JPH1010069A

JPH1010069A - 未燃物濃度測定装置及び触媒診断装置

Info

Publication number: JPH1010069A
Application number: JP15966396A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nishimura; 豊西村; Akio Honchi; 章夫本地
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-06-20
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】自動車エンジンの排気ガス温度、流速が変化し
た時も、未燃ガス濃度を高精度にかつ高応答に測定する
未燃物濃度測定装置及びこれを用いた触媒診断装置を提
供する。【解決手段】未燃物濃度測定装置５０の未燃ガス濃度セ
ンサ３０は、触媒的活性の層で被覆された第１の温度依
存性抵抗体すなわち反応熱素子１と触媒的不活性の層で
被覆された第２の温度依存性抵抗体すなわち流速補正素
子６で構成され、濃度測定回路部３１は、両温度依存性
抵抗体の温度を一定温度に保つように両温度依存性抵抗
体にそれぞれ電気量を供給し、電気量の差から未燃ガス
濃度を測定する。これにより未燃ガス濃度を高精度にか
つ高応答に測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】自動車エンジンの排気ガス中
の未燃ガスの濃度を測定する未燃物濃度測定装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車エンジンの排気ガス中の未燃ガス
（ＨＣ，ＣＯ）の濃度を測定するセンサとして、接触燃
焼方式が特開平６−７４９２８号公報に開示されてい
る。この接触燃焼方式は、触媒表面で未燃ガスが燃焼し
て生じる温度上昇を測定して未燃ガスの濃度を知る方式
である。温度測定用の白金線またはサ−ミスタの上に白
金系触媒を担体と共に塗布した反応熱素子、触媒を塗布
しない温度補償素子の２ケの素子を１ケのブリッジ回路
の２辺に設ける構成であり、反応熱素子の温度上昇はブ
リッジ中点の電位差として得られ、この電位差に基づい
て未燃ガス濃度を求める方式である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の接触燃焼式は、次のような問題点がある。

【０００４】（１）ガス濃度が変化した時の信号応答が
遅い。信号応答は、ほぼガス検知素子の熱容量で決ま
り、応答を高めるには反応熱素子の形状を小さくするこ
とであるが、小型化は機械的強度の点から限界がある。

【０００５】（２）触媒表面で未燃ガスが燃焼して生じ
る発熱量を反応熱素子の温度上昇として測定する原理で
あるため、反応熱素子の周囲の排気ガス流速と排気ガス
温度により精度が低下してしまう。さらに排気ガス流速
が非常に高い時は、触媒表面における未燃ガスの燃焼が
起こりにくく、未燃ガス濃度の測定精度がさらに低下し
まう問題がある。

【０００６】本発明の目的は、自動車エンジンの排気ガ
ス温度、流速が変化した時も、未燃ガス濃度を高精度に
かつ高応答に測定する未燃物濃度測定装置及びこれを用
いた触媒診断装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、排気ガスの流路に配置された未燃物濃度
センサと、該未燃物濃度センサを用いて前記排気ガス中
の未燃物濃度を測定する濃度測定回路部を有する未燃物
濃度測定装置において、前記未燃物濃度センサは、触媒
的活性の層で被覆された第１の温度依存性抵抗体と触媒
的不活性の層で被覆された第２の温度依存性抵抗体で構
成され、前記濃度測定回路部は、前記両温度依存性抵抗
体の温度を一定温度に保つように前記両各温度依存性抵
抗体にそれぞれ電気量を供給し、前記電気量の差から前
記未燃物濃度を測定することを特徴とする。

【０００８】また、本発明の他の特徴は、自動車エンジ
ンの排気管に流れる排気ガス中の未燃物の濃度を測定す
る未燃物濃度測定装置と、該測定された前記濃度に基づ
き前記排気管内に設けられた触媒の劣化度を診断する診
断部とを有する触媒診断装置において、前記未燃物濃度
測定装置は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項記
載の未燃物濃度測定装置であることにある。

【０００９】また、本発明の他の特徴は、前記未燃物濃
度測定装置は、前記排気管を分岐したバイパス通路に設
置されかつ前記触媒上流及び下流の前記排気ガス中の前
記未燃物濃度を各々測定し、前記診断部は、前記未燃物
濃度検出装置が前記未燃物濃度を各々測定できるように
前記上流または下流の前記排気ガスを導入する前記バイ
パス通路を切り替える切り替え弁と、前記測定された各
濃度に基づき前記触媒の転換率を求め、該転換率と予め
記憶されている劣化判定基準転換率とを比較することに
より前記触媒の劣化度を診断するエンジン制御回路部と
を有することにある。

