JP2942445B2 - 空燃比センサ - Google Patents
空燃比センサInfo
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- JP2942445B2 JP2942445B2 JP5206225A JP20622593A JP2942445B2 JP 2942445 B2 JP2942445 B2 JP 2942445B2 JP 5206225 A JP5206225 A JP 5206225A JP 20622593 A JP20622593 A JP 20622593A JP 2942445 B2 JP2942445 B2 JP 2942445B2
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- atmospheric pressure
- air
- fuel ratio
- side electrode
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/41—Oxygen pumping cells
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
- G01N27/419—Measuring voltages or currents with a combination of oxygen pumping cells and oxygen concentration cells
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はエンジンの燃焼ガス中の
酸素および未燃ガス成分から空燃比を検出するセンサに
関する。
酸素および未燃ガス成分から空燃比を検出するセンサに
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、酸素イオン伝導性を有する固
体電解質に大気側電極と排気拡散律速部材で覆われた排
気側電極とを設け、前記大気側電極と排気側電極との間
に生じる酸素分圧比による濃淡電池起電力が所定値にな
るように前記大気側電極・排気側電極間で酸素分子のイ
オンポンピング（以下、ポンピングと称する）を行い、
このポンピング電流より排気中の酸素濃度を検出する空
燃比センサが知られている（例えば、特開昭６０−１２
８３４９号、特開昭６１−１３８１５５号、特開昭６２
−２６５５６０号、特開昭６２−１９８７５０号、特開
平４−１３４１５２号等）。
体電解質に大気側電極と排気拡散律速部材で覆われた排
気側電極とを設け、前記大気側電極と排気側電極との間
に生じる酸素分圧比による濃淡電池起電力が所定値にな
るように前記大気側電極・排気側電極間で酸素分子のイ
オンポンピング（以下、ポンピングと称する）を行い、
このポンピング電流より排気中の酸素濃度を検出する空
燃比センサが知られている（例えば、特開昭６０−１２
８３４９号、特開昭６１−１３８１５５号、特開昭６２
−２６５５６０号、特開昭６２−１９８７５０号、特開
平４−１３４１５２号等）。
【０００３】この種の空燃比センサは排気圧依存性を有
している。排気圧依存性に関する文献としては、下記の
文献がある。
している。排気圧依存性に関する文献としては、下記の
文献がある。
【０００４】T.Kamo, et al:lean Mixture Sensor,SAE
Paper 850380,1985 上記文献によると、拡散を律速する部材の形状により下
記のように類別している。
Paper 850380,1985 上記文献によると、拡散を律速する部材の形状により下
記のように類別している。
【０００５】１．単孔膜の場合：分子拡散（排気圧依存
性は無視可能レベル）に近い ２．多孔膜の場合：knudsen拡散（排気圧とポンピング
電流は比例関係）に近い 実際には、いずれの場合にもセンサ出力の排気圧依存性
は補正を必要とする程度に存在している。この、排気圧
依存性は、エンジンパラメータに支配される成分と大気
圧による成分に分けることができる。
性は無視可能レベル）に近い ２．多孔膜の場合：knudsen拡散（排気圧とポンピング
電流は比例関係）に近い 実際には、いずれの場合にもセンサ出力の排気圧依存性
は補正を必要とする程度に存在している。この、排気圧
依存性は、エンジンパラメータに支配される成分と大気
圧による成分に分けることができる。
【０００６】前者はエンジンパラメータから推定するこ
ともできる。後者については大気圧を計測しなければそ
の依存性を補正することはできない。大気圧依存性は、
空燃比センサの出力が、センサを構成する部材の特質か
ら高地になるほど空燃比が要求値よりも小さい方向（リ
ッチ側）に出力させる傾向がある。
ともできる。後者については大気圧を計測しなければそ
の依存性を補正することはできない。大気圧依存性は、
空燃比センサの出力が、センサを構成する部材の特質か
ら高地になるほど空燃比が要求値よりも小さい方向（リ
ッチ側）に出力させる傾向がある。
【０００７】このような空燃比センサの大気圧依存性
（排気圧依存性）は、センサ出力の誤差が大きくなる要
因となるため、標高差に応じてセンサ出力を補正（高地
補正）する必要があり、従来は、専用の大気圧センサを
用いて大気圧を測定している（例えば、特開平１−１５
９４３５号、特開平４−１３４１５２号）。
（排気圧依存性）は、センサ出力の誤差が大きくなる要
因となるため、標高差に応じてセンサ出力を補正（高地
補正）する必要があり、従来は、専用の大気圧センサを
用いて大気圧を測定している（例えば、特開平１−１５
９４３５号、特開平４−１３４１５２号）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題とすると
ころは、専用の大気圧センサを用いることなく空燃比セ
ンサを利用して大気圧を検出できる技術を提供すること
にあり、さらに、上記大気圧検出技術により大気圧依存
性を有する空燃比センサ出力やエンジン制御パラメータ
等の補正を可能にすることにある。
ころは、専用の大気圧センサを用いることなく空燃比セ
ンサを利用して大気圧を検出できる技術を提供すること
にあり、さらに、上記大気圧検出技術により大気圧依存
