JPH08105343A - 内燃機関の排気ガスセンサの特性評価方法 - Google Patents
内燃機関の排気ガスセンサの特性評価方法Info
- Publication number
- JPH08105343A JPH08105343A JP6243189A JP24318994A JPH08105343A JP H08105343 A JPH08105343 A JP H08105343A JP 6243189 A JP6243189 A JP 6243189A JP 24318994 A JP24318994 A JP 24318994A JP H08105343 A JPH08105343 A JP H08105343A
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- Japan
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- fuel ratio
- air
- exhaust gas
- gas sensor
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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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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 排気ガスセンサの動的な出力特性を適切に評
価でき、内燃機関の排気浄化装置への適用が容易にでき
る排気ガスセンサの特性評価方法の提供。 【構成】 排気ガスセンサ３を排気路に取り付けてリッ
チ空燃比と、リーン空燃比とを所定の振り幅で交互に一
定時間づつ繰り返すとともに、平均の空燃比を理論空燃
比またはその近傍に維持しながら、リッチ空燃比とリー
ン空燃比との切換タイミングから前記排気ガスセンサ３
の出力が切り換わり所定のレベルに達するまでの応答遅
れ時間ＴＲＳおよびＴＬＳを検出して、この応答遅れ時
間により排気ガスセンサ３を評価することを特徴とす
る。
価でき、内燃機関の排気浄化装置への適用が容易にでき
る排気ガスセンサの特性評価方法の提供。 【構成】 排気ガスセンサ３を排気路に取り付けてリッ
チ空燃比と、リーン空燃比とを所定の振り幅で交互に一
定時間づつ繰り返すとともに、平均の空燃比を理論空燃
比またはその近傍に維持しながら、リッチ空燃比とリー
ン空燃比との切換タイミングから前記排気ガスセンサ３
の出力が切り換わり所定のレベルに達するまでの応答遅
れ時間ＴＲＳおよびＴＬＳを検出して、この応答遅れ時
間により排気ガスセンサ３を評価することを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、触媒コンバータを装
着してエミッションの改善を行っている内燃機関の排気
路に装着する排気ガスセンサの特性評価方法に関する。
着してエミッションの改善を行っている内燃機関の排気
路に装着する排気ガスセンサの特性評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】この排気ガスセンサは、センサの検出部
の構造や排気ガスの成分により応答性が変化する。この
ため、排気路に排気ガスセンサを取り付け、吸気路に供
給する燃料量を適正に制御する排気ガス浄化装置を設
計、製造する場合において、応答の遅れがどの程度かな
どの排気ガスセンサの特性を内燃機関の製造者が予め正
確に評価できることが望ましい。すなわち、正確な制御
には内燃機関の製造者に排気ガスセンサの出力特性が明
確に評価されており、情報提供されることが重要であ
る。
の構造や排気ガスの成分により応答性が変化する。この
ため、排気路に排気ガスセンサを取り付け、吸気路に供
給する燃料量を適正に制御する排気ガス浄化装置を設
計、製造する場合において、応答の遅れがどの程度かな
どの排気ガスセンサの特性を内燃機関の製造者が予め正
確に評価できることが望ましい。すなわち、正確な制御
