JPH09189679A - ガス成分センサと該ガス成分検出方法、触媒診断装置、エンジン制御装置、及び、燃料ガス漏洩検知装置 - Google Patents

ガス成分センサと該ガス成分検出方法、触媒診断装置、エンジン制御装置、及び、燃料ガス漏洩検知装置

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JPH09189679A
JPH09189679A JP8000341A JP34196A JPH09189679A JP H09189679 A JPH09189679 A JP H09189679A JP 8000341 A JP8000341 A JP 8000341A JP 34196 A JP34196 A JP 34196A JP H09189679 A JPH09189679 A JP H09189679A
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    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
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    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸素、炭化水素系燃料、もしくは、燃焼後の
未燃ガスと燃焼ガス等のガス成分を単独に個々に検出で
きるガス成分センサ、及び、該ガス成分センサを使用し
た各種の診断・制御装置を提供する。 【解決手段】 ジルコニア固体電解質体、白金系金属の
触媒性の検出電極と基準電極を対向させた濃淡電池、及
び、前記検出電極を被覆するガス拡散抑制部材から成る
センサ素子を備えた酸素、炭化水素系燃料、もしくは、
燃焼後に生成した未燃成分を検出するガス成分センサで
あって、前記センサ素子を一対備えると共に、該両セン
サ素子をそれぞれを互いに異なる動作温度に加温設定す
るヒータを備え、前記両センサ素子が特定ガス成分に対
して互いに異なる感度係数を有するように作動させて該
特定ガス成分を選択的に検出してなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、酸素、炭化水素系
燃料、もしくは、該燃料の燃焼後に生成した未燃成分等
を検出するガス成分センサ、及び、該ガス成分センサを
用いた診断と制御装置と該診断、制御方法に関し、特
に、自動車用エンジンの触媒装置の排気浄化性能の診
断、一般の燃焼機器の空燃比の検出、及び、都市ガス等
の燃料ガス漏洩警報等に用いるガス成分センサに関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、エンジンの空燃比制御において
は、3元触媒と酸素センサを組合わせて空燃比を理論空
燃比に安定化制御するシステム、及び、空燃比センサで
理論空燃比とリーン限界の2領域の間でリーンバーン制
御をするシステム等が実用化されている。そして、前記
触媒を自動車に載置して診断するために車載エンジンに
HCセンサを設置することが義務化されつつあると共
に、エンジンの吸気系のEGRガス、あるいは、パージ
された蒸発燃料を検出して吸気側の空燃比を制御する技
術が排気規制との関連で必須の条件となりつつある。
【0003】従来、エンジンの排気ガス浄化触媒の診断
装置は、排気管に設置された触媒の上下流に、酸素セン
サまたは空燃比センサを配置して、該センサで検出され
た酸素もしくは未燃成分に関する検出信号の過渡波形の
相関もしくは比率から前記触媒の未燃成分等の浄化性能
を割出す手段が提案されている(特開平7−34860
号公報、特開平3−293544号公報、特開平4−1
09021号公報、特開平1−101455号公報、特
開平4−17141号公報、特開平3−74540号公
報、特開平2−207159号公報、特開平2−334
08号公報、特開平2−30915号公報参照)。
【0004】前記酸素または未燃成分センサの代りに、
NOx、HC、CO等の特定の検出対象を冠したセンサ
も提案されているが、該提案は、センサの具体的な構
造、材料に関する提案ではなく、触媒診断のアルゴリズ
ムに関する提案が開示されているに留まっており、特定
の検出対象を狙ったセンサであるとしても、実用化まで
にはさらに性能、耐久性の面で改良の必要があるもので
ある。
【0005】前記センサ以外で、前記エンジンの燃焼ガ
ス中の未燃成分、残留酸素等を、腐食性、汚損性の高い
高温環境下で高精度に測定できる使用実績のあるガス成
分センサは少ないが、ジルコニア濃淡電池とガス拡散を
抑制する部材を組合わせて作動させたガス成分センサ、
いわゆる、空燃比センサは、前記環境下で測定できる数
少ないセンサの1つである。
【0006】該空燃比センサのガス検出の機構は、白金
系電極の触媒能による酸化反応、ガス・イオン置換反応
により、酸素とHC、CO、H2などの未燃成分をそれ
ぞれ正逆方向の酸素イオン電流としてリニアに測定する
ものである。該空燃比センサが長期にわたり所要の検出
精度を得るためには、電極の汚損や腐食などによる触媒
能の劣化を抑制し、一対のセル温度をそれぞれ安定に維
持するとともに、大気等の既知濃度のガスにより出力特
性を校正することなどが必要となっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、自動車に搭
載されたエンジンの触媒の劣化診断に関する最近の調査
結果によると、従来行なわれていたような酸素センサを
触媒の上下流に配置して該両センサの信号波形を比較す
るなどの診断では、CO、HC等の未燃成分をまとめて
計測し、未燃成分総量の浄化能で触媒の劣化を診断して
いるために、該未燃成分組成の主体的な成分であるCO
の浄化能のみで評価する結果となり、診断の主対象とす
べきHCの浄化能が、触媒を交換しなければならない程
劣化していないにもかかわらず、劣化と診断してしまう
ケースが多々あることが判明し、問題となっている。従
来のHCセンサとCOセンサは、現状では排気計測に使
われた実績がないために前記問題の対処に対応できない
ものである。
【0008】一方、前記酸素センサや空燃比センサは排
気中の酸素や未燃成分の総量で計測することについての
使用実績はあるが、HCもしくはCOの各々の成分を触
媒診断のために分離して計測することについてはこれま
で提案されておらず、該触媒のHCもしくはCOの浄化
性能の診断に不具合を生じるとの問題点がある。更に、
前記触媒診断の例と同様、前記HCセンサやCOセンサ
は、現状においては、排気計測に使われた実績がないた
めに対応できない。前記酸素センサや空燃比センサは、
排気中の酸素や未燃成分の総量計測の使用実績はある
が、分子量の異なるHCやCOの濃度を分離して計測す
ることについては、これまで開示されていない。
【0009】更にまた、ガソリンエンジンの吸気系に燃
