酸素センサーと触媒効率

Apr 18, 2023

従来の酸素センサーであっても、空燃比センサーであっても、外気と排気ガスの酸素レベルの差を測定します。 排気ガス中の酸素の量を知ることで、エンジン管理者はエンジンに噴射される燃料の量を制御して、最高のパワー、効率、排出ガスを実現できます。

排気流中に酸素が多すぎる場合は、エンジンの運転が希薄になりすぎます。 排気流中の酸素の測定値が少なすぎる場合は、エンジンの運転状態が濃すぎることになります。 これは酸素センサーと燃料調整の非常に基本的な概要ですが、重要なことは、シリンダー内で燃焼する燃料の量が排気ガス中の酸素の量を決定するということです。

これは完璧なプロセスではありません。 エンジン管理モジュールは常に最適なインジェクター開時間を探しています。 酸素濃度は常に濃い状態と薄い状態の間で変動します。 酸素センサーと正確な燃料インジェクターの感度が高ければ高いほど、リッチとリーンの間の変動は小さくなります。 新しい空燃比センサーや広帯域センサーは、広範囲の燃料状態を検出できます。 また、これらのタイプのセンサーは、動作温度までより早くウォームアップします。

酸素センサーまたは空燃比センサーからの情報により、エンジン管理システムは燃料インジェクターの開時間を調整できます。 可能な限り最高の燃焼を実現するには、空気 14.7 対燃料 1 という完璧なラムダ数がありますが、多くのエンジンはこれらの範囲外で動作します。 しかし、ラムダの限界では、酸素と燃料が窒素、水素、炭素と結合して、環境に良くない化合物を形成する可能性があります。

酸素センサーは触媒コンバーターの動作も監視します。 燃料トリムを制御することにより、触媒床の温度を制御できます。 触媒コンバータは 400 ～ 600 度 F で機能し始めます。通常の動作温度は最大 1,200 ～ 1,600 度の範囲です。 温度を制御することでコンバータ内の反応を制御することができます。

触媒コンバーター内の反応は、下流センサーと呼ばれる出口の酸素センサーによって監視されます。 エンジン管理モジュールは 2 つのセンサーを比較して、触媒コンバーターによって酸素レベルが低減されているかどうかを確認します。

触媒効率モニターは、触媒コンバーターが排気ガスを所定の値内に維持するのに十分な高い効率定格で動作していることを確認します。 PCM は上流と下流の酸素センサーからの信号を比較して、コンバーターの状態を判断します。 これらの「テスト」は準備状況モニターと呼ばれます。

コンバータには、車両のメーカーによって計算された効率定格があります。 コンバーターの効率はエンジンの燃料調整に関係します。 燃料調整は酸素センサーによって監視され、PCM によって常に調整されます。 これは、コンバータを適切な温度に保ち、最も効率的な動作を実現するのに役立ちます。 コンバーターが行うことの 1 つは、コンバーター内に一定量の酸素を貯蔵することです。 エンジンが過剰に作動すると、酸素を貯蔵できなくなります。 作動状態が希薄すぎると、酸素レベルによりコンバーターが最適な熱範囲に到達できない可能性があります。

コンバーターの効率は、スキャンツールを使用してチェックできるだけでなく、O2 のリッチとリーン間の切り替えを監視することもできます。 ラボスコープを使用して切り替えを監視することもできます。 効率が指定されたレベルを下回り、他の基準が満たされると、効率コードが設定されます。

ほとんどのコンバータは、新品時には約 99% の効率で始まり、すぐに約 95% まで低下します。 効率がさらに数パーセント以上低下しない限り、コンバーターは排気ガスを浄化するという素晴らしい仕事をしてくれます。 ただし、効率が 92% を下回ると、通常は MIL ランプが点灯します。

新しい車両は、さらに厳しい低排出ガス車両 (LEV) 要件を満たす必要があります。 今では、さらに余裕がなくなってきました。 コンバータの効率がわずか 3% 低下しただけで、排出量が連邦規制を超える可能性があります。 LEV 基準では、1 マイルあたり 0.225 グラムの炭化水素のみが許可されています。

一部の OEM は触媒モニターのキャリブレーションを更新しています。 新しいキャリブレーションを PCM に再フラッシュできます。 車両にすでにコンバーターが損傷している場合、再フラッシュはまったく効果がありません。 ただし、コンバーターがしきい値の限界に近い場合、再フラッシュによりコンバーターの寿命が延び、さらに 10,000 マイル、さらには最大 80,000 マイルにわたってライトが点灯しなくなります。

モニターは、車両が通常実行する操作、または車両の特定の側面や状態を確認するために実行する必要がある操作のセクションまたはセグメントです。 準備状況モニターには、継続的と非連続的な 2 つの基本的なタイプがあります。 継続モニターは、エンジンの稼働中に常にテストおよび評価されます。 非連続モニターでは、テストを完了する前に特定の条件が満たされている必要があります。

一部の操作は連続的、非連続的、またはその両方であり、失火や燃料システムの問題など、両方のタイプのモニター中にチェックできます。 非連続モニターは、ガソリン エンジンとディーゼル エンジンでも異なります。

新しい車両は、現在の運転サイクル中に排出ガス モニターのステータスを報告できます。 これらのモニターは、モニター・サイクルが準備テストを実行するための基準を満たすたびに、最初から開始されます。 古い車ではこの機能がサポートされていない可能性があります。 モニターはドライバーが開始する必要のない自己チェック ルーチンであるため、自己テストを実行する準備を整える最良の方法は車両を運転することです。 それでも、単独で運転するだけでは必要な条件をすべて満たすことはできません。 メーカーごとに異なる要件がいくつかあります。

車両は「運転サイクル」を完了する必要があります。 ドライブ サイクルでは、車にオンボード診断を実行させます。 これにより、準備状況モニターが事前に設定された診断ルーチンを実行できるようになります。

作業中の車両の正確な要件については、メーカーのドライブ サイクル仕様を確認してください。 ただし、通常、次の一般的なドライブ サイクルはほとんどの車両で機能します。

車両を高速道路の速度まで上げ、長い海岸沿いで車両の速度を下げることができるルートを事前に計画してください。 燃料タンクには必ず51%以上の燃料を入れ、外気温度が氷点下や110度以上にならないようにしてください。

ほとんどのドライブ サイクルはコールド スタートで始まります。つまり、冷却液と気温の温度差は 10 度以内になります (この状態は、車を一晩放置しておくことで達成できます)。 コールドスタートの前に、イグニッションキーはオフの位置にある必要があります。 そうしないと、加熱型酸素センサー診断が実行されない可能性があります。 エンジンを始動し、エアコンとリア デフロスター (装備されている場合) をオンにして、約 2 ～ 5 分間アイドリングさせます。

車両が数回運転され、障害を検出するための適切な条件が整うまで、非連続モニターは問題を検出できない可能性があることに注意してください。 したがって、触媒効率の問題をトラブルシューティングするときは常に、すべてのモニターの準備が完了しているかどうかを確認できるスキャン ツールを使用することが非常に重要です。

1 つ以上のモニターの準備ができていない場合は、モニターを設定するために正しい条件で車両を運転する必要があります。 そうして初めて、正確な診断が得られます。