には内燃機関の製造者に排気ガスセンサの出力特性が明
確に評価されており、情報提供されることが重要であ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来は、実車に搭載さ
れたエンジンの排気路に排気ガスセンサを取り付けて、
燃料噴射量をフィードバック制御したときに結果として
得られる空燃比；ダイナミックラムダＤλを、エミッシ
ョンと相関する評価法として利用してきた。しかるに、
この評価法はテスト車両の制御アルゴリズムにより結果
がことなる場合があり、センサ自体の特性を十分に把握
することができない。このため、それぞれ異なった制御
アルゴリズムを持った自動車に排気ガスセンサを適用す
る場合、排気系に装着してエミッションを評価しながら
燃料供給の制御システムのマッチングを行う必要があ
り、不便であった。この発明の目的は、排気ガスセンサ
の動的な出力特性を適切に評価でき、内燃機関の排気浄
化装置への適用が容易にできる排気ガスセンサの特性評
価方法の提供にある。
れたエンジンの排気路に排気ガスセンサを取り付けて、
燃料噴射量をフィードバック制御したときに結果として
得られる空燃比；ダイナミックラムダＤλを、エミッシ
ョンと相関する評価法として利用してきた。しかるに、
この評価法はテスト車両の制御アルゴリズムにより結果
がことなる場合があり、センサ自体の特性を十分に把握
することができない。このため、それぞれ異なった制御
アルゴリズムを持った自動車に排気ガスセンサを適用す
る場合、排気系に装着してエミッションを評価しながら
燃料供給の制御システムのマッチングを行う必要があ
り、不便であった。この発明の目的は、排気ガスセンサ
の動的な出力特性を適切に評価でき、内燃機関の排気浄
化装置への適用が容易にできる排気ガスセンサの特性評
価方法の提供にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明の排気ガスセン
サの特性評価方法は、排気ガスセンサを排気路に取り付
けてリッチ空燃比と、リーン空燃比とを所定の振れ幅で
交互に一定時間づつ繰り返すとともに、平均の空燃比を
理論空燃比またはその近傍に維持しながら、リッチ空燃
比とリーン空燃比との切換タイミングから前記排気ガス
センサの出力が切り換わり所定のレベルに達するまでの
応答遅れ時間を検出して、この応答遅れ時間により排気
ガスセンサを評価することを特徴とする。
サの特性評価方法は、排気ガスセンサを排気路に取り付
けてリッチ空燃比と、リーン空燃比とを所定の振れ幅で
交互に一定時間づつ繰り返すとともに、平均の空燃比を
理論空燃比またはその近傍に維持しながら、リッチ空燃
比とリーン空燃比との切換タイミングから前記排気ガス
センサの出力が切り換わり所定のレベルに達するまでの
応答遅れ時間を検出して、この応答遅れ時間により排気
ガスセンサを評価することを特徴とする。
【０００５】請求項２に記載の排気ガスセンサの特性評
価方法は、リッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えた
ときの応答遅れ時間ＴＲＳ、リーン空燃比からリッチ空
燃比に切り替えたときの応答遅れ時間ＴＬＳを検出し、
応答遅れ時間ＴＲＳと応答遅れ時間ＴＬＳとの差および
／または和により排気ガスセンサの動的出力特性を評価
することを特徴とする。
価方法は、リッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えた
ときの応答遅れ時間ＴＲＳ、リーン空燃比からリッチ空
燃比に切り替えたときの応答遅れ時間ＴＬＳを検出し、
応答遅れ時間ＴＲＳと応答遅れ時間ＴＬＳとの差および
／または和により排気ガスセンサの動的出力特性を評価
することを特徴とする。
【０００６】
【発明の作用、効果】この発明では、リッチ空燃比とリ
ーン空燃比との切換タイミングから排気ガスセンサの出
力が切り換わるまでの応答遅れ時間を排気ガスセンサの
動的特性を評価するデータとして排気ガスセンサの使用
者である内燃機関の設計者、製造者に提供できる。この