【００１０】また、本発明の他の特徴は、排気ガスの流
路に配置された未燃物濃度センサを用い、濃度測定回路
部により排気ガス中の未燃物の濃度を測定する未燃物濃
度測定方法において、前記未燃物濃度センサを構成する
触媒的活性の層で被覆された第１の温度依存性抵抗体と
触媒的不活性の層で被覆された第２の温度依存性抵抗体
に、前記両温度依存性抵抗体の温度を一定温度に保つよ
うに、前記濃度測定回路部からそれぞれ電気量を供給
し、前記電気量の差から前記未燃物濃度を測定すること
にある。

【００１１】本発明によれば、排気ガスの流路に配置さ
れた未燃物濃度センサは、触媒的活性の層で被覆された
第１の温度依存性抵抗体と触媒的不活性の層で被覆され
た第２の温度依存性抵抗体で構成される。濃度測定回路
部は、両温度依存性抵抗体の温度を一定温度に保つよう
に両温度依存性抵抗体にそれぞれ電気量を供給し、電気
量の差から未燃物濃度を測定する。

【００１２】これにより、信号応答は両温度依存性抵抗
体の温度を一定値に制御する濃度測定回路部の閉ル−プ
制御の比例ゲインで決まり、応答性を高めることができ
る。

【００１３】また、排気ガス温度、流速の影響は、触媒
的不活性の層で被覆された第２の温度依存性抵抗体への
供給電気量として測定でき、これと触媒的活性の層で被
覆された第１の温度依存性抵抗体への供給電気量との差
を演算して、触媒表面で未燃ガスが燃焼して生じる発熱
量を求め、この発熱量から未燃ガス濃度を高精度に測定
することができる。

【００１４】また、未燃物濃度センサを構成する両温度
依存性抵抗体を、多孔質の焼結金属で覆ったり、未燃物
濃度センサを、排気管を分岐したバイパス通路内に設置
することにより、高い排気ガス流速に伴う触媒表面の未
燃ガスの失火を回避でき、未燃ガス濃度の測定精度の低
下を防止することができる。

【００１５】また、未燃物濃度測定装置は、排気管を分
岐したバイパス通路に設置されかつ触媒上流及び下流の
排気ガス中の未燃物濃度を各々測定する。診断部の切り
替え弁は、未燃物濃度検出装置が未燃物濃度を各々測定
できるように上流または下流の排気ガスを導入するバイ
パス通路を切り替える。エンジン制御回路部は、測定さ
れた各濃度に基づき触媒の転換率を求め、該転換率と予
め記憶されている劣化判定基準転換率とを比較すること
により触媒の劣化度を診断する。

【００１６】これにより、常時触媒の劣化度が把握で
き、触媒の保守管理を確実に行うことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例に係る未
燃物濃度測定装置及びこれを用いた触媒診断装置を、図
を用いて説明する。

【００１８】図１は、本発明の一実施例に係る未燃物濃
度測定装置の回路構成を示す。未燃物濃度測定装置は、
排気ガスの流路に配置された未燃ガス濃度センサと、未
燃ガス濃度センサの２つの抵抗体の温度を制御し、未燃
ガスの濃度を信号として出力する濃度測定回路部とで構
成されている。

【００１９】図１に示すように、未燃ガス濃度センサ３
０を構成する第１の温度依存性抵抗体である反応熱素子
１と第２の温度依存性抵抗体である流速補正素子６は、
それぞれ抵抗値が温度依存性をもつ抵抗体からなる。反
応熱素子１と抵抗２、３、４はホイ−トストンブリッジ
を構成し、差動増幅器１１、トランジスタ１３で反応熱
素子１の抵抗値すなわち温度が常に一定になるように反
応熱素子１への供給電気量すなわち供給電流が増減す
る。

【００２０】同様に、流速補正素子６は、抵抗７、８、
９と共にホイ−トストンブリッジを構成し、差動増幅器
１２、トランジスタ１４で流速補正素子６の抵抗すなわ
即ち温度が常に一定になるように制御する。

【００２１】反応熱素子１への供給電流は、抵抗３の上
端の電位となり、２乗器５で２乗され差動増幅器１５に
入力される。同様に、流速補正素子６への供給電流は、
抵抗８の上端電位となり、２乗器１０で２乗され差動増
幅器１５に入力される。差動増幅器１５では、２ケの２
乗器５、１０の出力の差を求め、未燃ガスの濃度として
出力される。

