JPH0412420B2 - - Google Patents
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- JPH0412420B2 JPH0412420B2 JP58122793A JP12279383A JPH0412420B2 JP H0412420 B2 JPH0412420 B2 JP H0412420B2 JP 58122793 A JP58122793 A JP 58122793A JP 12279383 A JP12279383 A JP 12279383A JP H0412420 B2 JPH0412420 B2 JP H0412420B2
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- fuel ratio
- oxygen concentration
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- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 71
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Classifications
-
- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Health & Medical Sciences (AREA)
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- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、燃焼機関の排気ガス中における空燃
比を測定するためのセンサに関する。
比を測定するためのセンサに関する。
従来、空燃比検知素子としてジルコニア酸素濃
淡電池センサが使用されている。このセンサは理
論空燃比点で出力電圧が階段状に変化することに
よつて理論空燃比での燃焼状態を検出するもの
で、例えば、自動車用内燃機関を理論空燃比で運
転するように制御するシステムに用いられてい
る。
淡電池センサが使用されている。このセンサは理
論空燃比点で出力電圧が階段状に変化することに
よつて理論空燃比での燃焼状態を検出するもの
で、例えば、自動車用内燃機関を理論空燃比で運
転するように制御するシステムに用いられてい
る。
しかし、このセンサではリツチ及びリーン側に
おける空燃比を厳密に測定することができないの
で、吸気系に種々の装置を設けて空燃比のオープ
ン制御を行う必要があり、このため空燃比制御の
コストが高くなり、又応答性が低いことから高度
の制御を行うことができなかつた。
おける空燃比を厳密に測定することができないの
で、吸気系に種々の装置を設けて空燃比のオープ
ン制御を行う必要があり、このため空燃比制御の
コストが高くなり、又応答性が低いことから高度
の制御を行うことができなかつた。
ところで、空燃比全域を検出するセンサとし
て、特公昭53−34077号公報及び特公昭57−49860
号公報に記載されているものもあるが、いずれも
技術的に困難で、実用化までに到つていない。即
ち、前者の公報には空燃比が理論空燃比点よりも
リツチ側での空燃比を測定するためにジルコニア
管の排気ガス中に位置する測定電極として、Au、
Agの如き非触媒電極を用いる形式の酸素センサ
が示されている。しかし、このセンサの電極でも
やはり触媒作用があり、ガス吸着現象が生じてし
まうので、出力電圧の再現性が悪く、更には高温
高速のガス中での耐久性が劣り、従つて、実用化
は非常に困難である。また、後者の公報にはリツ
チ及びリーン側の空燃比を測定する方法が示され
ているが、使用電流値が極めて低く、電気的な処
理に注意が必要な上に用いる装置の製作が技術的
に難しく、又高温高速ガス中での耐久性及び応答
性の点でも問題を有している。
て、特公昭53−34077号公報及び特公昭57−49860
号公報に記載されているものもあるが、いずれも
技術的に困難で、実用化までに到つていない。即
ち、前者の公報には空燃比が理論空燃比点よりも
リツチ側での空燃比を測定するためにジルコニア
管の排気ガス中に位置する測定電極として、Au、
Agの如き非触媒電極を用いる形式の酸素センサ
が示されている。しかし、このセンサの電極でも
