CN1005640B

CN1005640B - 空燃比检测系统

Info

Publication number: CN1005640B
Application number: CN86101890.7A
Authority: CN
Inventors: 大须贺稔; 大山宜茂
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-02-28
Filing date: 1986-02-27
Publication date: 1989-11-01
Also published as: KR860006701A; CN86101890A; EP0193123B1; EP0193123A3; US4716760A; DE3676834D1; EP0193123A2; CA1241374A

Abstract

这里公开一个新频的空燃比检测系统。包括用于控制氧气扩散并带有扩散电阻的固体电解质，以测量排放气体的过量空气率。相对于预定的时间长度，给固体电解质一个预定的电流，以将氧气供给扩散电阻。随后，相对于预定的时间长度，给固体电解质一个相反极性的预定电流，以从扩散电阻中取出氧气，测定从取出氧开始到产生由于固体电解质侧面间氧分压差引起的电动势的时间，上述过程以分时的方式，交替地重复，以确定空燃比。

Description

空燃比检测系统

本发明涉及一个用于检测空燃比的系统，特别是能够使用该系统控制内燃机的空燃比。

常规的空燃比传感器，如美国专利号No.3691023和No.4158166中所公开的，包括一个具有扩散型电阻的固体电解质，以这样的方式工作，氧气从扩散电阻引出，当氧气的浓度降至零时测量电流值（被称作临界电流值）。在此方法中，过量空气率λ的测量是可能的，只是在待测气体中含有氧气的区域，即，过量率空气等于1.0或大于1.0的区域，如里λ值小于1.0，测量λ值是不可能的。

当测量区域的λ值低于1.0时，改变施加于λ值在1.0的固体电解质的电压是必要的，象日本专利未审查公布号No.166039/80所陈述的。这需要一个新的装置用于检测λ等于1.0的点，使该系统更复杂。

按照图12所示的美国汽车工程师学会（SAE）论文810433中所公开的方法，另一方面，电流施加于一个固体电解质上而极性相反，燃烧室中的氧化浓度，根据施加氧负荷和卸去氧负荷而变化，所以，随着浓度变化的电动势的变化能由其它固体电解质检测。电动势每次达到预定值时，极性反向，利用这一事实，此反向周期与氧气浓度成正比例。在美国专利号No.3907657中公开的另一方法中，燃烧室中扩散的氧气是由气流逐出的，利用时间τ的数值与氧气浓度成比例的现象，在燃烧室中的氧气浓度降至零以前的时间τ是由在固体电解质上电极之间的电动势的变化计算的。在预先确定容积的燃烧室中氧气的绝对数量是以这两种方法测定的，它易受由体积和温度或压力的长期变化的影响。此外，预定的容积是由单个孔径形成的，如果孔径有阻碍，影响就更大。这些系统的其它缺点是由于整个传感器容易受到燃烧废气的影响，λ值小于1.0的区域测量其值是不可能的。

在日本专利未审定公布号No.192852/82中公布了进一步的常规系统，其中，用于检测固体电解质的温度的方法包括带有交变电流的电解质，温度周期测量或温度测量部件。这样的一个方法是已知的，即，电解质的温度是从发动机的运转状态或者其排气温度测定的（日本实用新型未审定公布号No.103265/84，日本专利未审定公布号188054/84）。然而，这些系统具有复杂的结构或受间接影响，没有足够的温度检测精度。

本发明的目的是提供一个空燃比检测系统，能够在很大范围内检测过量空气率，而不受温度变化的影响。

根据本发明，可提供一个空燃比检测系统，在氧气供入固体电解质旁的扩散电阻中去，又以相反的路径从扩散电阻中排出，氧气的浓度是从电流数量随着氧气运动的变化测定的，所以，过量空气率能在很大范围内检测而不受温度变化的影响。

本发明的空燃比检测系统包括：与扩散电阻接触的固体电解质，扩散电阻位于固体电解质的一侧，而空气位于其另一侧，上述扩散电阻中的氧浓度与排气中的氧浓度相关;供给装置，用于将电源施加给上述固体电解质，从而将空气中的氧供给到上述扩散电阻;取出装置，用于顺序地将相反极性的电流施加到上述固体电解质，从而取出上述扩散电阻中的氧，及对于基于上述供给装置和上述取出装置的运转来确定空燃比的装置;用于检测上述装置的取出操作在初始阶段中固体电解质两侧之间的电压;用于对上述检测电压附加预定的电压的装置;上述空燃比检测装置是基于在取出氧气过程中固体电解质达到附加电压侧之间的电压所需时间的基础上来确定空燃比的。

