及
   び／又は酸素含有気体を導入調節する第２の導入部と、 該第２の導入部の下流にて、上記供給管内の燃焼排ガス
   の空気過剰率を測定し、該空気過剰率が上記所定値に対
   し、予め定められた空気過剰率と一致するように、上記
   第２の導入部で導入される燃料及び／又は酸素含有気体
   を調節する第２の調節部と、 を備えることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は請
   求項２いずれか記載の酸素センサ評価装置。
4. 【請求項４】上記バーナで発生する燃焼排ガスの流速が
   5m/sec以上である特許請求の範囲第１項ないし請求項３
   いずれか記載の酸素センサ評価装置。