JPH04204370A - 空燃比センサーの駆動回路 - Google Patents
空燃比センサーの駆動回路Info
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- JPH04204370A JPH04204370A JP2339523A JP33952390A JPH04204370A JP H04204370 A JPH04204370 A JP H04204370A JP 2339523 A JP2339523 A JP 2339523A JP 33952390 A JP33952390 A JP 33952390A JP H04204370 A JPH04204370 A JP H04204370A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は内燃機関等の排気ガス中の酸素濃度に基づき空
燃比を検出する空燃比センサーの駆動回路に関する。
燃比を検出する空燃比センサーの駆動回路に関する。
従来、この種の空燃比センサーとして、ジルコニア等の
酸素イオン伝導性固体電解質材料を用い、板状の酸素イ
オン伝導性固体電解質の両面に多孔質電極を設けた２枚
の素子を間隙を介して対向配置すると共に、該間隙と測
定ガス雰囲気との間にガス拡散制限部を設けて該間隙を
拡散室とし、−方の素子を拡散室と測定ガス雰囲気との
間で酸素イオンを移動させるポンプセルとし、他方の素
子を拡散室と内部基準酸素室との酸素濃度差によって起
電力を発生する起電力セルとしたものが提案されている
（特開昭６２−１４８８４９号）。
酸素イオン伝導性固体電解質材料を用い、板状の酸素イ
オン伝導性固体電解質の両面に多孔質電極を設けた２枚
の素子を間隙を介して対向配置すると共に、該間隙と測
定ガス雰囲気との間にガス拡散制限部を設けて該間隙を
拡散室とし、−方の素子を拡散室と測定ガス雰囲気との
間で酸素イオンを移動させるポンプセルとし、他方の素
子を拡散室と内部基準酸素室との酸素濃度差によって起
電力を発生する起電力セルとしたものが提案されている
（特開昭６２−１４８８４９号）。
この空燃比センサーの駆動回路では、起電力セルで検出
される電圧が所定の一定電圧となるよう、即ち、拡散室
の空燃比が一定となるようにポンプセルに流す電流を双
方向に制御し、その電流値により測定ガス雰囲気の空燃
比を検出するようにしている。そして、内部基準酸素室
と拡散室とは漏出抵抗部を介して連通され、起電力セル
に僅かな電流を流すことにより拡散室から内部基準酸素
室に酸素イオンを運び、内部基準酸素室の酸素分圧が測
定ガス雰囲気の空燃比にかかわらず所定の基準酸素分圧
となるようにされている。
される電圧が所定の一定電圧となるよう、即ち、拡散室
の空燃比が一定となるようにポンプセルに流す電流を双
方向に制御し、その電流値により測定ガス雰囲気の空燃
比を検出するようにしている。そして、内部基準酸素室
と拡散室とは漏出抵抗部を介して連通され、起電力セル
に僅かな電流を流すことにより拡散室から内部基準酸素
室に酸素イオンを運び、内部基準酸素室の酸素分圧が測
定ガス雰囲気の空燃比にかかわらず所定の基準酸素分圧
となるようにされている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記従来空燃比センサーの駆動回路では
、一般に拡散室の空燃比が理論空燃比となるようにポン
プセルに電流を流すため、測定ガス雰囲気の空燃比が余
りにリッチであったりり一ンであったりすると、ポンプ
セルに印加される電圧が過大になり、ポンプセルを形成
するジルコニアＺ ｒ ０２がマイナス側電極近傍でジ
ルコニュウム金属Ｚｒと酸素０２とに解離する、いわゆ
るブラックニング（黒化）を生じて破壊してしまうとい
う問題点があった。
、一般に拡散室の空燃比が理論空燃比となるようにポン
プセルに電流を流すため、測定ガス雰囲気の空燃比が余
りにリッチであったりり一ンであったりすると、ポンプ
セルに印加される電圧が過大になり、ポンプセルを形成
するジルコニアＺ ｒ ０２がマイナス側電極近傍でジ
ルコニュウム金属Ｚｒと酸素０２とに解離する、いわゆ
るブラックニング（黒化）を生じて破壊してしまうとい
う問題点があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、そ
の目的とするところは、ポンプセルに印加される電圧を