性を有する空燃比センサ出力やエンジン制御パラメータ
等の補正を可能にすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、酸素イオン伝導性を有する固体電解質に大気側電極
と排気拡散律速部材で覆われた排気側電極とを設け、前
記大気側電極と排気側電極との間に生じる酸素分圧比に
よる濃淡電池起電力が所定値になるように前記大気側電
極・排気側電極間で酸素分子をイオン化してポンピング
を行う手段を備え、この酸素イオンのポンピング電流よ
り排気中の酸素濃度を検出して混合吸気の空燃比を求め
る拡散律速形の空燃比センサにおいて、第１の発明とし
て、空燃比検出モードと別に大気圧測定モードを設定
し、この大気圧測定モード時に前記ポンピング手段を用
いて前記大気側電極から前記排気側電極周辺に酸素分子
を所定量または平衡に達する量だけポンピングして該大
気側電極・排気側電極との間に生じる酸素分圧比による
濃淡電池起電力（以下、この濃淡電池起電力を大気圧測
定用濃淡電池起電力と称する）を検出する手段と、標高
が変化したときの大気圧と前記大気圧測定用濃淡電池起
電力の相関関係を予め求めておいて、この相関関係及び
前記大気圧測定モードによって実際に検出された大気圧
測定用濃淡電池起電力から現在の大気圧を算出する手段
とを備えたものを提案し、第２の発明として、空燃比検
出モードと別に大気圧測定モードを設定し、この大気圧
測定モード時に前記ポンピング手段を用いて濃淡電池起
電力の変化が予め設定しておいた変化量に達するまで前
記大気側電極から前記排気側電極周辺に酸素分子をポン
ピングして、このポンピングの所要時間ｔを計測する手
段と、標高が変化したときの大気圧と前記所要時間ｔと
の相関関係を予め求めておいて、この相関関係及び前記
大気圧測定モード時に計測された前記所要時間ｔから現
在の大気圧を算出する手段とを備えたものを提案する。
に、酸素イオン伝導性を有する固体電解質に大気側電極
と排気拡散律速部材で覆われた排気側電極とを設け、前
記大気側電極と排気側電極との間に生じる酸素分圧比に
よる濃淡電池起電力が所定値になるように前記大気側電
極・排気側電極間で酸素分子をイオン化してポンピング
を行う手段を備え、この酸素イオンのポンピング電流よ
り排気中の酸素濃度を検出して混合吸気の空燃比を求め
る拡散律速形の空燃比センサにおいて、第１の発明とし
て、空燃比検出モードと別に大気圧測定モードを設定
し、この大気圧測定モード時に前記ポンピング手段を用
いて前記大気側電極から前記排気側電極周辺に酸素分子
を所定量または平衡に達する量だけポンピングして該大
気側電極・排気側電極との間に生じる酸素分圧比による
濃淡電池起電力（以下、この濃淡電池起電力を大気圧測
定用濃淡電池起電力と称する）を検出する手段と、標高
が変化したときの大気圧と前記大気圧測定用濃淡電池起
電力の相関関係を予め求めておいて、この相関関係及び
前記大気圧測定モードによって実際に検出された大気圧
測定用濃淡電池起電力から現在の大気圧を算出する手段
とを備えたものを提案し、第２の発明として、空燃比検
出モードと別に大気圧測定モードを設定し、この大気圧
測定モード時に前記ポンピング手段を用いて濃淡電池起
電力の変化が予め設定しておいた変化量に達するまで前
記大気側電極から前記排気側電極周辺に酸素分子をポン
ピングして、このポンピングの所要時間ｔを計測する手
段と、標高が変化したときの大気圧と前記所要時間ｔと
の相関関係を予め求めておいて、この相関関係及び前記
大気圧測定モード時に計測された前記所要時間ｔから現
在の大気圧を算出する手段とを備えたものを提案する。
【００１０】
【作用】まず、本発明の要点の説明に先立ち、図１を用
いて拡散律速形空燃比センサの動作原理を示す説明す
る。
いて拡散律速形空燃比センサの動作原理を示す説明す
る。
【００１１】図１において、１は大気側電極、２はイオ
ン伝導性を有する固体電解質、３は排気側電極、４は拡
散律速部材である。拡散律速部材４は、微細な多孔膜ま
たは単孔部材で、排気側電極３全体を被覆または包囲
し、排気が排気側電極表面まで拡散してくる速度を抑
制、つまり律速する。排気側電極周辺５は空間を有し、
多孔膜で被覆されている場合は孔自体が排気側電極周辺
の空間となり、単孔部材で包囲されている場合は、包囲
されている空間が排気側電極周辺の空間となる。なお、
上記電極付き固体電解質よりなるセンサセルは、近接し
たヒータで加熱されることによりポンピング電流を安定
に流せる。
ン伝導性を有する固体電解質、３は排気側電極、４は拡
散律速部材である。拡散律速部材４は、微細な多孔膜ま
たは単孔部材で、排気側電極３全体を被覆または包囲
し、排気が排気側電極表面まで拡散してくる速度を抑
制、つまり律速する。排気側電極周辺５は空間を有し、
多孔膜で被覆されている場合は孔自体が排気側電極周辺
の空間となり、単孔部材で包囲されている場合は、包囲
されている空間が排気側電極周辺の空間となる。なお、
上記電極付き固体電解質よりなるセンサセルは、近接し
たヒータで加熱されることによりポンピング電流を安定
に流せる。
【００１２】大気と排気にさらされた電極１，３間の酸
素濃淡電池の起電力Ｅは数１に示すNernstの式で与えら
れる。
素濃淡電池の起電力Ｅは数１に示すNernstの式で与えら
れる。
【００１３】
【数１】Ｅ＝ＲＴ／４Ｆ ln（Ｐａ／Ｐｄ）＝０．０４
９６ln（Ｐａ／Ｐｄ） ここで、Ｒ；ガス定数、Ｔ；電池の絶対温度（＝1000
Ｋ）、Ｆ；ファラディ定数、Ｐｄ；排気側電極周辺の酸
素分圧、Ｐａ；大気側電極の酸素分圧である。
９６ln（Ｐａ／Ｐｄ） ここで、Ｒ；ガス定数、Ｔ；電池の絶対温度（＝1000
Ｋ）、Ｆ；ファラディ定数、Ｐｄ；排気側電極周辺の酸
素分圧、Ｐａ；大気側電極の酸素分圧である。
【００１４】排気側電極周辺を拡散律速部材で覆うこと
により、排気を一時捕獲し、理論空燃比付近では、白金
（電極）の触媒能による酸素ガスのイオン化が促進さ
れ、空燃比に対して急峻な起電力のスイッチング特性を
示す。排気側電極周辺部では、酸素を常に希薄な状態に
ポンピングしておくと、拡散律速部材により排気が排気
側電極に自由に拡散してくるのを律速されるので、この
律速されて流入する排気中の酸素分子が排気側電極でイ