本发明还提供了这样一个空燃比检测系统，它包括：允许氧离子传导通过的固体电解质，在固体电解质侧面上，安装有第一和第二电极，扩散电阻安装在第一电极上并暴露于测量气体中;用于将氧气从该第二电极通过该固体电解质供给该第一电极的装置;用于将氧气从第一电极取出通过该固体电解质到第二电极的装置;根据表示与测量气体的氧气浓度相一致的氧气运动的输出信号的装置，用于在测量气体中测量氧气浓度的装置;用于产生提供固体电解质温度功能信号的装置;相对于固体电解质上循环温度的影响，响应从该输出装置中输出的温度功能信号用于补偿的装置。

下面参照附图详细说明本发明：

图1是根据本发明用于解释传感器实施方案的示意图。

图2是表明图1A中圆圈围绕的主要部位的放大示意图。

图3A，3B和3C是用于解释本发明基本工作原理的示意图。

图4A是表明提供给固体电解质的电流和固体电解质侧面间出现的电压之间的关系的波形图。

图4B是表示过量空气率和传感过程间关系的输出特性的示意图。

图5是表明用于驱动传感器的电路的示意图。

图6A，6B和6C是用于解释本发明工作原理的示意图。

图7是表明本发明实施方案的总体结构图。

图8A至8D是用于解释图7所示的实施方案的工作原理和效果的示意图。

图9A，9B和9C是用于解释本发明另一个实施方案的工作过程示意图。

图10是表明用于实现参考图9A，9B和9C解释的实施方案的总体结构示意图。

图11A，11B和12是表明又一个实施方案的示意图。

图13A，13B和14是表示进一步的实施方案的示意图。

图15A和15B表示了进一步的实施方案示意图。

图16A，16B和17是表示又一个实施方案的示意图。

图18A，18B和19是表示不同实施方案的示意图。

图20是表明又一不同实施方案的示意图。

图21A和21B是表明又一不同实施方案的示意图。

图22A和22B还是表明不同实施方案的示意图。

图23和24是表明其它不同实施方案的示意图。

图25是用于解释温度补偿的另一个原理。

图26是用于解释在信号传感时间内保持电压设定的示意图。

图27是表明本发明另一实施方案的总体结构示意图。

图28是表示特性随温度变化的实例的示意图。

图29A，29B和30是表示本发明又一实施方案的示意图。

在解释本发明的结构和工作之前，参考图1至图6C，提供其基础的原理，即构成解释。在固体电解质1的排气侧面上安装有可渗透扩散电阻2。固体电解质1呈筒形壳体形状，空气引入筒形壳体中。而且，在固体电解质1中含有加热器3。固体电解质1在其排气和空气侧面上具有电极4a和4b。这些电极由恒流电路以分时方式被交替地施加正向和反向的预定电流，输出是由所包含的末端电压的变化产生的。图2是图1中圆圈所围绕部分的放大图。提供这个传感器是用于测量空燃比的，还可以分时方式变换施加于固体电解质1的电流的方向。在如图2所示的工作中，首先，以虚线箭头所指的方向施加电流Ib，以将空气中的氧气引到虚线箭头所指的在排气中的可渗透扩散电阻2中。然后以相反的方向（实线箭头所指）施加电流Is，借此，将氧气由扩散电阻2以实线箭头所指的方向引出，前者称为偏压过程，后者称为传感过程。

图3A至3C表示扩散电阻2（图中实线曲线）中氧气浓度分布的变化和固体电解质1的末端电压V的变化。图3A（a）是与偏压过程有关的示意图，其中，在扩散电阻2中描绘的图形表示在扩散电阻中沿横座标的位置和沿纵座标相应位置的氧气浓度。当应用电流Ib使氧气引入扩散电阻2时，扩散电阻2中氧气浓度的分布以这样的方式变化，即位于固体电解质1一侧的氧气浓度比位于排放一侧的排放气体的氧气浓度高，所以，曲线是从低位置向高位置变化的。不久以后，当通过固体电解质1进入到电极4a的氧气量与通过扩散电阻2扩散到排放气体中的氧气量达到平衡时，分布曲线转变为图3A（a）中虚线所示的形状。结果，末端电压V也随着电极4a的氧气浓度而增长，如图3A（b）所示，并很快地集中于一个固定值。在此状态下，给出V如下：