制限してポンプセルを形成するジルコニアのブラックニ
ングを防止することができると共に、ポンプセル電圧を
制限し始めた状態でも正確な空燃比を検出すことがてき
る空燃比センサーの駆動回路を提供することにある。
の目的とするところは、ポンプセルに印加される電圧を
制限してポンプセルを形成するジルコニアのブラックニ
ングを防止することができると共に、ポンプセル電圧を
制限し始めた状態でも正確な空燃比を検出すことがてき
る空燃比センサーの駆動回路を提供することにある。
上記の目的を達成するため、本発明では、酸素イオン伝
導性固体電解質板に一対の多孔質電極を有し、その一の
多孔質電極を測定ガス雰囲気に面するようにされたポン
プセルと、酸素イオン伝導性固体電解質板に一対の多孔
質電極を有し、その一の多孔質電極を内部基準酸素室に
面するようにされた起電力セルと、前記ポンプセルと起
電力セルとに囲まれ、ガス拡散制限部を経由して測定ガ
ス雰囲気と連通ずるようにされた拡散室と、 前記内部基準酸素室からガスが漏出するガス通路を構成
する漏出抵抗部とを備える空燃比センサーの駆動回路で
あって、 前記起電力セルに所定電流を流す手段と、前記起電力セ
ルの電圧を前記拡散室の空燃比が理論空燃比である時に
前記起電力セルの電圧が示す電圧近傍の所定制御電圧値
とするべく前記ポンプセルに流す電流の方向及び大きさ
を制御するポンプ電流制御手段と、 前記ポンプセルに流す電流値に対応した信号を出力する
信号出力手段と、 前記ポンプセルに印加される電圧を検出し、該電圧の絶
対値が所定電圧を超えた場合に前記起電力セルの所定制
御電圧値を変化させる制御電圧変動手段と、 を備えることを特徴とする空燃比センサーの駆動回路が
提供される。
導性固体電解質板に一対の多孔質電極を有し、その一の
多孔質電極を測定ガス雰囲気に面するようにされたポン
プセルと、酸素イオン伝導性固体電解質板に一対の多孔
質電極を有し、その一の多孔質電極を内部基準酸素室に
面するようにされた起電力セルと、前記ポンプセルと起
電力セルとに囲まれ、ガス拡散制限部を経由して測定ガ
ス雰囲気と連通ずるようにされた拡散室と、 前記内部基準酸素室からガスが漏出するガス通路を構成
する漏出抵抗部とを備える空燃比センサーの駆動回路で
あって、 前記起電力セルに所定電流を流す手段と、前記起電力セ
ルの電圧を前記拡散室の空燃比が理論空燃比である時に
前記起電力セルの電圧が示す電圧近傍の所定制御電圧値
とするべく前記ポンプセルに流す電流の方向及び大きさ
を制御するポンプ電流制御手段と、 前記ポンプセルに流す電流値に対応した信号を出力する
信号出力手段と、 前記ポンプセルに印加される電圧を検出し、該電圧の絶
対値が所定電圧を超えた場合に前記起電力セルの所定制
御電圧値を変化させる制御電圧変動手段と、 を備えることを特徴とする空燃比センサーの駆動回路が
提供される。
（作用〕
上記のように構成された空燃比センサーでは、ポンプセ
ルは両面の多孔質電極間に電流を流すことにより、測定
ガス雰囲気と拡散室との間で多孔質電極の負極側から正
極側に酸素イオンを移動させる酸素ポンプとしての作用
をする。
ルは両面の多孔質電極間に電流を流すことにより、測定
ガス雰囲気と拡散室との間で多孔質電極の負極側から正
極側に酸素イオンを移動させる酸素ポンプとしての作用
をする。
起電力セルは内部基準酸素室と拡散室との酸素分圧の比
に対応した起電力を発生する酸素濃淡電池として作用す
ると共に、両面の多孔質電極間に流される所定電流によ
り拡散室から内部基準酸素室に酸素イオンを運び、内部
基準酸素室の酸素分圧を所定値に維持する作用をする。
に対応した起電力を発生する酸素濃淡電池として作用す
ると共に、両面の多孔質電極間に流される所定電流によ
り拡散室から内部基準酸素室に酸素イオンを運び、内部
基準酸素室の酸素分圧を所定値に維持する作用をする。
ポンプ電流制御手段では拡散室の空燃比が理論空燃比と
なるようにフィードバック制御をしながらポンプセルに
流す電流（以下ポンプ電流Ｉｐという）を制御し、拡散
室から測定ガス雰囲気に酸素を汲み出したり、あるいは
逆に拡散室に酸素を汲み入れたりする。
なるようにフィードバック制御をしながらポンプセルに
流す電流（以下ポンプ電流Ｉｐという）を制御し、拡散
室から測定ガス雰囲気に酸素を汲み出したり、あるいは
逆に拡散室に酸素を汲み入れたりする。
ここで、ポンプセルに印加される電圧（以下ポンプ電圧