やはり触媒作用があり、ガス吸着現象が生じてし
まうので、出力電圧の再現性が悪く、更には高温
高速のガス中での耐久性が劣り、従つて、実用化
は非常に困難である。また、後者の公報にはリツ
チ及びリーン側の空燃比を測定する方法が示され
ているが、使用電流値が極めて低く、電気的な処
理に注意が必要な上に用いる装置の製作が技術的
に難しく、又高温高速ガス中での耐久性及び応答
性の点でも問題を有している。
本発明の第１の目的は、比較的安価で実用性に
優れ、理論空燃比点だけでなくリツチ側及びリー
ン側の空燃比を測定することができる空燃比セン
サを提供することにある。
優れ、理論空燃比点だけでなくリツチ側及びリー
ン側の空燃比を測定することができる空燃比セン
サを提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、自動車用エンジ
ンの燃焼効率の向上及び排気ガスの無公害化を計
るべくリツチバーンエンジン、リーンバーンエン
ジンの空燃比をクローズド制御方式で制御するた
めに、排気ガスの空燃比を測定することができる
空燃比センサを提供することにある。
ンの燃焼効率の向上及び排気ガスの無公害化を計
るべくリツチバーンエンジン、リーンバーンエン
ジンの空燃比をクローズド制御方式で制御するた
めに、排気ガスの空燃比を測定することができる
空燃比センサを提供することにある。
本発明は、酸素供給源として空気中の酸素を利
用し、測定室内の被測定ガス中の可燃性ガス濃度
と酸素濃度を変化させるのに充分な量の酸素を得
るようにしたことを特徴とする。そして、これに
より前記室外の被測定ガスがリツチ側、即ち酸素
不足状態でも室内の被測定ガスに酸素を供給して
酸素濃度を可変することができ、この結果、理論
空燃比点よりリツチ側での空燃比を検出すること
ができる。
用し、測定室内の被測定ガス中の可燃性ガス濃度
と酸素濃度を変化させるのに充分な量の酸素を得
るようにしたことを特徴とする。そして、これに
より前記室外の被測定ガスがリツチ側、即ち酸素
不足状態でも室内の被測定ガスに酸素を供給して
酸素濃度を可変することができ、この結果、理論
空燃比点よりリツチ側での空燃比を検出すること
ができる。
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。
る。
図面には本発明に係る空燃比センサが示され、
図中１は固体電解質酸素ポンプであり、イツトリ
アで安定化したジルコニア（ZrO2）焼結体から
作成されている。この固体電解質酸素ポンプ１
は、角筒状に形成されて排気管９内に配され、そ
の下部側は排気管９の壁面に気密に固定されてい
る支持台１２に挿入されて支持されている。固体
電解質酸素ポンプ１の内壁面及び外壁面にはそれ
ぞれ白金電極３と２が固着され、これら両電極２
及び３にはリード線４が接続されている。排気管
９内にはこのポンプ１に近接して固体電解質酸素
濃度検出器５が配され、この検出器５の下部は支
持台１２に挿入されて支持されている。検出器５
は酸素ポンプ１と同一材質のジルコニア焼結体か
ら板状に成形され、その両面にはそれぞれ白金電
極６及び７が固着されている。これら電極６及び
７にはこれらの間に発生する起電力を取り出すた
めのリード線８が接続されている。
図中１は固体電解質酸素ポンプであり、イツトリ
アで安定化したジルコニア（ZrO2）焼結体から
作成されている。この固体電解質酸素ポンプ１
は、角筒状に形成されて排気管９内に配され、そ
の下部側は排気管９の壁面に気密に固定されてい
る支持台１２に挿入されて支持されている。固体
電解質酸素ポンプ１の内壁面及び外壁面にはそれ
ぞれ白金電極３と２が固着され、これら両電極２
及び３にはリード線４が接続されている。排気管
９内にはこのポンプ１に近接して固体電解質酸素
濃度検出器５が配され、この検出器５の下部は支
持台１２に挿入されて支持されている。検出器５
は酸素ポンプ１と同一材質のジルコニア焼結体か
ら板状に成形され、その両面にはそれぞれ白金電
極６及び７が固着されている。これら電極６及び
７にはこれらの間に発生する起電力を取り出すた
めのリード線８が接続されている。
前記酸素ポンプ１は下端で大気側に連通して内
部に空気室Ａを形成している。そして、酸素ポン
プ１と検出器５との間は隔壁１０により閉じられ
て閉空間室Ｂが形成され、隔壁１０は排気管９を
流れる排気ガスを閉空間室Ｂに導入するための拡
散細孔１１を有している。