料タンク等からの蒸発燃料をパージするとき、該蒸発燃
料の量を計量して噴射ノズルからの燃料噴射量を補正制
御することが行われており、ディーゼルエンジンではN
XとPM(Part-iculate Matter)とのトレードオフの
関係を最適化するために、吸気に環流される排気量の
比、即ち、EGR率を計量してこれを限界制御すること
が求められている。これらの制御に対応するために、吸
気中の蒸発燃料の濃度、排気中の未燃成分の濃度をそれ
ぞれ分離して計測することが望まれているが、該計測に
十分に対処できるセンサは提案されていない。
【0010】一方、エンジン以外の一般の燃焼機器等の
燃料として使用される都市ガス等の炭化水素系ガスにお
いても、該ガスの漏洩等を検知するための検知装置とし
てSnO2センサ等が実用化されているが、特定ガスへの
適用の選択性、及び、センサ感度の安定性が十分である
とは云えず、改良すべき点がある。該燃料ガスの漏洩等
の警報装置は、センサにより該燃料ガスの比較的分子量
の小さい炭化水素系の各種未燃成分を一酸化炭素と分離
して、高感度で検知し、その他の比較的分子量の大きい
非燃料系の炭化水素と自律的に識別し、しかも一過性で
なく連続性の漏洩であることを判断することが求められ
るものであつて、従来のセンサの改良すべき問題点でも
ある。そして、該ガス燃焼器の不完全燃焼を警報する装
置は、ガス燃焼機器等における有害なCO成分を高感度
で検知し警報するとともに、換気などの安全処置も必要
に応じて講じることが求められているものであり、この
ための高精度な検知センサの開発が望まれている。
【0011】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするよころは、酸素、炭化
水素系燃料、もしくは、燃焼後の未燃ガスと燃焼ガス等
のガス成分を単独に個々に検出できるガス成分センサ、
及び、該ガス成分センサを使用した各種の診断・制御装
置と該方法を提供することである。そして、より具体的
な目的としては、第1に、エンジンの酸素、HCを他の
未燃成分とは分離して精度よく計測して触媒の浄化性能
を診断することであり、該エンジンの吸入空気と混合し
ている炭化水素系燃料ガスと酸素、更には該混合気を燃
焼させた後に生成したCOやHC等の各未燃成分、燃焼
で残留した余剰酸素等を分離して計測することのできる
ガス成分センサを提供することである。
【0012】第2に、HCを選択検出する基本的な動作
原理は従来の空燃比センサの原理を用い、エンジン等の
高温の環境条件に耐え得るガス成分センサを提供するこ
とである。第3に、該ガス成分センサの出力関数の経過
時間変化、初期ばらつきの補正機能を付加して所要の診
断精度を確保すると共に、耐環境性、信頼性、コストを
両立させることのできるガス成分センサを使用した診断
・制御装置及び診断・制御方法を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明に係るガス成分センサは、ジルコニア固体電解質
体、白金系金属の触媒性の検出電極と基準電極を対向さ
せた濃淡電池、及び、前記検出電極を被覆するガス拡散
抑制部材から成るセンサ素子を備えた酸素、炭化水素系
燃料、もしくは、燃焼後に生成した未燃成分を検出する
ものであって、前記センサ素子を一対備えると共に、該
両センサ素子をそれぞれを互いに異なる動作温度に設定
するヒータを備え、前記両センサ素子が特定ガス成分に
対して互いに異なる感度係数を有するように作動させて
該特定ガス成分を選択的に検出することを特徴としてい
る。
【0014】本発明のガス成分センサの具体的態様とし
ては、前記一対のセンサ素子を共通の基体上に配置し、
必要に応じて、固体電解質体、基準電極、もしくは、ヒ
ータを共有化すること、前記ヒータが前記センサ素子と
の間に電気絶縁部材を、検出ガスもしくは基準ガスとの
間に断熱部材を有し、前記ヒータを一対の前記センサ素
子に共用すること、前記一対のセンサ素子が固体電解質
を共用し、必要に応じて基準電極もしくは拡散抑制部材
を共用すること、あるいは、前記一対のセンサ素子が拡
散抑制部材を共用し、必要に応じて固体電解質、基準電
極、ヒータを共用すること特徴としている。
【0015】そして、本発明の前記ガス成分センサは、
前記一対のセンサ素子が低温側Tlを450℃以下、高
温側と低温側との差Th−Tlを100℃以上で作動す
べくし、前記一対のガス成分センサ素子をマイコンによ
りシーケンシャルに制御し、前記一対のセンサ素子の温
度が、始動時の所定の時間内では低温側センサ素子を安
定化制御し、高温側センサ素子は低温側センサ素子の制
御に伴ってほぼ目標温度に調節されるように位置配置
し、HCを選択的に検出し、あるいは、前記ガス成分セ
ンサの出力関数をセンサ素子周辺に大気が導入された時
に、大気中の酸素濃度における出力値を、初期値と比較
して特性の変化率を補正するようにしたことを特徴とし
ている。
【0016】また、本発明の前記ガス成分センサを用い
たガス成分検出方法において、互いに異なる温度Th、
Tlに設定された一対のセンサ素子で検出したガス成分
の酸素イオン電流信号Iph、Iplを、予め標準ガス
で求めた前記異なる温度における炭化水素系分子(以
下、HCと云う)とそれ以外の一酸化炭素(以下、CO
と云う)等の成分に分離する4つの感度係数BhHC、B
hCO、BlHC、BlCOを用いて、HC成分XHC、それ以外
のCOなどの成分YCOを以下の式(1)(2)の連立方
程式で表わすとき、該式を解いて、XHC、YHCを(3)
式、(4)式で、 Iph=BhHCHC+BhCOCO (1) Ipl=BlHCHC+BlCOCO (2) 求めることを特徴としている。
【0017】更に、本発明の触媒の診断装置は、前記ガ
ス成分センサをエンジンの排気浄化用触媒コンバータの
下流側、もしくは、排気マニフォルドから触媒コンバー
タの間と該触媒コンバータの下流側に設けると共に、据
置式の試験運転モードとの対応関係でエンジンを所定の
条件で暖機運転されたことを判断したとき、毎始動時の
所定時間に前記触媒コンバータの下流側の排気成分の中
からHCを前記ガス成分センサによって選択的に計測す
る手段、及び、該計測値を予め記憶して置いたデータを
用いて平均化・初期値との比較等の一連の統計処理を実
施して触媒浄化能を演算する手段を備えたことを特徴と
している。
【0018】更にまた、本発明のガス成分センサを用い
たエンジン制御装置は、始動暖機時には一対のセンサ素
子でHCを選択的に検出すると共に、高温側センサ素子
で空燃比を検出して、燃料もしくは点火時期等の始動補
正の制御を行う手段を備えたことを特徴し、エンジン停
止時に燃料供給系を遮断した時、既に供給された燃料を
燃焼させた後に、点火系を遮断すると共に他の所要の系
統を停止するように制御することを特徴し、ガス成分セ
ンサをEGRガスとパージされた蒸発燃料が合流するエ