Ｖｐという）は、ポンプセルの抵抗値Ｒｉｐとポンプ電
流Ｉｐによる電圧降下分と、測定ガス雰囲気と拡散室と
の間の酸素分圧の比に対応した起電力との和になる。即
ち、ポンプ電圧Ｖｐは周知のネルンストの式から次式で
示される。
Ｖｐという）は、ポンプセルの抵抗値Ｒｉｐとポンプ電
流Ｉｐによる電圧降下分と、測定ガス雰囲気と拡散室と
の間の酸素分圧の比に対応した起電力との和になる。即
ち、ポンプ電圧Ｖｐは周知のネルンストの式から次式で
示される。
Ｖｐ＝ＲｉｐＸＩｐ
＋ （ＲＴ／４Ｆ）Ｉｎ （Ｆｏｅ／Ｐｅ）上式におい
て、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度、Ｆはファラデ一定数
、Ｆｏｅは測定ガス雰囲気の酸素分圧、Ｐｅは拡散室の
酸素分圧である。
て、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度、Ｆはファラデ一定数
、Ｆｏｅは測定ガス雰囲気の酸素分圧、Ｐｅは拡散室の
酸素分圧である。
従って、制御電圧変動手段により起電力セルの所定制御
電圧値を変化させてフィードバック制御の動作点を変化
させ、拡散室の酸素分圧Ｐｅを変化させることにより、
ポンプ電流Ｉｐを変えることなくポンプ電圧Ｖｐを変化
させ、ポンプ電圧■ｐを制限することができる。
電圧値を変化させてフィードバック制御の動作点を変化
させ、拡散室の酸素分圧Ｐｅを変化させることにより、
ポンプ電流Ｉｐを変えることなくポンプ電圧Ｖｐを変化
させ、ポンプ電圧■ｐを制限することができる。
本発明の実施例について図面を参照し説明する。
第２図はセンサー素子を断面で示した動作原理図である
。センサー素子は板状のヒータ板１と、スペーサ２と、
ポンプセル３と、スペーサ４と、起電力セル５と、遮蔽
体板６とを積層して構成される。ヒータ板ｌにはヒータ
７が埋設され、図示せぬ制御回路によりセンサー素子を
約８００°Ｃの温度に保持する。スペーサ２．４はアル
ミナからなる絶縁体である。
。センサー素子は板状のヒータ板１と、スペーサ２と、
ポンプセル３と、スペーサ４と、起電力セル５と、遮蔽
体板６とを積層して構成される。ヒータ板ｌにはヒータ
７が埋設され、図示せぬ制御回路によりセンサー素子を
約８００°Ｃの温度に保持する。スペーサ２．４はアル
ミナからなる絶縁体である。
ポンプセル３は酸素イオン伝導性固体電解質材料である
安定化または部分安定化ジルコニアＺｒＯ２により形成
され、その表面と裏面のそれぞれに白金で形成された多
孔質電極１１．１２を有している。ポンプセル３の一方
の多孔質電極１１は直接測定ガス雰囲気に晒されるよう
にされている。
安定化または部分安定化ジルコニアＺｒＯ２により形成
され、その表面と裏面のそれぞれに白金で形成された多
孔質電極１１．１２を有している。ポンプセル３の一方
の多孔質電極１１は直接測定ガス雰囲気に晒されるよう
にされている。
起電力セル５も同様にジルコニアＺｒＯ２により形成さ
れ、その表面と裏面のそれぞれに白金で形成された多孔
質電極１３．１４を有している。
れ、その表面と裏面のそれぞれに白金で形成された多孔
質電極１３．１４を有している。
ポンプセル３と起電力セル５に囲まれて拡散室１５が形
成されている。拡散室１５はガス拡散制限部１６を経由
して測定ガス雰囲気と連通ずるようにされている。ガス
拡散制限部１６は単なる小孔であってもよいし、多孔質
物質を充填してもよい。
成されている。拡散室１５はガス拡散制限部１６を経由
して測定ガス雰囲気と連通ずるようにされている。ガス
拡散制限部１６は単なる小孔であってもよいし、多孔質
物質を充填してもよい。
また、起電力セル５の背面には内部基準酸素室１７が設
けられ、その内部基準酸素室１７は漏出抵抗部１８を経
由して拡散室１５に連通している。
けられ、その内部基準酸素室１７は漏出抵抗部１８を経
由して拡散室１５に連通している。
漏出抵抗部１８も単なる小孔であってもよいし、多孔質
物質を充填してもよい。
物質を充填してもよい。
起電力セル５は内部基準酸素室１７と拡散室１５との酸
素分圧の比に対応した起電力を発生する酸素濃淡電池と
して作用すると共に、両面の多孔質電極１３．１４間に
流される所定電流１ｃｐにより拡散室１５から内部基準
酸素室１７に酸素イオンを運び、内部基準酸素室１７の
酸素分圧を所定値に維持する作用をする。
素分圧の比に対応した起電力を発生する酸素濃淡電池と