【００２２】図２は、図１の未燃ガス濃度センサの構造
を示す。反応熱素子１は、アルミナ製円筒の外周に白金
線をコイル状に巻き、さらに、その上に酸化触媒（Ｐ
ｔ，Ｐｄ等の白金系触媒）を担体と共に塗布し、高温で
焼結した構造である。流速補正素子６は、該酸化触媒の
代わりに耐熱性の被覆材（セラミックス、耐熱ガラス
等）で白金巻線の上を被覆した構造で、触媒作用はな
い。

【００２３】図２に示すように、反応熱素子１と流速補
正素子６は、電気的導線の機能をもつ支柱１６ａ，１６
ｂ，１６ｃ，１６ｄによりガス流に対して反応熱素子
１、流速補正素子６の軸が直交するように支持されてい
る。支柱１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄはフランジ１
７と電気的に絶縁され、反応熱素子１、流速補正素子６
と反対側に引き出され、図１の回路構成のように接続さ
れる。該電気的絶縁は、ハ−メチックシ−ル等で使われ
るガラス融着により行われている。反応熱素子１、流速
補正素子６の周囲は、焼結金属等からなるガス流速抑制
部材１８で覆われている。

【００２４】図１、図２の構成に基づいて、未燃ガス濃
度を得る原理を以下説明する。未燃ガスを含むガス流中
における反応熱素子１の熱収支は、式（１）となる。

【００２５】Ｉs²Ｒs＋Ｑ＝ｈs（Ｔs−Ｔe） −−−（１）流速補正素子６の熱収支は、式（２）となる。

【００２６】Ｉc²Ｒc＝ｈc（Ｔc−Ｔe） −−−（２）ここでＩs，Ｉc：反応熱素子１，流速補正素子６を流
れる電流Ｒs，Ｒc：反応熱素子１，流速補正素子６の抵抗値Ｔs，Ｔc：反応熱素子１，流速補正素子６の温度ｈs，ｈc：反応熱素子１，流速補正素子６の熱伝達係数Ｔe：ガス流の温度Ｑ：触媒の発生熱量式（１）、（２）の右辺は、反応熱素子１，流速補正素
子６の温度Ｔs、Ｔcの調整で常に等しくできるので、両
式の差からＱ＝Ｉc²Ｒc−Ｉs²Ｒs −−（３）となる。なお、温度Ｔs、Ｔcの調整は、該ホイ−トスト
ンブリッジを構成する抵抗値の調整で実現できる。

【００２７】図１より反応熱素子１、流速補正素子６の
抵抗値Ｒs，Ｒcは一定であるから、Ｉs，Ｉcの測定から
式（３）を用いて触媒の発生熱量Ｑが得られる。発生熱
量Ｑを得る具体的方法は、図１において抵抗３、８の上
端電位を２乗器５、１０で２乗して、差動増幅器１５で
差を演算して発生熱量Ｑを得るというものである。

【００２８】発生熱量Ｑと未燃ガス濃度は、ほぼ比例す
るが、精度を上げるためデジタルコンピュ−タ内のテ−
ブルルックアップ演算で、発生熱量Ｑから未燃ガス濃度
を得る。なお、発生熱量Ｑと未燃ガス濃度の関係は、ガ
ス流速の影響を強く受けるので、ガス流速抑制部材１８
でガス流速を減速して、反応熱素子１、流速補正素子６
に減速したガス流が当たるようにしている。

【００２９】図３は、本発明の他の実施例である未燃物
濃度測定装置の回路構成を示す。図３に示すように、回
路構成は、熱線流速計の電子回路を応用したものであ
る。図１と同じ番号を付けた部分は、同じ機能をもつ。
反応熱素子１と流速補正素子６は、それぞれ素子の温度
を測定する抵抗１９、２１と加熱抵抗２０、２２からな
り、抵抗１９、２１は抵抗値が温度依存性をもつ抵抗体
で、白金膜、サ−ミスタからなる。

【００３０】ＳｉＣサ−ミスタは、還元雰囲気でも変質
しにくく耐久性がある。反応熱素子１の測温抵抗１９と
抵抗２、３、４はホイ−トストンブリッジを構成し、差
動増幅器１１、トランジスタ１３で測温抵抗１９の抵抗
値即ち温度が常に一定になるように反応熱素子１の加熱
抵抗２０への供給電流を増減する。

【００３１】同様に、流速補正素子６の測温抵抗２１
は、抵抗７、８、９と共にホイ−トストンブリッジを構
成し、差動増幅器１２、トランジスタ１４で測温抵抗２
１の抵抗値即ち温度が常に一定になるように流速補正素
子６の加熱抵抗２２への供給電流を制御する。