ンジン吸気系の吸気マニフォルド集合部付近等に設ける
とと共に、蒸発燃料がパージされたとき、該ガス成分セ
ンサの高温センサ素子の検出信号で求めた空燃比信号に
基づき燃料供給量の補正する手段を備えたことを特徴と
し、かつ、ガス成分センサをEGRガスとパージされた
蒸発燃料が合流するエンジン吸気系の吸気マニフォルド
集合部付近等に設けるとと共に、高温側センサ素子と低
温側素子から選択的に求めたCOとHCの濃度からEG
R率を算出し、EGR率の制御する手段を備えたことを
特徴としている。
【0019】更にまた、本発明の燃料ガス漏洩検知装置
は、前記ガス成分センサを都市ガス、LPG、CNG等
の燃料用ガスの漏洩時、あるいは、不完全燃焼時等の検
知手段として用い、警報器、安全弁等を作動させるべく
構成したことを特徴としている。前述の如く構成された
本発明のガス成分センサを、例えば、エンジンの排気系
統に設置した場合の作動状態について説明する。
【0020】該エンジンの排気側に酸素とHCやCOな
どの未燃成分ガスがあると、該未燃成分ガスは、前記ガ
ス成分センサの酸化反応させるのに十分な温度に安定化
された濃淡電池の2つの検出電極の周辺に拡散し、白金
電極の触媒作用により前記酸素とHC、COがそれぞれ
反応する。排気中の残留酸素が酸化に使われてしまう
と、起電力を一定に保つために大気側から酸素がイオン
電流としてさらに運ばれてくる。この電流量が排気側の
酸素で酸化されなかった余剰の未燃成分のHCとCOな
どの和と等量となる。即ち、排気側の酸素とHCやCO
などの未燃成分は、まず、ガス成分センサ内で互いに反
応し、余剰の未燃成分があればこれを酸素イオン電流と
して計量するが、HCのみをCOと分離して計量するこ
とはないのである。
【0021】本発明は、未燃ガスを構成するCO、HC
などの各成分ガスが、それぞれ固有の酸化反応温度を有
している点に着目したものであり、異なる2つの温度の
検出電極(即ち、2つの検出電極のいずれかを備えた異
なる温度の2つのセンサ素子)で測定した合計の酸素イ
オンの電流データから2連立方程式を解いて各成分ガス
濃度を求めるものである。
【0022】濃淡電池の検出電極の温度とHC、COに
対する感度、即ち、HCとCOを比較したときのガス感
度の温度依存性の違いを利用して、HCをCOと分離し
て計測することを可能にしたものであり、燃焼後のHC
は、低分子化しており、実際の燃焼ガスとセンサ素子の
温度でガス感度を実測することが必要である。更に、2
つの検出電の温度差は、HCとCOのガス感度の差があ
る程度以上必要であることから、各種燃焼を配慮して、
低温側を450℃以下とし、高温側と低温側との温度差
は100℃以上とするのが良い。
【0023】また、本発明のガス成分センサを用いたエ
ンジンの触媒診断もしくは制御装置は、触媒の下流側に
一対の互いにその温度が異なる検出電極のいずれかを各
備えた2つのセンサ素子を1つのプラグに収納したガス
成分センサを配置し、エンジンを所定の排気テスト用モ
ード運転の条件に対応するように運転させ、前記ガス成
分センサの信号からHC成分を割出して、触媒の劣化を
診断するものである。
【0024】例えば、エンジンのアイドル全閉の始動運
転等のように、全閉始動においては、始動直後から60
s程度までは、総排気量を支配するレベルのHC、CO
が排出される。前記ガス成分センサは、暖機終了後のH
Cはそのレベルが低く過ぎるため検出できないので、始
動初期にHCを測定する。従って、この始動初期の触媒
温度が低い期間の触媒浄化能が本発明を成立させる前提
条件となるものである。
【0025】そして、触媒の下流側に配置されたガス成
分センサに浄化後の排気の計測を実行させるためには、
例えば、エンジン、触媒が十分冷却されて、始動運転開
始時の温度条件が所定の範囲内にあることが条件とな
る。計測可能な始動時の排気温度が低温側センサ素子の
設定温度以下でなければならないし、このとき、2つの
検出電極はいずれも計測すべき時間帯に間に合うように
始動しなければならない。
【0026】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
の形態について詳細に説明する。図1は、本実施の形態
のガス成分センサ1を示したものである。図1におい
て、ガス成分センサ1は、個体電解質体2から成る先端
閉鎖の筒体を備えており、該個体電解質体2の筒内部に
は大気に曝す基準電極5が配置されていると共に、前記
個体電解質体2の筒体の先端部外部に排気等に曝す高温
側検出電極3と低温側検出電極4が配置されている。前
記検出電極3、4の全体を被覆するべく多孔質膜で構成
されたガスの拡散を抑制する部材6が前記個体電解質体
5の筒状部を覆うべく被覆されている。前記拡散抑制部
材6は排気が検出電極3、4の表面まで拡散してくる速
度を抑制する。前記検出電極3、4の周辺は、直接前記
拡散抑制部材の多孔膜で被覆されているので、単孔部材
で検出電極を包囲している場合とは異なり空隙はない。
前記筒状の個体電解質体2の筒内部空間には、発熱体7
が収納され、輻射熱で前記固体電解質体2を内側から加
熱し、結果として前記検出電極3、4を加熱する。前記
個体電解質体2、一つの検出電極(3もしくは4)、基
準電極5、及び、拡散抑制部材6で一つのセンサ素子と
して機能し、該センサ素子を二つ備えることによって本
ガス成分センサ1が構成されるものである。
【0027】前記ガス成分センサ1の基本構造は、理論
空燃比点でスイッチング出力を出す酸素センサと同一で
あるが、前記ガス成分センサ1の拡散抑制膜が緻密で厚
い(450μm)のに対し酸素センサの場合は、いわゆ
る保護膜で薄い(50μm)点で異なる。図1は、先端
閉鎖の筒状の固体電解質体2を示したが、後述するよう
に発熱体・電極・固体電解質体を平板状として積層する
構造とすることもできる。積層形の場合は、大気を基準
とせずに、排気中の酸素を濃淡電池でポンピングして基
準とする構造とすることもできる。本実施の形態は、こ
れらのいずれの構造にも適用できる。
【0028】図2は、前記ガス成分センサ1の大気と排
気に曝された酸素濃淡電池である基本電極5と各検出電
極3(4)とに生じる起電力Eを示したものであり、該
起電力Eは次のNernstの式(1)によって求められ
る。 E=RT/4Fln(Pa/Pd)=0.0496 ln(Pa/Pd) (1) ここで、R:ガス定数、T:電池の絶対温度(=100
0K)、F:ファラディ定数、Pd:検出電極周辺の酸
素分圧、Pa:基準電極の酸素分圧である。
【0029】前記検出電極3、4の周辺を微細な多孔膜
または単孔部材である拡散抑制部材6で被覆することに
より、排気を一旦捕獲し、理論空燃比付近では、白金の
触媒能によって酸素ガスのイオン化が促進され、空燃比
に対して急峻な起電力のスィッチング特性を示す。検出
電極3、4の周辺部では、酸素を常に希薄な状態にポン
ピングしておくと、拡散抑制部材6により排気が検出電