して作用すると共に、両面の多孔質電極１３．１４間に
流される所定電流１ｃｐにより拡散室１５から内部基準
酸素室１７に酸素イオンを運び、内部基準酸素室１７の
酸素分圧を所定値に維持する作用をする。
内部基準酸素室】７の酸素分圧を所定値に維持する作用
について説明する。内部基準酸素室１７の酸素分圧をＰ
Ｏ２、拡散室１５の酸素分圧をＰｅ、漏出抵抗部１８の
コンダクタンスをＣ、ファラデ一定数をＦとすると、所
定電流１ｃｐにより拡散室１５から内部基準酸素室１７
に汲み込む酸素流量Ｊ１は、 Ｊｌ＝Ｉｃｐ／４Ｆ また、漏出抵抗部１８を通って内部基準酸素室１７から
拡散室１５に戻る酸素流量Ｊ２は、Ｊ２ ＝Ｃ（ＰＯ２
−Ｐｅ ） 一方、起電力セル５に生ずる電圧Ｖｓは周知のネルンス
トの式から次式で示される。
について説明する。内部基準酸素室１７の酸素分圧をＰ
Ｏ２、拡散室１５の酸素分圧をＰｅ、漏出抵抗部１８の
コンダクタンスをＣ、ファラデ一定数をＦとすると、所
定電流１ｃｐにより拡散室１５から内部基準酸素室１７
に汲み込む酸素流量Ｊ１は、 Ｊｌ＝Ｉｃｐ／４Ｆ また、漏出抵抗部１８を通って内部基準酸素室１７から
拡散室１５に戻る酸素流量Ｊ２は、Ｊ２ ＝Ｃ（ＰＯ２
−Ｐｅ ） 一方、起電力セル５に生ずる電圧Ｖｓは周知のネルンス
トの式から次式で示される。
Ｖｓ ＝＝ＲｖｓＸ Ｔｃｐ
＋（ＲＴ／ ４ Ｆ） ｌ ｎ （ＰＯ２／Ｐ ｅ）上
式において、Ｒｖｓは起電力セル５の抵抗値、Ｒは気体
定数、Ｔは絶対温度、Ｆはファラデ一定数である。
式において、Ｒｖｓは起電力セル５の抵抗値、Ｒは気体
定数、Ｔは絶対温度、Ｆはファラデ一定数である。
ここで、素子温度が充分高く上式の第１項が無視でき、
電圧Ｖｓが４５０ｍＶの近傍であれば、内部基準酸素室
１７の酸素分圧ＰＯ２は拡散室１５の酸素分圧Ｐｅに比
べて充分に高＜Ｐｅを無視できる。従って定常状態では
酸素流量Ｊｌ ＝Ｊ２から、 Ｉｃｐ／４Ｆ＝ＣｘＰＯ２ となり、大気を導入しなくても一定電流１ｃｐを流すこ
とにより内部基準酸素室１７の酸素分圧ＰＯ２を所定値
に維持することができる。
電圧Ｖｓが４５０ｍＶの近傍であれば、内部基準酸素室
１７の酸素分圧ＰＯ２は拡散室１５の酸素分圧Ｐｅに比
べて充分に高＜Ｐｅを無視できる。従って定常状態では
酸素流量Ｊｌ ＝Ｊ２から、 Ｉｃｐ／４Ｆ＝ＣｘＰＯ２ となり、大気を導入しなくても一定電流１ｃｐを流すこ
とにより内部基準酸素室１７の酸素分圧ＰＯ２を所定値
に維持することができる。
ポンプセル３は両面の多孔質電極Ｊ】、１２間に電流１
ｐを流すことにより、測定ガス雰囲気と拡散室１５との
間で多孔質電極１１．１２の負極側から正極側に酸素イ
オンを移動させる酸素ポンプとしての作用をする。
ｐを流すことにより、測定ガス雰囲気と拡散室１５との
間で多孔質電極１１．１２の負極側から正極側に酸素イ
オンを移動させる酸素ポンプとしての作用をする。
起電力セル５に生ずる電圧Ｖｓが一定となった定常状態
においては、測定ガス雰囲気がリーンの場合は、ポンプ
セル３の電流１ｐにより運ばれる酸素流量と、拡散室１
５にガス拡散制限部１６を経由して流入する酸素流量と
が等しくなる。一方、測定ガス雰囲気がリッチの場合は
、ポンプセル３の電流１ｐにより運ばれる酸素流量と、
拡散室１５にガス拡散制限部１６を経由して流入する還
元ガス流量とが等しくなる。このことから、ポンプ電流
１ｐは次式で示される。
においては、測定ガス雰囲気がリーンの場合は、ポンプ
セル３の電流１ｐにより運ばれる酸素流量と、拡散室１
５にガス拡散制限部１６を経由して流入する酸素流量と
が等しくなる。一方、測定ガス雰囲気がリッチの場合は
、ポンプセル３の電流１ｐにより運ばれる酸素流量と、
拡散室１５にガス拡散制限部１６を経由して流入する還
元ガス流量とが等しくなる。このことから、ポンプ電流
１ｐは次式で示される。
測定ガス雰囲気がリーンの場合、
Ｉ ｐ＝ （４ＦＤＳ ／ＲＴＬ ） Ｘ ＣＰｏｅ−
Ｐ ｅ）測定ガス雰囲気がリッチの場合、 Ｉ ｐ＝ （２ＦＤ、 Ｓ ／ＲＴＬ ） Ｘ （ＰＨ
ｏｅ−Ｐ、、）＋ （２ＦＤｃｏＳ ／ＲＴＬ ） Ｘ
（Ｐｃｏｏｅ−Ｐｃｏｅ］上式において、Ｄは酸素の
拡散係数、Ｄ８は水素の拡散係数、Ｄｃｏは一酸化炭素
分圧の拡散係数、Ｓはガス拡散制限部１６の断面積、Ｌ
はガス拡散制限部１６の長さ、Ｐｏｅは測定ガス雰囲気
の酸素分圧、Ｐ Ｈｏｗは測定ガス雰囲気の水素分圧、
Ｐｃ。
