JPH08189343A - 触媒劣化検知法及び空燃比センサ - Google Patents
触媒劣化検知法及び空燃比センサInfo
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- JPH08189343A JPH08189343A JP6324693A JP32469394A JPH08189343A JP H08189343 A JPH08189343 A JP H08189343A JP 6324693 A JP6324693 A JP 6324693A JP 32469394 A JP32469394 A JP 32469394A JP H08189343 A JPH08189343 A JP H08189343A
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2550/00—Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
- F01N2550/02—Catalytic activity of catalytic converters
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、触媒劣化の判定精度のより向上を
可能にする触媒劣化検知法及び空燃比センサを提供でき
るようにすることを目的とする。 【構成】 少なくとも、排気ガスを浄化するために設け
られた触媒コンバータ３と、該触媒コンバータの上流側
及び下流側のそれぞれに付設されて、排気ガス中の特定
成分濃度を検出する空燃比センサ１及び２と、該空燃比
センサの出力を処理して、該出力に基づく信号を出力す
る制御装置７と、該制御装置からの信号を受けて作動す
る触媒劣化警報手段１０からなり、しかも前記上流側空
燃比センサ１の応答性よりも、前記下流側空燃比センサ
２の応答性の方が、遅い構成であることを特徴とする排
気浄化装置を採用するものである。
可能にする触媒劣化検知法及び空燃比センサを提供でき
るようにすることを目的とする。 【構成】 少なくとも、排気ガスを浄化するために設け
られた触媒コンバータ３と、該触媒コンバータの上流側
及び下流側のそれぞれに付設されて、排気ガス中の特定
成分濃度を検出する空燃比センサ１及び２と、該空燃比
センサの出力を処理して、該出力に基づく信号を出力す
る制御装置７と、該制御装置からの信号を受けて作動す
る触媒劣化警報手段１０からなり、しかも前記上流側空
燃比センサ１の応答性よりも、前記下流側空燃比センサ
２の応答性の方が、遅い構成であることを特徴とする排
気浄化装置を採用するものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の排気系で排
気ガスを浄化するために設けられた触媒コンバータの上
流側及び下流側のそれぞれに付設された空燃比センサに
よって、排気ガス中の特定成分濃度が検出され、かつ信
号を出力することによって触媒の劣化状況を判断する触
媒劣化検知法及び空燃比センサに関するものである。
気ガスを浄化するために設けられた触媒コンバータの上
流側及び下流側のそれぞれに付設された空燃比センサに
よって、排気ガス中の特定成分濃度が検出され、かつ信
号を出力することによって触媒の劣化状況を判断する触
媒劣化検知法及び空燃比センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、触媒の上流側、下流側に空燃比セ
ンサを配置して、触媒の浄化性能の劣化を検出する方法
として、 (1) ２つの空燃比センサの出力の周波数の比によるもの (2) ２つの空燃比センサの面積差や面積比によるもの などがある（特開平４−４０３５５、特開昭６１−２８
６５５０など）。
ンサを配置して、触媒の浄化性能の劣化を検出する方法
として、 (1) ２つの空燃比センサの出力の周波数の比によるもの (2) ２つの空燃比センサの面積差や面積比によるもの などがある（特開平４−４０３５５、特開昭６１−２８
６５５０など）。
【０００３】しかし、これらは、いずれも周波数や面積
を求めるために、センサの出力波形に対し、基準となる
あるしきい値を設けて行なうことになり、このしきい値
の設定方法によって空燃比センサから得られる情報が変
動してしまう。つまり、触媒の浄化率の変化（劣化）を
検出する情報の中に上記に示した通り、触媒以外の変動
要因による情報が入り込み、検出性能が非常に悪いとい
う問題がある。
を求めるために、センサの出力波形に対し、基準となる
あるしきい値を設けて行なうことになり、このしきい値
の設定方法によって空燃比センサから得られる情報が変
動してしまう。つまり、触媒の浄化率の変化（劣化）を
検出する情報の中に上記に示した通り、触媒以外の変動
要因による情報が入り込み、検出性能が非常に悪いとい
う問題がある。
【０００４】更に、これらの問題に加え、空燃比センサ
にも性能のバラツキが有り、ますます誤判定、未判定と
いった不具合を招き安定して触媒の劣化検知を行なうこ
とができない状況にある。尚、従来は、上流及び下流の
空燃比センサの応答性のバラツキは応答性中央値の±１
０％の同一規格又は同一のロット分布の中からの組み合
わせであった。
にも性能のバラツキが有り、ますます誤判定、未判定と
いった不具合を招き安定して触媒の劣化検知を行なうこ
とができない状況にある。尚、従来は、上流及び下流の
空燃比センサの応答性のバラツキは応答性中央値の±１
０％の同一規格又は同一のロット分布の中からの組み合
わせであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、上記
の問題を鑑みて、空燃比センサの性能バラツキをも考慮
して、触媒劣化を安定して精度よく検出できる検出方法
を提供できるようにすることを課題とする。