【００３２】反応熱素子１への供給電流は、抵抗２０の
上端電位となり、２乗器５で２乗され差動増幅器１５に
入力される。同様に、流速補正素子６への供給電流は、
抵抗２２の上端電位となり、２乗器１０で２乗され差動
増幅器１５に入力される。

【００３３】差動増幅器１５では、２ケの２乗器５、１
０の出力の差を求め、未燃ガスの濃度信号として出力す
る。なお、ツェナ−ダイオ−ド２３は該ホイ−トストン
ブリッジの上端に加える電圧をほぼ一定に制御する機能
をもつ。

【００３４】図４は、図２の未燃ガス濃度センサの他の
例で、図３の未燃物濃度測定装置に用いられる未燃ガス
濃度センサの構造を示す。

【００３５】図４に示すように、反応熱素子１と流速補
正素子６は共にセラミックス基板２４上に形成され、両
者の断熱をはかるためにスリット２７を設けている。

【００３６】反応熱素子１は、抵抗値が温度依存性を持
たない加熱抵抗２０の上にセラミックス等の薄い電気絶
縁層を介して抵抗値が温度依存性を持つ測温抵抗１９を
重ね、さらにその上にセラミックス等の電気絶縁層を介
して酸化触媒（Ｐｔ，Ｐｄ等の白金系触媒）を担体と共
に塗布し、高温で焼結した構造である。

【００３７】流速補正素子６も、同様に抵抗値が温度依
存性を持たない加熱抵抗２２の上にセラミックス等の電
気絶縁層を介して抵抗値が温度依存性を持つ測温抵抗２
１を重ね、さらにその上を耐熱性材料（セラミックス、
耐熱ガラス等）で被覆した構造で、反応熱素子１と異な
り触媒作用はない。

【００３８】加熱抵抗２０、２２と測温抵抗１９、２１
は、セラミックス基板２４上に設けた電気的リ−ド線を
介して端子２６に接続し、反応熱素子１、流速補正素子
６と反対側に引き出され、図３の回路構成のように接続
される。端子２６はフランジ１７と電気的に絶縁され、
該電気的絶縁は、ハ−メチックシ−ル等で使われるガラ
ス融着により行われている。反応熱素子１、流速補正素
子６の周囲は、焼結金属等からなるガス流速抑制部材１
８で覆われている。

【００３９】図３、図４の構成では、反応熱素子１、流
速補正素子６は、それぞれ温度を測定する抵抗１９、２
１と加熱抵抗２０、２２からなり、素子の構造はやや複
雑であるが、図１、図２の構成に比べ、加熱抵抗２０、
２２に直列接続する抵抗がないので、不必要な抵抗加熱
がなく、かつ電力消費が小さく電子回路が簡単になる効
果がある。

【００４０】さらに、加熱抵抗２０、２２として、抵抗
値が温度依存性を持たない抵抗体を使えるので、前述の
式（１）、（２）において、電子回路の調整により温度
Ｔｃ，Ｔｓを変化させても、Ｒｃ，Ｒｓは一定であり式
（１）、（２）の右辺を相殺させることが容易で、反応
熱素子１と流速補正素子６への供給電力差を得やすい効
果がある。

【００４１】図５は、本発明の他の実施例である未燃物
濃度測定装置の回路構成を示す。図１の回路構成の変形
例であり、図１と同じ番号を付けた部分は同じ機能を持
ち、図１の二乗器５、１０、差動増幅器１５の機能をマ
イコン２９のデジタル演算で実現する方法である。

【００４２】反応熱素子１を所定温度に保つための供給
電流は抵抗３の上端電位として得られ、ゼロスパン調整
回路２８ａで出力調整をした信号Ｖ1をマイコン２９に
入力する。同様に流速補正素子６を所定温度に保つため
の供給電流は抵抗８の上端電位となり、ゼロスパン調整
回路２８ｂで出力調整をした後信号Ｖ2をマイコン２９
に入力する。

【００４３】マイコン２９では、図６に示すように、始
めにステップ６１で信号Ｖ1、Ｖ2を読み込み、次に信号
Ｖ1、Ｖ2の二乗値の差Ｓを演算する（６２）。なおＣは
定数である。次に予め記憶されていた二乗値の差Ｓと未
燃物濃度のテ−ブルを用いてテ−ブルルックアップによ
り差信号Ｓから未燃物濃度を求める（６３）。この構成
によれば、複雑な回路構成と調整が必要なアナログ二乗
器５、１０、差動増幅器１５がないので、電子回路の構
成が簡単かつ調整部を少なくできる。

