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JPH0533632A - 三元触媒の劣化判定方法 - Google Patents

三元触媒の劣化判定方法

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Publication number
JPH0533632A
JPH0533632A JP3186517A JP18651791A JPH0533632A JP H0533632 A JPH0533632 A JP H0533632A JP 3186517 A JP3186517 A JP 3186517A JP 18651791 A JP18651791 A JP 18651791A JP H0533632 A JPH0533632 A JP H0533632A
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JP
Japan
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way catalyst
deterioration
fuel ratio
amplitude
air
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JP3186517A
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English (en)
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JP2643038B2 (ja
Inventor
Yuichi Hishinuma
祐一 菱沼
Akio Fujiwara
章男 藤原
Masayuki Motobe
雅之 本部
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Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
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Publication date
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F01N11/007Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring oxygen or air concentration downstream of the exhaust apparatus
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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    • F01N11/002Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring or estimating temperature or pressure in, or downstream of the exhaust apparatus
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2550/00Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
    • F01N2550/02Catalytic activity of catalytic converters
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 触媒劣化を正確に判定する。 【構成】 判定レベルとして、出力振幅の下限がスレシ
ョールドレベル付近の振幅を採用し、また、フィールド
バック周期に基づいて補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、三元触媒の上流側と下
流側のそれぞれに酸素濃度センサを配設し、該酸素濃度
センサの出力信号に応答して空燃比を制御するガスエン
ジンの空燃比制御装置における三元触媒の劣化判定法に
関する。
【0002】
【従来の技術】三元触媒の上流に設けた酸素濃度センサ
の出力信号に応答してガスエンジンの空燃比を理論空燃
比近傍に制御することにより、三元触媒の浄化率を高め
るような装置は、従来にも提案されている。
【0003】また、例えば特開昭61−286550号
公報に示されている様に、三元触媒の上流側と下流側の
それぞれに酸素濃度センサを設け、三元触媒の上流側に
設けた第1の酸素濃度センサの出力を三元触媒下流に設
けた第2の酸素濃度センサの出力信号に応じて補正する
(例えば第1の酸素濃度センサによる空燃比制御の遅れ