の問題を鑑みて、空燃比センサの性能バラツキをも考慮
して、触媒劣化を安定して精度よく検出できる検出方法
を提供できるようにすることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そのために、本発明者等
は、上流空燃比センサと下流側空燃比センサとの各々の
応答性について鋭意研究を重ねてきたが、その結果、請
求項１は、少なくとも、排気ガスを浄化するために設け
られた触媒コンバータと、該触媒コンバータの上流側及
び下流側のそれぞれに付設されて、排気ガス中の特定成
分濃度を検出する空燃比センサと、該空燃比センサの出
力を該出力波形の比に基づいて信号を出力する制御装置
と、該制御装置からの信号を受けて作動する触媒劣化警
報手段からなり、しかも前記上流側空燃比センサの応答
性よりも、前記下流側空燃比センサの応答性の方が、２
０以上１００％以下の範囲で応答性の遅い空燃比センサ
とすることで触媒の劣化を検知する触媒劣化検知法を手
段として採用することで課題解決されることを発明し
た。
は、上流空燃比センサと下流側空燃比センサとの各々の
応答性について鋭意研究を重ねてきたが、その結果、請
求項１は、少なくとも、排気ガスを浄化するために設け
られた触媒コンバータと、該触媒コンバータの上流側及
び下流側のそれぞれに付設されて、排気ガス中の特定成
分濃度を検出する空燃比センサと、該空燃比センサの出
力を該出力波形の比に基づいて信号を出力する制御装置
と、該制御装置からの信号を受けて作動する触媒劣化警
報手段からなり、しかも前記上流側空燃比センサの応答
性よりも、前記下流側空燃比センサの応答性の方が、２
０以上１００％以下の範囲で応答性の遅い空燃比センサ
とすることで触媒の劣化を検知する触媒劣化検知法を手
段として採用することで課題解決されることを発明し
た。
【０００７】また、請求項２は前記出力波形の軌跡比が
各々の前記空燃比センサの出力の軌跡である
各々の前記空燃比センサの出力の軌跡である
【０００８】
【数４】
【０００９】の比である事を特徴とする請求項１記載の
触媒劣化検知法を採用するものである。さらに、請求項
３は前記軌跡比が、
触媒劣化検知法を採用するものである。さらに、請求項
３は前記軌跡比が、
【００１０】
【数５】 の大きさが０．３から０．７である事を特徴とする請求
項２記載の触媒劣化検知法を採用するものである。
項２記載の触媒劣化検知法を採用するものである。
【００１１】そしてまた、請求項４は、酸素濃度に対応
した出力を出力できる酸素検知素子と、該酸素検知素子
を収容し、排気ガスを浄化するために設けられた触媒コ
ンバータの上流側及び下流側のそれぞれに付設するため
のハウジングと、前記酸素検知素子からの信号を取り出
すための手段とから、少なくとも構成され、しかも前記
ハウジングに設けられた排気通路に挿入される排気カバ
ーが具備され、該排気カバーには、通気孔である穴が設
けられ、更に
した出力を出力できる酸素検知素子と、該酸素検知素子
を収容し、排気ガスを浄化するために設けられた触媒コ
ンバータの上流側及び下流側のそれぞれに付設するため
のハウジングと、前記酸素検知素子からの信号を取り出
すための手段とから、少なくとも構成され、しかも前記
ハウジングに設けられた排気通路に挿入される排気カバ
ーが具備され、該排気カバーには、通気孔である穴が設
けられ、更に
【００１２】
【数６】 とすることを特徴とする排気浄化装置用の空燃比センサ
を採用するものである。そして、請求項５は、前記面積
比を０．１から０．９とした事を特徴とする前記請求項
４記載の排気浄化装置用の空燃比センサを採用するもの
である。
を採用するものである。そして、請求項５は、前記面積
比を０．１から０．９とした事を特徴とする前記請求項
４記載の排気浄化装置用の空燃比センサを採用するもの
である。
【００１３】
【作用】ここで、例えば前記上流側空燃比センサの出力
波形と前記下流側空燃比センサの出力波形の軌跡比で求
めると、出力波形の軌跡は、例えばある時刻ｔ0 から所
定時刻ｔN 迄を、時間ｄｔ毎の出力Ｖ（ｔ）に基づい
て、次式で表す。
波形と前記下流側空燃比センサの出力波形の軌跡比で求
めると、出力波形の軌跡は、例えばある時刻ｔ0 から所
定時刻ｔN 迄を、時間ｄｔ毎の出力Ｖ（ｔ）に基づい
て、次式で表す。
【００１４】
【数７】
【００１５】このような考え方により触媒の浄化率に対
する前記軌跡比を求めたグラフが、図５である。また、
図中には前記上流側空燃比センサ１の応答性に対する前
記下流側空燃比センサ２の応答性の割合をパラメータと
して示してある（以下、応答性割合と言う）。尚、図中
に記した符号Ａは、触媒が劣化し、異常触媒と判定すべ
き範囲（触媒浄化率０〜５０乃至６０％）であり、符号
Ｂは、触媒が正常（触媒浄化率８０乃至９０％〜１００
％）であり、正常触媒と判定すべき範囲である。また、
図中の符号ａは、軌跡比の判定値である。（符号ａ値以
上の時、異常と判定する。）このグラフから、前記応答
性割合が大きな値のとき、即ち前記下流側空燃比センサ
の応答性が、前記上流側空燃比センサの応答性に対して
早いとき、図５において応答割合が−２０％、−４０％
に相当するが、符号Ｂの触媒が正常であると判定すべき
範囲において軌跡比判定値ａを超えて異常と判定する誤
判定が発生するないし誤判定し易くなってしまう。
する前記軌跡比を求めたグラフが、図５である。また、
図中には前記上流側空燃比センサ１の応答性に対する前
記下流側空燃比センサ２の応答性の割合をパラメータと
して示してある（以下、応答性割合と言う）。尚、図中
に記した符号Ａは、触媒が劣化し、異常触媒と判定すべ
き範囲（触媒浄化率０〜５０乃至６０％）であり、符号
Ｂは、触媒が正常（触媒浄化率８０乃至９０％〜１００
％）であり、正常触媒と判定すべき範囲である。また、
図中の符号ａは、軌跡比の判定値である。（符号ａ値以