Ｐ ｅ）測定ガス雰囲気がリッチの場合、 Ｉ ｐ＝ （２ＦＤ、 Ｓ ／ＲＴＬ ） Ｘ （ＰＨ
ｏｅ−Ｐ、、）＋ （２ＦＤｃｏＳ ／ＲＴＬ ） Ｘ
（Ｐｃｏｏｅ−Ｐｃｏｅ］上式において、Ｄは酸素の
拡散係数、Ｄ８は水素の拡散係数、Ｄｃｏは一酸化炭素
分圧の拡散係数、Ｓはガス拡散制限部１６の断面積、Ｌ
はガス拡散制限部１６の長さ、Ｐｏｅは測定ガス雰囲気
の酸素分圧、Ｐ Ｈｏｗは測定ガス雰囲気の水素分圧、
Ｐｃ。
ｏｅは測定ガス雰囲気の一酸化炭素分圧、Ｐｅは拡散室
１５の酸素分圧、Ｐ）Ｉｓは拡散室１５の水素分圧、Ｐ
ｃｏｅは拡散室１５の一酸化炭素分圧である。
１５の酸素分圧、Ｐ）Ｉｓは拡散室１５の水素分圧、Ｐ
ｃｏｅは拡散室１５の一酸化炭素分圧である。
以上説明した各セル３．５の作用に基づき、駆動回路の
基本的な作動について説明する。起電力セル５には抵抗
Ｒ１を経由して一定電流１ｃｐが流される。第１の増幅
器Ａ１は起電力セル５に発生する電圧Ｖｓを検出するバ
ッファアンプである。
基本的な作動について説明する。起電力セル５には抵抗
Ｒ１を経由して一定電流１ｃｐが流される。第１の増幅
器Ａ１は起電力セル５に発生する電圧Ｖｓを検出するバ
ッファアンプである。
第２の増幅器Ａ２と第３の増幅器Ａ３によりポンプセル
３にポンプ電流工ｐが流される。第３の増幅器Ａ３は共
通ライン３０の電圧が所定の基準電圧となるように制御
し、第２の増幅器Ａ２は起電力セル５の電圧Ｖｓが所定
制御電圧値となるようにポンプ電流１ｐを制御する。
３にポンプ電流工ｐが流される。第３の増幅器Ａ３は共
通ライン３０の電圧が所定の基準電圧となるように制御
し、第２の増幅器Ａ２は起電力セル５の電圧Ｖｓが所定
制御電圧値となるようにポンプ電流１ｐを制御する。
所定制御電圧値は拡散室１５の空燃比が理論空燃比とな
る４ ５０ｍＶに設定される。これにより、測定ガス雰
囲気の酸素分圧にかかわらず拡散室１５の空燃比が理論
空燃比となるようにフィードバック制御をしながらポン
プ電流１ｐを制御し、拡散室１５から測定ガス雰囲気に
酸素を汲み出したり、あるいは逆に拡散室１５に酸素を
汲み入れたりする。そして、抵抗Ｒ３の電圧降下により
ポンプ電流Ｉｐを検出し、ポンプ電流Ｉｐに対応した信
号として第２の増幅器Ａ２の出力電圧を出力端子４０に
出力する。
る４ ５０ｍＶに設定される。これにより、測定ガス雰
囲気の酸素分圧にかかわらず拡散室１５の空燃比が理論
空燃比となるようにフィードバック制御をしながらポン
プ電流１ｐを制御し、拡散室１５から測定ガス雰囲気に
酸素を汲み出したり、あるいは逆に拡散室１５に酸素を
汲み入れたりする。そして、抵抗Ｒ３の電圧降下により
ポンプ電流Ｉｐを検出し、ポンプ電流Ｉｐに対応した信
号として第２の増幅器Ａ２の出力電圧を出力端子４０に
出力する。
第１図は駆動回路の具体的内容を示す回路図である。第
１の増幅器Ａ１は起電力セル５に発生する電圧Ｖｓを検
出し、第２の増幅器Ａ２と第３の増幅器Ａ３によりポン
プセル３にポンプ電流１ｐが流される。ここで、電源電
圧Ｖｏは８■に設定され、分圧抵抗Ｒ１１、Ｒ１２によ
り与えられる結合点３１の基準電圧は４■にされている
。従って、共通ライン３０の電圧は基準電圧４Ｖに制御
される。
１の増幅器Ａ１は起電力セル５に発生する電圧Ｖｓを検
出し、第２の増幅器Ａ２と第３の増幅器Ａ３によりポン
プセル３にポンプ電流１ｐが流される。ここで、電源電
圧Ｖｏは８■に設定され、分圧抵抗Ｒ１１、Ｒ１２によ
り与えられる結合点３１の基準電圧は４■にされている
。従って、共通ライン３０の電圧は基準電圧４Ｖに制御
される。
また、第２の増幅器Ａ２に入力される比較電圧は、基本
的には、分圧抵抗Ｒ１３、Ｒ１４により与えられ、結合
点３２の比較電圧は３．５５Ｖにされている。この比較
電圧は基準電圧４■から起電力セル５の所定制御電圧値
４５０ｍＶを差し引いた電圧である。
的には、分圧抵抗Ｒ１３、Ｒ１４により与えられ、結合
点３２の比較電圧は３．５５Ｖにされている。この比較
電圧は基準電圧４■から起電力セル５の所定制御電圧値
４５０ｍＶを差し引いた電圧である。
起電力セル５には抵抗Ｒ１を経由して電源電圧Ｖｏから
一定電流１ｃｐが流される。電流１ｃｐの大きさは２５
〜３０μＡ程度の微弱なものである。
一定電流１ｃｐが流される。電流１ｃｐの大きさは２５
〜３０μＡ程度の微弱なものである。
しかし、この電流１ｃｐがポンプ電流Ｉｐ検出用の抵抗
Ｒ３に流れ込むとポンプ電流検出に僅かな誤差を生じ、