オン化されて速やかにポンピングされ、このポンピング
された酸素イオンを電流（一般にポンピング電流又は拡
散電流と称せられる）として計量することにより、この
ポンピング電流が排気中の酸素濃度すなわち空燃比に比
例する信号となることから、空燃比を検出できる。
により、排気を一時捕獲し、理論空燃比付近では、白金
（電極）の触媒能による酸素ガスのイオン化が促進さ
れ、空燃比に対して急峻な起電力のスイッチング特性を
示す。排気側電極周辺部では、酸素を常に希薄な状態に
ポンピングしておくと、拡散律速部材により排気が排気
側電極に自由に拡散してくるのを律速されるので、この
律速されて流入する排気中の酸素分子が排気側電極でイ
オン化されて速やかにポンピングされ、このポンピング
された酸素イオンを電流（一般にポンピング電流又は拡
散電流と称せられる）として計量することにより、この
ポンピング電流が排気中の酸素濃度すなわち空燃比に比
例する信号となることから、空燃比を検出できる。
【００１５】換言すれば大気側電極・排気側電極間に生
じる酸素分圧比による濃淡電池起電力Ｅが所定値を保つ
ように酸素分子をイオン化してポンピングし、そのポン
ピング電流を計測することにより広範囲に空燃比を検出
することができる。
じる酸素分圧比による濃淡電池起電力Ｅが所定値を保つ
ように酸素分子をイオン化してポンピングし、そのポン
ピング電流を計測することにより広範囲に空燃比を検出
することができる。
【００１６】数２式に示すように拡散を律速する単孔の
形状で排気の拡散流量が決まる。
形状で排気の拡散流量が決まる。
【００１７】
【数２】 Ｉｐ＝４ＦＤ（Ｐｅ−Ｐｄ）／ＲＴ×（ｓ／ｌ） ここで、Ｉｐ；酸素拡散電流、Ｄ；各種排気成分の拡散
係数、ｓ／ｌ；拡散を律速する部材を等価的に単孔で置
換した場合の通路断面積ｓと通路長さｌの比、Ｐｅ；排
気中の酸素分圧である。
係数、ｓ／ｌ；拡散を律速する部材を等価的に単孔で置
換した場合の通路断面積ｓと通路長さｌの比、Ｐｅ；排
気中の酸素分圧である。
【００１８】図１において、通常の空燃比検出モードで
は、大気側電極１・排気側電極３の酸素分圧比により生
じる濃淡電池の起電力Ｅを一定に保持するために、拡散
を律速された排気中の酸素イオンをポンピング電流Ｉｐ
として双方に流す方式がある。そのために駆動電圧Ｖｓ
を負帰還制御する。
は、大気側電極１・排気側電極３の酸素分圧比により生
じる濃淡電池の起電力Ｅを一定に保持するために、拡散
を律速された排気中の酸素イオンをポンピング電流Ｉｐ
として双方に流す方式がある。そのために駆動電圧Ｖｓ
を負帰還制御する。
【００１９】例えば、濃淡電池起電力ＥをＥ＝０．５７
１Ｖとなるように温度などの動作条件を一定にして数１
のNernstの式により、ポンピング電流Ｉｐを双方向に制
御する。このとき、排気側電極周辺の酸素分圧Ｐｄと大
気電極の酸素分圧Ｐａの比が常にＰａ／Ｐｄ＝１０5と
なる。ここで、Ｐａ＝２．０９×１０~1、Ｐａ＝２．０
９×１０~6である。このポンピング電流から既述したよ
うに空燃比を求めることができる。
１Ｖとなるように温度などの動作条件を一定にして数１
のNernstの式により、ポンピング電流Ｉｐを双方向に制
御する。このとき、排気側電極周辺の酸素分圧Ｐｄと大
気電極の酸素分圧Ｐａの比が常にＰａ／Ｐｄ＝１０5と
なる。ここで、Ｐａ＝２．０９×１０~1、Ｐａ＝２．０
９×１０~6である。このポンピング電流から既述したよ
うに空燃比を求めることができる。
【００２０】次に本発明の要点となる大気圧測定モード
の作用について説明する。
の作用について説明する。
【００２１】第１の発明の大気圧測定モードの作用…大
気圧検出を行う場合には、通常の空燃比検出モードから
大気側測定モードに移行する。この大気圧測定モードで
は、大気側電極・排気側電極間に大気側電極が（−）
極，排気側電極が（＋）電極となる所定のポンピング電
圧Ｖｓを印加して、大気側電極から排気側電極に酸素分
子量を所定量Ｑ又は平衡に達するようにポンピングす
る。例えば、所定量Ｑをポンピングする場合には、ポン
ピング電流３０ｍＡでポンピング時間６ｍｓとなるよう
に制御を行う。
気圧検出を行う場合には、通常の空燃比検出モードから
大気側測定モードに移行する。この大気圧測定モードで
は、大気側電極・排気側電極間に大気側電極が（−）
極，排気側電極が（＋）電極となる所定のポンピング電
圧Ｖｓを印加して、大気側電極から排気側電極に酸素分
子量を所定量Ｑ又は平衡に達するようにポンピングす
る。例えば、所定量Ｑをポンピングする場合には、ポン
ピング電流３０ｍＡでポンピング時間６ｍｓとなるよう
に制御を行う。
【００２２】具体的な数値を示せば、標高０ｍの標準大
気圧Ｐｏ（＝１０１．３ｋＰａ）において、酸素分圧比
がＰａ／Ｐｄ＝１０2となるようにポンピングすると、
濃淡電池起電力は数１式によりＥ＝０．２２８Ｖとな
る。
気圧Ｐｏ（＝１０１．３ｋＰａ）において、酸素分圧比
がＰａ／Ｐｄ＝１０2となるようにポンピングすると、
濃淡電池起電力は数１式によりＥ＝０．２２８Ｖとな
る。
【００２３】次に、車が移動することによって標高差ｈ
が生じた場合、大気圧ひいては大気側電極周辺の酸素濃
度が変化する。標高差ｈと大気圧との関係は、数３式で
示すLaplace気圧測高式で表わすことができる。
が生じた場合、大気圧ひいては大気側電極周辺の酸素濃
度が変化する。標高差ｈと大気圧との関係は、数３式で
示すLaplace気圧測高式で表わすことができる。
【００２４】
【数３】ｈ＝１８４００（１＋０．００３６６Ｔ）log
（Ｐｏ／Ｐｈ） ここで、ｈ；海面からの高度（ｍ）、Ｔ；平均気温（°
Ｃ）、Ｐｏ；海面での標準大気圧、Ｐｈ；高度ｈでの大
気圧である。
（Ｐｏ／Ｐｈ） ここで、ｈ；海面からの高度（ｍ）、Ｔ；平均気温（°
Ｃ）、Ｐｏ；海面での標準大気圧、Ｐｈ；高度ｈでの大
気圧である。
【００２５】具体的には、２０°Ｃの高度３０００ｍで
は、Ｐｈ＝７１．４ｋＰａであるから、高度３０００ｍ
における大気側電極の酸素分圧Ｐａpは数４式により表
わすことができる。
は、Ｐｈ＝７１．４ｋＰａであるから、高度３０００ｍ
における大気側電極の酸素分圧Ｐａpは数４式により表
わすことができる。
【００２６】