極3、4に自由に拡散してくるのを律速されるので、こ
の律速されて流入する排気中の酸素ガスを速やかにポン
ピングすることにより、このポンピングされた酸素イオ
ンを電流として計量すれば、これが排気中の酸素濃度す
なわち空燃比を示すこととなる。
【0030】前記拡散抑制部材6の単孔の形状を設定す
ることによって排気の拡散流量が決まり、これを酸素拡
散電流Ipとして求めると、次の式(2)のようにな
る。 Ip=4FD(Pe−Pd)/RT×s/l (2) ここで、Ip:酸素拡散電流、D:各種排気成分の拡散
係数、s/l:拡散を律速する部材を等価的に単孔で置
換した場合の通路断面積sと通路長さlの比、Pe:排
気中の酸素分圧である。
【0031】図2において、濃淡電池の起電力Eを一定
に保持するために、拡散を律速された排気中の酸素をイ
オン電流Ipとして基準電極5と検出電極3(4)の双
方向に流す。そのために駆動電圧Vsを負帰還制御す
る。このとき、式(3)が成り立つ。 VB=E+Ip(Ri+Rs) (3) ここで、Ri:濃淡電池の内部抵抗、Rs:Ip測定用
抵抗である。
【0032】酸素イオンの導電性を有する固体電解質体
2と触媒能を有する白金の対向電極とからなる濃淡電池
の検出電極周辺には、排気が拡散してくるのを抑制する
部材6、例えば、多孔膜または単孔を有する仕切られた
空間を形成する。濃淡電池、即ち、検出電極3、4は、
近接した発熱体7で、ポンピング電流を流せる温度に安
定に加熱する。具体的には、極間抵抗が、例えば20Ω
の一定となるようにヒータの加熱電源を負帰還制御す
る。検出電極3、4の周辺の酸素を基準電極側にポンピ
ングすることにより、濃淡電池の起電力EはNernstの式
(1)において、E=0.571Vとなるように、ポン
ピング電流Ipを双方向に制御する。このとき、検出電
極3、4の周辺の酸素分圧Pdと基準電極5の酸素分圧
Paの比が常にPa/Pd=105となる。すなわち、
Pa=2.09×10−1、Pd=2.09×10−6
となる。このとき、検出電極3、4の周辺に拡散を律速
されて入ってくる排気中の酸素イオン電流量は空燃比と
比例関係を有する信号となる。
【0033】ここで、排気側に酸素とHCやCOなどの
未燃成分ガスがあるとき、前記ガス成分センサ1がどの
ように前記ガス組成を検出するかについて説明する。ま
ず、前記未燃成分ガスは、酸化反応させるのに十分な温
度に安定化された濃淡電池の検出電極3、4の周辺に拡
散し、白金電極の触媒作用により前記酸素とHC、CO
はそれぞれ反応する。排気中の残留酸素が酸化に使われ
てしまうと、起電力Eを一定に保つために大気側から酸
素がイオン電流Ipとしてさらに運ばれてくる。この電
流量が排気側の酸素で酸化されなかった余剰の未燃成分
のHCとCOなどの和と等量となる。即ち、排気側の酸
素とHCやCOなどの未燃成分は、まず、ガス成分セン
サ1内で互いに反応し、余剰の未燃成分があればこれを
酸素イオン電流Ipとして計量するが、HCのみをCO
と分離して計量することはないのである。
【0034】本実施の形態のポイントは、未燃ガスを構
成するCO、HCなどの各成分ガスが、それぞれ固有の
酸化反応温度を有している点に着目し、異なる2つの温
度の検出電極3、4、(即ち、検出電極3、4のいずれ
かを備えた異なる温度の2つのセンサ素子)で測定した
合計の酸素イオンの電流データから2連立方程式を解い
て各成分ガス濃度を求める点にある。
【0035】濃淡電池の検出電極の温度とHC、COに
対する感度の実測例を図3に示す。H83(プロパン)
とCOをそれぞれ窒素3vol%、40vol%で希釈
した校正ガスを用いて、一対のセンサ素子の制御温度を
Th=650℃とTl=350℃として測定した結果、
単位ガス濃度当たりの酸素イオン電流Ip、即ち、ガス
電流感度は下記のように得られた。 650℃ 350℃ H83:0.09mA/vol%、 0.00004mA/vol% CO :0.13mA/vol%、 0.00024mA/vol% 即ち、HCとCOを比較したときのガス感度の温度依存
性の違いを利用して、HCをCOと分離して計測するこ
とが可能であることをこの結果は示している。燃焼後の
HCは、低分子化しており、実際の燃焼ガスとセンサ素
子の温度でガス感度を実測することが必要である。
【0036】さらに、検出電極3、4の温度差をどの程
度つけたらいいかは、まず、HCとCOのガス感度の差
がある程度以上必要であるから、各種燃焼を配慮して、
低温側を450℃以下とし、高温側と低温側との温度差
は100℃以上とするのが良い。次に、前記ガス成分セ
ンサ1をエンジンの触媒の診断に用いた場合について説
明する。
【0037】車載されたエンジンの触媒の診断の基準レ
ベルは、エンジンの所定のモード運転によるCVS法で
測ったHCの規制値の1.5倍とされる。車載診断は排
気規制に基づく正規のモード運転による排気試験の予備
診断である。図4は、エンジン15の排気管に触媒13
を配置し、該触媒13の上流側に1つのセンサ素子(一
つの検出電極4)から成る空燃比センサ12を配置する
と共に、下流側にガス成分センサ1を配置して、該ガス
成分センサ1の検出に基づきコントローラ(電子制御装
置)14で演算等を行い前記触媒13の性能劣化を診断
するものである。
【0038】前記ガス成分センサ1は、前記触媒13の
下流側に一対の互いにその温度が異なる検出電極3、4
のいずれかを各備えた2つのセンサ素子を1つのプラグ
に収納したものであり、エンジン15を所定の排気テス
ト用モード運転の条件に対応するように運転させ、前記
ガス成分センサ1の信号からHC成分を割出して、触媒
13の劣化を診断するものである。
【0039】例えば、エンジンのアイドル全閉の始動運
転等のように、運転者によるアクセル操作等で乱される
ことなく、必要に応じてある種の外乱制限機能を付加し
てでも所定の始動運転をさせる場合を想定する。全閉始
動においては、始動直後から60s程度までは、総排気
量を支配するレベルのHC、COが排出する。前記ガス
成分センサ1は、暖機終了後のHCではそのレベルが低
く過ぎるため検出できないが、始動初期だけはHCを測
定することができる。従って、この始動初期の触媒温度
が低い期間の触媒浄化能が規制対応モード運転中の浄化
能と相関がとれていることが、本実施の形態を成立させ
る前提条件となり、本実施の形態は、該前提条件が成立
することを実験的に確認した上でなされたものである。
【0040】そして、触媒13の下流側に配置されたガ
ス成分センサ1に浄化後の排気の計測を実行させるため
には、エンジンが所定の始動前の初期条件を満たし、排
気の再現性が得られる必要がある。例えば、エンジンや
触媒13が十分冷却されて、始動運転開始時の温度条件
が所定の範囲内にあることが条件である。前記ガス成分
センサ1に関する前提条件としては、計測可能な始動時
の排気温度が低温側センサ素子4の設定温度以下でなけ
ればならない。このとき、検出電極3、4はいずれも計