ポンプ電流１ｐが零となる理論空燃比（空気過剰率λ＝
１）の位置が電流Ｉｃｐ分たけ゛シフトしてしまう。
Ｒ３に流れ込むとポンプ電流検出に僅かな誤差を生じ、
ポンプ電流１ｐが零となる理論空燃比（空気過剰率λ＝
１）の位置が電流Ｉｃｐ分たけ゛シフトしてしまう。
そこで、共通ライン３０と接地との間に抵抗Ｒ５を挿入
し、電流Ｉｃｐ分を接地に逃がすようにしている。抵抗
Ｒ４は微小であるからこれを無視すると、抵抗Ｒ５は次
式を満たす抵抗値であればよい。
し、電流Ｉｃｐ分を接地に逃がすようにしている。抵抗
Ｒ４は微小であるからこれを無視すると、抵抗Ｒ５は次
式を満たす抵抗値であればよい。
〔Ｖ ｏ −’（０，４５＋Ｖ ａ） ） ／Ｒ１−０
，４５／Ｒ２＝ Ｖ ａ ／ Ｒ５ 上式でｖＯは電源電圧８■、Ｖａは基準電圧４■である
。上式の右辺第１項は抵抗Ｒ１を流れる電流、第２項は
抵抗Ｒ２に流れる電流、左辺は抵抗Ｒ５に流れる電流で
ある。
，４５／Ｒ２＝ Ｖ ａ ／ Ｒ５ 上式でｖＯは電源電圧８■、Ｖａは基準電圧４■である
。上式の右辺第１項は抵抗Ｒ１を流れる電流、第２項は
抵抗Ｒ２に流れる電流、左辺は抵抗Ｒ５に流れる電流で
ある。
第４の増幅器Ａ４及び第５の増幅器Ａ５は、ポンプセル
３に印加されるポンプ電圧Ｖｐを検出し、ポンプ電圧Ｖ
ｐの絶対値が所定電圧２■を超えた場合に起電力セル５
の所定制御電圧値４５０ｍＶを変化させる制御電圧変動
手段を構成している。
３に印加されるポンプ電圧Ｖｐを検出し、ポンプ電圧Ｖ
ｐの絶対値が所定電圧２■を超えた場合に起電力セル５
の所定制御電圧値４５０ｍＶを変化させる制御電圧変動
手段を構成している。
即ち、第３の増幅器Ａ３の出力とポンプセル３とを接続
するライン３３の電圧が第４の増幅器Ａ４及び第５の増
幅器Ａ５に入力され、分圧抵抗Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７
から与えられる結合点３４．３５の電圧と比較するよう
にされている。ライン３３の電圧は共通ライン３０の基
準電圧４ｖを基準としたポンプセル３のポンプ電圧Ｖｐ
を示している。また、結合点３４の電圧は６ｖに、結合
点３５の電圧は２Ｖに設定されている。第４の増幅器Ａ
４及び第５の増幅器Ａ５の出力はそれぞれダイオードＤ
１、Ｄ２を介し、抵抗Ｒ１８を経由して結合点３２に接
続されている。
するライン３３の電圧が第４の増幅器Ａ４及び第５の増
幅器Ａ５に入力され、分圧抵抗Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７
から与えられる結合点３４．３５の電圧と比較するよう
にされている。ライン３３の電圧は共通ライン３０の基
準電圧４ｖを基準としたポンプセル３のポンプ電圧Ｖｐ
を示している。また、結合点３４の電圧は６ｖに、結合
点３５の電圧は２Ｖに設定されている。第４の増幅器Ａ
４及び第５の増幅器Ａ５の出力はそれぞれダイオードＤ
１、Ｄ２を介し、抵抗Ｒ１８を経由して結合点３２に接
続されている。
ポンプセル３に印加されるポンプ電圧Ｖｐの絶対値が２
Ｖ以下であるときは、ダイオードＤ１、Ｄ２に阻止され
抵抗Ｒ１８に電流が流れず、結合点３２の比較電圧は３
．５５Ｖのままである。ポンプ電圧Ｖｐが＋２Ｖ以上に
なると、ライン３３の電圧が６Ｖ以上になり、第４の増
幅器Ａ４がらダイオードＤ１を経由して電流が結合点３
２に流れ込み、結合点３２の電圧を上昇させる。このこ
とは、起電力セル５の所定制御電圧値を４５０ｍＶから
下げることになる。一方、ポンプ電圧Ｖｐが一２Ｖ以下
になると、ライン３３の電圧が２Ｖ以下になり、結合点
３２からダイオードＤ２を経由して電流が第５の増幅器
Ａ５に流れ込み、結合点３２の電圧を下降させる。この
ことは、起電力セル５の所定制御電圧値を４５０ｍＶか
ら上げることになる。
Ｖ以下であるときは、ダイオードＤ１、Ｄ２に阻止され
抵抗Ｒ１８に電流が流れず、結合点３２の比較電圧は３
．５５Ｖのままである。ポンプ電圧Ｖｐが＋２Ｖ以上に
なると、ライン３３の電圧が６Ｖ以上になり、第４の増
幅器Ａ４がらダイオードＤ１を経由して電流が結合点３
２に流れ込み、結合点３２の電圧を上昇させる。このこ
とは、起電力セル５の所定制御電圧値を４５０ｍＶから
下げることになる。一方、ポンプ電圧Ｖｐが一２Ｖ以下
になると、ライン３３の電圧が２Ｖ以下になり、結合点
３２からダイオードＤ２を経由して電流が第５の増幅器