部に空気室Ａを形成している。そして、酸素ポン
プ１と検出器５との間は隔壁１０により閉じられ
て閉空間室Ｂが形成され、隔壁１０は排気管９を
流れる排気ガスを閉空間室Ｂに導入するための拡
散細孔１１を有している。
次に、本発明の空燃比センサの動作を説明す
る。リード線４を介して酸素ポンプ１の電極２，
３間に所望のポンプ電流を通電すると、このポン
プ電流に比例した酸素が空気室Ａ内の空気を酸素
源として閉空間室Ｂ内に供給される。従つて、閉
空間室Ｂ内では、酸素濃度が増大し、排気管９よ
り導入される排気ガスより酸素濃度が高い状態に
なる。この閉空間室Ｂ内の酸素濃度は、拡散細孔
１１から導入される排気ガス量とポンプ電流に比
例して供給される酸素量とが平衡して定まる。こ
のような状態で酸素濃度検出器５には閉空間室Ｂ
内の酸素濃度と排気ガス中の酸素濃度との差によ
つて起電力が生ずるので、電極６，７によりこの
起電力を取り出し、起電力とポンプ電流とにより
排気ガスの空燃比を知ることができる。例えば、
ポンプ電流を一定値に保ち、閉空間室Ｂ内に供給
される酸素量を一定に保持すると、リーン側では
閉空間室Ｂ内の酸素濃度と排気ガス中の酸素濃度
との差が小さいことから起電力が小さい。これに
対してリツチ側では上記の酸素濃度差が大きいこ
とから起電力が大きくなる。そして、更にリツチ
側に移ると、閉空間室Ｂ内に導入される排気ガス
中の可燃性ガスにより酸素が消費され、酸素濃度
差が小さくなるため、起電力は再び低下する。こ
のように、起電力が排気ガスの空燃比により変化
するので、空燃比の検出を行うことができ、また
酸素ポンプ１へのポンプ電流を変化させ、閉空間
室Ｂ内の酸素濃度を変化させることにより検出範
囲を変えることもできる。
る。リード線４を介して酸素ポンプ１の電極２，
３間に所望のポンプ電流を通電すると、このポン
プ電流に比例した酸素が空気室Ａ内の空気を酸素
源として閉空間室Ｂ内に供給される。従つて、閉
空間室Ｂ内では、酸素濃度が増大し、排気管９よ
り導入される排気ガスより酸素濃度が高い状態に
なる。この閉空間室Ｂ内の酸素濃度は、拡散細孔
１１から導入される排気ガス量とポンプ電流に比
例して供給される酸素量とが平衡して定まる。こ
のような状態で酸素濃度検出器５には閉空間室Ｂ
内の酸素濃度と排気ガス中の酸素濃度との差によ
つて起電力が生ずるので、電極６，７によりこの
起電力を取り出し、起電力とポンプ電流とにより
排気ガスの空燃比を知ることができる。例えば、
ポンプ電流を一定値に保ち、閉空間室Ｂ内に供給
される酸素量を一定に保持すると、リーン側では
閉空間室Ｂ内の酸素濃度と排気ガス中の酸素濃度
との差が小さいことから起電力が小さい。これに
対してリツチ側では上記の酸素濃度差が大きいこ
とから起電力が大きくなる。そして、更にリツチ
側に移ると、閉空間室Ｂ内に導入される排気ガス
中の可燃性ガスにより酸素が消費され、酸素濃度
差が小さくなるため、起電力は再び低下する。こ
のように、起電力が排気ガスの空燃比により変化
するので、空燃比の検出を行うことができ、また
酸素ポンプ１へのポンプ電流を変化させ、閉空間
室Ｂ内の酸素濃度を変化させることにより検出範
囲を変えることもできる。
次いで、本発明の空燃比センサの他の動作につ
いて説明する。リード線４を介して酸素ポンプ１
の電極２，３間にポンプ電流を通電すると、ポン
プ電流に比例した酸素が閉空間室Ｂ内から空気室
Ａ内の空気中に放出される。このため、閉空間室
Ｂでは、酸素濃度が減少し、排気管９より導入さ
れる排気ガスより酸素濃度が低い状態になる。こ
の閉空間室Ｂ内の酸素濃度は拡散細孔１１から導
入される排気ガス量とポンプ電流に比例して放出
される酸素量との平衡で定まる。このような状態
において、酸素濃度検出器５には閉空間室Ｂ内の
酸素濃度と排気ガス中の酸素濃度との差に対応し
た起電力が生ずるので、この起電力を電極６，７
により取り出し、ポンプ電流と比較することによ
り排気ガスの空燃比を検出することができる。例
えば、起電力を任意の一定値に保つべく、閉空間
室Ｂ内の酸素濃度と排気ガス中の酸素濃度との酸
素濃度比を一定にしようとすると、排気ガス中の
酸素濃度が増加する側では酸素濃度比を一定にす
るために酸素濃度差を大きくする必要があり、そ
のためにはポンプ電流を増加しなければならな
い。また、排気ガス中の酸素濃度が低下する側で
は酸素濃度差を小さくする必要があるため、ポン
プ電流を減少させなければならない。従つて、排