測すべき時間帯に間に合うように始動しなければならな
い。
【0041】図5は、図4の空燃比センサ12の代りに
触媒13の下流に配置されているのと同じ構造のガス成
分センサ1bに置き換えた構成のものである。前記図5
のように構成すると、触媒13の上流と下流とでHC成
分が計測されるので、その比率から触媒13の劣化が診
断できる。この場合は、診断装置の規制値とこの浄化比
率との相関を予め明らかにして診断レベルを決める必要
がある。即ち、エンジン15の触媒13の上下流にそれ
ぞれ一つのガス成分センサ1a、1bを配置して、両者
のガス成分センサ1a、1bで検出した各検出値のHC
の比から前記触媒13のHCの浄化能を求め、その検出
の初期値からの劣化の度合いから排気規制値からの逸脱
比率を割出して触媒の診断をするものである。この場
合、モード運転によるCVS法の測定値とこの浄化能と
の対応関係を予め実証しておくことが前提となる。
【0042】図6は、一対の検出電極3、4から成る3
つのガス成分センサ1a、1b、1cをエンジン15の
吸気マニフォルド16の集合部、触媒コンバータ13の
上流及び下流の3ヶ所に各々配設したものである。前記
ガス成分センサ1cは、EGRコントロール弁17、蒸
発燃料パージバルブ18により制御されて流入してくる
排気と蒸発燃料の混合割合を検出してEGR率の限界制
御または最適制御、パージ時の吸気の空燃比補正をしよ
うとするものである。
【0043】一対のセンサ素子(各センサ素子が2つの
検出電極3、4のいずれかを備えている)でこれらを分
離計測するには、1)酸素とHC・COなどの未燃成分
による酸素イオン電流の方向の違いを利用するととも
に、2)素子温度による酸化触媒能の違いを利用するこ
とによって可能となり、更に、3)時分割シーケンスで
あり、4)制御弁17、18の開閉のタイミングと流れ
に要する時間を考慮することによって、より適合した制
御が可能となる。
【0044】図7は、前記ガス成分センサ1の組立概略
図であり、図1の袋管状のガス成分センサ1を栓体42
に組込み、ガスケット44と45で排気と大気を封止す
る。ヒータ保持体46は、支持体50と接着し、カバー
47をへてスプリングワッシャ48により、ガス成分セ
ンサ1とヒータ保持体46とを加圧締付けする。ヒータ
保持体46から2本、検出電極3、4から2本の引出し
リードは、被覆電線49に圧着加締めされ、外部のコネ
クタへ接続される。保護カバー43は排気流速を減衰さ
せるべく作用して、検出電極3、4等を備えた2つのセ
ンサ素子からなつ前記ガス成分センサ1の先端部側に保
護する。
【0045】図8は、基準電極5と検出電極3、4等で
構成される濃淡電池と拡散抑制体(膜)からなるセンサ
素子および発熱体7からなる一つのガス成分センサ1を
駆動する回路の一例で、その動作の概要は、大気または
排気中の酸素を使って検出電極子3、4に双方向に酸素
イオン電流を流すことにより、起電力Eは一定値0.4
58Vを出力する。このとき、大気中にある基準電極5
の酸素濃度2.09・10−1に対して排気中にある検
出電極3、4周辺の酸素濃度は2.09・10−11と
なるように負帰還制御される。センサ素子の温度も65
0℃に安定化制御するために、センサ素子の内部抵抗R
i=20Ωを電池の両端電圧と酸素イオン電流による電
圧降下から求める。ガス成分信号である酸素イオン電流
Ipは計測用抵抗Riで電圧に変換する。E、Ri、I
pのアナログ信号はA/D変換してマイコンの中で演算
処理したあと、ラダーで再びD/A変換して負帰還回路
を形成する。図中のリーンIpは、空燃比がリーンにお
ける残留酸素分の電流の流れる岐路を示し、リッチIp
は、空燃比がリッチにおける未燃成分を検出電極で酸化
するための酸素イオン電流の流れる岐路を示している。
【0046】図9は、HCとCOに関するガス成分セン
サ1による実測値Iph、Iplと標準器として用いた
排気分析計による実測値GHC、GCOとの相関性を求める
ためのチャートである。図4に示した構成の触媒診断シ
ステムにおいて、触媒13の下流側のガス成分センサ1
aによりHCとCOを計測したときの検出精度を、排気
分析計による計測結果と比較する。
【0047】エンジン15の運転は、始動後1400m
in−1で定速暖機させ、一対の検出電極3、4の温度
をそれぞれTh=650℃、Tl=350℃に安定化し
て、酸素イオン電流(mA)Iph、Iplと排気成分
(%)GHC、GCOのアナログ波形を示している。ここ
で、予め実験的に求めた炭化水素成分とそれ以外の一酸
化炭素などの成分に分離する4つのガス感度係数
hHC、BhCO、BlHC、BlCOを用いて、炭化水素分
HC,それ以外の一酸化炭素などの成分YCOを下式の連
立方程式を解いて求め、その解を実測値GHC、GCOと照
合し、本実施の形態の基本形態が成立するかどうかを確
認した。 Iph=BhHCHC+BhCOCO (1) Ipl=BlHCHC+BlCOCO (2) ここで、Iph、Iplは実測値、BhHC、BhCO、B
lHC、BlCOは予め標準ガスで実測した値であるが、HC
についてはプロパンを用いたため実際の燃焼ガス中の炭
化水素より高分子量である。XHC、YCOは連立方程式を
解いて得られる解であり、以下の式(3)(4)のよう
に表される。この解は排気分析計で得られた実測値
HC、GCOと照合する。 図9のテストチャートにおける横軸は、始動後の時間で
ある。波形を上から順に説明すると、(a)(b)は触
媒前後の排気温、(c)は酸素センサ12の出力信号
で、周期的にリーン−リッチのスイッチングをしている
時間帯は理論空燃比に制御されていることを示してい
る。
【0048】(d)(g)は触媒前後のHC排出量(p
pm)で、始動直後にピークを示し、該ピークはそれぞ
れ触媒前は13s目に、触媒後は10s目にある。この
結果から、触媒前のピークは始動時の未燃成分、触媒後
のピークのうち触媒前の分を差し引いた分は前回のエン
ジン停止時に出た未燃成分が触媒に蓄えられて今回の始
動により触媒温度が上がることによって排出されたもの
と判断される。この停止時の未燃成分はエンジン停止操
作を改めることにより低減できる。具体的な低減手段
は、エンジン停止のキースイッチを遮断する手順を、従
来はほぼ同時に燃料供給系と点火系を遮断していたのに
対し、まず燃料供給系を遮断しその燃焼後に点火系を遮
断するとともに、それらの時間配分を最適化することに
より、次回の始動時に未燃成分を排出させないようにす
る。この傾向はCOも同じである。従って、触媒後のH
CとCO排出量(ppm)のピークは、ほぼ同期してお
り10s〜12sにある。
【0049】(e)(f)はガス成分センサ1の電流I
pで、該電流Ipは、650℃、350℃の検出電極
3、4共に、排気分析計のように冷却のためのサンプリ
ング遅れがない。(h)は触媒後のCOである。HC、
COともに8s前後にピークがある。350℃の波形に