这里r：固体电解质1的内阻

T：固体电解质1的温度

R：气体常数

F：法拉第常数

P（4a）：电极4a侧的氧气浓度

P（4b）：电极4b侧的氧气浓度

右边第二项表示电动势，在传感过程期间P（4a）的得接近零时，会急剧增加。

另一方面，在扩散电阻5中氧气浓度分布的变化，决定于下面的扩散过程：

这里D是扩散系数，t表示时间，x表示距离，P表示氧气浓度，而C表示常数。

图3B和3C表示在传感过程下的状态。图3B是与稀空燃混合物有关的，而图3C与浓空燃混合物有关。在此种状态下，末端电压表示如下

在图3B（a）中，当通过施加电流Is使氧气电扩散电阻2排出时，氧气浓度分布从上部曲线移至下部曲线，电极4a侧的氧气浓度P（4a）逐渐降低，很快接近零。这时，方程式（4）的右边第二项的电动势急剧增长，而电压V也急剧增长，如图3B（b）所示。如果，当由于电动势达到预定值ESL而增量使传感过程结束的话，传感过程时间t₀的数值与空燃比是成正比的。不难看出，在传感过程的初始阶段，电极4a的附近存在氧气，所以，方程式右边第二项的数值是很小的，因此，方程式第一项起支配作用。另一方面，当电极4a附近和其上的氧气减少时，右边第二项的数值会突然增加，其结果，电压值急剧增加，通过检测比值，测定传感时间是可能的。图3C（a）表示的是与浓空燃比有关的情况，其中在偏压后的氧气浓度分布是这样的，氧气通过与从排气一侧扩散的可燃气体（Co，Hc，H）的反应而被消耗，成为扩散电阻中P＝0区域的原因。因此，在传感器过程时间取出的氧气量减少，如图3C（b）所示，在电压V的变化达到Es_U以前需要的时间t_R比时间t_V短。这样，电阻4a附近的氧气浓度P（4a）由偏压，通过氧气供入扩散电阻而可能比排放电气体的氧气浓度Pe大，因此，即使当λ值小于1时，测定空燃比仍是可能的。

图4A表示的是Is，Ib和V的时间曲线图。如图4a所示的，电流Ib和Is是以分时方式变换方向的方式提供的。电流Ib和Is偏压过程时间t_b不变条件下，电流的方向是在电压V增量达到预定值Es_V时的时间点换向的。空燃比由计数时间t_s确定，该系统的输出特性如图4B所示，时间ts与从浓混合气到稀混合气的很宽的范围内的空燃比成正比。

图5是用于实现传感器工作的电路的实施方案。号码5表示恒流源。随着开关7a和7b的关闭，接通开关6a和6b时，电流Is在固体电解质1中流动以实现传感工作。但另一方面，如果开关6a和6b随着开关7a和7b的接通而关闭，那么，电流Ib流动用于偏压过程。在所示的情况下，Is＝Ib。此电路的工作将在下面参考图6A所示的波形进行描述。首先，向开关6a和6b施加一个开通信号，以使传感过程开始（图6A（a））。此开通信号被施加于延迟电路8上，如图6A所示，在瞬时时间ta后，开通信号被传到采样保持电路9。采样保持电路9在传感过程开始后的时间t₄保持末端电压V_H。此电压V_H通过加法电路10与电压Es结合并被施加于比较器11上。当末端电压V值超过V_H+Es_v值时，比较器11产生一个触发信号Tr。此触发信号被施加到单稳态多谐振荡器12上，其中，在施加触发信号后的时间tb期间，末端Q保持关闭，Q接通。特别地，在时间tb期间，开关7a和7b提供有接通信号而开关6a和6b供有关闭信号以用于偏压过程（图6A（b））。随着时间tb的消逝，多谐振荡器12的末端Q接通，而末端Q再次关闭，因而，传感过程开始。由输出电路13产生输出，用于转换时间ts，在此期间，末端Q与模拟输出接通。模拟输出被转换成与空燃比相应的数值。

被控制的电压V_H取得数值几乎与方程式（1）和（4）中的rI相等，它取决于固体电解质1的内阻r（因为：Ib＝Is＝常数），又因为r值取决于温度，所以又表示在同一时间的固体电解质的温度。