【００４４】図７は、未燃ガス濃度センサの取付け位置
を含む未燃物濃度測定装置の配置及び触媒診断装置によ
る触媒劣化診断方法の説明を示す。図７に示すように、
未燃物濃度測定装置５０は未燃ガス濃度センサ３０と濃
度測定回路部３１で構成され、触媒診断装置は、未燃物
濃度測定装置５０と、切り替え弁３８と弁駆動装置３９
とエンジン制御回路３２からなる診断部で構成されてい
る。

【００４５】未燃物濃度測定装置５０の未燃ガス濃度セ
ンサ３０を排気管と並列なバイパス通路３７に取り付
け、切り替え弁３８の動作により触媒３４の上流の排気
ガスまたは下流の排気ガスを導入する。エンジン制御回
路３２の指令で弁駆動装置３９により切り替え弁３８を
動作させる。この構成により、触媒３４の上流の排気ガ
スまたは下流の排気ガス中の未燃物濃度を交互に測定で
きる。

【００４６】また、バイパス通路３７は排気管に比べ十
分細いので周囲の空気により冷され、排気温度が高い高
負荷の運転条件でも、バイパス通路３７内の排気温度は
反応熱素子１、流速補正素子６の温度より常に低くする
ことが可能で、反応熱素子１、流速補正素子６の動作を
確保できる。

【００４７】未燃ガス濃度センサ３０は濃度測定回路部
３１に接続され、排気ガス中の未燃物濃度信号をエンジ
ン制御回路部３２に入力する。該エンジン制御回路部３
２内ではデジタル演算により触媒３４上流及び触媒３４
下流の排気ガス中の未燃物濃度の比から該触媒の転換効
率を求めて触媒の劣化度を診断する。なお、３６は燃料
噴射弁、３５は点火プラグ、３３は空燃比センサであ
る。

【００４８】図８は、未燃ガス濃度測定から触媒劣化度
を求める方法の説明を示す。始めにステップ７１で予め
エンジン回転速度Ｎと空気流量とエンジン回転速度の比
（Ｑａ／Ｎ）を軸に劣化判定の基準となる触媒転換率を
記憶しておき、読み込んだエンジン回転速度Ｎと空気流
量からテ−ブルルックアップにより劣化判定の基準触媒
転換率ηpを得る。

【００４９】次に、該触媒転換率ηｐを数回読み込みそ
の平均値を求める（７２）。なお、劣化判定の基準触媒
転換率は、触媒の温度の影響を受けるので、エンジン運
転条件（エンジン回転速度Ｎ、空気流量、冷却水温度
等）を用いたテ−ブルであたえる。

【００５０】具体的には、エンジン回転速度Ｎと空気流
量とエンジン回転速度の比（Ｑａ／Ｎ）を軸とした２次
元テ−ブルを触媒温度の範囲により数枚持つ。触媒温度
の代わりに冷却水温度を使ってもほぼ同じ機能を達成で
きるので、図８では冷却水温度を用いた。

【００５１】一方、触媒３４上流と触媒３４下流の排気
ガス中の未燃物の濃度（Ｃu，Ｃd）を未燃ガス濃度セン
サ３０で測定して、ステップ７３中に書かれた式を用い
てＣu，Ｃdから真の触媒転換率ηRを得て（７３）、次
に該触媒転換率ηRを数回読み込みその平均値を求める
（７４）。

【００５２】触媒転換率ηp，ηRからステップ７５中に
書かれた式を用いて触媒劣化度を求める（７５）。さら
に触媒劣化度が所定値εを超えた回数を数え、該回数が
所定値を超えた時触媒劣化の警報信号を出力する（７
６）。

【００５３】図９は、図７のエンジン制御回路３２の演
算のフロ−チャ−トを示す。始めにステップ８１で、エ
ンジン運転条件（エンジン回転速度、空気流量、冷却水
温度等）から燃料噴射量、点火時期を演算する。次に触
媒診断を行う運転域であるか否かを判定する（８２）。

【００５４】具体的には、図７に示す空燃比センサ３３
で空燃比閉ル−プ制御を行い、空燃比が正確に設定値に
なっている運転条件でかつその運転条件が所定時間継続
している時に触媒診断を行う。

【００５５】触媒診断域と判定した時はステップ８３に
進み、診断域外と判定した時はステップ１０の始めに戻
る。次にステップ８３で、弁駆動装置３９に信号を出し
て切り替え弁３８を動作させ、未燃ガス濃度センサ３０
により触媒３４上流および下流の未燃物濃度（Ｃu，Ｃ
d）を測定しその信号を読み込む。