ため、設計者等は、センサを内燃機関に装着してマッチ
ングを図る手間が省け、使用性が向上できる。
ーン空燃比との切換タイミングから排気ガスセンサの出
力が切り換わるまでの応答遅れ時間を排気ガスセンサの
動的特性を評価するデータとして排気ガスセンサの使用
者である内燃機関の設計者、製造者に提供できる。この
ため、設計者等は、センサを内燃機関に装着してマッチ
ングを図る手間が省け、使用性が向上できる。
【０００７】
【実施例】図１はこの発明にかかる排気ガスセンサの特
性評価に使用する自動車用エンジン、および該エンジン
に装着した排気ガス浄化装置の概略構成を示す。１はエ
ンジン本体、１１は給気多岐管、１２は排気多岐管であ
る。５は、排気ガス浄化装置を含むエンジンをエンジン
の運転条件に応じて制御するためのエンジンコントロー
ルユニット（コンピュータ）を示す。給気多岐管１１
は、上流部に吸入空気量を測定するためのエアフローセ
ンサ１３が取り付けられ、エンジンインポート部分に燃
料噴射のためのインジェクター１４が気筒毎に取り付け
られている。
性評価に使用する自動車用エンジン、および該エンジン
に装着した排気ガス浄化装置の概略構成を示す。１はエ
ンジン本体、１１は給気多岐管、１２は排気多岐管であ
る。５は、排気ガス浄化装置を含むエンジンをエンジン
の運転条件に応じて制御するためのエンジンコントロー
ルユニット（コンピュータ）を示す。給気多岐管１１
は、上流部に吸入空気量を測定するためのエアフローセ
ンサ１３が取り付けられ、エンジンインポート部分に燃
料噴射のためのインジェクター１４が気筒毎に取り付け
られている。
【０００８】排気多岐管１２は、排気ガス中の窒素酸化
物、一酸化炭素、炭化水素を反応させる３元触媒を担持
させた担体を備える触媒コンバータ２が下流部に設置さ
れている。排気多岐管１２の触媒コンバータ２の上流側
に、この発明の特性評価方法により出力特性を評価する
排気ガスセンサ３を取り付けている。
物、一酸化炭素、炭化水素を反応させる３元触媒を担持
させた担体を備える触媒コンバータ２が下流部に設置さ
れている。排気多岐管１２の触媒コンバータ２の上流側
に、この発明の特性評価方法により出力特性を評価する
排気ガスセンサ３を取り付けている。
【０００９】排気ガスセンサ３は、この実施例では、ジ
ルコニアを主体とする酸素イオン伝導性固体電解質管の
内面および外面に白金などを主体とする多孔質電極層を
被着し、該多孔質電極層のうち外面に被着された多孔質
電極層の表面を多孔性セラミック層で保護した酸素濃淡
電池を、排気ガス通気穴付きのハウジング内に固定した
構造を有する。この排気ガスセンサ３は、３元触媒コン
バータを使用した自動車エンジンに多用されている。
ルコニアを主体とする酸素イオン伝導性固体電解質管の
内面および外面に白金などを主体とする多孔質電極層を
被着し、該多孔質電極層のうち外面に被着された多孔質
電極層の表面を多孔性セラミック層で保護した酸素濃淡
電池を、排気ガス通気穴付きのハウジング内に固定した
構造を有する。この排気ガスセンサ３は、３元触媒コン
バータを使用した自動車エンジンに多用されている。
【００１０】排気多岐管１２の触媒コンバータ２の下流
に、エンジンに供給された混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）の
平均値を検出するための空燃比センサ４を装着してい
る。空燃比センサ４は、周知の全領域空燃比センサであ
り、酸素濃淡電池と酸素ポンピング素子とを組み合わせ
て構成され、リッチ空燃比からリーン空燃比の全域に沿
って混合気の空燃比に対応した出力を生じる。空燃比セ
ンサ４の出力は、空燃比（Ａ／Ｆ）メーター４１によっ
て測定されるとともに、特性評価用コンピュータ４２に
入力される。
に、エンジンに供給された混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）の
平均値を検出するための空燃比センサ４を装着してい
る。空燃比センサ４は、周知の全領域空燃比センサであ
り、酸素濃淡電池と酸素ポンピング素子とを組み合わせ