【数４】Ｐａp＝２．０９×１０~1×７１．４／１０
１．３＝１．４７×１０~1 また、高度３０００ｍにおいて、上記所定量Ｑの酸素を
排気側電極周辺にポンピングした後の排気側電極周辺の
酸素分圧Ｐｄpは、数５式に示すように、上記した標高
０ｍにおけるＰｄとＰａのほぼ中間値となる。
１．３＝１．４７×１０~1 また、高度３０００ｍにおいて、上記所定量Ｑの酸素を
排気側電極周辺にポンピングした後の排気側電極周辺の
酸素分圧Ｐｄpは、数５式に示すように、上記した標高
０ｍにおけるＰｄとＰａのほぼ中間値となる。
【００２７】
【数５】Ｐｄp＝２．０９×１０~3 従って、高度３０００ｍにおける濃淡電池の起電力Ｅｐ
は数６式で表わすことができる。
は数６式で表わすことができる。
【００２８】
【数６】 Ｅｐ＝０．０４９６ln（Ｐａ／Ｐｄ） ＝０．０４９６ln（１．４７×１０~1／２．０９×１０~3） ＝０．２１１Ｖ つまり、濃淡電池の起電力は高度０ｍにおいて、０．２
２８Ｖ、高度３０００ｍにおいて０．２１１Ｖであり、
その差は０．０１７Ｖで、この差から濃淡電池の起電力
は標高（大気圧）と相関関係にあることが理解され、こ
の濃淡電池起電力は標高（高度）すなわち大気圧と比例
関係を有する信号である。
２８Ｖ、高度３０００ｍにおいて０．２１１Ｖであり、
その差は０．０１７Ｖで、この差から濃淡電池の起電力
は標高（大気圧）と相関関係にあることが理解され、こ
の濃淡電池起電力は標高（高度）すなわち大気圧と比例
関係を有する信号である。
【００２９】したがって、種々の標高の大気圧条件の下
で、酸素分子を前記所定量Ｑだけ大気側電極からの排気
側電極にポンピングした時の濃淡電池起電力（大気圧測
定モードの濃淡電池起電力）との相関関係を予め実験に
より求めておくことで（実験的に求めた大気圧測定用濃
淡電池起電力は、個々のセンサの個性のため計算値とは
若干異なる）、実際の大気圧測定モードで検出された濃
淡電池起電力の測定値を前記相関関係にあてはめること
で、現在の大気圧を求めることができる。
で、酸素分子を前記所定量Ｑだけ大気側電極からの排気
側電極にポンピングした時の濃淡電池起電力（大気圧測
定モードの濃淡電池起電力）との相関関係を予め実験に
より求めておくことで（実験的に求めた大気圧測定用濃
淡電池起電力は、個々のセンサの個性のため計算値とは
若干異なる）、実際の大気圧測定モードで検出された濃
淡電池起電力の測定値を前記相関関係にあてはめること
で、現在の大気圧を求めることができる。
【００３０】なお、上記所定量Ｑに代えて大気側電極か
ら排気側電極に酸素分子を平衡に達するようポンピング
しても、この場合には、排気側電極周辺に汲み入れられ
る酸素分子には拡散律速部材を通して排気中に漏出する
量もあるので、両極間（大気側電極・排気側電極間）周
辺の酸素濃度は異なる状態で平衡に達するため、両極間
に酸素分圧比による濃淡電池起電力が生じ、この平衡に
達した濃淡電池起電力と大気圧との相対関係を予め定め
ておけば、この相対関係に実際の大気圧測定モードによ
り検出された濃淡電池起電力をあてはめれば、現在の大
気圧を求めることができる。
ら排気側電極に酸素分子を平衡に達するようポンピング
しても、この場合には、排気側電極周辺に汲み入れられ
る酸素分子には拡散律速部材を通して排気中に漏出する
量もあるので、両極間（大気側電極・排気側電極間）周
辺の酸素濃度は異なる状態で平衡に達するため、両極間
に酸素分圧比による濃淡電池起電力が生じ、この平衡に
達した濃淡電池起電力と大気圧との相対関係を予め定め
ておけば、この相対関係に実際の大気圧測定モードによ
り検出された濃淡電池起電力をあてはめれば、現在の大
気圧を求めることができる。
【００３１】なお、この相関関係は、例えば、予め実験
で求めておいた前記大気圧測定用濃淡電池起電力と大気
圧の相関関係（詳細は実施例にて表２の実験データに記
載した）を、関数式によって定めることができる。この
関数式は、例えばｙ＝ａｘ＋ｂで表わすことができ、変
数ｘに大気圧モードにより実際に検出した濃淡電池起電
力を代入することで、大気圧を算出することができる。
で求めておいた前記大気圧測定用濃淡電池起電力と大気
圧の相関関係（詳細は実施例にて表２の実験データに記
載した）を、関数式によって定めることができる。この
関数式は、例えばｙ＝ａｘ＋ｂで表わすことができ、変
数ｘに大気圧モードにより実際に検出した濃淡電池起電
力を代入することで、大気圧を算出することができる。
【００３２】また、予め実験で求めておいた前記大気圧
測定用濃淡電池起電力と大気圧の相関関係を、テーブル
作成及びテーブル値の数値間の補間式として定め、実際
の大気圧測定モードで検出された濃淡電池起電力を前記
テーブルから検索及びこの濃淡電池起電力がテーブル値
の数値間にある場合には、さらに補間演算を行うことで
求めることができる。
測定用濃淡電池起電力と大気圧の相関関係を、テーブル
作成及びテーブル値の数値間の補間式として定め、実際
の大気圧測定モードで検出された濃淡電池起電力を前記
テーブルから検索及びこの濃淡電池起電力がテーブル値
の数値間にある場合には、さらに補間演算を行うことで
求めることができる。
【００３３】第２の発明の作用…大気圧測定モード時に
前記ポンピング手段を用いて、濃淡電池起電力の変化が
予め設定しておいた変化量に達するまで、前記大気側電
極から排気側電極周辺に酸素分子をポンピングする。こ
のポンピングの所要時間ｔは大気圧によって異なり、ま
た比例関係にあることから、予め標高が変化したときの
大気圧と前記所要時間ｔとの相関関係を実験により求め
ておいて、この相関関係に前記大気圧測定モード時に計
測された実際の所要時間ｔをあてはめることで、現在の
大気圧を求めることができる。
前記ポンピング手段を用いて、濃淡電池起電力の変化が
予め設定しておいた変化量に達するまで、前記大気側電
極から排気側電極周辺に酸素分子をポンピングする。こ
のポンピングの所要時間ｔは大気圧によって異なり、ま
た比例関係にあることから、予め標高が変化したときの
大気圧と前記所要時間ｔとの相関関係を実験により求め
ておいて、この相関関係に前記大気圧測定モード時に計
測された実際の所要時間ｔをあてはめることで、現在の
大気圧を求めることができる。