上の時、異常と判定する。）このグラフから、前記応答
性割合が大きな値のとき、即ち前記下流側空燃比センサ
の応答性が、前記上流側空燃比センサの応答性に対して
早いとき、図５において応答割合が−２０％、−４０％
に相当するが、符号Ｂの触媒が正常であると判定すべき
範囲において軌跡比判定値ａを超えて異常と判定する誤
判定が発生するないし誤判定し易くなってしまう。
【００１６】この軌跡比の判定値は、前記触媒コンバー
タに備えられた排気ガス浄化触媒によっても異なるが、
０．３から０．７レベルが望ましい。０．３から０．７
レベルを外れた場合、前記上流側空燃比センサの応答性
及び前記下流側空燃比センサの応答性を極めて狭い範囲
に設定する必要がある。これは、現状の空燃比センサの
応答性ばらつきの大きさ及び搭載による応答性の経時変
化を考慮すると極めて困難となり、劣化検出精度の向上
を図る効果が小さくなる。また、有害成分が、浄化され
て排気ガス中から低減されるためには、前記上流側空燃
比センサに対する前記フィードバック制御は当然に早い
ほうがよい。また前記上流側空燃比センサの応答性も早
いほうが望ましい。従って、軌跡比の判定値ａを１近傍
に設定することは好ましくない。軌跡比の判定値ａを０
近傍と設定すれば、前記下流側空燃比センサの応答性を
極めて遅くするため、前記フィードバック制御が遅れ、
有害成分の浄化に望ましくない。従って、前記上流側空
燃比センサの応答性に対して、前記下流側空燃比センサ
の応答性を０から８０％遅い範囲に設定することによ
り、前記フィードバック制御の精度を維持しつつ、触媒
劣化判定精度の向上が可能である。
タに備えられた排気ガス浄化触媒によっても異なるが、
０．３から０．７レベルが望ましい。０．３から０．７
レベルを外れた場合、前記上流側空燃比センサの応答性
及び前記下流側空燃比センサの応答性を極めて狭い範囲
に設定する必要がある。これは、現状の空燃比センサの
応答性ばらつきの大きさ及び搭載による応答性の経時変
化を考慮すると極めて困難となり、劣化検出精度の向上
を図る効果が小さくなる。また、有害成分が、浄化され
て排気ガス中から低減されるためには、前記上流側空燃
比センサに対する前記フィードバック制御は当然に早い
ほうがよい。また前記上流側空燃比センサの応答性も早
いほうが望ましい。従って、軌跡比の判定値ａを１近傍
に設定することは好ましくない。軌跡比の判定値ａを０
近傍と設定すれば、前記下流側空燃比センサの応答性を
極めて遅くするため、前記フィードバック制御が遅れ、
有害成分の浄化に望ましくない。従って、前記上流側空
燃比センサの応答性に対して、前記下流側空燃比センサ
の応答性を０から８０％遅い範囲に設定することによ
り、前記フィードバック制御の精度を維持しつつ、触媒
劣化判定精度の向上が可能である。
【００１７】例えば、上流側空燃比センサの応答性を１
とした場合、下流側空燃比センサの応答性は１．２〜２
であり、上流側空燃比センサ応答性が０．９〜１．１の
範囲でバラツキを有している場合、下流側空燃比センサ
応答性は１．３２〜１．８０の範囲でバラツキをもたせ
ることができる。また、特に４０〜５０％遅くしたとき
が最も良好である。また、
とした場合、下流側空燃比センサの応答性は１．２〜２
であり、上流側空燃比センサ応答性が０．９〜１．１の
範囲でバラツキを有している場合、下流側空燃比センサ
応答性は１．３２〜１．８０の範囲でバラツキをもたせ
ることができる。また、特に４０〜５０％遅くしたとき
が最も良好である。また、
【００１８】
【数８】 で有ることを特徴とする前記排気浄化装置用の空燃比セ
ンサを採用することによって、すなわち前記通気孔の開
口面積に差を持たせた事で前記下流側空燃比センサの応
答性を遅延させる作用を具備できている。
ンサを採用することによって、すなわち前記通気孔の開
口面積に差を持たせた事で前記下流側空燃比センサの応
答性を遅延させる作用を具備できている。
【００１９】
【発明の効果】以上より、触媒劣化の判定精度のより向
上を可能にする触媒劣化検知法及び空燃比センサを提供
できるようにすることができる。
上を可能にする触媒劣化検知法及び空燃比センサを提供
できるようにすることができる。
【００２０】
（第１実施例）本発明の実施例を以下に詳細する。図１
は、本発明の実施例である空燃比制御装置である。図に
おいて、１は、上流側空燃比センサ、２は、下流側空燃
比センサ、３は、触媒コンバータ、４は、エキゾースト
マニホールド、５は、エンジン、６は、燃料噴射弁、７
は、制御装置、８は、フロント排気管、９は、リア排気
管である。１０は、触媒劣化警報手段である。
は、本発明の実施例である空燃比制御装置である。図に
おいて、１は、上流側空燃比センサ、２は、下流側空燃
比センサ、３は、触媒コンバータ、４は、エキゾースト
マニホールド、５は、エンジン、６は、燃料噴射弁、７
は、制御装置、８は、フロント排気管、９は、リア排気
管である。１０は、触媒劣化警報手段である。
【００２１】前記エンジン５に付設された前記エキゾー
ストマニホールド４の下流に、前記フロント排気管８、
前記触媒コンバータ３、前記リア排気管９の順に互いに
接合されて配置されている。前記上流側空燃比センサ１
は、前記フロント排気管８に備えられ、また前記下流側
空燃比センサ２は、前記リア排気管９に備えられてい
る。前記上流側空燃比センサ１及び前記下流側空燃比セ
ンサ２によって検知された排気ガス中の特定成分濃度に
関する信号は、前記制御装置７で処理される。また同時
に、水温センサ或いは車速度センサ等のフィードバック
条件設定手段１０からの信号が、前記制御装置７に入力
される。そして、前記上流側空燃比センサ１及び前記下
流側空燃比センサ２によって検知された排気ガス中の特
定成分濃度に関する処理信号と前記フィードバック条件
設定手段１０からの信号との両者の信号に基づく信号が
前記制御装置７から前記エンジン５に備えられた前記燃