時間を制御する)ことにより、第1の酸素濃度センサの
特性変化や特性のばらつき等による制御性の低下を防止
する技術が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一般に、上記の三元触
媒の劣化を上記第2の酸素濃度センサの出力振幅により
判定する際に、出力振幅は、電位レベルすなわち空燃比
と、フィードバック周期により影響を受ける。すなわ
ち、第2の酸素濃度センサの出力振幅は電位レベルによ
り異なる。そして、フィードバック周期が速い場合は振
幅が小さくなり、逆に、フィードバック周期が遅い場合
は、振幅が大きくなる傾向がある。したがって、正確に
劣化を判定することは困難であった。
【0005】本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑
みて提案されたもので、三元触媒が劣化したことを正確
に判定することが出来る三元触媒の劣化判定方法を提供
することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の三元触媒の劣化
判定方法は、ガスエンジンの排気通路に配列されて排気
ガスを浄化する三元触媒と、前記三元触媒の上流側に配
設された第1の酸素濃度センサと、前記三元触媒の下流
側に配設された第2の酸素濃度センサと、前記第1及び
第2の酸素濃度センサの出力に応答して、排気ガス中の
酸素濃度から前記ガスエンジンの空燃比が理論空燃比に
対してリッチ状態にあるかリーン状態にあるかを検出
し、その結果に基づいて前記ガスエンジンの空燃比を制
御する空燃比制御装置、とを含むガスエンジンで用いら
れる三元触媒の劣化を判定する三元触媒の劣化判定方法
において、前記第2の酸素濃度センサの出力振幅により
前記三元触媒の劣化を判定する際に、判定のレベルとし
て前記出力振幅の下限がスレショールドレベル付近の振
幅を採用することを特徴としている。
【0007】また、本発明の三元触媒の劣化判定方法
は、ガスエンジンの排気通路に配列されて排気ガスを浄
化する三元触媒と、前記三元触媒の上流側に配設された
第1の酸素濃度センサと、前記三元触媒の下流側に配設
された第2の酸素濃度センサと、前記第1及び第2の酸
素濃度センサの出力に応答して、排気ガス中の酸素濃度
から前記ガスエンジンの空燃比が理論空燃比に対してリ
ッチ状態にあるかリーン状態にあるかを検出し、その結
果に基づいて前記ガスエンジンの空燃比を制御する空燃
比制御装置、とを含むガスエンジンで用いられる三元触
媒の劣化を判定する三元触媒の劣化判定方法において、
前記第2の酸素濃度センサの出力振幅により前記三元触
媒の劣化を判定する際に、フィードバック周期に基づい
て補正することを特徴としている。
【0008】上記判定に際し、制御装置に設けた触媒劣
化判定部において、振幅下限がスレショールドレベル付
近の振幅と、フィードバック周期の逆数との積が、所定
範囲内にあるときに触媒が正常、範囲外にあるときに、
触媒劣化と判定するのが好ましい。
【0009】
【作用】上記の方法においては、触媒劣化判定部は、サ
ブ酸素濃度センサからの出力信号に基づき、振幅下限が
スレショールドレベル付近の振幅と、フィードバック周
期の逆数との積が所定範囲内にあるか否かを判定する。
そこで、所定範囲内にあれば、触媒正常と判定し、所定
範囲外であれば、触媒劣化と判定する。
【0010】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
【0011】図1において、符号Eで示すガスエンジン
の吸気通路1には、燃料通路2からの燃料(例えば都市
ガス13A)及び空気取入口3からの空気を混合するミ
キサ4と、スロットルバルブ5と、吸気圧を検出する圧
力センサ6とが設けられている。また、ミキサ4をバイ
パスして、吸気通路1のスロットルバルブ5の上流側と
燃料通路2とを接続するバイパス通路7が設けられ、該
バイパス通路には、バイパス流量を調節するためのバル
ブすなわち空燃比制御バルブ8が介装されている。
【0012】ここで、ガスエンジンEには、エンジン回
転数を検出するための回転数センサ9が設けられてい
る。
【0013】一方、ガスエンジン4の排気通路10には
三元触媒11が介装され、該触媒11の上流側には第1
の酸素濃度センサ(以下メイン酸素センサという)12
が設けられ、触媒11の下流側には第2の酸素濃度セン
サ(以下サブ酸素センサという)13が設けられてい
る。なお、図示の実施例では、触媒11の下流側に測温
センサ14も設けられている。
【0014】前記圧力センサ6、回転数センサ9、メイ
ン及びサブ酸素センサ12、13、測温センサ14から
の検出信号は電子制御装置(ECU)15に入力され、
該制御装置15で所定の処理が為された後に制御信号と
して空燃比制御バルブ8へ出力される。
【0015】制御装置15において、圧力センサ6及び