Ａ５に流れ込み、結合点３２の電圧を下降させる。この
ことは、起電力セル５の所定制御電圧値を４５０ｍＶか
ら上げることになる。
測定ガス雰囲気がリーンの場合の作用について説明する
。ポンプ電圧Ｖｐは周知のネルンストの式から次式で示
される。
。ポンプ電圧Ｖｐは周知のネルンストの式から次式で示
される。
Ｖｐ＝ＲｉｐＸＩｐ
＋（ＲＴ／ ４ Ｆ） Ｉ ｎ （Ｐｏｅ／Ｐ ｅ）上
式において、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度、Ｆはファラ
デ一定数、Ｐｏｅは測定ガス雰囲気の酸素分圧、Ｐｅは
拡散室１５の酸素分圧である。
式において、Ｒは気体定数、Ｔは絶対温度、Ｆはファラ
デ一定数、Ｐｏｅは測定ガス雰囲気の酸素分圧、Ｐｅは
拡散室１５の酸素分圧である。
測定ガス雰囲気がリーンの場合、Ｐｏｅ＞Ｐｅ、Ｖｐ＞
Ｏであり、ポンプ電圧Ｖｐが＋２Ｖ以上になろうとする
と、起電力セル５の所定制御電圧値Ｖｓを４５０ｍＶか
ら下げることになる。この結果、拡散室１５の酸素分圧
Ｐｅを太き（し、上式の第２項を小さくすることになる
から、第１項が太き（なっても、結果的にポンプ電圧Ｖ
ｐを＋２■近傍の所定値以下に制限する。そのため、ポ
ンプセル３を形成するジルコニアＺ ｒ Ｏ２のマイナ
ス側電極１２近傍のブラックニング（黒化）を防止する
ことができる。現象論的に言えば、所定制御電圧値Ｖｓ
を４５０ｍＶから下げることにより、拡散室１５の酸素
濃度が上昇するため、マイナス側の多孔質電極１２近傍
に充分な酸素が供給され、ポンプセル３のブラックニン
グを防止することになる。
Ｏであり、ポンプ電圧Ｖｐが＋２Ｖ以上になろうとする
と、起電力セル５の所定制御電圧値Ｖｓを４５０ｍＶか
ら下げることになる。この結果、拡散室１５の酸素分圧
Ｐｅを太き（し、上式の第２項を小さくすることになる
から、第１項が太き（なっても、結果的にポンプ電圧Ｖ
ｐを＋２■近傍の所定値以下に制限する。そのため、ポ
ンプセル３を形成するジルコニアＺ ｒ Ｏ２のマイナ
ス側電極１２近傍のブラックニング（黒化）を防止する
ことができる。現象論的に言えば、所定制御電圧値Ｖｓ
を４５０ｍＶから下げることにより、拡散室１５の酸素
濃度が上昇するため、マイナス側の多孔質電極１２近傍
に充分な酸素が供給され、ポンプセル３のブラックニン
グを防止することになる。
測定ガス雰囲気がリッチの場合の作用も上記と略同様で
ある。測定ガス雰囲気がリッチの場合、Ｐｏｅ＜Ｐｅ、
Ｖｐ＜０であり、ポンプ電圧Ｖｐが一２Ｖ以下になろう
とすると、起電力セル５の所定制御電圧値Ｖｓを４５
ＯｍＶから上げることになる。この結果、拡散室１５の
酸素分圧Ｐｅを小さくし、上式の第２項を大きくするこ
とになるがら、第１項が小さくなっても、結果的にポン
プ電圧Ｖｐを一２Ｖ近傍の所定値以上に制限する。
ある。測定ガス雰囲気がリッチの場合、Ｐｏｅ＜Ｐｅ、
Ｖｐ＜０であり、ポンプ電圧Ｖｐが一２Ｖ以下になろう
とすると、起電力セル５の所定制御電圧値Ｖｓを４５
ＯｍＶから上げることになる。この結果、拡散室１５の
酸素分圧Ｐｅを小さくし、上式の第２項を大きくするこ
とになるがら、第１項が小さくなっても、結果的にポン
プ電圧Ｖｐを一２Ｖ近傍の所定値以上に制限する。
第３図は、上記の空燃比センサーにおける、空燃比（Ａ
／Ｆ）をパラメータとした起電力セル５の制御電圧値Ｖ
ｓとポンプセル３のポンプ電流Ｉｐとの関係を示す特性
図である。図から明らがなように、Ｉｐ／Ｖｓ特性は制
御電圧値Ｖｓが３゜ＯｍＶから６０ ＯｍＶの範囲でほ
ぼ平坦な特性を示している。このため、制御電圧値Ｖｓ
を４５０ｍＶから多少変化させ、動作点を変えたとして
も、ポンプ電流Ｉｐは空燃比（Ａ／Ｆ）を正確に表現し
た値となり、ポンプ電圧Ｖｐを制限し始めた状態でも正
確な空燃比を検出すことができる。
／Ｆ）をパラメータとした起電力セル５の制御電圧値Ｖ
ｓとポンプセル３のポンプ電流Ｉｐとの関係を示す特性
図である。図から明らがなように、Ｉｐ／Ｖｓ特性は制
御電圧値Ｖｓが３゜ＯｍＶから６０ ＯｍＶの範囲でほ
ぼ平坦な特性を示している。このため、制御電圧値Ｖｓ
を４５０ｍＶから多少変化させ、動作点を変えたとして
も、ポンプ電流Ｉｐは空燃比（Ａ／Ｆ）を正確に表現し
た値となり、ポンプ電圧Ｖｐを制限し始めた状態でも正
確な空燃比を検出すことができる。
第４図は、上記の空燃比センサーにおける、空燃比（Ａ
／Ｆ）とポンプ電流１ｐとの関係を示す特性図である。