料噴射弁６へフィードバック信号として発せられ、前記
エンジン５の空燃比制御が行われる。更に、前記上流側
空燃比センサ１及び前記下流側空燃比センサ２によって
検知された排気ガス中の特定成分濃度に関する処理信号
に基づく信号が前記制御装置７から前記触媒劣化警報手
段１０へ信号として発せられ、第三者に警報する。ここ
で、前記触媒劣化警報手段１０は、具体的には、表示ラ
ンプ或いは、警報ブザー等である。また、本発明の排気
浄化装置は、前記上流側空燃比センサ１、前記下流側空
燃比センサ２、前記制御装置７、前記フロント排気管
８、前記リア排気管９、前記触媒劣化警報手段１０から
構成される即ち、本発明の排気浄化装置は、前記エンジ
ン５から排出される排気ガスは、前記エキゾーストマニ
ホールド４を介して前記フロント排気管８を通り、前記
触媒コンバータ３へ至る。そして該触媒コンバータ３に
備えられた排気ガス浄化触媒によって、前記排気ガス
は、浄化され、そして前記リア排気管９から大気中へ排
気される。ここで、前記上流側空燃比センサ１及び前記
下流側空燃比センサ２によって検知された排気ガス中の
特定成分濃度に関する信号と前記フィードバック条件設
定手段１０からの信号が、前記制御装置７に入力されて
処理され、そして前記上流側空燃比センサ１及び前記下
流側空燃比センサ２によって検知された排気ガス中の特
定成分濃度に関する処理信号に基づく信号が前記制御装
置７から前記触媒劣化警報手段１０へ信号として発せら
れ、第三者に警報する。
ストマニホールド４の下流に、前記フロント排気管８、
前記触媒コンバータ３、前記リア排気管９の順に互いに
接合されて配置されている。前記上流側空燃比センサ１
は、前記フロント排気管８に備えられ、また前記下流側
空燃比センサ２は、前記リア排気管９に備えられてい
る。前記上流側空燃比センサ１及び前記下流側空燃比セ
ンサ２によって検知された排気ガス中の特定成分濃度に
関する信号は、前記制御装置７で処理される。また同時
に、水温センサ或いは車速度センサ等のフィードバック
条件設定手段１０からの信号が、前記制御装置７に入力
される。そして、前記上流側空燃比センサ１及び前記下
流側空燃比センサ２によって検知された排気ガス中の特
定成分濃度に関する処理信号と前記フィードバック条件
設定手段１０からの信号との両者の信号に基づく信号が
前記制御装置７から前記エンジン５に備えられた前記燃
料噴射弁６へフィードバック信号として発せられ、前記
エンジン５の空燃比制御が行われる。更に、前記上流側
空燃比センサ１及び前記下流側空燃比センサ２によって
検知された排気ガス中の特定成分濃度に関する処理信号
に基づく信号が前記制御装置７から前記触媒劣化警報手
段１０へ信号として発せられ、第三者に警報する。ここ
で、前記触媒劣化警報手段１０は、具体的には、表示ラ
ンプ或いは、警報ブザー等である。また、本発明の排気
浄化装置は、前記上流側空燃比センサ１、前記下流側空
燃比センサ２、前記制御装置７、前記フロント排気管
８、前記リア排気管９、前記触媒劣化警報手段１０から
構成される即ち、本発明の排気浄化装置は、前記エンジ
ン５から排出される排気ガスは、前記エキゾーストマニ
ホールド４を介して前記フロント排気管８を通り、前記
触媒コンバータ３へ至る。そして該触媒コンバータ３に
備えられた排気ガス浄化触媒によって、前記排気ガス
は、浄化され、そして前記リア排気管９から大気中へ排
気される。ここで、前記上流側空燃比センサ１及び前記
下流側空燃比センサ２によって検知された排気ガス中の
特定成分濃度に関する信号と前記フィードバック条件設
定手段１０からの信号が、前記制御装置７に入力されて
処理され、そして前記上流側空燃比センサ１及び前記下
流側空燃比センサ２によって検知された排気ガス中の特
定成分濃度に関する処理信号に基づく信号が前記制御装
置７から前記触媒劣化警報手段１０へ信号として発せら
れ、第三者に警報する。
【００２２】本発明者等は、上記の如き問題を鑑み、空
燃比制御装置の構成についてさらに鋭意検討をしてき
た。その結果、について以下に詳細する。図２は、前記
上流側空燃比センサ１及び前記下流側空燃比センサ２の
出力波形を説明するための図である。図において、振幅
は前記出力波形の電圧幅、周期は前記出力波形の１サイ
クル、応答性が早いとは前記周期が短いことである。
燃比制御装置の構成についてさらに鋭意検討をしてき
た。その結果、について以下に詳細する。図２は、前記
上流側空燃比センサ１及び前記下流側空燃比センサ２の
出力波形を説明するための図である。図において、振幅
は前記出力波形の電圧幅、周期は前記出力波形の１サイ
クル、応答性が早いとは前記周期が短いことである。
【００２３】図３は、浄化率の高い触媒を用いて、上記
構成にて、フィードバック制御をしているときの前記上
流側空燃比センサ１及び前記下流側空燃比センサ２の出
力波形を記した図である。図において、前記下流側空燃
比センサ２の出力波形は、前記上流側空燃比センサ１に
対してゆるやかな変化を示しているが、これは前記下流
側空燃比センサ２が、前記触媒コンバータ３に備えられ
た排気ガス浄化触媒によって浄化された排気ガスに曝さ
れているためである。
構成にて、フィードバック制御をしているときの前記上
流側空燃比センサ１及び前記下流側空燃比センサ２の出
力波形を記した図である。図において、前記下流側空燃
比センサ２の出力波形は、前記上流側空燃比センサ１に
対してゆるやかな変化を示しているが、これは前記下流
側空燃比センサ２が、前記触媒コンバータ３に備えられ
た排気ガス浄化触媒によって浄化された排気ガスに曝さ
れているためである。
【００２４】前記下流側空燃比センサ２の出力波形のゆ
るやかな変化は、前記上流側空燃比センサ１を制御する
ためのそのズレ補正制御として用いることも可能であ
る。また、前記下流側空燃比センサ２の出力波形のゆる