现在，参考图6A和6c，解释波形随着环境温度从Ta至Ta′（Ta＞Ta′）的变化而变化。图6A（a）表示在传感过程中获得的波形，图6A（b）表示偏压过程获得的波形。当温度从Ta降至Ta′时，电压V_H增加到VH′（方程式（1）和（4））。如果相对于两种情况取相同的EsL值，相对于Ta′的传感时间t_s′较短。图6A（b）偏压波形当t_b是常数时保持不变，所以，相对于Ta′的绝对值较大，因而由温度引起s的误差。出现ts值的误差的原因将由参考图6B解释，图6B表示扩散电阻2中的氧气浓度分布。分布D＊（传感作用中的分布）是在传感过程末端的分布，而分布Db（偏压作用中的分布）是偏压过程末端的分布。字母Db′分别表示温度为Ta时的分布。如果Ib，Is，tb和EsL分别取固定数值的话，那么，在Ds和Ds′、Db和Db′之间会出现偏差。这是因为，扩散电阻2中的氧气扩散速度随着温度的不同而变化。由于EsL值是固定的，而且氧气直到电极4a处的值P（4a）变为接近零时，才不被取出，所以Ds和Ds′具有几乎相同的分布。另一方面，由于tb值是常数，由氧气扩散速度的差别，Db和Db′形成一个偏差，所以曲线Db表示通常比Db′更高的浓度分布。象上面所解释的，随着环境温度的变化，可归因于氧气扩散速度的氧气浓度分布的变化的现行差别产生ts值的变化。由于ts′变得比ts小，输出电路13相对于Ta′的输出小于相对于Ta的输出，因此，产生由温度引起的误差。

下面，将解释用于消除此温度变化对测量的不利影响的各种方法和系统。

图7是用于防止随温度变化出现误差的电路实施方案的意图。由取样保持电路9（一个数值代表内阻）保持的电压VH与比较器14的预定电压值VHref比较，当VH比VHref小时，一个开通信号被施加到晶体管15的基极使晶体管15截止，借〈＆＆〉加热器3断电。VH＜VHref的关系表示，固体电解质1的内阻r较小，即，温度设定值高的情形，在这种情况下，如上面提到的，加热器3的供能被切断。另一方面，当电压VH超过电压V_Href时，比较器14施加一个关闭信号至晶体管15的基极，因而供给加热器3能量。换句话说，当固体电解质1的温度变得低于设定温度时，加热器3便被开通。这样，可以将电压VH控制在V_Href的数值，所以，固体电解质1的温度维持在预定的水平。结果，不考虑环境温度测定空燃比是可能的。

图8A和8D表示图7所示电路的工作原理和试验结果。考虑到固体电解质1的温度保持在固定的数值的事实，相对于两条曲线Ta和Ta′图8A中传感过程期间的波形取与图8B偏压过程期间相同的波形。另一方面，如图8C所示，Ds和Ds′，Db和Db′的分布也相同。基于上述原理测定的输出值如图8D所示。由于固体电解质1的温度，尽管环境温度Ta和Ta′间的差别，但由加热器3的控制，仍是固定的。所以，相对于Ta和Ta′曲线的输出，彼此是一致的。

温度补偿的另一原理如图9A和9C所示。在这些示意图中，Is＝Ib＝常数，EsL也是常数。如图9A（a）所示，在传感过程时间被保持的电压VH或VH′直到偏压过程时间（图9A（b））才解除保持，在偏压过程中，当末端电压Vb与VH相等时，偏压过程结束。结果，当温度Ta′和环境温度较低时，时间tb′和偏压时间延长，因而，消除传感时间ts和ts′间的差别。此原理如图9A（b）所示。使在偏压过程结束的末端电压Vb等于（在传感过程开始的末端电压）VH与方程式（1）和方程式（4）的V值相等的事实相一致，所以给出此状态的关系如下：

P（4a）＝P（4b）

特别地，因为P（4b）代表大气空气的氧气浓度，所以P（4a）几乎增长到大气空气的氧气浓度水平。就是说，数值P（4a）相对于每一个周期，不考虑环境温度（Ta，Ta′）的影响直到成为固定值时才停止增长，所以，Db和Db′几乎具有相同的分布。图6B所示的Db和Db′间的偏差消除，实现了图9B所示的曲线，因而产生了不受温度影响的数值ts。图9C表示实际测量的结果，指示出随着环境温度从Ta变到Ta′，偏压时间tb延长至Tb′，因此，产生的输出不受环境温度的影响。

图10表示一个用于实施图9A和9C的工作原理的电路实施方案。采样保持电路9保持的电压VH被施加到比较器16用于与偏压过程中与流动电流Ib相关的末端电压Vb相比较。当电压Vb和VH变为相等时，比较器16产生一个关闭信号，反过来被施加到单稳态多谐振荡器12的复位端，所以，末端Q接通，Q关闭，而开关6a和6b接通，开关7a和7b关闭。然后，电压Vb降低到地电位，比较器16开启，多谐振荡器12的末端Q保持开通，而末端Q保持关闭。另一方面，当末端电压Vb的变化在传感过程中增长得远远超过电压EsL时，比较器11被关闭。此关闭信号被施加到多谐振荡器12的预置端，从而，末端Q关闭而Q接通，用于开始偏压过程。因此，在电压Bs建立起来的时候，比较器11立即接通，多谐振荡器12关闭Q而接通Q。如前所述，图10的电路完成了图9所示的补偿过程，借此，自动产生温度补偿的输出。

