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JPH1068346A - エンジン排ガス系の制御法 - Google Patents

エンジン排ガス系の制御法

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Publication number
JPH1068346A
JPH1068346A JP9139021A JP13902197A JPH1068346A JP H1068346 A JPH1068346 A JP H1068346A JP 9139021 A JP9139021 A JP 9139021A JP 13902197 A JP13902197 A JP 13902197A JP H1068346 A JPH1068346 A JP H1068346A
Authority
JP
Japan
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exhaust gas
oxygen
sensor
fuel ratio
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9139021A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuhide Kato
伸秀 加藤
Hiroshi Kurachi
寛 倉知
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP9139021A priority Critical patent/JPH1068346A/ja
Priority to US08/876,396 priority patent/US6012282A/en
Priority to DE69736795T priority patent/DE69736795T2/de
Priority to EP97304349A priority patent/EP0814249B1/en
Priority to EP03000710A priority patent/EP1302648B1/en
Priority to DE69737043T priority patent/DE69737043T2/de
Publication of JPH1068346A publication Critical patent/JPH1068346A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単なシステムで有害成分の排出のばらつき
を小さく抑え、かつ過渡的な運転条件下でも突発的なＣ
Ｏ、ＨＣの排出を抑え、三元触媒の小型低コスト化が可
能であり、更に三元触媒の劣化を正確に検知できるエン
ジン排ガス系の制御法を提供する。 【解決手段】 エンジン３０から排出される排気ガス
を、酸素センサ７１によりその空燃比を検出し、その信
号を用いた閉ループ制御により理論空燃比付近に制御
し、この排気ガスを三元触媒４０に導いてＮＯｘおよび
ＨＣ、ＣＯを処理するエンジン排ガス系の制御法であ
る。ＮＯｘセンサ７０を三元触媒４０の下流側に設け、
ＮＯｘセンサ７０の出力により酸素センサ７１による閉
ループ制御の空燃比制御値を補正し、ＮＯｘ濃度を所定
値とする。また、その際の空燃比制御値の補正の大きさ
又はその変化幅に基づき、三元触媒４０および／または
酸素センサ７１の劣化を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、酸素センサと三
元触媒、及び窒素酸化物センサを用いたエンジン排ガス
系の制御法に関し、窒素酸化物（以下ＮＯｘと言う）の
排出量を正確に制御でき、更に三元触媒の劣化を容易に
検出できるエンジン排ガス系の制御法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】 従来、酸素センサと三元触媒とを用