やかな変化は、排気ガスの成分組成のズレをも意味して
いる。図４は、同じ出力特性を有した前記上流側空燃比
センサ１と前記下流側空燃比センサ２の出力波形の特徴
の概略を、触媒浄化率（触媒劣化レベル）に対して図示
したものである。図において触媒浄化率が、０％は、触
媒劣化レベル１００％に相当する。この場合の特徴を、
前記上流側空燃比センサ１の出力波形と前記下流側空燃
比センサ２の出力波形の軌跡比で求めると、
るやかな変化は、前記上流側空燃比センサ１を制御する
ためのそのズレ補正制御として用いることも可能であ
る。また、前記下流側空燃比センサ２の出力波形のゆる
やかな変化は、排気ガスの成分組成のズレをも意味して
いる。図４は、同じ出力特性を有した前記上流側空燃比
センサ１と前記下流側空燃比センサ２の出力波形の特徴
の概略を、触媒浄化率（触媒劣化レベル）に対して図示
したものである。図において触媒浄化率が、０％は、触
媒劣化レベル１００％に相当する。この場合の特徴を、
前記上流側空燃比センサ１の出力波形と前記下流側空燃
比センサ２の出力波形の軌跡比で求めると、
【００２５】
【数９】 と表すことが出来る。
【００２６】ここで、出力波形の軌跡は、例えば、ある
時刻ｔ0 から所定時刻ｔN 迄を、時間δｔ毎の出力Ｖ
（ｔ）に基づいて、次式で表す。
時刻ｔ0 から所定時刻ｔN 迄を、時間δｔ毎の出力Ｖ
（ｔ）に基づいて、次式で表す。
【００２７】
【数１０】
【００２８】このような考え方により触媒の浄化率に対
する前記軌跡比を求めたグラフが、図５である。また、
図中には前記上流側空燃比センサ１の応答性に対する前
記下流側空燃比センサ２の応答性の割合をパラメータと
して示してある（以下、応答性割合と言う）。尚、図中
に記した符号Ａは、触媒が劣化し、異常触媒と判定すべ
き範囲（触媒浄化率０〜５０乃至６０％）であり、符号
Ｂは、触媒が正常（触媒浄化率８０乃至９０％〜１００
％）であり、正常触媒と判定すべき範囲である。また、
図中の符号ａは、軌跡比の判定値であり（符号ａ値以下
の時、誤判定となる）。このグラフから、前記応答性割
合が大きな値のとき、即ち前記下流側空燃比センサ２の
応答性が、前記上流側空燃比センサ１の応答性に対して
早いとき、図５において応答割合が、−２０％、−４０
％に相当するが、符号Ｂの触媒が正常であると判定すべ
き範囲において、軌跡比判定値ａを超えて異常と判定す
る誤判定が発生するないし誤判定し易くなってしまう。
但し、この軌跡比の判定値は、前記触媒コンバータ３に
備えられた排気ガス浄化触媒によっても異なるが、０．
３から０．７レベルが望ましい。０．３から０．７レベ
ルを外れた場合、前記上流側空燃比センサ１の応答性及
び前記下流側空燃比センサ２の応答性を極めて狭い範囲
に設定する必要がある。これは、現状の空燃比センサの
応答性ばらつきの大きさ及び搭載による応答性の経時変
化を考慮すると極めて困難であり、劣化検出精度の向上
を図ることは出来ない。また、有害成分が、浄化されて
排気ガス中から低減されるためには、前記上流側空燃比
センサ１に対する前記フィードバック制御は当然に早い
ほうがよい。また前記上流側空燃比センサ１の応答性も
早いほうが望ましい。従って、軌跡比の判定値ａを１近
傍に設定することは好ましくない。軌跡比の判定値ａを
０近傍と設定すれば、前記下流側空燃比センサ２の応答
性を極めて遅くするため、前記フィードバック制御が遅
れ、有害成分の浄化に望ましくない。従って、前記上流
側空燃比センサ１の応答性に対して、前記下流側空燃比
センサ２の応答性を２０〜１００％遅い範囲に設定する
ことにより、前記フィードバック制御の精度を維持しつ
つ、触媒劣化判定精度の向上が可能である。本実施例で
は、軌跡比と触媒浄化率と前記上流側空燃比センサ１の
応答性に対する前記下流側空燃比センサ２の応答性の割
合を表すパラメータとから、触媒劣化判定を行うが、前
記上流側空燃比センサ１と前記下流側空燃比センサ２の
出力比としてもよい。
する前記軌跡比を求めたグラフが、図５である。また、
図中には前記上流側空燃比センサ１の応答性に対する前
記下流側空燃比センサ２の応答性の割合をパラメータと
して示してある（以下、応答性割合と言う）。尚、図中
に記した符号Ａは、触媒が劣化し、異常触媒と判定すべ
き範囲（触媒浄化率０〜５０乃至６０％）であり、符号
Ｂは、触媒が正常（触媒浄化率８０乃至９０％〜１００
％）であり、正常触媒と判定すべき範囲である。また、
図中の符号ａは、軌跡比の判定値であり（符号ａ値以下
の時、誤判定となる）。このグラフから、前記応答性割
合が大きな値のとき、即ち前記下流側空燃比センサ２の
応答性が、前記上流側空燃比センサ１の応答性に対して
早いとき、図５において応答割合が、−２０％、−４０
％に相当するが、符号Ｂの触媒が正常であると判定すべ
き範囲において、軌跡比判定値ａを超えて異常と判定す
る誤判定が発生するないし誤判定し易くなってしまう。
但し、この軌跡比の判定値は、前記触媒コンバータ３に
備えられた排気ガス浄化触媒によっても異なるが、０．
３から０．７レベルが望ましい。０．３から０．７レベ
ルを外れた場合、前記上流側空燃比センサ１の応答性及
び前記下流側空燃比センサ２の応答性を極めて狭い範囲
に設定する必要がある。これは、現状の空燃比センサの
応答性ばらつきの大きさ及び搭載による応答性の経時変
化を考慮すると極めて困難であり、劣化検出精度の向上
を図ることは出来ない。また、有害成分が、浄化されて
排気ガス中から低減されるためには、前記上流側空燃比
センサ１に対する前記フィードバック制御は当然に早い
ほうがよい。また前記上流側空燃比センサ１の応答性も
早いほうが望ましい。従って、軌跡比の判定値ａを１近
傍に設定することは好ましくない。軌跡比の判定値ａを
０近傍と設定すれば、前記下流側空燃比センサ２の応答
性を極めて遅くするため、前記フィードバック制御が遅
れ、有害成分の浄化に望ましくない。従って、前記上流