気ガス中の酸素の増減に対応させてポンプ電流を
増減すれば、排気ガス中の酸素濃度が空燃比に対
応して変化していることから、ポンプ電流の増減
を知ることで排気ガスの空燃比を検出することが
できる。
いて説明する。リード線４を介して酸素ポンプ１
の電極２，３間にポンプ電流を通電すると、ポン
プ電流に比例した酸素が閉空間室Ｂ内から空気室
Ａ内の空気中に放出される。このため、閉空間室
Ｂでは、酸素濃度が減少し、排気管９より導入さ
れる排気ガスより酸素濃度が低い状態になる。こ
の閉空間室Ｂ内の酸素濃度は拡散細孔１１から導
入される排気ガス量とポンプ電流に比例して放出
される酸素量との平衡で定まる。このような状態
において、酸素濃度検出器５には閉空間室Ｂ内の
酸素濃度と排気ガス中の酸素濃度との差に対応し
た起電力が生ずるので、この起電力を電極６，７
により取り出し、ポンプ電流と比較することによ
り排気ガスの空燃比を検出することができる。例
えば、起電力を任意の一定値に保つべく、閉空間
室Ｂ内の酸素濃度と排気ガス中の酸素濃度との酸
素濃度比を一定にしようとすると、排気ガス中の
酸素濃度が増加する側では酸素濃度比を一定にす
るために酸素濃度差を大きくする必要があり、そ
のためにはポンプ電流を増加しなければならな
い。また、排気ガス中の酸素濃度が低下する側で
は酸素濃度差を小さくする必要があるため、ポン
プ電流を減少させなければならない。従つて、排
気ガス中の酸素の増減に対応させてポンプ電流を
増減すれば、排気ガス中の酸素濃度が空燃比に対
応して変化していることから、ポンプ電流の増減
を知ることで排気ガスの空燃比を検出することが
できる。
尚、隔壁１０を用いずに、酸素ポンプ１と酸素
濃度検出器５とを間隙が0.1mm程度になるように
密接させてこれらの間に閉空間室Ｂを形成するよ
うにしてもよい。
濃度検出器５とを間隙が0.1mm程度になるように
密接させてこれらの間に閉空間室Ｂを形成するよ
うにしてもよい。
本発明の空燃比センサは、自動車エンジンの外
に工業用バーナ、暖房用燃焼装置その他排気ガス
の生じる各種装置に広く利用することができる。
に工業用バーナ、暖房用燃焼装置その他排気ガス
の生じる各種装置に広く利用することができる。
以上説明したように、本発明の空燃比センサに
よれば、理論空燃比点の外にリツチ側およびリー
ン側の空燃比を精度よく測定できる応答性及び耐
久性の優れた安価で実用的な空燃比センサが得ら
れ、また本発明の空燃比センサによれば燃焼機関
の排気ガスで空燃比を測定して空燃比制御を行な
うシステムにおいて、オープン制御を行なうこと
なくクローズド制御できる。そして、更に本発明
は、固体電解質酸素量検出器の他方の面を被測定
ガス中に位置させて化学当量点より酸素過剰状態
に閉空間室内を制御するようにしたことからポン
プ電流は正方向のみの、理論空燃比点を境として
Ｖ字形の変化となり、従つてポンプ電流が全部正
で処理できる。
よれば、理論空燃比点の外にリツチ側およびリー
ン側の空燃比を精度よく測定できる応答性及び耐
久性の優れた安価で実用的な空燃比センサが得ら
れ、また本発明の空燃比センサによれば燃焼機関
の排気ガスで空燃比を測定して空燃比制御を行な
うシステムにおいて、オープン制御を行なうこと
なくクローズド制御できる。そして、更に本発明
は、固体電解質酸素量検出器の他方の面を被測定
ガス中に位置させて化学当量点より酸素過剰状態
に閉空間室内を制御するようにしたことからポン
プ電流は正方向のみの、理論空燃比点を境として
Ｖ字形の変化となり、従つてポンプ電流が全部正
で処理できる。
図面は本発明に係る空燃比センサの構成を示す
断面図である。 １…固体電解質酸素ポンプ、２，３…電極、４
…リード線、５…固体電解質酸素濃度検出器、
６，７…電極、８…リード線、９…排気管、１０
…隔壁。
断面図である。 １…固体電解質酸素ポンプ、２，３…電極、４
…リード線、５…固体電解質酸素濃度検出器、
６，７…電極、８…リード線、９…排気管、１０
…隔壁。
Claims (1)
- １ 通電電流に比例して周囲から酸素を取り込む
電気化学的酸素量制御手段としての固体電解質酸
素ポンプと、周囲に存在する酸素と被測定ガス中
の酸素との濃度差に対応した起電力を発生する電
気化学的酸素量検出手段としての固体電解質酸素
量検出器と、該固体電解質酸素量検出器と前記固
体電解質酸素ポンプとを近接して配設し対向する
それぞれの一方の面間に形成され、被測定ガスを