て構成され、リッチ空燃比からリーン空燃比の全域に沿
って混合気の空燃比に対応した出力を生じる。空燃比セ
ンサ４の出力は、空燃比（Ａ／Ｆ）メーター４１によっ
て測定されるとともに、特性評価用コンピュータ４２に
入力される。
【００１１】特性評価用コンピュータ４２は、つぎの制
御を行う。前記エアフローセンサ１３、および空燃比セ
ンサ４の出力を入力し、平均空燃比が精密にたとえば理
論空燃比（空気過剰率λ＝１）となるように調整する。
この空燃比の精度は、空気過剰率λ＝１に制御する場合
は、望ましくは１／１０００以下の変動範囲内、少なく
とも２／１０００以下の変動範囲内とすることが必要で
ある。これとともに、特性評価用コンピュータ４２から
図２の（ａ）に示す様にパルスＰ（図１参照）を出力し
て、エンジンコントロールユニット５を操作し、混合気
の空燃比を、空気過剰率λ＝１．０３のリーン空燃比が
１秒間、空気過剰率λ＝０．９７のリッチ空燃比が１秒
間、というサイクルが交互に繰り返すように燃料噴射量
をステップ状に変化させる。なお、平均空燃比は理論空
燃比の近傍であれば良い。例えば、λ＝１から±１０／
１０００ないし±３０／１０００ほどずらした空気過剰
率を中心として燃料噴射量をステップ状に変化させて測
定してもよい。
御を行う。前記エアフローセンサ１３、および空燃比セ
ンサ４の出力を入力し、平均空燃比が精密にたとえば理
論空燃比（空気過剰率λ＝１）となるように調整する。
この空燃比の精度は、空気過剰率λ＝１に制御する場合
は、望ましくは１／１０００以下の変動範囲内、少なく
とも２／１０００以下の変動範囲内とすることが必要で
ある。これとともに、特性評価用コンピュータ４２から
図２の（ａ）に示す様にパルスＰ（図１参照）を出力し
て、エンジンコントロールユニット５を操作し、混合気
の空燃比を、空気過剰率λ＝１．０３のリーン空燃比が
１秒間、空気過剰率λ＝０．９７のリッチ空燃比が１秒
間、というサイクルが交互に繰り返すように燃料噴射量
をステップ状に変化させる。なお、平均空燃比は理論空
燃比の近傍であれば良い。例えば、λ＝１から±１０／
１０００ないし±３０／１０００ほどずらした空気過剰
率を中心として燃料噴射量をステップ状に変化させて測
定してもよい。
【００１２】この空燃比の制御により、排気ガスセンサ
３の出力は、図２の（ｂ）に示す如くリーン空燃比から
リッチ空燃比へのステップ状の切換時には０．０５Ｖ程
度の低出力から幾分の応答遅れの後、急速に立ち上が
り、約１秒後には０．９５ボルト程度に上昇する。リッ
チ空燃比からリーン空燃比へのステップ状の切換時に
は、幾分の応答遅れの後、急速に立ち下がり、約１秒後
には０．０５ボルト程度に降下する。
３の出力は、図２の（ｂ）に示す如くリーン空燃比から
リッチ空燃比へのステップ状の切換時には０．０５Ｖ程
度の低出力から幾分の応答遅れの後、急速に立ち上が
り、約１秒後には０．９５ボルト程度に上昇する。リッ
チ空燃比からリーン空燃比へのステップ状の切換時に
は、幾分の応答遅れの後、急速に立ち下がり、約１秒後
には０．０５ボルト程度に降下する。
【００１３】この切換時から、図２の（ｃ）に示すごと
く、約１／２の出力変化である０．４５ボルトまでの時
間を測定し、リーン空燃比からリッチ空燃比への応答遅
れ時間ＴＬＳとし、リッチ空燃比からリーン空燃比への
応答遅れ時間ＴＲＳとして出力特性を評価する基準デー
タとする。図２の（ｄ）は、空燃比センサ４の出力を示
す。
く、約１／２の出力変化である０．４５ボルトまでの時
間を測定し、リーン空燃比からリッチ空燃比への応答遅
れ時間ＴＬＳとし、リッチ空燃比からリーン空燃比への
応答遅れ時間ＴＲＳとして出力特性を評価する基準デー
タとする。図２の（ｄ）は、空燃比センサ４の出力を示
す。
【００１４】図３は、ＴＲＳおよびＴＬＳの相関グラフ
である。このグラフから、センサの応答性、とくにＴＲ
Ｓは平均空燃比が微小に変化すると、敏感に変化するこ
とが判る。従来の特性評価方法では、このことが明確に
認識されていなかったため、平均空燃比の変動幅が１／
１０００程度の正確な制御ができておらず、データがば