从上面所描述的将会明白，假使固体电解质1的温度很低，偏压时间就会延长。在图9A至10所示的系统中，数值tb自动地进行变化，而图11至12的系统是强行改变tb值的系统。特别地，它是这样一个结构，如图11所示，其中当温度从Ta变至Ta′时，测定出VH和VH′的变化，伴随此变化，时间tb延长至tb′，从而偏压时间延长以维持输出不变。用于实现此结构的电路的实施方案如图12所示。在图12中，由采样保持电路9保持的电压VH通过A/D转换器18引入微型计算机19。由表示传感过程结束的比较器11的正向触发信号，产生一个只有在偏压时间tb期间才被接通的信号，它是根据预先在微计算机19中实验确定的表明VH和tb间关系的稳定电压VH识别的。此开通信号接合开关7a和7b，并借助转换器20，开关6a和6b被关闭，所以，偏压过程相对于时间tb继续进行。当经过偏压时间tb时，计算机19的输出停止，开关7a和7b被关闭。在同一时间，转换器20的工作接通开关6a和6b，借此，传感过程开始。当输出电压VH增加到VH′时，偏压时间tb延长到tb′。在微计算机19中，偏压时间tb根据转速（转/分）信号21，负荷信号22，进气量，冷却水温24，进气温度25或排气温度26可以得到核子。

图13A至14表示温度补偿电路的另一个结构。在此结构中，当环境温度由Ta变至Ta′时，偏压时间tb保持不变，而在偏压过程中流动的电流值Ib是变化的。特别地，Ta的变化量是由V_H的变化量测定的，以便改变偏压电流Ib。在环境温度Ta低于Ta′时，偏压电流Ib增至Ib′（图13B（b）），借此，相对于同一偏压时间，保持同一偏压氧气量。结果是获得了相同的效果，好象偏压时间已被延长，借此消除温度对输出的影响。象图13B（a）所示的，在传感过程的时间，保持相同的电流。

图14表示一个电路结构，基本上与图5所示的相同，但由于偏压过程的电流Ib使用的恒流电源与用于传感过程的电流Is的恒流电源5的不同是图14的电路结构与图5所示的不同点。在图14中，偏压电流Ib是以下述的方式产生的。电阻R₁两端的电压由运算放大器27和晶体管28的作用被控制而取数值V。所以，偏压电流Ib由关系式（6）确定

这里V是由电压调节器29，电阻R₂，R₃，R₄，……R_i，开关S₃，S₄……S_i确定的。换句话说，根据施加于微计算机19的电压V，Ib值从预先实验形成的表中确定，所以，由接通预定数量的开关S₃，S₄……S_i而产生Ib值。以这种方式，当电压V增加时可以供给传感器一个很大的电流Ib，反之亦然。

图15和15B表示一个实施方案。此实施方案的电路结构可以与图5和7表示的相同。至于此实施方案中传感器的输出，随着固体电解质1的温度从T₁至T₂再至T₃……直到T_i的增加，空燃比λ和输出Vout间的关系的变化如图15A所示。如果此关系近似于一个线性方程，例如，空燃比λ延横向座标轴，输出Vout延纵向座标轴，那么，

相对于温度T₁ x＝m₁y+n₁，

相对于温度T₂ x＝m₂y+n₂，

相对于温度T₃ x＝m₃y+n₃，

相对于温度T_i x＝m_iy+n_i。

系数m₁，…m_i和n₁，…n_i用预先实验确定的表的形式储存于微型计算机中，所以，如图15B所示，当空燃比λ通过将取样保持值V_H引入计算机中而被确定时，如果V_H比给定的V₁值大，便使用系数m₁和n₁，而如果V₁＞V_H≥V₂，则使用系数m₂和n₂。根据数值V_H，以这种方式，使用不同的系数用于确定空燃比λ，正确的空燃比入被测定而与温度值T无关。用于此目的可使用多维近似法，以获得更高的精度。

图16A至17表示温度补偿电路的另一种结构。在此种实施方案中，Ib，Is和tb是固定的，而改变Es来达到温度补偿的目的。当温度较低时，Es_V增至Es_V′，以延长传感时间，因而获得温度补偿。图16A表示在传感期间获得的波形，图16B是相对于偏压过程的波形。象图16A所示的，如果环境温度是Ta′，将Es_U的值增至Es_U′，传感时间便延长与以Ta的传感时间相等。