は酸素センサ12と同じ周期の脈動が重畳しているのが
認められる。
【0050】図10は、図9の結果から時間帯別に求め
たHCの計算値と排気分析計の実測値の相関性を示した
ものである。積分時間帯が始動から遅れると図中の点線
で示すように±10%に読値誤差が入るようになる。図
示はしていないが、積分時間帯が130s以前になる
と、誤差が大きくなる傾向にある。それは、始動初期の
未燃成分が示すピーキングの影響が130s付近まで続
いていることによるものと見られる。即ち、誤差が10
%以下の精度を得るために、エンジン毎にこのような最
適積分時間帯を探すことが望まれる。
【0051】図11は、本発明の他の(第2の)実施の
形態のガス成分センサ30を示すものであり、該ガス成
分センサ30の外側には、温度の異なる2つの検出電極
32、33が配置され、1つのプラグに一対のセンサ素
子を収納した構成となっている。高温側検出電極32は
排気に曝され、低温側検出電極33も排気に曝されてい
る。基準電極34は前記検出電極32、33の両者に共
通のもので、大気に曝されている。、加熱体37が前記
ジルコニア固体電解質体31の外側で、前記検出電極3
2、33よりも基部に装置され、該加熱体37は前記検
出電極32、33の両方を加熱するものである。ガラス
等の気密層36が袋管状のジルコニア固体電解質体31
の基部を被覆し封止している。拡散抑制層35aは検出
電極32、33の表面を覆い、該検出電極32、33へ
のガスの拡散を抑制する。断熱層35bは、加熱体37
を断熱し、前記拡散抑制層35aと同一の材料で構成さ
れている。前記ガス成分センサ30の基部端には引出し
リード部38a〜38eが備えられており、38aが高
温側検出電極32に、38bが基準電極に、38cが低
温側検出電極33に、38dと38eが加熱体37に各
々接続されている。
【0052】加熱体37は、700℃程度に温度を上昇
させるものであり、熱伝導により高温側検出電極32を
650℃に加熱し、低温側電極33を350℃に加熱す
る。前記両検出電極32、33は、共通の加熱体37と
の位置関係を最適化することによって、負帰還制御をか
ければ、それぞれ所望の温度に安定化することが可能と
なる。
【0053】図12は、本発明のガス成分センサの更に
他の(第3の)実施の形態であり、図1に示した第1の
実施の形態のガス成分センサ1が円筒状の袋管形である
のに対して平板状の積層形をしており、該図13は積層
形の構造を具体的に示した斜視図である。第1の実施の
形態のガス成分センサ1と第3の実施の形態のガス成分
センサ50とは、その形状が異なるが、基本的な作動は
同じである。該図13の基板としての固体電解質体56
の下部には、大気に爆された基準電極57が配置され、
前記個体電解質体56の上部には、排気に曝される高温
側検出電極55aと低温側検出電極55bとが配置され
ている。前記両検出電極55a、55bの上部は封止用
ガラス層54で覆われ、前記検出電極55a、55bの
引出し部が排気に触れないようにするために封止されて
いる。多孔質なセラミックの拡散抑制体(膜)53が前
記個体電解質体56の全体の上部を覆うように配置さ
れ、前記拡散抑制体(膜)53の上部には発熱体52が
積層され、該発熱体52の外部には、該発熱体52と外
部の被検出ガスとの間を遮断する断熱層51が積層され
ている。
【0054】以上、本発明のいくつかの実施の形態につ
いて詳説したが、本発明は、前記実施の形態に限定され
るものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精
神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができ
るものである。例えば、図13の(a)〜(m)に示す
ように、本発明のガス成分センサの積層構造は、多数の
他の実施の形態に変更できるものである。
【0055】図13に示す前記ガス成分センサの積層構
造は、図13(a)に示されているような断熱層61と
発熱体62と絶縁層63とから成るヒータA、及び、拡
散抑制層64と検出電極65と個体電解質体66と基準
電極67とから成るセンサ素子Bとで構成される第1の
積層構造と、図13(b)に示されているような、ヒー
タA、緻密層68と基準電極69と個体電解質体70と
第1ポンプ電極71とから成る基準素子C、及び、拡散
抑制層72と検出電極73と個体電解質体74と第2ポ
ンプ電極75とからなるセンサ素子Dとで構成される第
2積層構造との二形態に基本的に表せる。
【0056】図13(a)は前記第1の積層構造を二つ
備えることによって前記ガス成分センサの全体の積層構
造が形成されるものであり、同様に、図13(b)は第
2の積層構造を二つ備えることによって前記図13
(a)のガス成分センサの積層構造とは異なるガス成分
センサの全体の積層構造が形成されるものである。前記
図13(b)の第2の積層構造の作動原理は、前記第1
の積層構造と異なり、濃淡電池(基準素子Cとセンサ素
子D)が2つ配置される構造になっており、下側の濃淡
電池(センサ素子D)は拡散抑制層を通ってきた排気中
の酸素または未燃成分を検出し、上側の濃淡電池(基準
素子C)は排気中の酸素をポンピングして基準酸素濃度
を形成し、いずれも時分割することなく常時作動するも
のである。
【0057】図13(c)〜(m)のガス成分センサの
全体の積層構造は、基本的には前記図13(a)(b)
のヒータA、センサ素子B、D、及び、基準素子Cの組
み合わせからなっており、二つのセンサ素子B(D)、
もしくは、二つの基準素子Cが一体となった構成のもの
もあり、一体の素子として共有して配置する構造となっ
ている。
【0058】また、本発明のガス成分センサの更に他の
実施の形態は、図14に示す構造とすることができる。
該ガス成分センサ80は、基本的には、図1のガス成分
センサ1と同様な、個体電解質体82から成る先端閉鎖
の筒体を備えており、該個体電解質体82の筒内部には
大気に曝す基準電極85が配置されていると共に、前記
個体電解質体82の筒体の先端部外部に排気等に曝す低
温側検出電極84と高温側検出電極83が配置されてい
る。前記検出電極83、84の全体を被覆するべく多孔
質膜で構成されたガスの拡散を抑制する部材86が前記
個体電解質体85の筒状部を覆うべく被覆されている。
該拡散抑制部材86の外周にはヒータ87が配置されて
いる。
【0059】
【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明のガス成分センサは、一対のセンサ素子と1つのヒー
タを一体化して構成したことによって、取付け性・コス
ト・小形軽量化の面で実用性があり、特定ガス成分を選
択的に検出でき、精度の高いエンジンの触媒診断、エン
ジン吸気系のEGR率や蒸発燃料パージ時の空燃比の検
出を可能にすると共に、該エンジンの吸気系・排気系の
総合制御が可能となる。また、他の各種の燃料ガスの漏