導入可能な閉空間室とを含み、前記固体電解質酸
素ポンプの他方の面を大気中に、又前記固体電解
質酸素量検出器の他方の面を被測定ガス中に位置
させたことを特徴とする空燃比センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58122793A JPS6014161A (ja) | 1983-07-06 | 1983-07-06 | 空燃比センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58122793A JPS6014161A (ja) | 1983-07-06 | 1983-07-06 | 空燃比センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6014161A JPS6014161A (ja) | 1985-01-24 |
| JPH0412420B2 true JPH0412420B2 (ja) | 1992-03-04 |
Family
ID=14844761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58122793A Granted JPS6014161A (ja) | 1983-07-06 | 1983-07-06 | 空燃比センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6014161A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2438157A1 (fr) * | 1978-10-05 | 1980-04-30 | Alsthom Atlantique | Grille d'aubes pour turbine ou compresseur |
| JPS6141960A (ja) * | 1984-08-03 | 1986-02-28 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 空燃比検出装置 |
| FR2661946B1 (fr) * | 1990-05-14 | 1994-06-10 | Alsthom Gec | Etage de turbine a action avec pertes secondaires reduites. |
| FR2661944B1 (fr) * | 1990-05-14 | 1994-06-10 | Alsthom Gec | Etage de turbomachine avec pertes secondaires reduites. |
| JP4916298B2 (ja) * | 2006-12-18 | 2012-04-11 | 株式会社藤林商会 | 筒状構造物内壁洗浄装置及び筒状構造物内壁洗浄装置の支持方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59163558A (ja) * | 1983-03-09 | 1984-09-14 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学的装置 |
| JPS59192955A (ja) * | 1984-03-06 | 1984-11-01 | Mitsubishi Electric Corp | 空燃比センサ |
-
1983
- 1983-07-06 JP JP58122793A patent/JPS6014161A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59163558A (ja) * | 1983-03-09 | 1984-09-14 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学的装置 |
| JPS59192955A (ja) * | 1984-03-06 | 1984-11-01 | Mitsubishi Electric Corp | 空燃比センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6014161A (ja) | 1985-01-24 |
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