在图17中，借助于与微计算机19的输出相一致的运算放大器30，改变加到V_H上面Es_V的值。电压V_H被引到微型计算机19中。由电压V_H确定的Es_V值是从根据微型计算机19的输出操纵的开关S₁，S₂，……S_i中取出。以这种方式，根据电压V_H改变Es_V值，输出并不受到温度的影响。

图18至19表示另一个实施方案，其中，使用在偏压过程终点（图18B）的末端电压V_BH代替用于传感过程的电压V_H（图18A）作为温度功能信号。电压V实质上也是与方程式（1）中的rI成正比的，因为P（4a）与P（4b）几乎相等。

图19表示用于控制V_BH值的电路的实施方案。在偏压过程中，多谐振荡器12的末端Q接通，结果开关31也接通，以便电容器32用相应于偏压过程的末端电压V_B保持充电。在偏压过程的终点，开关31关闭，结果，末端电压的终值仍在电容器32中充电。此数值是当电压V_BH通过缓冲放大器33时产生的，数值V_BH可以用作为上面提到的微型计算机19中温度补偿电路的温度功能信号。

图20表示用于产生温度的功能信号的结构的实施方案。除电极4a和4b用于测定空燃比外，用于测量内阻的电极35a和35b安置于固体电解质1上。在电极35a和35b间由恒流电源36提供电流I₂。假使电极35a用作为正电极的话，那么，氧气便从空气一侧施加到排气一侧。固体电解质1的内阻可由恒流电流I₂值及电阻上的电压确定。鉴于氧气由空气一侧施加到排气一侧的事实，即使当排气中的氧气浓度很小，测量内阻仍是可能的。而且，I₂的值要求比在空气通路的扩散电阻部件上产生的极限电流值小。与内阻相关的电压值被输送到微计算机37作为温度功能信号，借此实行如图7所示的加热器控制或如前所述的各种各样的调整。在图20所示的实施方案中偏压时间是经过修正的。

图21A和21B是表示用于产生温度功能信号的另一个结构的实施方案示意图。特别地，在测量期间获得的末端电压的平均值Vav用作温度功能信号。图21A中所示的实线波形代表末端电压值，点划虚线代表的作为温度功能信号平均电压值Vav，此平均值是由微计算机37的时间数值积分获得的。在图21B所示的另一个结构实施方案的简图中，仅只用于传感过程的末端电压通过开关38施加到包括电阻39和电容器40的积分电路上，借此，形成其波形。之后，保持此值并通过缓冲放大器41输入到微计算机37中。此输出值实质上与图21A中的电压Vav相同，因此，可以使用Vav值用于如前所说的包括加热器控制的各种各样的修正。在图21B中所示的实施方案中，偏压时间是变化的。

如图22A所示，单独为测量温度设置了第三个周期，在此周期tc期间，借助于将恒流电源供给固体电解质1而测量内阻。在图22B中，在周期tc期间，随着开关7a和7b的关闭，开关6a和6b被关闭，借此将氧气从空气引入排放气体中。而且，在此周期tc期间，开关42是接通的，末端电压由电容器43保持。此电压通过缓冲放大器44被输送加到微计算机37中。在微计算机37中，使用此信号用于前面所说的包括加热器控制在内的各种各样的调整。

图23表示用于产生温度功能信号的另一个结构，其中，排气温度传感器47被安装在发动机45的排气管46下部，从传感器47的信号用作为温度功能信号。此信号被施加于微计算机37，借此，向空燃比传感器49的驱动电路48提供前面所说的各种各样的调整信号。

图24表示另一个实施方案，其中，发动机45的工况（发动机速度和负荷）借助于进气量传感器50，进气歧管负压传感器51和发动机转速传感器52测定。用这些工况作为温度功能信号，一个调整信号被施加于空燃比传感器49的驱动电路48，用于温度补偿。

现在介绍一种确定从开始测量时的初始电压V_H增至V_SV的方法。

图25是一个表示电动势和排气过量空气率λ之间关系的示意图，电动势处于分别与空气和排气接触的电解质之间。当排气的过量空气率连续地变化时，电动势在λ＝1.0分段变化。图25表示此过程的电压变化，它在0和1V之间用λ＝1.0作为界线逐级变化。此变化具有温度特性，而且温度Ta高于Ta′。由于电动势的变化率随温度以这种方式变化，如果某一不适当的数值调到E_SV，那么，传感器的输出就受温度的影响。选择不受温度影响（Ta或Ta′）（在该点Ta和Ta′的曲线相交）的E_SV值是合乎要求的，即图4中表示的E值。此值通常处于0.2V和0.5V之间。由选择E_SV值，以避免温度的影响，获得温度影响降低的输出值ts。