洩検出の検出装置としても利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態のガス成分センサの概念
図。
【図2】図1のガス成分センサの作動原理図。
【図3】図1のガス成分センサのガス感度係数と素子温
度との相関図。
【図4】図1のガス成分センサを配置したエンジンの触
媒診断装置の配置図。
【図5】図1のガス成分センサを配置したエンジンの触
媒診断装置の他の配置図。
【図6】図1のガス成分センサを配置したエンジンの触
媒診断装置等を含む更に他の配置図。
【図7】図1のガス成分センサの全体構造断面図。
【図8】図1のガス成分センサのセンサ素子とヒータの
制御回路図。
【図9】触媒下流の図1のガス成分センサと排気分析計
とによる計測チャート図。
【図10】触媒下流の図1のガス成分センサと排気分析
計との相関図。
【図11】本発明の他の実施の形態のガス成分センサの
断面概念図。
【図12】本発明の更に他の実施の形態のガス成分セン
サの積層概念図。
【図13】本発明の更に他の実施の形態のガス成分セン
サの多数の積層概念図。
【図14】本発明の更に他の実施の形態の筒状ガス成分
センサの断面概念図。
【符号の説明】
1・・・ガス成分センサ、2・・・個体電解質体、3・・・高温
側検出電極、4・・・低温側検出電極、5・・・基準電極、6
・・・ガス拡散抑制部材、7・・・発熱体
───────────────────────────────────────────────────── 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 F02M 25/07 550 F02M 25/07 550E G01N 27/26 391 G01N 27/26 391B 27/46 327P (72)発明者 南 直樹 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ジルコニア固体電解質体、白金系金属の
    触媒性の検出電極と基準電極を対向させた濃淡電池、及
    び、前記検出電極を被覆するガス拡散抑制部材から成る
    センサ素子を備えた酸素、炭化水素系燃料、もしくは、
    燃焼後に生成した未燃成分を検出するガス成分センサに
    おいて、 前記センサ素子を一対備えると共に、該両センサ素子を
    それぞれを互いに異なる動作温度に設定するヒータを備
    え、前記両センサ素子が特定ガス成分に対して互いに異
    なる感度係数を有するように作動させて該特定ガス成分
    を選択的に検出することを特徴とするガス成分センサ。
  2. 【請求項2】 前記一対のセンサ素子を共通の基体上に
    配置し、必要に応じて、固体電解質体、基準電極、もし
    くは、ヒータを共有化することを特徴とする請求項1に
    記載のガス成分センサ。
  3. 【請求項3】 前記一対のセンサ素子を加熱する1つの
    ヒータは、前記センサ素子との間に電気絶縁部材を、及
    び、検出ガスもしくは基準ガスとの間に断熱部材を有
    し、前記ヒータを一対の前記センサ素子に共用すること
    を特徴とする請求項1に記載のガス成分センサ。
  4. 【請求項4】 前記一対のセンサ素子が固体電解質を共
    用し、必要に応じて基準電極もしくは拡散抑制部材を共
    用することを特徴とする請求項1に記載のガス成分セン
    サ。
  5. 【請求項5】 前記一対のセンサ素子が拡散抑制部材を
    共用し、必要に応じて固体電解質、基準電極、もしく
    は、ヒータを共用することを特徴とする請求項1に記載
    のガス成分センサ。
  6. 【請求項6】 前記一対のセンサ素子が低温側Tlを4
    50℃以下、高温側と低温側との差Th−Tlを100
    ℃以上で作動するべく構成したことを特徴とする請求項
    1に記載のガス成分センサ。
  7. 【請求項7】 前記一対のガス成分センサ素子をマイコ
    ンによりシーケンシャルに制御する制御装置を備えてい
    ることを特徴とする請求項1に記載のガス成分センサ。
  8. 【請求項8】 前記一対のセンサ素子の温度が、始動時
    の所定の時間内では低温側センサ素子を安定化制御し、
    高温側センサ素子は低温側センサ素子の制御に伴ってほ
    ぼ目標温度に調節されるように位置配置し、HCを選択
    的に検出するようにしたことを特徴とする請求項7に記
    載のガス成分センサ。
  9. 【請求項9】 前記ガス成分センサの出力関数をセンサ
    素子周辺に大気が導入された時に、大気中の酸素濃度に
    おける出力値を、初期値と比較して特性の変化率を補正
    するようにしたことを特徴とする請求項7に記載のガス
    成分センサ。
  10. 【請求項10】 ジルコニア固体電解質体、白金系金属
    の触媒性の検出電極と基準電極を対向させた濃淡電池、
    及び、前記検出電極を被覆するガス拡散抑制部材から成
    る一対のセンサ素子を備えた酸素、炭化水素系燃料、も
    しくは、燃焼後に生成した未燃成分を検出するガス成分
    センサにおいて、 前記検出電極が検出すべき酸素、炭化水素系燃料、もし
    くは、燃焼後に生成した未燃成分に曝され、前記基準電
    極が大気又は酸素を含む雰囲気に曝されるべく配置さ
    れ、 更に、前記一対のセンサ素子を加熱する単一のヒータを
    備え、、該ヒータがセラミック層で断熱被覆されてお
    り、前記一対のセンサ素子を異なる温度に加熱するよう
    に配置したことを特徴とするガス成分センサ。
  11. 【請求項11】 ジルコニア固体電解質体、白金系金属
    の触媒性の検出電極と基準電極を対向させた濃淡電池、
    及び、前記検出電極を被覆する多孔質のセラミック層の
    ガス拡散抑制部材から成る一対のセンサ素子を備えた酸
    素、炭化水素系燃料、もしくは、燃焼後に生成した未燃
    成分を検出するガス成分センサにおいて、 前記検出電極が検出すべき酸素、炭化水素系燃料、もし
    くは、燃焼後に生成した未燃成分に曝され、前記基準電
    極が大気又は酸素を含む雰囲気に曝されるべく配置さ
    れ、 更に、前記一対のセンサ素子を加熱する単一のヒータを
    備え、該ヒータと前記センサ素子との間にセラミック層
    を介在させ、前記センサ素子と前記ヒータとをを電気絶
    縁し、熱膨張差による歪みを緩衝するとともに、必要に
    応じて前記ヒータのセンサ素子側と反対側にセラミック
    の断熱被覆層を設けたことを特徴とするガス成分セン
    サ。
  12. 【請求項12】 ジルコニア固体電解質体、白金系金属
    の触媒性の検出電極と基準電極を対向させた濃淡電池、
    及び、前記検出電極を被覆するガス拡散抑制部材から成