【００５６】次に、図８のステップ７３、７４で説明し
た方法で真の触媒転換率η_Rを求める（８４）。次に、
図８のステップ７１、７２で説明した方法で劣化判定の
基準触媒転換率ηpを求める（８５）。次に、図８のス
テップ７５、７６で説明した方法で触媒劣化度の演算と
劣化と判定した回数のカウントを行う（８６）。該判定
回数が所定値を超えた時、触媒劣化の警告を出力する。

【００５７】図１０は、図７の未燃ガス濃度センサの取
付け位置の他の例を示す。図中、図７と同じ番号を付け
た部分は同じ機能を持つ。

【００５８】未燃ガス濃度センサ３０は診断を行う触媒
３４の下流に設置され、触媒３４下流の排気ガス中の未
燃物濃度を測定する。未燃ガス濃度センサ３０は濃度測
定回路部３１に接続され、排気ガス中の未燃物濃度信号
をエンジン制御回路３２に入力する。該エンジン制御回
路部３２内ではデジタル演算により触媒３４下流の排気
ガス中の未燃物濃度から触媒の劣化度を診断する。

【００５９】図１１は、図１０の触媒３４下流の未燃ガ
ス濃度測定から触媒劣化診断を行う方法の説明を示す。
始めにステップ９１で、予めエンジン回転速度Ｎと空気
流量Ｑａとエンジン回転速度の比（Ｑａ／Ｎ）を軸に劣
化判定の基準となる触媒下流の許容限界の未燃物濃度を
記憶しておく。読み込んだエンジン回転速度Ｎと空気流
量Ｑａからテ−ブルルックアップにより該許容限界未燃
物濃度Ｃpを得る。

【００６０】なお、劣化判定に用いる触媒下流の許容限
界の未燃物濃度は、触媒の温度の影響を受けるので、エ
ンジン運転条件（エンジン回転速度、空気流量、冷却水
温度等）を用いたテ−ブルであたえる。さらに、図８と
同様に、触媒温度または冷却水温度の範囲により上記の
テ−ブルを数枚持つ。

【００６１】一方、触媒下流の排気ガス中の未燃物の濃
度Ｃtを未燃ガス濃度センサ３０で測定する（９２）。
そして、触媒劣化度の演算を行う（９３）。エンジン制
御回路３２内のクロックで作られたスタ−ト信号をトリ
ガとして測定された未燃物濃度Ｃtと許容限界未燃物濃
度Ｃpの差の積分を開始する。同様に制御回路３２内の
クロックで作られたストップ信号で積分を終わり、その
後所定時間の間、積分最終値を維持する。

【００６２】再びスタ−ト信号でＣtとＣpの差の積分を
開始する。これを繰り返す。該積分最終値が触媒劣化判
定値を超えた時、触媒劣化の警報信号を出力する。なお
該積分は時間積分またはクランク角積分のどちらでも良
い。上記の触媒診断は空燃比センサ３３で空燃比閉ル−
プ制御を行い空燃比が正確に設定値になっている運転条
件でかつその運転条件が所定時間継続している時に触媒
診断を行う。

【００６３】図１２は、本発明の他の実施例である未燃
物濃度測定装置の回路構成を示す。図１の電子回路の変
形例であり、図１と同じ番号を付けた部分は同じ機能を
持ち、図１の二乗器５、１０を不要とする方法である。
図１３は、図１２の回路信号の動作を示す。

【００６４】反応熱素子１、流速補正素子６が一定温度
となるように、供給電流をＰＷＭ制御する方式で、熱線
流速計の電子回路を応用したものである。パルス発生器
４６からのパルス信号（Ａ）がフリップフロップ４１、
４４のセット端子に、入力すると、フリップフロップの
Ｑ−端子はＬＯＷレベルとなり、トランジスタ４２、４
５はＯＦＦし、トランジスタ１３、１４はＯＮとなり、
反応熱素子１、流速補正素子６に一定電流の供給が始ま
る。

【００６５】そこで、反応熱素子１、流速補正素子６の
温度が上昇しはじめ、その抵抗値が増加する。反応熱素
子１、流速補正素子６の温度が、所定温度に達すると、
コンパレ−タ４７、４８の出力がＨＩＧＨレベルとな
り、この信号が、フリップフロップ４１、４４のリセッ
ト端子に入力され、フリップフロップのＱ−端子はＨＩ
ＧＨレベルとなり、トランジスタ４２、４５はＯＮし、
反応熱素子１、流速補正素子６への電流供給が遮断され
る。

【００６６】この電流遮断は、フリップフロップ４１、
４４のセット端子入力が次にＨＩＧＨとなるまで継続さ
れ、この間、反応熱素子１、流速補正素子６は排気ガス
流により冷却される。従って、反応熱素子１、流速補正
素子６への電流供給時間の差が未燃ガスの濃度として出
力される。