图26表示测定时间ts的另一种方法。为了电路结构起见，时间ts开始计数的点假定位于产生末端电压V_H时的从传感过程开始和短时间td瞬时后的点。这就是说，用控制的电压V_H，当末端电压等于E_SV值超过V_H时，测量可以在此时停止。此状态下的ts值被转换成输出值。

图27表示传感器驱动电路的另一个实施方案。在图27中，恒流Is由恒流电源6供到传感器8。由于Is保持与Ib相等，一个恒流电源6是足够的。此恒流电源的末端和地端由开关6和7转换以变换电流在传感器1和2中的流向。假设电流Is在传感器过程时间流动，传感器8的末端电压供给控制电路9，借此，控制电压V_H。时间td由滞后线13计数。E_SU值由加法电路10加于电压V_H。当末端电压V超过V_H+E_SU时，比较器11产生一个触发信号。同时，在时间tb期间从计数器60产生一个开通信号，开关6和7转换，借此，以与传感器中电流Is相反的方向提供电流Ib。在时间tb过去以后，计数器60的作用关闭接通信号。所以电流Is开始再次在传感器中流动。从计数器60的接通和关闭信号的周期，由输出电路13被转换成Dc（直流）输出。图28表示数值λ和输出值之间的关系，即，输出特性有变至Es_U1，Es_U2，和Es_U3的Es_U，其中Es_U1＞Es_U2＞Es_U3。在这些Es值之中，选取某一值，在图25中，表示避免温度影响的特性。

图29表示保持氧气偏移始终不变的应用。如果，在偏压过程中稳定到预定数值Vb的末端电压滞后，如图29A中的虚线所示，氧气偏移量减少，影响输出值。为避免此麻烦，使稳定到预定值Vb后的时间tb※由延长偏压时间tb′而成为相同的，如图29B所示。以这种方式，相同数量的氧气始终得到偏移。时间tb※被记数是从随着时间dv/dt的末端电压的变化降低到预定水平时开始的。特别地，如图30所示，电压V是在微分电路62中被微分的，被检测后，在比较器63中降低到参考值以下，使再触发单稳态多谐振荡器64驱动。多谐振荡器64与图5中的装置12相适应，用于在比较器11之后的再触发。

因此，根据所研究的实施方案，测量混合气由浓至稀范围内所有的过量空气而没有任何温度补偿是可能的。

从前面所述可以明白，根据本发明，能够测量很大范围的过量空气率而不受温度变化的影响。

Claims

1、空燃比检测系统包括：与扩散电阻接触的固体电解质，扩散电阻位于固体电解质的一侧，而空气位于其另一侧，上述扩散电阻中的氧浓度与排气中的氧浓度相关;供给装置，用于将电源施加给上述固体电解质，从而将空气中的氧供给到上述扩散电阻;取出装置，用于顺序地将相反极性的电流施加到上述固体电解质，从而取出上述扩散电阻中的氧，及对于基于上述供给装置和上述取出装置的运转来确定空燃比的装置，其特征在于上述系统进一步包括：

用于检测上述装置的取出操作在初始阶段中固体电解质两侧之间的电压;及

用于对上述检测电压附加预定的电压的装置;

上述空燃比检测装置是基于在取出氧气过程中固体电解质达到附加电压侧之间的电压所需时间的基础上来确定空燃比的。

2、根据权利要求1的系统，其特征在于还包括一个用于防止被测空燃比受温度影响的温度补偿装置。

3、根据权利要求2的系统，其中，所述温度补偿装置包括用于控制固体电解质的温度的装置，以此保持检测电压为固定值。

4、根据权利要求3的系统，其中，温度补偿装置包括用于将检测电压与参考值较的比较器，当检测电压高于参考值时，产生一个输出信号，还包括用于加热由输出信号控制的固体电解质的加热装置。

5、根据权利要求2的系统，其中，温度补偿装置包括根据检测电压用于控制上述供给装置的供给过程的装置。

6、根据权利要求5的系统，其中，供给运转控制装置包括用于检测固体电解质两侧间的电压在供给过程中与在取出过程初始阶段的检测电压相吻合的装置，和用于检测吻合时终止供给运转的装置。

7、根据权利要求5的系统，其中，供给运转控制装置包括，根据取出过程初始阶段的检测电压，用于确定运转过程的时间的装置;及在由所述时间确定装置确定时间周期内，用于实现供给运转的装置。

8、根据权利要求5的系统，其中，供给运转控制装置包括，根据取出过程初始阶段的检测电压，对实现供给运转，确定电流大小的装置和用于把该确定的电流在供给运转期间，供给固体电解质的装置。