い、空燃比を制御して自動車の内燃機関の排気ガス中の
ＮＯｘや一酸化炭素，炭化水素等の有害成分を除去する
方法が用いられている。しかしながら、酸素センサの特
性のばらつきやセンサ自体の特性の経時変化により、そ
の制御点がばらつき、有害物質の排出を所定値内とする
ために、三元触媒の大きさやそれに担持させる貴金属量
に余裕を持たせる必要があった。また、触媒の下流側に
も酸素センサを配置して制御点のばらつきを補正する方
法も提案されている。
【０００３】 しかしながら、これらのいずれの方法で
も加速、減速等の過渡的な運転条件下では空燃比が設定
値から外れ、ＮＯｘや一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素
（ＨＣ）等が突発的に多量に排出され、規制値を外れや
すくなる欠点があった。また、触媒の劣化検知の方法に
ついては、酸素センサを触媒の下流側に配置して、その
出力の振幅や応答時間で触媒の酸素吸着容量の変化とし
て検知する方法や、触媒付きの温度センサで燃焼に伴う
温度上昇で未反応成分量を検知する方法が提案されてい
る。しかしながら、これらの方法は間接的に触媒の劣化
を検出するのに過ぎず、精度の低いものであった。更
に、特願平７−４８５５１号に記載の窒素酸化物センサ
が知られているが、このセンサは従来の酸素濃淡電池型
の酸素センサに較べて応答速度が遅く、このセンサのみ
を用いて直接三元触媒システムの空燃比制御を行うこと
は困難であった。
【０００４】 又、特公平４−６５２２４号には、触媒
前方に取り付けた酸素センサにより空燃比を制御し、触
媒下流に、半導体、例えばＳｎＯ2 を利用したＮＯｘ濃
度に応じて抵抗値が変化するＮＯｘセンサと、同じくＳ
ｎＯ2 を利用したＣＯ濃度に応じて抵抗値が変化するＣ
Ｏセンサを取り付け、ＮＯｘセンサとＣＯセンサにより
ＮＯｘとＣＯを同時にモニターし、酸素センサがリーン
側に劣化した場合、ＮＯｘが増大することから、ＮＯｘ
濃度が所定値以上となったら空燃比をリッチ方向へ補正
し、酸素センサがリッチ側に劣化した場合はＣＯまたは
ＨＣが増大することから、ＣＯ濃度が所定値以上となっ
たらリーン方向へ空燃比を補正し、酸素センサが劣化し
てもＮＯｘ、ＣＯあるいはＨＣを低く抑えることができ
るというシステムが開示されている。
【０００５】 しかしながら、このシステムでは、酸素
センサの劣化による有害ガス成分の増大を抑制するた
め、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣが所定の値以下であると、空燃
比制御に補正を加えないため、空燃比制御点が三元触媒
のウィンドウ内で、有害ガス成分が規定値以下であるも
のの、大きくばらつくものであり、また酸素センサの劣
化がリッチ側へ劣化するのか、リーン側へ劣化するのか
不明のため、リーン側の成分であるＮＯｘを測定するセ
ンサと、リッチ側の成分であるＣＯまたはＨＣを測定す
るセンサが必要であるという欠点（酸素センサの他に２
本のガスセンサが必要である）を有しており、２本のガ
スセンサと２本分の補正制御機能の必要性、有害成分の
ばらつき、コスト上、大きな問題があった。また、この
システムでは、触媒の劣化を検出することができないと
いう欠点もあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は、上記した
従来技術の欠点を解消するためになされたものであり、
簡単なシステムで、有害成分の排出のばらつきを小さく
抑え、かつ、過渡的な運転条件下でも突発的なＣＯ、Ｈ
Ｃの排出を抑え、三元触媒の小型低コスト化が可能であ
り、更に三元触媒の劣化を正確に検知できるエンジン排
ガス系の制御法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】 本発明によれば、内燃
機関から排出される排気ガスを、酸素センサによりその