【００３４】なお、この相関関係は、上記第１の発明同
様に関数式あるいはテーブル及び補間式として定めるこ
とができる。
様に関数式あるいはテーブル及び補間式として定めるこ
とができる。
【００３５】
【実施例】図面を用いて本発明の実施例を具体的・数値
的に説明する。
的に説明する。
【００３６】図２は本発明の一実施例に係る空燃比セン
サの回路図である。
サの回路図である。
【００３７】図中、６は空燃比のセンサセルで、第１図
に示すような酸素イオン伝導性を有する固体電解質２、
固体電解質２の一面（大気側にさらされた面）に設けた
大気側電極１、他面（エンジンの排気ガス雰囲気にされ
された面）に設けた排気側電極３、排気側電極３を覆う
排気拡散律速部材４等で構成され、また、固体電解質２
を所定の活性温度に制御するヒータ７を備えており、こ
のセンサセル６が排気の拡散を律速する機能を有する酸
素濃淡電池となる。
に示すような酸素イオン伝導性を有する固体電解質２、
固体電解質２の一面（大気側にさらされた面）に設けた
大気側電極１、他面（エンジンの排気ガス雰囲気にされ
された面）に設けた排気側電極３、排気側電極３を覆う
排気拡散律速部材４等で構成され、また、固体電解質２
を所定の活性温度に制御するヒータ７を備えており、こ
のセンサセル６が排気の拡散を律速する機能を有する酸
素濃淡電池となる。
【００３８】８及び９は、センサセル６の律速された拡
散電流（ポンピング電流）Ｉｐを双方向に流すための電
流駆動回路、１０はこの電流を断続するための半導体ス
イッチ、１１はＤ／Ａ変換器、１２はマイクロコンピュ
ータ（以下マイコンと称する）で、マイコン１２は、通
常の空燃比検出モードと、これとは別に大気圧測定モー
ドを実行するための手段となるものである。センサセル
６の酸素濃淡電池起電力（極間電圧）Ｅを検出して、濃
淡電池起電力Ｅが所定値となるように律速された拡散電
流Ｉｐと該電流を流すのに必要な駆動電圧Ｖｓを算出
し、Ｄ／Ａ変換器１１がこのＩｐ及びＶｓを読出してＤ
−Ａ変換する。
散電流（ポンピング電流）Ｉｐを双方向に流すための電
流駆動回路、１０はこの電流を断続するための半導体ス
イッチ、１１はＤ／Ａ変換器、１２はマイクロコンピュ
ータ（以下マイコンと称する）で、マイコン１２は、通
常の空燃比検出モードと、これとは別に大気圧測定モー
ドを実行するための手段となるものである。センサセル
６の酸素濃淡電池起電力（極間電圧）Ｅを検出して、濃
淡電池起電力Ｅが所定値となるように律速された拡散電
流Ｉｐと該電流を流すのに必要な駆動電圧Ｖｓを算出
し、Ｄ／Ａ変換器１１がこのＩｐ及びＶｓを読出してＤ
−Ａ変換する。
【００３９】１３はヒータ加熱用トランジスタで、セン
サセル６の極間抵抗Ｒ１をマイコン１２で求め、一定に
負帰還温度制御される。 マイコン１２で得られた空燃
比センサの出力には、アナログ出力１４、ＰＷＭ出力１
５、酸素センサと同様の理論空燃比点におけるスイッチ
ング出力１６等がある。
サセル６の極間抵抗Ｒ１をマイコン１２で求め、一定に
負帰還温度制御される。 マイコン１２で得られた空燃
比センサの出力には、アナログ出力１４、ＰＷＭ出力１
５、酸素センサと同様の理論空燃比点におけるスイッチ
ング出力１６等がある。
【００４０】常時は空燃比検出モードによって、８ｍｓ
周期で、マイコン１２が大気側電極１・排気側電極３の
酸素分圧比により生じる濃淡電池の起電力Ｅをセンサセ
ル６の極間電圧より検出し、この起電力Ｅを一定に保持
するために、拡散を律速された排気中の酸素をイオン化
してポンピング電流Ｉｐとして双方に流すために電流駆
動回路８，９を負帰還制御する。
周期で、マイコン１２が大気側電極１・排気側電極３の
酸素分圧比により生じる濃淡電池の起電力Ｅをセンサセ
ル６の極間電圧より検出し、この起電力Ｅを一定に保持
するために、拡散を律速された排気中の酸素をイオン化
してポンピング電流Ｉｐとして双方に流すために電流駆
動回路８，９を負帰還制御する。
【００４１】例えば、発明の作用の項でも述べたよう
に、濃淡電池起電力ＥをＥ＝０．５７１Ｖとなるように
温度などの動作条件を一定にして数１のNernstの式によ
り、ポンピング電流Ｉｐを双方向に制御する。このと
き、排気側電極３周辺の酸素分圧Ｐｄと大気側電極の酸
素分圧Ｐａの比が常にＰａ／Ｐｄ＝１０5となる。ここ
で、Ｐａ＝２．０９×１０~1、Ｐａ＝２．０９×１０~6
である。このポンピング電流Ｉｐから空燃比を求めるこ
とができる。
に、濃淡電池起電力ＥをＥ＝０．５７１Ｖとなるように
温度などの動作条件を一定にして数１のNernstの式によ
り、ポンピング電流Ｉｐを双方向に制御する。このと
き、排気側電極３周辺の酸素分圧Ｐｄと大気側電極の酸
素分圧Ｐａの比が常にＰａ／Ｐｄ＝１０5となる。ここ
で、Ｐａ＝２．０９×１０~1、Ｐａ＝２．０９×１０~6
である。このポンピング電流Ｉｐから空燃比を求めるこ
とができる。
【００４２】次に大気圧測定モードについて説明する。
大気圧測定モードの割込みは、空燃比センサを駆動する
時分割シーケンス内に割込ませる。例えば大気圧測定モ
ードを１ｓ周期で実行する場合には、上記の８ｍｓ周期
の空燃比検出モードに大気圧測定モードを割り込ませ
て、電流駆動回路８，９により所定量Ｑの酸素を大気側
電極１より排気側電極３にポンピングする。次にこのポ
ンピング直後の濃淡電池起電力（大気圧測定用濃淡電池
起電力）Ｅｐを測定する。
大気圧測定モードの割込みは、空燃比センサを駆動する
時分割シーケンス内に割込ませる。例えば大気圧測定モ
ードを１ｓ周期で実行する場合には、上記の８ｍｓ周期
の空燃比検出モードに大気圧測定モードを割り込ませ
て、電流駆動回路８，９により所定量Ｑの酸素を大気側
電極１より排気側電極３にポンピングする。次にこのポ
ンピング直後の濃淡電池起電力（大気圧測定用濃淡電池
起電力）Ｅｐを測定する。
【００４３】マイコン１２は、予め標高が変化したとき
の大気圧と大気圧測定用濃淡電池起電力Ｅｐの相関関係
を実験により求めておいて、この相関関係に大気圧測定
モードによって実際に検出された大気圧測定用濃淡電池
起電力をあてはめて現在の大気圧を算出する手段とな
る。この相関関係については、表２を用いて後述する。
の大気圧と大気圧測定用濃淡電池起電力Ｅｐの相関関係