側空燃比センサ１の応答性に対して、前記下流側空燃比
センサ２の応答性を２０〜１００％遅い範囲に設定する
ことにより、前記フィードバック制御の精度を維持しつ
つ、触媒劣化判定精度の向上が可能である。本実施例で
は、軌跡比と触媒浄化率と前記上流側空燃比センサ１の
応答性に対する前記下流側空燃比センサ２の応答性の割
合を表すパラメータとから、触媒劣化判定を行うが、前
記上流側空燃比センサ１と前記下流側空燃比センサ２の
出力比としてもよい。
【００２９】以上に記したように上流側空燃比センサの
応答性に対して下流側空燃比センサの応答性を鋭意２０
〜１００％、好ましくは４０〜５０％遅くすることで触
媒劣化判定精度を向上できる。次に上記の例を満足する
ような前記下流側空燃比センサ２について説明する。前
記上流側空燃比センサ１、前記下流側空燃比センサ２
を、以後、空燃比センサと言う。図６は、前記空燃比セ
ンサ９０の構成を説明するためのものである。図におい
て、空燃比センサ９０は、電気化学的セルを形成する酸
素検知素子９１と、酸素検知素子９１を収容するハウジ
ング９２とを有している。該ハウジング９２は、略中央
部にフランジ９３１を設けた胴部９３を有し、該胴部９
３の下方には排気通路に挿入される排気カバー９４を有
し、前記胴部９３の上方には大気と接する大気カバー９
５を有している。前記排気カバー９４は、ステンレス製
の内部カバー９４１と外部カバー９４２とを有し、前記
内部カバー９４１と前記外部カバー９４２には通気孔９
４３、９４４を設けてある。
応答性に対して下流側空燃比センサの応答性を鋭意２０
〜１００％、好ましくは４０〜５０％遅くすることで触
媒劣化判定精度を向上できる。次に上記の例を満足する
ような前記下流側空燃比センサ２について説明する。前
記上流側空燃比センサ１、前記下流側空燃比センサ２
を、以後、空燃比センサと言う。図６は、前記空燃比セ
ンサ９０の構成を説明するためのものである。図におい
て、空燃比センサ９０は、電気化学的セルを形成する酸
素検知素子９１と、酸素検知素子９１を収容するハウジ
ング９２とを有している。該ハウジング９２は、略中央
部にフランジ９３１を設けた胴部９３を有し、該胴部９
３の下方には排気通路に挿入される排気カバー９４を有
し、前記胴部９３の上方には大気と接する大気カバー９
５を有している。前記排気カバー９４は、ステンレス製
の内部カバー９４１と外部カバー９４２とを有し、前記
内部カバー９４１と前記外部カバー９４２には通気孔９
４３、９４４を設けてある。
【００３０】一方、前記大気カバー９５は、前記胴部９
３に取り付けられたメインカバー９５１と、該メインカ
バー９５１の後端部を覆うサブカバー９５２とを備えて
おり、前記メインカバー９５１及び前記サブカバー９５
２には図示しない大気取り入れ口を設けてある。そし
て、前記空燃比センサ９０は、絶縁部材９３２を介し
て、前記胴部９３に挟持されている。また、前記酸素検
知素子９１の内部電極９１１と外部電極９１２には、そ
れらを包むように挟持する金属製の板状端子９６１、９
６２が接続されている。そして、該板状端子９６１、９
６２は、出力取り出しリード線９７１、９７２と接続さ
れている。即ち、前記板状端子９６１、９６２には、帯
状の端子片９６３、９６４が、接触片９６５、９６６に
対して突設されている。そして前記端子片９６３、９６
４は、他端９８３、９８４を前記リード線９７１、９７
２と接続したコネクタ９８１、９８２の一端９８５、９
８６に接続されている。前記板状端子９６１、９６２
は、逆Ｔ字型の金属板を筒状に変形し、前記内部電極９
１１または前記外部電極９１２を挟持する。そして、金
属板のばね弾性力により、前記板状端子９６１、９６２
と前記内部電極９１１と前記外部電極９１２との間に
は、適切な接触圧力が付与されている。一方、前記リー
ド線９７１、９７２には、前記酸素センサ９０の軸方向
に向かう引っ張り力が働くことから、前記コネクタ９８
１、９８２を介して前記板状端子９６１、９６２が引っ
張られ、軸方向にスライドすることがある。これを防止
するために、前記酸素センサ９０の端部には、ゴムブッ
シュ９９１、９９２に挟まれたストッパ９９３が設けら
れている。該ストッパ９９３は、前記コネクタ９８１、
９８２の移動を抑止刷るものであり、また前記リード線
９７１、９７２間の絶縁を保持するための樹脂材によっ
て形成されている。尚、９７３は、前記酸素検知素子９
１を加熱するヒータ用のワイヤである。そして、前記酸
素センサ９０は前記排気カバー９４を排気通路内に挿入
し、前記フランジ９３１によって排気通路に固定され
る。以上の構成のような前記酸素センサ９０は、酸素イ
オン伝導体である固体電解質の両面に電極を設けて電気
化学的セルを構成したものであり、電極の一方には排気
ガスを導入し、他方には大気を導入し、両者の酸素濃度
差によって生じる電極間の電位差から空燃比を検知する
ものである。
３に取り付けられたメインカバー９５１と、該メインカ
バー９５１の後端部を覆うサブカバー９５２とを備えて
おり、前記メインカバー９５１及び前記サブカバー９５
２には図示しない大気取り入れ口を設けてある。そし
て、前記空燃比センサ９０は、絶縁部材９３２を介し
て、前記胴部９３に挟持されている。また、前記酸素検
知素子９１の内部電極９１１と外部電極９１２には、そ
れらを包むように挟持する金属製の板状端子９６１、９
６２が接続されている。そして、該板状端子９６１、９
６２は、出力取り出しリード線９７１、９７２と接続さ
れている。即ち、前記板状端子９６１、９６２には、帯
状の端子片９６３、９６４が、接触片９６５、９６６に
対して突設されている。そして前記端子片９６３、９６
４は、他端９８３、９８４を前記リード線９７１、９７
２と接続したコネクタ９８１、９８２の一端９８５、９
８６に接続されている。前記板状端子９６１、９６２