【００６７】具体的には、フリップフロップ４１、４４
端子のＱの出力を排他ＯＲ素子４９に入力して、両Ｑ端
子出力がＨＩＧＨレベルにある時間の差を得る。なお、
反応熱素子１への定電流の供給は、差動増幅器４０とト
ランジスタ１３を用いて、抵抗３の上端電位が一定値Ｖ
ｒとなるように閉ループ制御することで実現できる。流
速補正素子６への定電流供給も、同様に差動増幅器４３
とトランジスタ１４を用いて行う。

【００６８】以下、未燃ガス濃度を得る原理を詳述す
る。図１、図２の場合と同様に、未燃ガスを含むガス流
中における反応熱素子１の熱収支は式（３）となる。

【００６９】Ｉｓ²Ｒｓ＊ｔｓ／ｔ₀＋Ｑ＝ｈｓ（Ｔｓ−Ｔｅ）−−−（３）流速補正素子６の熱収支は、式（４）となる。

【００７０】Ｉｃ²Ｒｃ＊ｔｃ／ｔ₀＝ｈｃ（Ｔｃ−Ｔｅ） −−−（４）ここでＩｓ，Ｉｃ：反応熱素子１，流速補正素子６を
流れる電流Ｒｓ，Ｒｃ：反応熱素子１，流速補正素子６の抵抗値Ｔｓ，Ｔｃ：反応熱素子１，流速補正素子６の温度ｈｓ，ｈｃ：反応熱素子１，流速補正素子６の熱伝達係
数Ｔｅ：ガス流の温度Ｑ：触媒の発生熱量ｔｓ、ｔｃ：反応熱素子１，流速補正素子６への電流供
給時間ｔ₀：パルス発生器の周期式（３）、（４）の右辺は、ホイートストンブリッジを
構成する抵抗値を選定して、反応熱素子１、流速補正素
子６の温度Ｔｓ、Ｔｃの調整で常に等しくできるので、
両式の差から式（５）、（６）を得る。

【００７１】Ｑ＝Ｉｃ２Ｒｃ＊ｔｃ／ｔ₀−Ｉｓ２Ｒｓ＊ｔｓ／ｔ₀−−（５）＝ｋ＊（ｔｃ−ｔｓ）／ｔ₀−−（６）ここでｋ：定数Ｉｃ２Ｒｃ＝Ｉｓ２Ｒｓとなるように定電流Ｉｃ、Ｉｓ
の比を調整して、式（６）を得る。即ち、両素子への電
流供給時間の差から式（６）を用いて触媒の発生熱量Ｑ
が得られる。

【００７２】この構成によれば、複雑な回路構成と調整
が必要なアナログ二乗器５、１０がないので、電子回路
の構成を簡単にできる効果がある。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、未燃物濃度測定装置に
より、自動車エンジンの排気ガス温度、流速が変化した
時も、未燃ガス濃度を高精度にかつ高応答に測定でき
る。

【００７４】また、上記未燃物濃度測定装置を用いた触
媒診断装置により、常時触媒の劣化度が把握でき、触媒
の保守管理を確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る未燃物濃度測定装置の
回路構成図である。