らつき安定した特性評価ができなかった。
である。このグラフから、センサの応答性、とくにＴＲ
Ｓは平均空燃比が微小に変化すると、敏感に変化するこ
とが判る。従来の特性評価方法では、このことが明確に
認識されていなかったため、平均空燃比の変動幅が１／
１０００程度の正確な制御ができておらず、データがば
らつき安定した特性評価ができなかった。
【００１５】このＴＲＳおよびＴＬＳは、排気ガスセン
サ３の応答性を評価する上で有効な数値であり、動的な
出力特性評価のデータをして使用する。このＴＲＳおよ
びＴＬＳは、低温時の特性を評価するためエンジンの、
たとえば１０００ｒｐｍ、無負荷運転時のものと、高温
時の特性を評価するため、たとえば、３０００ｒｐｍ、
１／４負荷運転時のものと、少なくとも２つの運転条件
で測定され、データとして提供されることが望ましい。
サ３の応答性を評価する上で有効な数値であり、動的な
出力特性評価のデータをして使用する。このＴＲＳおよ
びＴＬＳは、低温時の特性を評価するためエンジンの、
たとえば１０００ｒｐｍ、無負荷運転時のものと、高温
時の特性を評価するため、たとえば、３０００ｒｐｍ、
１／４負荷運転時のものと、少なくとも２つの運転条件
で測定され、データとして提供されることが望ましい。
【００１６】この発明において、排気ガスセンサ３の特
性をＴＲＳ−ＴＬＳと、ＴＲＳ＋ＴＬＳとの２つの指標
で表現することが望ましい。図４の（イ）は実際の内燃
機関でのＴＲＳ−ＴＬＳとダイナミックラムダＤλの相
関の一例を示すグラフであり、図４の（ロ）はＴＲＳ＋
ＴＬＳと制御周波数の相関の一例を示すグラフである。
性をＴＲＳ−ＴＬＳと、ＴＲＳ＋ＴＬＳとの２つの指標
で表現することが望ましい。図４の（イ）は実際の内燃
機関でのＴＲＳ−ＴＬＳとダイナミックラムダＤλの相
関の一例を示すグラフであり、図４の（ロ）はＴＲＳ＋
ＴＬＳと制御周波数の相関の一例を示すグラフである。
【００１７】ＴＲＳ−ＴＬＳは、センサ応答性のアンバ
ランスの程度を示しており、この値の大きなセンサで制
御した場合は、エンジンの制御空燃比は理論空燃比より
希薄になり、この値が負のセンサで制御した場合はエン
ジンの制御空燃比は理論空燃比より濃厚になってゆく。
ＴＲＳ＋ＴＬＳは、排気ガスセンサ３の応答遅れの大き
さを表しており、ＴＲＳ＋ＴＬＳが大きいほど制御周波
数は遅くなる。
ランスの程度を示しており、この値の大きなセンサで制
御した場合は、エンジンの制御空燃比は理論空燃比より
希薄になり、この値が負のセンサで制御した場合はエン
ジンの制御空燃比は理論空燃比より濃厚になってゆく。
ＴＲＳ＋ＴＬＳは、排気ガスセンサ３の応答遅れの大き
さを表しており、ＴＲＳ＋ＴＬＳが大きいほど制御周波
数は遅くなる。
【００１８】これら２つの指標（ＴＲＳ−ＴＬＳ、ＴＲ
Ｓ＋ＴＬＳ）と実際の自動車での制御空燃比（Ａ／Ｆ）
との関係はエンジンの制御アルゴリズムにより変化する
ため、その影響の程度は異なるが、具体的に制御アルゴ
リズムを知れば、２つの指標から制御空燃比（Ａ／Ｆ）
を推定することが可能となる。このグラフにより、排気
ガスセンサの応答遅れの概要がほぼ正確に把握でき、便
利である。なお、この発明にかかる特性評価方法は、各
種の排気ガスセンサに適用できる。
Ｓ＋ＴＬＳ）と実際の自動車での制御空燃比（Ａ／Ｆ）
との関係はエンジンの制御アルゴリズムにより変化する
ため、その影響の程度は異なるが、具体的に制御アルゴ
リズムを知れば、２つの指標から制御空燃比（Ａ／Ｆ）
を推定することが可能となる。このグラフにより、排気
ガスセンサの応答遅れの概要がほぼ正確に把握でき、便
利である。なお、この発明にかかる特性評価方法は、各
種の排気ガスセンサに適用できる。
【図１】排気ガスセンサの特性評価を行う測定装置の概
略図である。
略図である。
【図２】排気ガスセンサの特性評価の条件およびデータ
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図３】ＴＲＳおよびＴＬＳと平均空燃比との相関グラ
フである。
フである。
【図４】（イ）はＴＲＳ−ＴＬＳとＤλの相関グラフで