空燃比を検出し、その信号を用いた閉ループ制御により
理論空燃比付近に制御し、この排気ガスを三元触媒に導
いて窒素酸化物およびＨＣ、ＣＯを処理するエンジン排
ガス系の制御法において、窒素酸化物センサを前記三元
触媒の下流側に設け、前記窒素酸化物センサの出力によ
り前記酸素センサによる閉ループ制御の空燃比制御値を
補正し、窒素酸化物濃度を所定値とするエンジン排ガス
系の制御法、が提供される。
【０００８】 また本発明によれば、内燃機関から排出
される排気ガスを、酸素センサによりその空燃比を検出
し、その信号を用いた閉ループ制御により理論空燃比付
近に制御し、この排気ガスを三元触媒に導いて窒素酸化
物および炭化水素、一酸化炭素を処理するエンジン排ガ
ス系の制御法において、窒素酸化物センサを前記三元触
媒の下流側に設け、前記窒素酸化物センサの出力により
前記酸素センサによる閉ループ制御の空燃比制御値を補
正することにより、窒素酸化物濃度を所定値とし、その
際の空燃比制御値の補正の大きさ又はその変化幅に基づ
き、前記三元触媒および／または酸素センサの劣化を検
出することを特徴とするエンジン排ガス系の制御法、が
提供される。
【０００９】 なお、本発明で用いる窒素酸化物センサ
としては、酸素イオン伝導性固体電解質からなる基体
と、該基体の内外に配設される内側ポンプ電極及び外側
ポンプ電極からなる電気化学的ポンプセルを有し、且つ
外部空間から導入された被測定ガスに含まれる酸素を、
前記内側ポンプ電極と外側ポンプ電極間に印加される制
御電圧に基づいてポンピング処理する主ポンプ手段と、
一方が前記主ポンプ手段にてポンピング処理された被測
定ガスが導入される側に設けられた一対の検出電極を有
し、前記主ポンプ手段にてポンピング処理された後の被
測定ガスに含まれるＮＯｘの分解あるいは還元により発
生する酸素の量に応じた電気信号を発生する電気信号変
換手段とを備えたものであることが好ましい。
【００１０】 具体的には、次の各構成を有する窒素酸
化物センサが望ましい。 （イ）外部の被測定ガス存在空間に連通された第一の内
部空所、（ロ）該被測定ガス存在空間より、被測定ガス
成分を含む被測定ガスを、所定の拡散抵抗の下に該第一
の内部空所に導く第一の拡散律速手段、（ハ）第一の酸
素イオン伝導性固体電解質とこれに接して設けられた一
対の電極からなる第一の電気化学的セルを用いて、それ
ら一対の電極間への通電により、前記第一の内部空所に
対する酸素のポンピングを行い、該第一の内部空所の雰
囲気中の酸素分圧をＮＯが実質的に分解され得ない所定
の低い値に制御せしめる第一の酸素ポンプ手段、（ニ）
前記第一の内部空所に連通されてなる第二の内部空所、
（ホ）前記第一の内部空所内の制御された雰囲気を、第
二の拡散抵抗の下に第二の内部空所に導く第二の拡散律
速手段、（ヘ）該第二の内部空所内に配置されたＮＯｘ
分解触媒、（ト）第二の酸素イオン伝導性固体電解質と
これに接して設けられた一対の電極からなる第二の電気
化学的セルを用いて、それら一対の電極間への通電によ
り、主としてＮＯｘの分解により生成した酸素を汲みだ
すか、あるいは前記第二の内部空所内に一方の電極が露
呈してなる第二の電気化学的セルを用いて、その電極へ
の通電により該電極表面の雰囲気を強い還元性とするこ
とによりＮＯｘを還元し、それにより生成した酸素を汲
みだすようにした第二の酸素ポンプ手段、および、
（チ）該第二の電気化学的セルのポンプ作動によって流
れるポンプ電流を検出する電流検出手段。なお、上記の
窒素酸化物センサにおいて、（ト）、（チ）を下記のよ
うに置き換えて構成したものを用いることもできる。
（ト）第二の酸素イオン伝導性固体電解質とこれに接し
て設けられた一対の電極からなる第二の電気化学的セル
を用いて、それら一対の電極表面の酸素分圧差から、主
としてＮＯｘの分解により生成した酸素の分圧に応じた
起電力を発生する酸素濃度検出手段、および（チ）該酸
素濃度検出手段において発生する起電力を検出する電圧
検出手段。