は、逆Ｔ字型の金属板を筒状に変形し、前記内部電極９
１１または前記外部電極９１２を挟持する。そして、金
属板のばね弾性力により、前記板状端子９６１、９６２
と前記内部電極９１１と前記外部電極９１２との間に
は、適切な接触圧力が付与されている。一方、前記リー
ド線９７１、９７２には、前記酸素センサ９０の軸方向
に向かう引っ張り力が働くことから、前記コネクタ９８
１、９８２を介して前記板状端子９６１、９６２が引っ
張られ、軸方向にスライドすることがある。これを防止
するために、前記酸素センサ９０の端部には、ゴムブッ
シュ９９１、９９２に挟まれたストッパ９９３が設けら
れている。該ストッパ９９３は、前記コネクタ９８１、
９８２の移動を抑止刷るものであり、また前記リード線
９７１、９７２間の絶縁を保持するための樹脂材によっ
て形成されている。尚、９７３は、前記酸素検知素子９
１を加熱するヒータ用のワイヤである。そして、前記酸
素センサ９０は前記排気カバー９４を排気通路内に挿入
し、前記フランジ９３１によって排気通路に固定され
る。以上の構成のような前記酸素センサ９０は、酸素イ
オン伝導体である固体電解質の両面に電極を設けて電気
化学的セルを構成したものであり、電極の一方には排気
ガスを導入し、他方には大気を導入し、両者の酸素濃度
差によって生じる電極間の電位差から空燃比を検知する
ものである。
【００３１】次に前記内部カバー９４１と前記外部カバ
ー９４２について詳細する。前記上流側空燃比センサ１
の前記内部カバー９４１と前記外部カバー９４２には、
共にφ２ｍｍの前記通気孔９４３、９４４が３段×８列
で形成されており、開口面積は７５ｍｍ2 、前記下流側
空燃比センサ２の前記内部カバー９４１と前記外部カバ
ー９４２には、共にφ２ｍｍの前記通気孔９４３、９４
４が２段×６列で形成されており、開口面積は３８ｍｍ
2 となっている（図７に本実施例を記す）。かかる構成
にすることによって、前記下流側空燃比センサ２の前記
内部カバー９４１と前記外部カバー９４２に設けられた
前記通気孔９４３、９４４から侵入する排気ガスが、前
記上流側空燃比センサ２の前記内部カバー９４１と前記
外部カバー９４２に設けられた前記通気孔９４３、９４
４から侵入する排気ガスよりも緩慢になるため、前記下
流側空燃比センサ２の応答性は、前記上流側空燃比セン
サ１よりも遅くなる。そして、前記通気孔９４３、９４
４の種々なる面積のものについて検討した結果、
ー９４２について詳細する。前記上流側空燃比センサ１
の前記内部カバー９４１と前記外部カバー９４２には、
共にφ２ｍｍの前記通気孔９４３、９４４が３段×８列
で形成されており、開口面積は７５ｍｍ2 、前記下流側
空燃比センサ２の前記内部カバー９４１と前記外部カバ
ー９４２には、共にφ２ｍｍの前記通気孔９４３、９４
４が２段×６列で形成されており、開口面積は３８ｍｍ
2 となっている（図７に本実施例を記す）。かかる構成
にすることによって、前記下流側空燃比センサ２の前記
内部カバー９４１と前記外部カバー９４２に設けられた
前記通気孔９４３、９４４から侵入する排気ガスが、前
記上流側空燃比センサ２の前記内部カバー９４１と前記
外部カバー９４２に設けられた前記通気孔９４３、９４
４から侵入する排気ガスよりも緩慢になるため、前記下
流側空燃比センサ２の応答性は、前記上流側空燃比セン
サ１よりも遅くなる。そして、前記通気孔９４３、９４
４の種々なる面積のものについて検討した結果、
【００３２】
【数１１】 の時に、前記下流側空燃比センサ２の応答性が遅くなる
ことが明らかとなり、更に前記面積比は、０．１から
０．９の範囲にすることが望ましい。
ことが明らかとなり、更に前記面積比は、０．１から
０．９の範囲にすることが望ましい。
【００３３】以上の実施例では、２重カバーの実施例で
あるが、２重カバーでなく、１重カバーのものでも同様
の効果がある。尚、触媒の上流側及び下流側の空燃比セ
ンサとして応答比に差を設ける手段としてカバーに設け
られた穴の面積比（面積差）による方法を開示したが、
この他に、酸素検知素子に設けられるコーティング層の
厚さ、気孔率、及び電極の厚さ、気孔率に異なる設計値
のものを採用して、応答性に時間差が発生するようにし
てもよい。
あるが、２重カバーでなく、１重カバーのものでも同様
の効果がある。尚、触媒の上流側及び下流側の空燃比セ
ンサとして応答比に差を設ける手段としてカバーに設け
られた穴の面積比（面積差）による方法を開示したが、
この他に、酸素検知素子に設けられるコーティング層の
厚さ、気孔率、及び電極の厚さ、気孔率に異なる設計値
のものを採用して、応答性に時間差が発生するようにし
てもよい。
【００３４】更に、固体電解質は、酸素濃淡起電力式に
限らずいかなる方式の物にでも適用可能である。例え
ば、酸素濃度により抵抗を変化させるＴｉＯ2 等でもよ
い。また、上記実施例では、上流側空燃比センサ及び下
流側空燃比センサの配置は各１本の例で記したが、上流
側空燃比センサ或いは下流側空燃比センサが複数本の配
置でもよいのは言うまでもないことである。
限らずいかなる方式の物にでも適用可能である。例え
ば、酸素濃度により抵抗を変化させるＴｉＯ2 等でもよ
い。また、上記実施例では、上流側空燃比センサ及び下
流側空燃比センサの配置は各１本の例で記したが、上流
側空燃比センサ或いは下流側空燃比センサが複数本の配
置でもよいのは言うまでもないことである。
【図１】本発明の実施例である空燃比制御装置である。
【図２】空燃比センサからの出力波形である。
【図３】上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサか
らの出力波形例を記した図である。
らの出力波形例を記した図である。
【図４】触媒浄化率と上流側空燃比センサ及び下流側空
燃比センサからの出力波形例を記した図である。
燃比センサからの出力波形例を記した図である。