回転数センサ9の出力信号は全ガス消費量演算手段16
に入力されて、そこで演算された全ガス消費量TGはバ
イパスガス量演算手段17へ送出される。バイパスガス
量演算手段17は、バイパス比率テーブル18の中か
ら、エンジンを理論空燃比付近で運転するのに必要なバ
イパス比率BRを割り出す。
【0016】サブ酸素センサ13の出力V2は、触媒劣
化判定手段19及び制御定数演算手段20に入力され
る。そして制御定数演算手段20は、サブ酸素センサ1
3の出力V2に応答して、例えば遅れ時間TDL、TD
R(立上り及び立下り遅れ時間)等のメインフィードバ
ック定数を演算して、空燃比補正量演算手段21へ送出
する。ここで、空燃比補正量演算手段21は、制御定数
演算手段20で演算された遅れ時間TDL、TDR及び
メイン酸素センサ12からの出力V1に基づいて空燃比
補正量FAFを演算し、該補正量FAFをバイパスガス
量演算手段17へ送出する。
【0017】バイパスガス量演算手段17は、全ガス消
費量演算手段16で演算された全ガス消費量TG、バイ
パス比率テーブル18の中から割り出されたバイパス比
率BR、空燃比補正量演算手段21で演算された空燃比
補正量FAFに基づいて、次式(1)によりバイパスガ
ス量BGを算出する。
【0018】 BG=TG×(BR+FAF)・・・・・(1) ここで、空燃比補正量FAFはゼロを中心に+或いは−
に振動するべき変数である。そのため、空燃比補正量F
AFがオフセット値を有し+或いは−の領域で振動して
いる場合には、ゼロを中心に振動する様に、バイパス比
率演算手段22によりバイパス比率BRを変更し、バイ
パス比率テーブル18を更新する。
【0019】バイパスガス量演算手段17で演算された
バイパスガス量BGは、空燃比調整手段23へ送出され
る。そして空燃比調整手段23は、バイパスガス量BG
の演算結果に基づいて空燃比制御バルブ8の開度を設定
し、該バルブ8の開度を制御するのである。
【0020】サブ酸素センサ13の出力V2が入力され
た触媒劣化判定手段19では、該出力V2がそのレベル
以下になると窒素酸化物NOxの浄化率が悪化する電位
レベル、すなわち閾値(スレショールドレベル)が予め
設定されている。このスレショールドレベルは例えば
0.6Vが設定される。
【0021】次に、図2を参照して判定の態様を説明す
る。なお、図においては振幅は符号A0、A1で示され
ているが、以下の説明においては、一般的な意味での振
幅を符号A(図示せず)で表現してある。
【0022】触媒劣化判定手段19は、サブ酸素センサ
13からの出力信号に基づき、出力波形の振幅Aと周期
Tとを検出する(ステップS1)。次いで、振幅Aのう
ち、振幅の下限がスレショールドレベルS(図6)付近
の振幅A1を選択し(ステップS2)、値(A1×1/
T)が所定範囲内にあるか否かを判定する(ステップS
3)。ここで、判定用の値(A1×1/T)としては、
例えばA1=160(mV)、T=1.6(s)が採用
され、A1×1/T=100(mV/s)が用いられ
る。
【0023】ステップS3がYESの場合、すなわち判
定用の値(A1×1/T)が所定範囲内にあれば、三元
触媒11は正常と判定する(ステップS4)。一方、ス
テップS3がNOの場合、すなわち値(A1×1/T)
が所定範囲でない場合には、三元触媒11は劣化してい
ると判定する(ステップS5)。そして、ステップS4
或いはS5が終了した後、リターンする。
【0024】振幅Aは空燃比が異なると変化し、三元触
媒11が新品であり高活性状態にある場合には、図3に
示すように振幅A0は小さく、理論空燃比付近では略々
ゼロとなり最小である。一方、三元触媒11が劣化する
と、図4に示すように理論空燃比付近で極大値を持つ。
換言すると、触媒の劣化程度を振幅で判定するためには
振幅を測定する空燃比を限定する必要がある。
【0025】一方、図3、4から明らかな様に、サブ酸
素センサ13の出力振幅下限値と、出力振幅との関係に
おいては、出力振幅下限値がスレショールドレベルにあ
る時には、触媒が新品であるか劣化品であるかに関わら
ず、出力振幅は最小となる。従って、この最小振幅を用
いて触媒の劣化の程度を判定するのである。
【0026】実際の空燃比制御を行ったときのサブ酸素
センサ13の出力信号を例に挙げ、図5、6を参照して
説明する。
【0027】三元触媒11が新品の場合には、図5で示
す様に振幅A0はスレショールドレベルS付近で略々ゼ
ロとなり、スレショールドレベルから離隔した領域にお
いては80mV程度の振幅を持つ。一方、三元触媒11
が劣化した場合(図6)、振幅下限がスレショールドレ
ベルSに接すると(図5の場合と同様に)振幅A1は最
小となり、スレショールドレベルSから離隔するに連れ
て振幅が増加する。従って、スレショールドレベルSに
接する時の振幅A0或いはA1を用いて触媒の劣化判定
を行えば、振幅に対する空燃比の影響を除去することが
出来る。