【００１１】 また、次の各構成を有する窒素酸化物セ
ンサが望ましい。 （イ）外部の被測定ガス存在空間に連通された内部空
所、（ロ）該被測定ガス存在空間より、被測定ガス成分
を含む被測定ガスを、所定の拡散抵抗の下に該内部空所
に導く拡散律速手段、（ハ）酸素イオン伝導性固体電解
質とこれに接して設けられた一対の電極からなる電気化
学的セルを用いて、それら一対の電極間への通電によ
り、前記第一の内部空所に対する酸素のポンピングを行
い、該内部空所の雰囲気中の酸素分圧をＮＯｘが実質的
に分解され得ない所定の低い値に制御せしめる酸素ポン
プ手段、（ニ）前記内部空所に配置された窒素酸化物に
より抵抗値が変化する酸化物半導体、および、（ホ）該
酸化物半導体の抵抗値を測定する抵抗値検出手段。
【００１２】 即ち、本発明では、従来の酸素センサと
三元触媒による理論空燃比付近での基本的なリーン、リ
ッチの反復動作による有害成分の浄化機能はそのまま活
用し、三元触媒を通った後の排気ガスについて、その中
に含まれるＮＯｘ量を検出してその出力をフィードバッ
クすることにより空燃比の制御点を微調整し、ＮＯｘ量
を所定値とするものである。また、本発明では、前記微
調整の大きさにより三元触媒および／または酸素センサ
の劣化の程度を検知するものであり、さらに本発明で
は、窒素酸化物センサでＮＯｘを測定する際の妨害成分
である酸素ガスおよびＨＣ等の可燃ガス成分を除去し所
定の酸素分圧とするのに要したポンプ電流値、即ち排気
ガスの酸素とＨＣ等の可燃ガスが反応した後の残留酸素
濃度を計ることにより、三元触媒および／または酸素セ
ンサの劣化の程度を検知するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】 以下、本発明に係るエンジン排
ガス系の制御法である、ＮＯｘセンサの出力による空燃
比制御点の補正の方法の具体例、およびその効果につい
て詳細に説明する。図１は本発明のエンジン排ガス系の
制御法の一実施例を示す説明図である。図２は図１の空
燃比制御回路部を示すブロック説明図、図３は図１の空
燃比制御回路部を示す回路説明図である。
【００１４】 図１において、３０はエンジンであり、
エンジン３０の排ガス系には三元触媒４０が配置されて
いるとともに、三元触媒４０の上流側には酸素センサ７
１、三元触媒４０の下流側にはＮＯｘセンサ７０が配置
されている。このエンジン排ガス系において、エンジン
３０から排出される排気ガスは、酸素センサ７１により
その空燃比が検出され、その信号を用いた閉ループ制御
によって理論空燃比付近に制御されている。この排気ガ
スは三元触媒４０に導かれ、窒素酸化物（ＮＯｘ）およ
び炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの有害成
分が除去される。ここで、酸素センサ７１はジルコニア
磁器を固体電解質として用いた酸素濃淡電池によるも
の、酸素ポンプで拡散限界電流を求める全領域タイプ、
チタニア等の酸化物半導体の抵抗変化によるもの等を用
いることができる。ＮＯｘセンサ７０としては、例えば
特願平７−４８５５１号に記載のジルコニア磁器を固体
電解質として用いた酸素ポンプを用いたもの、酸素ポン
プと電気化学的セルを組み合わせ、酸素濃度制御下で電
気化学的セルに発生する起電力変化を測定するもの、酸
化物半導体の抵抗変化によるもの、酸素ポンプと酸化物
半導体とを組み合わせ、酸素濃度制御下で酸化物半導体
の抵抗変化を測定するもの、等を用いることができる。
【００１５】 図１における空燃比制御回路部５０およ
び燃料注入量制御部６０について、その一例を図２〜３
に基づいて説明する。図２〜３に示すように、ＮＯｘセ
ンサ７０の０〜５Ｖ（０〜２０００ｐｐｍのＮＯｘ濃度
に対し、０〜５Ｖの出力が出るようにセンサ信号が処理
されている）の出力信号が１００ｐｐｍ相当の比較電圧
（０．２５Ｖ）５３と比較され、比較電圧補正回路であ
る比較増幅器５１により、酸素センサ７１の比較器（比