を実験により求めておいて、この相関関係に大気圧測定
モードによって実際に検出された大気圧測定用濃淡電池
起電力をあてはめて現在の大気圧を算出する手段とな
る。この相関関係については、表２を用いて後述する。
【００４４】図３に空燃比センサによる大気圧測定の駆
動シーケンスを示し、濃淡電池の起電力Ｅ、電極間のポ
ンピング電流（拡散電流）Ｉｐ、電流Ｉｐ駆動用の電源
電圧Ｖｓのタイミングチャートを内容として示してあ
る。
動シーケンスを示し、濃淡電池の起電力Ｅ、電極間のポ
ンピング電流（拡散電流）Ｉｐ、電流Ｉｐ駆動用の電源
電圧Ｖｓのタイミングチャートを内容として示してあ
る。
【００４５】ここで、相関関係の原理について説明す
る。
る。
【００４６】表１に、一例として海抜０ｍと３０００ｍ
について、大気電極１から排気側電極３周辺に所定量の
酸素分子（ポンピング電流３０ｍＡ、ポンピング時間８
ｍｓ）をポンピングした時の酸素分圧Ｐｄと、それぞれ
の濃淡電池起電力Ｅｐと、起電力差の関係を計算式で求
めたものを示す。この計算式は、発明の作用の項で求め
た数式を利用して算出したものである。
について、大気電極１から排気側電極３周辺に所定量の
酸素分子（ポンピング電流３０ｍＡ、ポンピング時間８
ｍｓ）をポンピングした時の酸素分圧Ｐｄと、それぞれ
の濃淡電池起電力Ｅｐと、起電力差の関係を計算式で求
めたものを示す。この計算式は、発明の作用の項で求め
た数式を利用して算出したものである。
【００４７】空燃比検出モードでは、排気側電極周辺の
酸素分圧は、Ｐｄ＝２．０９×１０~6に設定されている
（大気側電極の酸素分圧Ｐａは２．０９×１０~1であ
る）。これに対して、大気圧計測モードでは排気側電極
の周辺酸素分圧はいくらに設定するか。上記の発明の作
用の項での説明では、Ｐｄ＝２．０９×１０~3とした
が、実際にポンピングすると、排気側電極周辺の孔から
排気側へ漏洩する酸素があるため、起電力Ｅは０．４Ｖ
近辺で頭打ちの傾向が表れる。
酸素分圧は、Ｐｄ＝２．０９×１０~6に設定されている
（大気側電極の酸素分圧Ｐａは２．０９×１０~1であ
る）。これに対して、大気圧計測モードでは排気側電極
の周辺酸素分圧はいくらに設定するか。上記の発明の作
用の項での説明では、Ｐｄ＝２．０９×１０~3とした
が、実際にポンピングすると、排気側電極周辺の孔から
排気側へ漏洩する酸素があるため、起電力Ｅは０．４Ｖ
近辺で頭打ちの傾向が表れる。
【００４８】
【表１】
【００４９】次に前記大気圧と濃淡電池起電力Ｅｐの相
関関係を実験で求めたデータを表２に示す。表２の実験
データは、種々の高度（標高）における大気圧に対する
起電力Ｅｐ及びその起電力を高度０ｍの起電力と差をと
った実験データである。
関関係を実験で求めたデータを表２に示す。表２の実験
データは、種々の高度（標高）における大気圧に対する
起電力Ｅｐ及びその起電力を高度０ｍの起電力と差をと
った実験データである。
【００５０】
【表２】
【００５１】表２によると、高度３０００ｍにおける起
電力差は１５．５ｍＶと実測され、表１の計算値１７ｍ
Ｖと近似した値であることが確認された。
電力差は１５．５ｍＶと実測され、表１の計算値１７ｍ
Ｖと近似した値であることが確認された。
【００５２】したがって、上記実験値に関する種々の標
高の大気圧と起電力差の関係を用いて、実際に検出され
る大気圧モードの起電力Ｅｐをこの関係にあてはめるこ
とで、大気圧を検出することができる。
高の大気圧と起電力差の関係を用いて、実際に検出され
る大気圧モードの起電力Ｅｐをこの関係にあてはめるこ
とで、大気圧を検出することができる。
【００５３】この大気圧の検出の仕方としては、例え
ば、（１）上記のような表２の実験値に関するデータ
（大気圧−起電力或いは大気圧−起電力差）を予めテー
ブルにまとめてマイコンに記憶し、大気圧測定モード時
に実際に検出された濃淡電池起電力Ｅｐを上記テーブル
で検索して、対応の大気圧を検出するか（この場合、濃
淡電池起電力Ｅがテーブルにおける或る２点の濃淡電池
起電力値の間にある場合には補間演算により大気圧を算
出する）、（２）予め上記表２における実験データの起
電力或いは起電力差と大気圧とから、これらの関係を示
す関数式（上記関係はほゞ直線関係にあり一次関数式で
求めることができる）を成立させておき、実際の大気圧
測定モードで検出された起電力あるいは起電力差を上記
関数式に代入することで、大気圧を算出することがで
き、（３）また各標高における濃淡電池起電力Ｅｐと予
め高度０ｍ基準起電力Ｅｐ0との比Ｅｐ／Ｅｐ0を求める
と、この値は正規化された大気圧信号となるので、大気
圧とこのＥｐ／Ｅｐ0の相関関係からも大気圧を算出す
ることができ、マイコン１２にこのような演算機能を設
定しておく。
ば、（１）上記のような表２の実験値に関するデータ
（大気圧−起電力或いは大気圧−起電力差）を予めテー
ブルにまとめてマイコンに記憶し、大気圧測定モード時
に実際に検出された濃淡電池起電力Ｅｐを上記テーブル
で検索して、対応の大気圧を検出するか（この場合、濃
淡電池起電力Ｅがテーブルにおける或る２点の濃淡電池
起電力値の間にある場合には補間演算により大気圧を算
出する）、（２）予め上記表２における実験データの起
電力或いは起電力差と大気圧とから、これらの関係を示
す関数式（上記関係はほゞ直線関係にあり一次関数式で
求めることができる）を成立させておき、実際の大気圧
測定モードで検出された起電力あるいは起電力差を上記
関数式に代入することで、大気圧を算出することがで
き、（３）また各標高における濃淡電池起電力Ｅｐと予
め高度０ｍ基準起電力Ｅｐ0との比Ｅｐ／Ｅｐ0を求める
と、この値は正規化された大気圧信号となるので、大気
圧とこのＥｐ／Ｅｐ0の相関関係からも大気圧を算出す
ることができ、マイコン１２にこのような演算機能を設
定しておく。
【００５４】大気圧検出プロセス（大気圧測定モード）
の割込み周期は、大気圧が変化する登坂・降坂時に求め
られる応答性から設定する。例えば、空燃比検出周期が
８ｍｓ一定に対して、大気圧検出周期は０．１ｓから５
００ｓの範囲に可能性がある。割込むタイミングは、一
定周期でも、登坂・降坂を何らかの方法で検知して大気
圧測定モードを開始させてもよい。これらの周期とタイ