【0028】ここで、フィードバック周期Tが大きい
(長い)場合には振幅Aも大きくなるが、一方、フィー
ドバック周期Tが小さいと振幅Aは小さくなる。そのた
め、図7で示されている様に、NOxと振幅Aとの間に
は明確な相関関係が得られず、振幅Aによる触媒の劣化
判定を正確に行うことが出来ない。
【0029】これに対して、周期Tを用いて補正をし
て、NOxと(A×1/T)の関係を求めれば、図8で
示すように良好な相関が得られる。従って、(A×1/
T)という値により触媒の劣化判定を正確に行えること
が理解出来る。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、振
幅下限がスレショールドレベル付近の振幅を採用し、更
に、フィードバック周期を基に補正することにより、振
幅によって触媒劣化を正確に判定することができる。
【0031】そのため、触媒劣化の判定作業が容易とな
り、且つその判定精度が向上するのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する制御装置の一例を示す全体構
成図。
【図2】制御フローチャート図。
【図3】新品触媒のサブ酸素センサ出力振幅、空燃比、
サブ酸素センサ出力振幅下限の相互の関係を示す特性
図。
【図4】劣化触媒のサブ酸素センサ出力振幅、空燃比、
サブ酸素センサ出力振幅下限の相互の関係を示す特性
図。
【図5】新品触媒のサブ酸素センサの出力を示す特性
図。
【図6】劣化触媒のサブ酸素センサの出力を示す特性
図。
【図7】NOxとサブ酸素センサの出力振幅との相関を
示す特性図。
【図8】周期Tを考慮して補正を行った場合におけるN
Oxとサブ酸素センサの出力振幅との相関を示す特性
図。
【符号の説明】
1・・・吸気通路 2・・・燃料通路 3・・・空気取入口 4・・・ミキサ 5・・・スロットルバルブ 6・・・圧力センサ 7・・・バイパス通路 8・・・空燃比制御バルブ 9・・・回転数センサ 10・・・排気通路 11・・・三元触媒 12・・・メイン酸素濃度センサ 13・・・サブ酸素濃度センサ 14・・・測温センサ 15・・・制御装置 16・・・全ガス消費量演算手段 17・・・バイパスガス量演算手段 18・・・バイパス比率テーブル 19・・・触媒劣化判定手段 20・・・制御定数判定手段 21・・・空燃比補正量演算手段 22・・・バイパスガス量演算手段 23・・・空燃比調整手段 V1・・・メイン酸素濃度センサ V2・・・サブ酸素濃度センサ TG・・・全ガス消費量 TDR、TDL・・・遅れ時間 FAF・・・空燃比補正量 BR・・・バイパス燃料比率 BG・・・バイパスガス量

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスエンジンの排気通路に配列されて排
    気ガスを浄化する三元触媒と、前記三元触媒の上流側に
    配設された第1の酸素濃度センサと、前記三元触媒の下
    流側に配設された第2の酸素濃度センサと、前記第1及
    び第2の酸素濃度センサの出力に応答して、排気ガス中
    の酸素濃度から前記ガスエンジンの空燃比が理論空燃比
    に対してリッチ状態にあるかリーン状態にあるかを検出
    し、その結果に基づいて前記ガスエンジンの空燃比を制
    御する空燃比制御装置、とを含むガスエンジンで用いら
    れる三元触媒の劣化を判定する三元触媒の劣化判定方法
    において、前記第2の酸素濃度センサの出力振幅により
    前記三元触媒の劣化を判定する際に、判定のレベルとし
    て前記出力振幅の下限がスレショールドレベル付近の振
    幅を採用することを特徴とする三元触媒の劣化判定方法
  2. 【請求項2】 ガスエンジンの排気通路に配列されて排
    気ガスを浄化する三元触媒と、前記三元触媒の上流側に
    配設された第1の酸素濃度センサと、前記三元触媒の下
    流側に配設された第2の酸素濃度センサと、前記第1及
    び第2の酸素濃度センサの出力に応答して、排気ガス中
    の酸素濃度から前記ガスエンジンの空燃比が理論空燃比
    に対してリッチ状態にあるかリーン状態にあるかを検出
    し、その結果に基づいて前記ガスエンジンの空燃比を制
    御する空燃比制御装置、とを含むガスエンジンで用いら
    れる三元触媒の劣化を判定する三元触媒の劣化判定方法
    において、前記第2の酸素濃度センサの出力振幅により
    前記三元触媒の劣化を判定する際に、フィードバック周
    期に基づいて補正することを特徴とする三元触媒の劣化
    判定方法。
JP3186517A 1991-07-25 1991-07-25 三元触媒の劣化判定方法 Expired - Lifetime JP2643038B2 (ja)

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