較増幅器）５２の比較電圧（０．４Ｖ）に重畳される。
これによってＮＯｘが１００ｐｐｍより多い場合は比較
電圧が実質的に上がることになり、空燃比がリーンの状
態の出力が空燃比制御回路部５０から出て、燃料注入量
制御部６０の燃料噴射時間制御回路６１に伝達されて、
燃料噴射器６２からエンジン３０へ噴射する燃料を増加
する方向、即ちＮＯｘが減少する方向へ空燃比制御点が
動くこととなる。この補正制御を採用することにより、
ＮＯｘは常時１００ｐｐｍ近傍に制御され、ＦＴＰ（Fe
deral Test Procedure）走行条件で加速時のＮＯｘの大
量発生が無くなり、酸素センサ特性のばらつきによるＮ
Ｏｘ、ＨＣ、ＣＯ排出量のばらつきが減少する。
【００１６】 図４および図５は、それぞれ従来の酸素
センサのみによる空燃比制御を用いた場合と、本発明の
ＮＯｘセンサによる補正を行った場合との三元触媒後の
排気ガス中のＮＯｘ、炭化水素排出量を示すグラフであ
る。従来の酸素センサのみによる空燃比制御を用いた場
合では、図４に示すように、酸素センサ特性のばらつき
と触媒の浄化特性のばらつきとにより、ＮＯｘ、炭化水
素の排出量のばらつきが大きく、更に使用中の経時変化
により一層ばらつきが大きくなる。このようにばらつき
の大きい条件下で排気ガス規制値を満足させるためには
触媒に大きなものを用いるか、貴金属触媒の坦持量を多
くすることが必要であった。これに対し、本発明のＮＯ
ｘセンサによる補正を行った場合には、図５に示すよう
に、酸素センサ特性や触媒の浄化特性とは無関係にＮＯ
ｘ排出濃度を制御できるため、ＮＯｘ排出量を所定の値
に正確に制御することができる。従って、触媒は必要最
小限の大きさとすれば良く、更に空燃比制御点が正確に
なるためＨＣ、ＣＯの排出量も減少する。
【００１７】 ＮＯｘセンサの出力による空燃比補正の
方法としては、この他に図６に示すように、センサ信号
補正回路７２において、ＮＯｘセンサ７０の出力を、極
性を反転させて酸素センサ７１の出力に重畳し、この補
正信号を、比較器７３で比較電圧（０．４Ｖ）５４と比
較してもよい。これによって、ＮＯｘが１００ｐｐｍよ
り多い場合は酸素センサ出力が実質的に下がることにな
り、空燃比がリーンの状態の出力が燃料噴射時間制御回
路６１に伝達されて、燃料噴射器６２からエンジン３０
へ噴射する燃料を増加する方向、即ちＮＯｘが減少する
方向へ空燃比制御点が動くこととなる。
【００１８】 さらに図７に示すように、酸素センサ７
１の出力を比較器７３で比較電圧（０．４Ｖ）５４と比
較し、この信号を燃料噴射時間制御回路６１に伝達する
ととともに、ＮＯｘセンサ７０の出力を燃料噴射時間制
御回路６１に加え、図８に示す燃料噴射量制御信号の増
量比率、減量比率、ジャンプ量等を調節する方法でも良
い。なお、ＮＯｘセンサによるＮＯｘ濃度情報、ガス流
量情報と走行速度情報から、ＮＯｘ排出量（ｇ／ｍｉｌ
ｅ）の情報に置き換え、空燃比を補正することが排気ガ
ス規制対応上好ましい。
【００１９】 次に、本発明におけるＮＯｘセンサの出
力による酸素センサの空燃比制御点の補正量の大きさで
三元触媒および／または酸素センサの劣化を検知する方
法の具体例およびその効果について説明する。図９は三
元触媒の初期および耐久後の浄化率特性を示すグラフで
ある。ηＮＯｘ１は所定の走行条件下でＮＯｘ濃度を１
００ｐｐｍとするのに必要な浄化率である。三元触媒が
経時劣化すると、ＮＯｘ、ＨＣの浄化率は共に低下す
る。耐久後においてもＮＯｘ濃度を１００ｐｐｍに維持
するためには、空燃比制御点はＡ点からＢ点に移動する
ことになり、この結果ＨＣの浄化率はηＨＣ１からηＨ
Ｃ２に低下することになる。従って、補正信号の差Ａ−
Ｂは三元触媒の劣化度をあらわす尺度として用いること
ができ、例えば、所定定速走行条件下での補正信号の大
きさの変化とＨＣの排出量とは相関性を持つ。この相関
関係よりＨＣ排出量を算定し、劣化の判定を行うことが
できる。図１０、図１１は新品の三元触媒と５種の耐久