9、根据权利要求5的系统，其中，供给运转控制装置包括，根据取出过程初始阶段的检测电压，用于选择多条预定特性曲线之一的装置，和根据从所述选择装置产生的特性曲线，用于修正与取出时间相关的信号的装置。

10、根据权利要求1的系统，其中，预定电压被设置到某一数值，实质上当过量空气率为1时，是不随温度而变的。

11、根据权利要求1的系统，还包括，根据取出过程初始阶段的检测电压，确定预定电压的装置。

12、根据权利要求2的系统，其中，温度补偿装置包括，用于保持在该供给过程终点固体电解质侧面间的电压的装置，和根据保持电压，用于修正被测空燃比的装置。

13、根据权利要求1的系统，还包括安装在固体电解质空气和排气侧面上的电极，和用于通过上述电极提供预定电流值的装置;根据该电极间产生的电压，用于产生温度补偿信号的装置;及根据该温度补偿信号，用于修正被测空燃比的装置。

14、根据权利要求2的系统，其中，该温度补偿装置包括，用于确定在取出周期期间该固体电解质侧面间的电压平均值的装置，和根据平均值，用于修正被测空燃比的装置。

15、根据权利要求2的系统，其中，温度补偿装置包括：除供给时间和取出时间之外，用于设定温度检测周期的装置，在该温度检测周期期间，用于以氧气供给固体电解质的方法提供预定电流的装置;用于检测在该温度检测周期的终点产生的固体电解质侧面间电压的装置，及根据检测电压，用于修正被测空燃比的装置。

16、根据权利要求2的系统，其中，该温度补偿装置包括，用于测量排气管温度的装置，和用于在温度测量影响下修正被测空燃比的装置。

17、根据权利要求2的系统，其中，温度补偿装置包括，用于检测内燃机工况的装置，根据该工况，用于修正被测空燃比的装置。

18、根据权利要求1的系统，其中，该供给装置包括，用于检测已增长到预定值的固体电解质侧面间的电压的装置，以及在预定时间和检测时间间隔存在条件下用上述检测装置确定供给运转的装置。

19、空燃比检测系统包括：允许氧离子传导通过的固体电解质，在固体电解质侧面上，安装有第一和第二电极，扩散电阻安装在第一电极上并暴露于测量气体中，其特征在于，所说的系统进一步包括，用于将氧气从该第二电极通过该固体电解质供给该第一电极的装置，用于将氧气从第一电极取出通过该固体电解质到该第二电极的装置，及根据表示与测量气体的氧气浓度相一致的氧气运动的输出信号的装置，用于在测量气体中测量氧气浓度的装置，用于产生提供固体电解质温度功能信号的装置，相对于固体电解质上循环温度的影响，响应从该输出装置中输出的温度功能信号，用于补偿的装置。

20、根据权利要求21的系统，其中上述温度补偿信号是在取出氧气时作为输出信号产生的。

21、根据权利要求21的系统，还包括一个加热器，安装在固体电解质侧面的第二电极上，所述补偿装置控制着供给加热器的电流。

22、根据权利要求21的系统，其中，当伴随供给第一电极侧的氧气的电压已达到由温度功能信号获得的电压值时，该补偿装置停止供氧，由此实现温度补偿。

23、根据权利要求21的系统，其中，该补偿装置借助于改变时间周期，此期间氧气供给第一电极侧，根据温度功能信号，实现温度补偿。

24、根据权利要求21的系统，其中，该补偿装置借助于改变施加给固体电解质的电流值用于把氧气供给第一电极和根据温度功能信号实现温度补偿。

25、根据权利要求21的系统，其中，补偿装置存储空燃比和检测器输出之间的关系，空燃比是根据温度功能信号由存储的关系中确定的，借此，产生免于温度影响的输出。

26、根据权利要求21的系统，该补偿装置根据产生可变的末端电压变化，用于确定氧气取出过程的时间长度，根据温度功能信号，实现温度补偿。

27、根据权利要求21的系统，其中温度功能信号是当氧气供给第一电极时，从该固体电解质的输出信号获得的。

28、根据权利要求21的系统，其中，该温度功能信号是由测量安在固体电解质上的内阻获得的。

29、根据权利要求21的系统，其中，在给定时间周期的末端电压平均值被用作为温度功能信号。

30、根据权利要求21的系统，其中，第三个时间周期是供给用于测量该固体电解质的内阻的，在第三个时间周期内测量的内阻用作为温度功能信号。

31、根据权利要求21的系统，其中，发动机的排气温度被测量以获得温度功能信号。

32、根据权利要求21的系统，其中，温度功能信号是从发动机转速和负荷获得的。