JPH0211862B2 - - Google Patents

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JPH0211862B2
JPH0211862B2 JP56128630A JP12863081A JPH0211862B2 JP H0211862 B2 JPH0211862 B2 JP H0211862B2 JP 56128630 A JP56128630 A JP 56128630A JP 12863081 A JP12863081 A JP 12863081A JP H0211862 B2 JPH0211862 B2 JP H0211862B2
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JP
Japan
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air
electrode
detector
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JP56128630A
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JPS5830654A (ja
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Minoru Oota
Tomio Kawakami
Tamotsu Hatsutori
Masatoshi Onoda
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Soken Inc
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Nippon Soken Inc
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Priority to JP56128630A priority Critical patent/JPS5830654A/ja
Publication of JPS5830654A publication Critical patent/JPS5830654A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0031General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array
    • G01N33/0032General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array using two or more different physical functioning modes

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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検
出し空燃比を測定する空燃比検出器に関するもの
である。
近年、排気ガス中の有害成分を低減させるため
に、また燃費を改善する目的で、自動車等の内燃
機関を理論空燃比よりも高いリーン側で運転させ
る、いわゆる希薄燃焼方式が提案されている。
この燃焼方式に用いる空燃比検出手段として提
案されているものに例えば特開昭52−72286号公
報記載の装置がある。この装置は第1図に示すよ
うに酸素イオン透過体51の両側に隠極52、陽
極53を設けるとともに、側壁54を陰極52を
囲むように配設し、更に酸素を側壁54内の空間
室56へ拡散送入させる拡散孔55を設けた構成
となつている。この装置は、電極52,53間に
電圧を印加したときに両電極52,53間を流れ
る限界電流が第2図に示すように酸素濃度に比例
してほぼ直線的に変化することを利用して空熱比
を検出するものである。
また同様な用途の検出手段として特開昭55−
62349号記載のものがある。これは、両電極間に
限界電流値よりも小さな値の直流電流を流して、
両電極間に生じる起電力を検出するもので、その
代表的な特性は第3図に示す如くである。
希薄燃焼方式の全体システムは種々検討されて
いるが、通常走行時には機関の限界近くの希薄空
燃比で運転し、それ以外の例えば加速時にはやや
リツチ側の空燃比で運転し、また排気エミツシヨ
ンを低減するために理論空燃比で運転するという
ように、運転条件に応じて空燃比が制御される。
特に排気エミツシヨン低減のための三元触媒を有
効に作動させるには理論空燃比の±0.1〜0.2とい
う極めて狭い範囲に制御する必要があり、第2図
に示すような特性のセンサではこのような狭い範
囲にフイードバツク制御することが困難である。
また、第3図に示すような特性のセンサにおいて
は、同一起電力が空燃比のリツチ側とリーン側の
両方に存在し、この区別がつきにくいという問題
がある。
本発明は上記問題点に鑑み理論空燃比およびそ
の他の空燃比を正確に検出できる空燃比検出器を