ミングは空燃比検出の機能にマイナスの影響を与えるこ
となく、大気圧検出の機能を付加できる。
の割込み周期は、大気圧が変化する登坂・降坂時に求め
られる応答性から設定する。例えば、空燃比検出周期が
８ｍｓ一定に対して、大気圧検出周期は０．１ｓから５
００ｓの範囲に可能性がある。割込むタイミングは、一
定周期でも、登坂・降坂を何らかの方法で検知して大気
圧測定モードを開始させてもよい。これらの周期とタイ
ミングは空燃比検出の機能にマイナスの影響を与えるこ
となく、大気圧検出の機能を付加できる。
【００５５】大気圧測定モードにおける酸素のポンピン
グ電流は、専用のプロセスを設定してもよいが、空燃比
検出プロセスの中の例えば極間抵抗測定用電流を兼用し
て、抵抗測定の次に酸素ポンピングをさせてもよい。こ
れによって、大気圧検出の周期は必要に応じて空燃比検
出の周期まで短縮することができる。
グ電流は、専用のプロセスを設定してもよいが、空燃比
検出プロセスの中の例えば極間抵抗測定用電流を兼用し
て、抵抗測定の次に酸素ポンピングをさせてもよい。こ
れによって、大気圧検出の周期は必要に応じて空燃比検
出の周期まで短縮することができる。
【００５６】大気圧測定モードのアルゴリズムについて
は、上記実施例では、所定量Ｑ（所定量Ｑに代えて発明
の作用項でも述べたように平衡に達する量でも可能）の
酸素を大気側電極から排気側電極にポンピングして、そ
の時の濃淡電池起電力を前記所定の相関関係に適用する
ことで、標高に対応の大気圧を検出する方法を示した。
は、上記実施例では、所定量Ｑ（所定量Ｑに代えて発明
の作用項でも述べたように平衡に達する量でも可能）の
酸素を大気側電極から排気側電極にポンピングして、そ
の時の濃淡電池起電力を前記所定の相関関係に適用する
ことで、標高に対応の大気圧を検出する方法を示した。
【００５７】その他に可能性がある方法としては、ポン
ピングにより所定の起電力を発生させるのに要する時間
で大気圧を算出する方法がある。具体的には、大気圧測
定モード時に一定のポンピング駆動電圧を印加して、ポ
ンピング前後の濃淡電池の起電力差がＥ＝０．１Ｖとな
るのに要する時間を計量する。いずれの方法において
も、大気圧検出の精度・応答性・所要時間などについて
実用化できるレベルにある。
ピングにより所定の起電力を発生させるのに要する時間
で大気圧を算出する方法がある。具体的には、大気圧測
定モード時に一定のポンピング駆動電圧を印加して、ポ
ンピング前後の濃淡電池の起電力差がＥ＝０．１Ｖとな
るのに要する時間を計量する。いずれの方法において
も、大気圧検出の精度・応答性・所要時間などについて
実用化できるレベルにある。
【００５８】上記大気圧検出プロセス（大気圧測定モー
ド）で得られた大気圧信号を用いて、例えばエンジンコ
ントロールユニット１７側のマイコン１８により、自動
車の燃料噴射点や点火時期などのエンジンパワートレイ
ン制御システムの制御パラメータや情報パラメータを予
め実験データまたは原理式から求めた補正係数または補
正関数で補正する。これによって、大気圧検出機能をも
たない制御システムの場合、大気圧センサを追加するこ
となく大気圧補正機能を有することができる。
ド）で得られた大気圧信号を用いて、例えばエンジンコ
ントロールユニット１７側のマイコン１８により、自動
車の燃料噴射点や点火時期などのエンジンパワートレイ
ン制御システムの制御パラメータや情報パラメータを予
め実験データまたは原理式から求めた補正係数または補
正関数で補正する。これによって、大気圧検出機能をも
たない制御システムの場合、大気圧センサを追加するこ
となく大気圧補正機能を有することができる。
【００５９】上記大気圧検出プロセスで得られた大気圧
信号を用いて、空燃比センサ側マイコン１２によりセン
サ出力を補正するか、或いはエンジンコントロールユニ
ット１７側のマイコンにより、空燃比センサによる燃料
制御（空燃比制御）に関する大気圧依存性を予め実験デ
ータまたは原理式から求めた補正係数または補正関数で
補正する。これによって、空燃比センサ出力の大気圧依
存性補正することができ、空燃比制御精度を向上させる
ことができる。
信号を用いて、空燃比センサ側マイコン１２によりセン
サ出力を補正するか、或いはエンジンコントロールユニ
ット１７側のマイコンにより、空燃比センサによる燃料
制御（空燃比制御）に関する大気圧依存性を予め実験デ
ータまたは原理式から求めた補正係数または補正関数で
補正する。これによって、空燃比センサ出力の大気圧依
存性補正することができ、空燃比制御精度を向上させる
ことができる。
【００６０】大気圧検出プロセスにおいて、空燃比信号
と大気圧信号をそれぞれ出力することにより、大気圧信
号はエンジンパラメータの補正や他、表示、情報、安全
などのシステムにも汎用的に応用できる効果がある。
と大気圧信号をそれぞれ出力することにより、大気圧信
号はエンジンパラメータの補正や他、表示、情報、安全
などのシステムにも汎用的に応用できる効果がある。
【００６１】
【発明の効果】空燃比センサに大気圧検出機能を空燃比
検出機能に影響を与えることなく付加することができ
る。従って、専用の大気圧センサを不要としても、空燃
比センサによって、自身の大気圧依存性を補正できるほ
かに、エンジン制御等に関する各種運転条件のデータと
して大気圧を必要とする場合、このデータを補正可能に
提供することができる。
検出機能に影響を与えることなく付加することができ
る。従って、専用の大気圧センサを不要としても、空燃
比センサによって、自身の大気圧依存性を補正できるほ
かに、エンジン制御等に関する各種運転条件のデータと
して大気圧を必要とする場合、このデータを補正可能に
提供することができる。
【図１】拡散律速形空燃比センサの作動原理を示す説明
図
図
【図２】本発明の一実施例に係る回路図
【図３】上記実施例の空燃比検出モードと大気圧測定モ
ードのタイムチャート
ードのタイムチャート
１…大気側電極、２…固体電解質、３…排気側電極、４
…拡散律速部材、６…センサセル（酸素濃淡電池）、
８，９…ポンピング電流駆動回路（ポンピング手段）、
１２…マイクロコンピュータ（空燃比検出モード，大気
圧測定モード実行手段）
…拡散律速部材、６…センサセル（酸素濃淡電池）、