【図５】本発明の実施例である空燃比制御装置の触媒浄
化率と軌跡比の関係を記した図である。
化率と軌跡比の関係を記した図である。
【図６】本発明の実施例である空燃比センサを説明する
ための断面図である。
ための断面図である。
【図７】本発明の実施例である空燃比センサの通気孔を
説明するための断面図である。
説明するための断面図である。
１ 上流側空燃比センサ ２ 下流側空燃比センサ ３ 触媒 ４ エキゾーストマニホールド ５ エンジン ６ 燃料噴射弁 ７ 制御装置 ８ フロント排気管 ９ リア排気管 １０ 触媒劣化警報手段
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 27/26 ３９１ Ｚ 27/409 (72)発明者 浜谷 正広 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 太田 実 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 少なくとも、排気ガスを浄化するために
設けられた触媒コンバータと、該触媒コンバータの上流
側及び下流側のそれぞれに付設されて、排気ガス中の特
定成分濃度を検出する空燃比センサと、該空燃比センサ
の出力を該出力波形の軌跡比に基づいて処理して信号を
出力する制御装置と、該制御装置からの前記信号を受け
て作動する触媒劣化警報手段からなり、しかも前記上流
側空燃比センサの応答性よりも、前記下流側空燃比セン
サの応答性の方が、２０以上１００％以下の範囲で応答
性の遅い空燃比センサとすることで触媒の劣化を検知す
る触媒劣化検知法。 - 【請求項２】 前記出力波形の軌跡比が各々の前記空燃
比センサの出力の軌跡長さである（以下、出力波形の軌
跡という） 【数１】 の比である事を特徴とする請求項１記載の触媒劣化検知
法。 - 【請求項３】 前記軌跡比が、 【数２】 の大きさが、０．３から０．７である事を特徴とする請
求項２記載の触媒劣化検知法。 - 【請求項４】 酸素濃度に対応した出力を出力できる酸
素検知素子と、該酸素検知素子を収容し、排気ガスを浄
化するために設けられた触媒コンバータの上流側及び下
流側のそれぞれに付設するためのハウジングと、前記酸
素検知素子からの信号を取り出すための手段とから、少
なくとも構成され、しかも前記ハウジングに設けられた
排気通路に挿入される排気カバーが具備され、該排気カ
バーには、通気孔である穴が設けられ、更に 【数３】 とすることを特徴とする排気浄化装置用の空燃比セン
サ。 - 【請求項５】 前記面積比を０．１から０．９とした事
を特徴とする前記請求項５記載の排気浄化装置用の空燃
比センサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32469394A JP3496307B2 (ja) | 1994-02-18 | 1994-12-27 | 触媒劣化検知法及び空燃比センサ |
| CA002142744A CA2142744C (en) | 1994-02-18 | 1995-02-17 | Catalyst degradation detecting apparatus |
| US08/391,652 US5545377A (en) | 1994-02-18 | 1995-02-17 | Catalyst degradation detecting apparatus |
| DE69500627T DE69500627T2 (de) | 1994-02-18 | 1995-02-17 | Vorrichtung zur Feststellung der Degradierung eines Katalysators |
| EP95102277A EP0668438B1 (en) | 1994-02-18 | 1995-02-17 | Catalyst degradation detecting apparatus |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-20909 | 1994-02-18 | ||
| JP2090994 | 1994-02-18 | ||
| JP6-273509 | 1994-11-08 | ||
| JP27350994 | 1994-11-08 | ||
| JP32469394A JP3496307B2 (ja) | 1994-02-18 | 1994-12-27 | 触媒劣化検知法及び空燃比センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08189343A true JPH08189343A (ja) | 1996-07-23 |
| JP3496307B2 JP3496307B2 (ja) | 2004-02-09 |
Family
ID=27283216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32469394A Expired - Lifetime JP3496307B2 (ja) | 1994-02-18 | 1994-12-27 | 触媒劣化検知法及び空燃比センサ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5545377A (ja) |
| EP (1) | EP0668438B1 (ja) |
| JP (1) | JP3496307B2 (ja) |
| CA (1) | CA2142744C (ja) |
| DE (1) | DE69500627T2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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