提供することを目的とするものである。即ち、本
発明の空燃比検出器は、理論空燃比で急変する電
気信号を発生する第1の検出素子と、空燃比に応
じた電気信号を発生する第2の検出素子と、上記
第1の検出素子の電気信号を取出す第1の電極
と、上記第2の検出素子の電気信号を取出す第2
の電極と、上記第1の検出素子と第2の検出素子
とを加熱する複数のヒータ群と、上記第1の検出
素子、第2の検出素子、第1の電極、第2の電
極、およびヒータ群を備えた耐熱電気絶縁性の基
体とを具備し、上記ヒータ群の一方はこれを上記
第1の検出素子と上記第2の検出素子の周囲に設
け、上記ヒータ群の他方はこれを上記基体内部の
上記第1の検出素子および第2の検出素子に対応
する位置に埋設した構成を有する。そして、この
検出器を車両の排気系に設置し、ヒータ群により
第1の検出素子および第2の検出素子を加熱して
所定温度に保ちながら、第1の検出素子により理
論空燃比を、第2の検出素子により理論空燃比以
外の空燃比を検出してこれ等の電気信号を制御回
路を介して吸気系にフイードバツクすることによ
り、運転条件に応じた空燃比制御を可能とするも
のである。
以下、本発明を図示の実施例により説明する。
第4図に示す本発明の空燃比検出器Aにおい
て、1はアルミナよりなる板状の基体で、後記す
る第1および第2の検出素子を保持している。基
体1は排気ガスを導入する孔71を有する耐熱性
金属よりなる保護カバー7およびこれと結合した
耐熱性金属のパイプ8の内部に収納されている。
保護カバー7とパイプ8の結合部には車両の排気
管に固定するためのフランジ9が取付けてある。
基体1はパイプ8内において、アルミナ等の焼結
体よりなる保持部材10により支持されている。
基体1の上部、これに取付けたリード線6および
これに接続したステンレス等の耐熱性金属よりな
るサブリード線11は、無機接着剤12によりパ
イプ8内に固定されている。パイプ8にはパイプ
13が、パイプ13には更にパイプ14が結合さ
れており、これ等の内部に設置したアルミナ等よ
りなる絶縁管15、フツ素ゴム等よりなるブツシ
ユ16、シリコンゴム等の耐熱性ゴム部材17に
上記サブリード線11が挿通され、外部に導出さ
れたサブリード線11はカバー部材18により被
着されている。
次に基体部の構造の詳細は第5図および第6図
に示す如くであつて、アルミナの基体1にはその
中央部に縦方向に膜状電極4a,4b,4c,4
dが形成してある。これ等電極は白金、白金−ロ
ジウム等よりなりスクリーン印刷により形成した
ものである。基体1の下部には電極4a,4bの
下部を覆うように第1の検出素子2が形成してあ
る。この第1の検出素子2は、二酸化チタンに溶
媒、バインダを混合しペースト状としたものをス
クリーン印刷等で基体1に膜状に形成し焼結した
ものである。電極4cの下部の上には第2の検出
素子3が配設してある。この第2の検出素子3は
カルシヤCaO、イツトリヤY2O3等を固溶したジ
ルコニヤZrO2よりなる固体電解質の素子である。
そして第2の検出素子3の上には上記電極4dの
下部が形成され、積層状の電極4c、第2の検出
素子3および電極4dを覆うようにして耐熱電気
絶縁材料、例えばアルミナ、スピネルの拡散層3
0が形成してある。更に基体1には、上記第1の
検出素子2、第2の検出素子3を加熱するための
複数のヒータ群が設けてある。その一方は、第1
の検出素子2、第2の検出素子3、および電極4
a,4d外周部に沿つて形成された白金、白金−
ロジウム等よりなる膜状のヒータ5aであり、ま
た同様のヒータ5bが基体1内の、第1の検出素
子2、第2の検出素子3に対応する位置に埋設し
てある。これ等ヒータ5a,5bにより各検出素
子2,3、および電極4a,4b,4c,4dの
各部位は均等に、効率よく加熱され、測定温度を
適切に保持する。また、基体1の上端には白金、
白金−ロジウム等よりなるリード線6a,6b,
6c,6d,6e,6fが固着してあり、これ等
はそれぞれ、電極4a,4b,4c,4dおよび
ヒータ5aに導通している。
チタニヤよりなる第1の検出素子2は第7図に
示すように理論空燃比でステツプ的に電気抵抗値
が急変する性質を有し、ジルコニヤの固体電解質
の第2の検出素子3は第8図に示すように空燃比
に対して電流値がほぼ直線的に変化する特性を有
する。従つて第1の検出素子2の電気信号は、理
論空燃比に対してリツチ、リーンの判定信号とし
て、あるいは理論空燃比で精度よくフイードバツ
クコントロールするための信号として使用でき、
第2の検出素子3は希薄空燃比を検出する信号と
して使用でき、これ等を適時使用することによ
り、機関の状態に応じて空燃比をコントロールす
ることが可能である。
第9図は第1および第2の検出素子2,3の電
気信号をフイードバツクして吸気系の空燃比を制
御するための制御回路の一例を示すものである。
図において、Aは本発明の検出器、100はエ
ンジン、101は排気管、102は吸気管、10
4,105は比較回路、106,107は比較基
準値設定回路、108はフードバツク制御回路、
109は吸入空気量センサ、110は回転数セン
サ、111は負圧センサ、112はスロツトル開