８，９…ポンピング電流駆動回路（ポンピング手段）、
１２…マイクロコンピュータ（空燃比検出モード，大気
圧測定モード実行手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南 直樹 茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番 地３ 日立オートモティブエンジニアリ ング株式会社内 (72)発明者 佐藤 金正 茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番 地３ 日立オートモティブエンジニアリ ング株式会社内 (72)発明者 大内 四郎 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社日立製作所 自動車機器事業部内 審査官 黒田 浩一 (56)参考文献 特開 平６−50934（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−174678（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 27/419
Claims (11)
- 【請求項１】 酸素イオン伝導性を有する固体電解質に
大気側電極と排気拡散律速部材で覆われた排気側電極と
を設け、前記大気側電極と排気側電極との間に生じる酸
素分圧比による濃淡電池起電力が所定値になるように前
記大気側電極・排気側電極間で酸素分子をイオン化して
ポンピングを行う手段を備え、この酸素イオンのポンピ
ング電流より排気中の酸素濃度を検出して混合吸気の空
燃比を求める拡散律速形の空燃比センサにおいて、 空燃比検出モードと別に大気圧測定モードを設定し、こ
の大気圧測定モード時に前記ポンピング手段を用いて前
記大気側電極から前記排気側電極周辺に酸素分子を所定
量または平衡に達する量だけポンピングして該大気側電
極・排気側電極との間に生じる酸素分圧比による濃淡電
池起電力（以下、この濃淡電池起電力を大気圧測定用濃
淡電池起電力と称する）を検出する手段と、標高が変化
したときの大気圧と前記大気圧測定用濃淡電池起電力の
相関関係を予め求めておいて、この相関関係及び前記大
気圧測定モードによって実際に検出された大気圧測定用
濃淡電池起電力から現在の大気圧を算出する手段とを備
えて成ることを特徴とする空燃比センサ。 - 【請求項２】 請求項１において、前記現在の大気圧を
算出する手段は、予め実験で求めておいた前記大気圧測
定用濃淡電池起電力と大気圧の相関関係を、関数式によ
って定めていることを特徴とする空燃比センサ。 - 【請求項３】 請求項１において、前記現在の大気圧を
算出する手段は、予め実験で求めておいた前記大気圧測
定用濃淡電池起電力と大気圧の相関関係を、テーブル作
成及びテーブル値の数値間の補間式として定めているこ
とを特徴とする空燃比センサ。 - 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
において、前記大気圧測定用濃淡電池起電力は、標準大
気圧（＝１０１．３ｋＰａ）の時に、０．０５Ｖ〜０．
４Ｖの範囲内の一点となるように所定量の酸素をポンピ
ングすることを特徴とする空燃比センサ。 - 【請求項５】 酸素イオン伝導性を有する固体電解質に
大気側電極と排気拡散律速部材で覆われた排気側電極と
を設け、前記大気側電極と排気側電極との間に生じる酸
素分圧比による濃淡電池起電力が所定値になるように前
記大気側電極・排気側電極間で酸素分子をイオン化して
ポンピングを行う手段を備え、この酸素イオンのポンピ
ング電流より排気中の酸素濃度を検出して混合吸気の空
燃比を求める拡散律速形の空燃比センサにおいて、 空燃比検出モードと別に大気圧測定モードを設定し、こ
の大気圧測定モード時に前記ポンピング手段を用いて濃
淡電池起電力の変化が予め設定しておいた変化量に達す
るまで前記大気側電極から前記排気側電極周辺に酸素分
子をポンピングして、このポンピングの所要時間ｔを計
測する手段と、標高が変化したときの大気圧と前記所要
時間ｔとの相関関係を予め求めておいて、この相関関係
及び前記大気圧測定モード時に計測された前記所要時間
ｔから現在の大気圧を算出する手段とを備えて成ること
を特徴とする空燃比センサ。 - 【請求項６】 請求項５において、前記現在の大気圧を
算出する手段は、予め実験で求めておいた前記所要時間
ｔと大気圧との相関関係を関数式によって定めているこ
とを特徴とする空燃比センサ。 - 【請求項７】 請求項５において、前記現在の大気圧を
算出する手段は、予め実験で求めておいた前記所要時間
ｔと大気圧との相関関係をテーブル作成及びテーブル値
の数値間の補間式として定めていることを特徴とする空
燃比センサ。 - 【請求項８】 請求項１ないし請求項７のいずれか１項
において、前記大気圧測定モードは、空燃比検出対象の
車両用エンジンの運転条件が登坂・降坂など大気圧変化
と関係のある時に限定して設定されることを特徴とする
空燃比センサ。 - 【請求項９】 請求項１ないし請求項８のいずれか１項
において、前記大気圧測定モードの割込みは、空燃比セ
ンサを駆動する時分割シーケンス内に割込ませることを
特徴とする空燃比センサ。 - 【請求項１０】 請求項１ないし請求項９のいずれか１
項において、前記大気圧測定モードで得られた大気圧検
出値は、自動車の燃料噴射量や点火時期等のシステムの
制御パラメータや情報パラメータの補正に使用されるよ
うにしてあることを特徴とする空燃比センサ。 - 【請求項１１】 請求項１ないし請求項９のいずれか１
項において、前記大気圧測定モードで得られた大気圧検
出値は、空燃比センサ自身の大気圧依存性を有する出力
の補正に使用されるようにしてあることを特徴とする空
燃比センサ。
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| JP5206225A JP2942445B2 (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 空燃比センサ |
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