あり、（ロ）はＴＲＳ＋ＴＬＳと制御周波数の相関グラ
フである。
あり、（ロ）はＴＲＳ＋ＴＬＳと制御周波数の相関グラ
フである。
１ エンジン本体 ２ 触媒コンバータ ３ 排気ガスセンサ ４ 空燃比センサ ５ エンジンコントロールユニット ＴＲＳ リッチ空燃比からリーン空燃比への応答遅れ時
間 ＴＬＳ リーン空燃比からリッチ空燃比への応答遅れ時
間
間 ＴＬＳ リーン空燃比からリッチ空燃比への応答遅れ時
間
Claims (2)
- 【請求項１】 排気ガスセンサを排気路に取り付けてリ
ッチ空燃比と、リーン空燃比とを所定の振れ幅で交互に
一定時間づつ繰り返すとともに、平均の空燃比を理論空
燃比またはその近傍に維持しながら、リッチ空燃比とリ
ーン空燃比との切換タイミングから前記排気ガスセンサ
の出力が切り換わり所定のレベルに達するまでの応答遅
れ時間を検出して、この応答遅れ時間により排気ガスセ
ンサを評価することを特徴とする排気ガスセンサの特性
評価方法。 - 【請求項２】 請求項１において、リッチ空燃比からリ
ーン空燃比に切り替えたときの応答遅れ時間ＴＲＳ、リ
ーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えたときの応答遅
れ時間ＴＬＳを検出し、応答遅れ時間ＴＲＳと応答遅れ
時間ＴＬＳとの差および／または和により排気ガスセン
サの動的出力特性を評価することを特徴とする排気ガス
センサの特性評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6243189A JPH08105343A (ja) | 1994-10-06 | 1994-10-06 | 内燃機関の排気ガスセンサの特性評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6243189A JPH08105343A (ja) | 1994-10-06 | 1994-10-06 | 内燃機関の排気ガスセンサの特性評価方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08105343A true JPH08105343A (ja) | 1996-04-23 |
Family
ID=17100158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6243189A Pending JPH08105343A (ja) | 1994-10-06 | 1994-10-06 | 内燃機関の排気ガスセンサの特性評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08105343A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007009710A (ja) * | 2005-06-28 | 2007-01-18 | Mazda Motor Corp | リニア空燃比センサの劣化診断装置 |
| US7461536B2 (en) * | 2002-12-07 | 2008-12-09 | Robert Bosch Gmbh | Circuit arrangement for operating a gas sensor |
-
1994
- 1994-10-06 JP JP6243189A patent/JPH08105343A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7461536B2 (en) * | 2002-12-07 | 2008-12-09 | Robert Bosch Gmbh | Circuit arrangement for operating a gas sensor |
| JP2007009710A (ja) * | 2005-06-28 | 2007-01-18 | Mazda Motor Corp | リニア空燃比センサの劣化診断装置 |
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