度センサ、113は燃料調量装置、114はフイ
ードバツク信号切換回路である。
排気管101に設置された検出器Aの上記第1
の検出器の電気信号は比較回路104に入力され
る。この比較回路104は、比較基準値設定回路
106より所定の基準値が入力され、素子2から
の電気信号値と比較し、排気ガスが理論空燃比よ
りもリツチ、リーンの判定信号を出力できるよう
になつている。
上記第2の検出素子の電気信号は比較回路10
5に入力される。比較回路105にはフイードバ
ツクしたい空燃比に相当する基準値が比較基準値
設定回路107より入力され、この基準値と素子
3からの電気信号値と比較し、制御したい空燃比
よりリツチ、リーンの判定信号を出力できるよう
になつている。
比較回路104,105からの出力は、フイー
ドバツク信号切換回路114に入力される。ここ
ではエンジン100の運転状態によつて理論空燃
比でフイードバツクさせるか、それ以外、例えば
希薄空燃比でフイードバツクさせるかを判定す
る。なお、運転状態は回転数センサ110、負圧
センサ111、スロツトル開度センサ112によ
つて検出する。そして第1の検出素子、第2の検
出素子のいずれかの検出素子によつてフイードバ
ツク制御するかを判定し切換を行なう。
フイードバツク信号切換回路114からの信号
はフイードバツク制御回路108に入力され、吸
入空気量センサ109からの信号にみあつた燃料
を燃料調量装置113によりエンジン100に供
給する。
上記の如く本発明の検出器は理論空燃比で急変
する電気信号を示す検出素子と、空燃比に応じた
電気信号を示す検出素子を具備しているので、理
論空燃比およびその他の空燃比を正確に検出する
ことができ、検出することができる。しかもヒー
タ群により各検出素子は効率よく加熱されて所定
の測定温度を保つので、出力特性が排気ガス温度
の変化の影響を受けることがなく、より精度の高
い検出を可能にする。そして、これ等の素子の示
す電気信号をフイードバツクすることにより、運
転条件に応じた空燃比制御が可能である。
また、本願発明では、各検出素子、電極、ヒー
タ群を同一基体に設けたので検出器自体を小型化
することができる。
なお、上記第1の検出素子は、TiO3以外に
CeO2,Nb2O5,NiO,ZnO,CoO,SnO2など、
理論空燃比で急変する電気信号を示すものを用い
ることができる。また素子は膜状のものに限ら
ず、例えばペレツト状のものを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の検出器の要部を示す断面図、第
2図は第1図の検出器の特性を示す図、第3図は
他の従来の検出器の特性を示す図、第4図は本発
明の一実施例の全体構成を示す縦断面図、第5図
は第4図の検出器の要部正面図、第6図は第5図
のA−A線断面図、第7図は本発明の検出器にお
ける第1の検出素子の特性を示す図、第8図は第
2の検出素子の特性を示す図、第9図は本発明の
検出器のフイードバツク回路の一例を示す図であ
る。 A……本発明の検出器、1……基体、2……第
1の検出素子、3……第2の検出素子、4a,4
b,4c,4d……電極、5a,5b……ヒータ
(ヒータ群)、6a,6b,6c,6d,6e,6
f……リード線。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 理論空燃比で急変する電気信号を示す第1の
    検出素子と、空燃比に応じた電気信号を示す第2
    の検出素子と、上記第1の検出素子の電気信号を
    取出す第1の電極と、上記第2の検出素子の電気
    信号を取出す第2の電極と、上記第1の検出素子
    と第2の検出素子とを加熱する複数のヒータ群
    と、上記第1の検出素子、第2の検出素子、第1
    の電極、第2の電極、およびヒータ群を備えた耐
    熱電気絶縁性の基体とを具備し、上記ヒータ群の
    一方はこれを上記第1の検出素子と上記第2の検
    出素子の周囲に設け、上記ヒータ群の他方はこれ
    を上記基体内部の上記第1の検出素子および第2
    の検出素子に対応する位置に埋設したことを特徴
    とする空燃比検出器。
JP56128630A 1981-08-17 1981-08-17 空燃比検出器 Granted JPS5830654A (ja)

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JP56128630A JPS5830654A (ja) 1981-08-17 1981-08-17 空燃比検出器

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JP56128630A JPS5830654A (ja) 1981-08-17 1981-08-17 空燃比検出器

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JPS5830654A JPS5830654A (ja) 1983-02-23
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