【図２】未燃ガス濃度センサの構造図である。

【図３】本発明の他の実施例の未燃物濃度測定装置の回
路構成図である。

【図４】図２の未燃ガス濃度センサの他の例で、図３の
未燃物濃度測定装置に用いられる未燃ガス濃度センサの
構造図である。

【図５】本発明の他の実施例の未燃物濃度測定装置の回
路構成図である。

【図６】は図５のマイコンでの制御処理の説明図であ
る。

【図７】未燃ガス濃度センサの取付け位置を含む未燃物
濃度測定装置の配置及び触媒診断装置による触媒劣化診
断方法の説明を示す図である。

【図８】未燃ガス濃度測定から触媒劣化度を求める方法
の説明図である。

【図９】図７のエンジン制御回路の演算のフロ−チャ−
ト図である。

【図１０】図７の未燃ガス濃度センサの取付け位置の他
の例を示す図である。

【図１１】図１０の触媒下流の未燃ガス濃度測定から触
媒劣化診断を行う方法の説明図である。

【図１２】本発明の他の実施例である未燃物濃度測定装
置の回路構成図である。

【図１３】図１２の回路信号の動作図である。

【符号の説明】

１…反応熱素子、２，３，４，７，８，９…抵抗、５，
１０…二乗器、６…流速補正素子、１１，１２，１５…
差動増幅器、１３，１４…トランジスタ、１６…支柱、
１７…フランジ、１８…ガス流速抑制部材、１９，２１
…測温抵抗、２０，２２…加熱抵抗、２３…ツエナダイ
オ−ド、２４…セラミック基板、２５…排気管、２９…
マイコン、３０…未燃ガス濃度センサ、３１…濃度測定
回路部、３２…エンジン制御回路部、３３…空燃比セン
サ、３４…触媒、３５…点火プラグ、３６…燃料噴射
弁、３７…バイパス通路、３８…切り替え弁、３９…弁
駆動装置、４０，４３…差動増幅器、４１，４４…フリ
ップフロップ、４２，４５…トランジスタ、４６…パル
ス発生器、４７，４８…コンパレータ、４９…排他Ｏ
Ｒ、５０…未燃物濃度測定装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気ガスの流路に配置された未燃物濃度セ
ンサと、該未燃物濃度センサを用いて前記排気ガス中の
未燃物濃度を測定する濃度測定回路部を有する未燃物濃
度測定装置において、前記未燃物濃度センサは、触媒的活性の層で被覆された
第１の温度依存性抵抗体と触媒的不活性の層で被覆され
た第２の温度依存性抵抗体で構成され、前記濃度測定回
路部は、前記両温度依存性抵抗体の温度を一定温度に保
つように前記両温度依存性抵抗体にそれぞれ電気量を供
給し、前記電気量の差から前記未燃物濃度を測定するこ
とを特徴とする未燃物濃度測定装置。
【請求項２】請求項１において、前記濃度測定回路部
は、前記電気量をそれぞれ２乗して、該２乗値の差から
前記未燃物濃度の信号を得ることを特徴とする未燃物濃
度測定装置装置。
【請求項３】請求項１において、前記未燃物濃度センサ
は、多孔質の焼結金属で前記両温度依存性抵抗体を覆う
ように構成されていることを特徴とする未燃物濃度測定
装置。
【請求項４】請求項１において、前記未燃物濃度センサ
は、前記流路内の前記排気ガスの流速を低減させる個所
に配置されることを特徴とする未燃物濃度測定装置。
【請求項５】請求項１において、前記濃度測定回路部
は、前記両温度依存性抵抗体の温度が所定の温度になる
ように、前記両温度依存性抵抗体に一定電流を同一周期
で間歇的にそれぞれ供給すると共に前記一定電流の供給
時間を制御し、前記供給時間の差を前記未燃物濃度の信
号とすることを特徴とする未燃物濃度測定装置装置。
【請求項６】自動車エンジンの排気管に流れる排気ガス
中の未燃物の濃度を測定する未燃物濃度測定装置と、該
測定された前記濃度に基づき前記排気管内に設けられた
触媒の劣化度を診断する診断部とを有する触媒診断装置
において、前記未燃物濃度測定装置は、請求項１ないし請求項５の
いずれか１項記載の未燃物濃度測定装置であることを特
徴とする触媒診断装置。
【請求項７】請求項６において、前記未燃物濃度測定装
置は、前記排気管を分岐したバイパス通路に設置されか
つ前記触媒上流及び下流の前記排気ガス中の前記未燃物
濃度を各々測定し、前記診断部は、前記未燃物濃度検出
装置が前記未燃物濃度を各々測定できるように前記上流
または下流の前記排気ガスを導入する前記バイパス通路
を切り替える切り替え弁と、前記測定された各濃度に基
づき前記触媒の転換率を求め、該転換率と予め記憶され
ている劣化判定基準転換率とを比較することにより前記
触媒の劣化度を診断するエンジン制御回路部とを有する
ことを特徴とする触媒診断装置。
【請求項８】請求項６において、前記未燃物濃度測定装
置は、前記触媒の下流側に設置され触媒下流の排気ガス
中の未燃物濃度を測定し、前記診断部は、前記測定され
た濃度と予め記憶されている劣化判定基準濃度とを比較
することにより前記触媒の劣化度を診断するエンジン制
御回路部とを有することを特徴とする触媒診断装置。
【請求項９】排気ガスの流路に配置された未燃物濃度セ
ンサを用い、濃度測定回路部により排気ガス中の未燃物
の濃度を測定する未燃物濃度測定方法において、前記未燃物濃度センサを構成する触媒的活性の層で被覆
された第１の温度依存性抵抗体と触媒的不活性の層で被
覆された第２の温度依存性抵抗体に、前記両温度依存性
抵抗体の温度を一定温度に保つように、前記濃度測定回
路部からそれぞれ電気量を供給し、前記電気量の差から
前記未燃物濃度を測定することを特徴とする未燃物濃度
測定方法。