    るセンサ素子を一対備えた酸素、炭化水素系燃料、もし
    くは、燃焼後に生成した未燃成分を検出するガス成分セ
    ンサにおいて、 前記一対のセンサ素子を袋管状とし、前記固体電解質体
    の外側に前記検出電極を円筒状に一対設けると共に前記
    基準電極を前記個体電解質体の内側全面に設けて一対の
    濃淡電池とし、該袋管状の外面を被覆する多孔質セラミ
    ック層のガス拡散抑制材で被覆したことを特徴とするガ
    ス成分センサ。
  13. 【請求項13】 前記検出電極が検出すべき酸素、炭化
    水素系燃料、もしくは、燃焼後に生成した未燃成分に曝
    され、前記基準電極が大気又は酸素を含む雰囲気に曝さ
    れるべく配置され、更に、前記一対のセンサ素子を加熱
    するヒータを備え、該ヒータを検出電極部に近接した多
    孔質のセラミック層上に配設すると共に、必要に応じて
    前記ヒータの検出電極側とは反対側に多孔質セラミック
    の断熱被覆層を設けたことを特徴とする請求項11に記
    載のガス成分センサ。
  14. 【請求項14】 請求項1〜13のいずれか一項に記載
    のガス成分センサを用いたガス成分検出方法において、
    互いに異なる温度Th、Tlに設定された一対のセンサ
    素子で検出したガス成分の酸素イオン電流信号Iph、
    Iplを、予め標準ガスで求めた前記異なる温度におけ
    る炭化水素系分子(以下、HCと云う)とそれ以外の一
    酸化炭素(以下、COと云う)等の成分に分離する4つ
    の感度係数BhHC、BhCO、BlHC、BlCOを用いて、HC
    成分XHC、それ以外のCOなどの成分YCOを以下の式
    (1)(2)の連立方程式で表わすとき、該式を解い
    て、XHC、YHCを(3)式、(4)式で求めることを特
    徴とするガス成分検出方法。 Iph=BhHCHC+BhCOCO (1) Ipl=BlHCHC+BlCOCO (2)
  15. 【請求項15】 請求項1〜13のいずれか一項に記載
    のガス成分センサをエンジンの排気浄化用触媒コンバー
    タの下流側に設けると共に、据置式の試験運転モードと
    の対応関係でエンジンを所定の条件で暖機運転されたこ
    とを判断したとき、毎始動時の所定時間に前記触媒コン
    バータの下流側の排気成分の中からHCを前記ガス成分
    センサによって選択的に計測する手段、及び、該計測値
    を予め記憶して置いたデータを用いて平均化・初期値と
    の比較等の一連の統計処理を実施して触媒浄化能を演算
    する手段を備えたことを特徴とする触媒の診断装置。
  16. 【請求項16】 請求項1〜13のいずれか一項に記載
    のガス成分センサをエンジンの排気マニフォルドから触
    媒コンバータの間、及び、該触媒コンバータの下流側か
    らマフラの間に各一個設けると共に、エンジンが所定の
    条件で暖機運転されたことを判断したとき、毎始動時の
    所定時間に前記触媒コンバータの上下流側の排気成分の
    中からHCの浄化比率を前記一対のガス成分センサによ
    って選択的に計測する手段、及び、該計測値を予め記憶
    して置いたデータを用いて平均化・初期値との比較等の
    一連の統計処理を実施して触媒コンバータの上下流の浄
    化比率を演算する手段を備えたことを特徴とする触媒の
    診断装置。
  17. 【請求項17】 前記触媒コンバータの上流側に配置さ
    れたガス成分センサを始動後の所定時間経過後は、高温
    側素子温度を安定化制御し、空燃比制御用の空燃比セン
    サとして動作させる手段を備えたことを特徴とする請求
    項16に記載の触媒の診断装置。
  18. 【請求項18】 前記請求項15〜17のいずれか一項
    に記載の触媒の診断装置を用いた触媒診断方法におい
    て、 所要のエンジン冷却過程をへた後の始動から暖機完了ま
    での運転期間の450秒の間に設定された10〜120
    秒の間の少なくとも1回のサンプリング時間に、前記ガ
    ス成分センサでHCを計測して、積分等の平均化処理、
    初期値との比較、及び、該計測データの記憶処理を行な
    い、許容劣化レベルとの比較診断をすることを特徴とす
    る触媒の診断方法。
  19. 【請求項19】 前記請求項1〜13のいずれか一項に
    記載のガス成分センサを用いて始動暖機時には一対のセ
    ンサ素子でHCを選択的に検出すると共に、高温側セン
    サ素子で空燃比を検出して、燃料もしくは点火時期等の
    始動補正の制御を行う手段を備えたことを特徴とするエ
    ンジンの空燃比制御装置。
  20. 【請求項20】 前記請求項1〜13のいずれか一項に
    記載のガス成分センサを用いたエンジンの制御装置にお
    いて、エンジン停止時に燃料供給系を遮断した時、既に
    供給された燃料を燃焼させた後に、点火系を遮断すると
    共に他の所要の系統を停止するように制御することを特
    徴とするエンジンの制御装置。
  21. 【請求項21】 前記請求項1〜13のいずれか一項に
    記載のガス成分センサをEGRガスとパージされた蒸発
    燃料が合流するエンジン吸気系の吸気マニフォルド集合
    部付近等に設けるとと共に、蒸発燃料がパージされたと
    き、該ガス成分センサの高温センサ素子の検出信号で求
    めた空燃比信号に基づき燃料供給量の補正する手段を備
    えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
  22. 【請求項22】 前記請求項1〜13のいずれか一項に
    記載のガス成分センサをEGRガスとパージされた蒸発
    燃料が合流するエンジン吸気系の吸気マニフォルド集合
    部付近等に設けるとと共に、高温側センサ素子と低温側
    素子から選択的に求めたCOとHCの濃度からEGR率
    を算出し、EGR率の制御する手段を備えたことを特徴
    とするエンジンの制御装置。
  23. 【請求項23】 前記請求項1〜13のいずれか一項に
    記載のガス成分センサを都市ガス、LPG、CNG等の
    燃料用ガスの漏洩時等の検知手段として用い、警報器、
    安全弁等を作動させるべく構成したことを特徴とする燃
    料ガス漏洩検知装置。
  24. 【請求項24】 前記請求項1〜13のいずれか一項に
    記載のガス成分センサを都市ガス、LPG、CNG等の
    燃料用ガスの不完全燃焼時の検知手段として用い、CO
    を選択的に検出して、警報器、安全弁を作動させるべく
    構成したことをを特徴とする燃料ガス漏洩検知装置。
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