レベルの三元触媒を用い、補正電圧の変化と定速走行下
でのＨＣ濃度、およびＦＴＰ走行モードでのＨＣ排出量
を測定し、相関性を求めたものであり、共に良好な相関
性が認められる。
【００２０】 次に、ＮＯｘセンサの第一の電気化学的
ポンプセルのポンプ電流値により三元触媒および／また
は酸素センサの劣化を検知する方法の具体例およびその
効果について説明する。ＮＯｘセンサとしては、図１２
にその基本的構成を示す方式のセンサを用いることがで
きる。図１２において、ジルコニア磁器等の酸素イオン
伝導性固体電解質からなる隔壁１の両面に白金等の内側
ポンプ電極２及び外側ポンプ電極３が設けられ、第一の
電気化学的ポンプセル４を構成する。第一の電気化学的
ポンプセル４の内側ポンプ電極２及び外側ポンプ電極３
間には、電気回路１６が設けられて電源８からの制御電
圧が印加されるように主ポンプ手段１７を構成してい
る。この構成において、被測定ガスは、第一の拡散律速
通路５を介して被測定ガス空間６から第一の内部空所７
に導入され、該第一の内部空所７内の酸素分圧は、内側
ポンプ電極２、外側ポンプ電極３間へ印加される電源８
からの制御電圧により、ＮＯｘが還元されない所定の、
望ましくは低い値に制御される。
【００２１】 この酸素分圧が制御された第一の内部空
所７内の雰囲気は、第二の拡散律速通路９を介して第二
の内部空所１０に導かれる。第二の内部空所１０には、
隔壁１の両面に検出電極１１，基準電極１２間に電気回
路１９が設けられて電気信号変換手段１８を構成してい
る。また、検出電極１１上には、ＮＯｘの分解を促進す
る触媒１４が備えられている。そこで、第二の拡散律速
通路９を介して第二の内部空所１０に導かれた雰囲気中
のＮＯｘは、触媒１４により分解されるか、あるいは低
い酸素分圧下で分解され、その際生成する酸素を第二の
電気化学的ポンプセル１３を用いてガス拡散律速条件下
で該第二の内部空所１０中より基準ガス存在空間６’に
汲みだし、該第二の電気化学的ポンプセル１３に流れる
電流値により、被測定ガス中のＮＯｘ量が測定される。
なお、第二の電気化学的ポンプセル１３はＮＯｘ濃度を
検出できれば良く、これに代わって他の方式の検出器、
例えばＮＯｘにより抵抗が変化する酸化物半導体のごと
きものを用いることもできる。
【００２２】 既に述べた通り、三元触媒を通った後の
ＮＯｘ濃度を所定値に制御した場合の空燃比制御点の移
動量は触媒や酸素センサの劣化度合いを表わすことにな
るので、この移動量をモニターし、それが所定の値にな
った時、触媒の劣化と判断することができる。図１２の
方式のＮＯｘセンサでは、第一の電気化学的ポンプセル
の電流（第１のポンプ電流）値は測定ガス中の酸素がＨ
Ｃ等の可燃ガスと反応した残留酸素濃度に対応した値で
あり、この値が所定の範囲を外れた時、三元触媒を通っ
た排気ガス中のＨＣの値は所定の範囲を越えることにな
る。即ち、三元触媒が初期のものでは、図９に示すよう
に空燃比がＡ点（理論空燃比点よりリーン側）で制御さ
れ、その際の排ガス中の酸素濃度は高く、逆にＨＣ等の
可燃ガスは少ない。したがって、酸素とＨＣ等の可燃ガ
スが反応した残留酸素濃度を表す第１のポンプ電流は大
きな値となる。三元触媒の経時劣化により制御点がリッ
チ方向へ移動すると（図９のＢ点）、排気ガス中の酸素
濃度は低くなり、逆にＨＣ等の可燃ガスが増大し、第１
のポンプ電流が酸素とＨＣ等の可燃ガスが反応した残留
酸素濃度に対応することから、酸素の変化とＨＣ等の可
燃ガスの変化の相乗効果により大きく低下することにな
る。なお、劣化を判定するための電流値は絶対値でも、
変化幅でも良い。図１３、図１４は新品の三元触媒と５
種の耐久レベルの三元触媒を用い、第一の電気化学的セ
ルのポンプ電流値、すなわち過剰酸素量と定速走行下で
のＨＣ濃度、およびＦＴＰ走行モードでのＨＣ排出量を
測定し、相関性を求めたものであり、共に良好な相関性
が認められる。
【００２３】
【実施例】 排気量２リットル、４気筒のガソリンエン
ジンに容積１リットルの三元触媒を取り付けた自動車
に、特性の異なるＡ〜Ｅの５種類の酸素センサと図１２
の構成のＮＯｘセンサを図１のように取り付け、図２お
よび図３の回路で空燃比を補正し、ＦＴＰモードで運転
し、排気ガス中に含まれるＮＯｘ，ＨＣ量を測定した。
その結果、表１に示す通り、酸素センサの特性がばらつ
いてもＮＯｘによる空燃比の補正をした場合には、５種
類全ての酸素センサでＮＯｘ，ＨＣ共に米国カリフォル
ニア州自動車排気ガス規制のＬＥＶ (Low Emission Veh
icle) 規格値ＮＯｘ≦０．２０ｇ／mile 、ＨＣ≦０．
０７５ｇ／mileを満足した。これに対し、補正をしない
場合は、センサＤ，Ｅが規格値を満足しなかった。
【００２４】 更に、この自動車について酸素センサ，
三元触媒，ＮＯｘセンサを同時に５０kmile の耐久試験
を行った結果、表２に示す通り、酸素センサや触媒の特
性が劣化しても全ての酸素センサでＬＥＶ耐久後規格値
ＮＯｘ≦０．２０ｇ／mile 、ＨＣ≦０．０７５ｇ／mi
leを満足した。これに対し、補正をしない場合は、全て
の酸素センサで規格値を満足しなかった。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】
【発明の効果】 以上の説明から明らかな通り、本発明
のエンジン排ガス系の制御法によれば、エンジン排気ガ
ス中の有害成分を長期間低濃度に制御することができる
とともに、排気ガス浄化システムにおける三元触媒、酸
素センサの劣化を確実に検出することが可能であり、産
業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のエンジン排ガス系の制御法の一実施
例を示す説明図である。
【図２】 図１の空燃比制御回路部を示すブロック説明
図である。
【図３】 図１の空燃比制御回路部を示す回路説明図で
ある。
【図４】 従来の酸素センサのみによる空燃比制御を用
いた場合の三元触媒後の排気ガス中のＮＯｘ、炭化水素
排出量を示すグラフである。
【図５】 本発明のＮＯｘセンサによる補正を行った場
合の三元触媒後の排気ガス中のＮＯｘ、炭化水素排出量
を示すグラフである。
【図６】 ＮＯｘセンサの出力を酸素センサの出力に重
畳した例を示すブロック説明図である。
【図７】 燃料噴射時間制御回路にＮＯｘセンサの出力
を加えた例を示すブロック説明図である。
【図８】 燃料噴射量制御信号を示す図である。
【図９】 三元触媒の初期および耐久後の浄化率特性を
示すグラフである。
【図１０】 新品の三元触媒と５種の耐久レベルの三元
触媒を用い、補正電圧と定速走行下でのＨＣ濃度の相関
性を示すグラフである。
【図１１】 新品の三元触媒と５種の耐久レベルの三元
触媒を用い、補正電圧とＦＴＰ走行モードでのＨＣ排出
量の相関性を示すグラフである。
【図１２】 本発明に用いるＮＯｘセンサの基本構成を
示す説明図である。
【図１３】 新品の三元触媒と５種の耐久レベルの三元
触媒を用い、第一の電気化学的セルのポンプ電流値と定
速走行下でのＨＣ濃度の相関性を示すグラフである。
【図１４】 新品の三元触媒と５種の耐久レベルの三元
触媒を用い、第一の電気化学的セルのポンプ電流値とＦ
ＴＰ走行モードでのＨＣ排出量の相関性を示すグラフで
ある。
【符号の説明】
３０…エンジン、４０…三元触媒、５０…空燃比制御回
路部、６０…燃料注入量制御部、６１…燃料噴射時間制
御回路、６２…燃料噴射器、７０…ＮＯｘセンサ、７１
…酸素センサ、７２…センサ信号補正回路、７３…比較
器。
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 Ｇ０１Ｎ 27/26 ３９１Ｂ 27/416 27/46 ３３１

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関から排出される排気ガスを、酸
    素センサによりその空燃比を検出し、その信号を用いた
    閉ループ制御により理論空燃比付近に制御し、この排気
    ガスを三元触媒に導いて窒素酸化物および炭化水素、一
    酸化炭素を処理するエンジン排ガス系の制御法におい
    て、 窒素酸化物センサを前記三元触媒の下流側に設け、 前記窒素酸化物センサの出力により、前記酸素センサに
    よる閉ループ制御の空燃比制御値を補正し、窒素酸化物
    濃度を所定値とすることを特徴とするエンジン排ガス系
    の制御法。
  2. 【請求項２】 前記窒素酸化物センサが、酸素イオン伝
    導性固体電解質からなる基体と、該基体の内外に配設さ
    れる内側ポンプ電極及び外側ポンプ電極からなる電気化
    学的ポンプセルを有し、且つ外部空間から導入された被
    測定ガスに含まれる酸素を、前記内側ポンプ電極と外側
    ポンプ電極間に印加される制御電圧に基づいてポンピン
    グ処理する主ポンプ手段と、一方が前記主ポンプ手段に
    てポンピング処理された被測定ガスが導入される側に設
    けられた一対の検出電極を有し、前記主ポンプ手段にて
    ポンピング処理された後の被測定ガスに含まれるＮＯｘ
    の分解あるいは還元により発生する酸素の量に応じた電
    気信号を発生する電気信号変換手段とを備えたものであ
    る請求項１記載のエンジン排ガス系の制御法。
  3. 【請求項３】 窒素酸化物センサの出力による閉ループ
    制御の空燃比制御補正値の変化を所定値と比較して、三
    元触媒および／または酸素センサの劣化を検出する請求
    項１又は２記載のエンジン排ガス系の制御法。
  4. 【請求項４】 窒素酸化物センサの電気化学的ポンプセ
    ルにおける酸素のポンピングに要するポンプ電流値また
    はその変動により、三元触媒および／または酸素センサ
    の劣化を検出する請求項２記載のエンジン排ガス系の制
    御法。
  5. 【請求項５】 内燃機関から排出される排気ガスを、酸
    素センサによりその空燃比を検出し、その信号を用いた
    閉ループ制御により理論空燃比付近に制御し、この排気
    ガスを三元触媒に導いて窒素酸化物および炭化水素、一
    酸化炭素を処理するエンジン排ガス系の制御法におい
    て、 窒素酸化物センサを前記三元触媒の下流側に設け、 前記窒素酸化物センサの出力により前記酸素センサによ
    る閉ループ制御の空燃比制御値を補正することにより、
    窒素酸化物濃度を所定値とし、その際の空燃比制御値の
    補正の大きさ又はその変化幅に基づき、前記三元触媒お
    よび／または酸素センサの劣化を検出することを特徴と
    するエンジン排ガス系の制御法。
  6. 【請求項６】 前記窒素酸化物センサが、酸素イオン伝
    導性固体電解質からなる基体と、該基体の内外に配設さ
    れる内側ポンプ電極及び外側ポンプ電極からなる電気化
    学的ポンプセルを有し、且つ外部空間から導入された被
    測定ガスに含まれる酸素を、前記内側ポンプ電極と外側
    ポンプ電極間に印加される制御電圧に基づいてポンピン
    グ処理する主ポンプ手段と、一方が前記主ポンプ手段に
    てポンピング処理された被測定ガスが導入される側に設
    けられた一対の検出電極を有し、前記主ポンプ手段にて
    ポンピング処理された後の被測定ガスに含まれるＮＯｘ
    の分解あるいは還元により発生する酸素の量に応じた電
    気信号を発生する電気信号変換手段とを備えたものであ
    る請求項５記載のエンジン排ガス系の制御法。
  7. 【請求項７】 窒素酸化物センサの電気化学的ポンプセ
    ルにおける酸素のポンピングに要するポンプ電流値また
    はその変動により、三元触媒および／または酸素センサ
    の劣化を検出する請求項６記載のエンジン排ガス系の制
    御法。
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