／Ｆ）とポンプ電流１ｐとの関係を示す特性図である。
駆動回路において抵抗Ｒ５が共通ライン３０と接地との
間に挿入されてないと、出力端子４０で検出されるポン
プ電流Ｉｐは、破線で示すように、起電力セル５の電流
Ｉｃｐだけシフトする。空燃比センサーではポンプ電流
ｊｐが零となる理論空燃比（空気過剰率λ＝１）の状態
の検出が重要であるが、抵抗Ｒ５によるＩｃｐの補正が
なされないと検出ポンプ電流１ｐが零となる位置が空気
過剰率λ＝１の位置からリッチ側にシフトしてしまう。
間に挿入されてないと、出力端子４０で検出されるポン
プ電流Ｉｐは、破線で示すように、起電力セル５の電流
Ｉｃｐだけシフトする。空燃比センサーではポンプ電流
ｊｐが零となる理論空燃比（空気過剰率λ＝１）の状態
の検出が重要であるが、抵抗Ｒ５によるＩｃｐの補正が
なされないと検出ポンプ電流１ｐが零となる位置が空気
過剰率λ＝１の位置からリッチ側にシフトしてしまう。
本実施例では抵抗Ｒ５の挿入によりＩｃｐ分の補正がな
され、実線で示すような正確なポンプ電流Ｉｐ出力を得
ることができる。
され、実線で示すような正確なポンプ電流Ｉｐ出力を得
ることができる。
本発明は、上記の構成を有し、ポンプセルに印加される
電圧を検出し、該電圧の絶対値が所定電圧を超えた場合
に起電力セルの所定制御電圧値を変化させる制御電圧変
動手段を備えるものであるから、ポンプセルに印加され
る電圧を制限してポンプセルを形成するジルコニアのブ
ラックニングを防止することができると共に、ポンプセ
ル電圧を制限し始めた状態でも正確な空燃比を検出すこ
とができるという優れた効果がある。
電圧を検出し、該電圧の絶対値が所定電圧を超えた場合
に起電力セルの所定制御電圧値を変化させる制御電圧変
動手段を備えるものであるから、ポンプセルに印加され
る電圧を制限してポンプセルを形成するジルコニアのブ
ラックニングを防止することができると共に、ポンプセ
ル電圧を制限し始めた状態でも正確な空燃比を検出すこ
とができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例を示す空燃比センサーの駆動回
路の回路図、第２図はセンサー素子を断面で示した動作
原理図、第３図は空燃比をパラメータとした制御電圧値
Ｖｓとポンプ電流１ｐとの関係を示す特性図、第４図は
空燃比とポンプ電流Ｉｐとの関係を示す特性図である。 ３０．ポンプセル、 ５０．起電力セル、 １１．
１２．１３．１４９．多孔質電極、 １５．。 拡散室、 １７１．内部基準酸素室、 Ｒ３，。 ポンプ電流１ｐ検出用の抵抗、Ｒ５，、Ｉｃｐ補正用の
抵抗、 Ａ４、Ａ５０．制御電圧変動手段を構成する増
幅器。 第２図
路の回路図、第２図はセンサー素子を断面で示した動作
原理図、第３図は空燃比をパラメータとした制御電圧値
Ｖｓとポンプ電流１ｐとの関係を示す特性図、第４図は
空燃比とポンプ電流Ｉｐとの関係を示す特性図である。 ３０．ポンプセル、 ５０．起電力セル、 １１．
１２．１３．１４９．多孔質電極、 １５．。 拡散室、 １７１．内部基準酸素室、 Ｒ３，。 ポンプ電流１ｐ検出用の抵抗、Ｒ５，、Ｉｃｐ補正用の
抵抗、 Ａ４、Ａ５０．制御電圧変動手段を構成する増
幅器。 第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 酸素イオン伝導性固体電解質板に一対の多孔質電極を
有し、その一の多孔質電極を測定ガス雰囲気に面するよ
うにされたポンプセルと、 酸素イオン伝導性固体電解質板に一対の多孔質電極を有
し、その一の多孔質電極を内部基準酸素室に面するよう
にされた起電力セルと、 前記ポンプセルと起電力セルとに囲まれ、ガス拡散制限
部を経由して測定ガス雰囲気と連通するようにされた拡
散室と、 前記内部基準酸素室からガスが漏出するガス通路を構成
する漏出抵抗部とを備える空燃比センサーの駆動回路で
あって、 前記起電力セルに所定電流を流す手段と、 前記起電力セルの電圧を前記拡散室の空燃比が理論空燃
比である時に前記起電力セルの電圧が示す電圧近傍の所
定制御電圧値とするべく前記ポンプセルに流す電流の方
向及び大きさを制御するポンプ電流制御手段と、 前記ポンプセルに流す電流値に対応した信号を出力する
信号出力手段と、 前記ポンプセルに印加される電圧を検出し、該電圧の絶
対値が所定電圧を超えた場合に前記起電力セルの所定制
御電圧値を変化させる制御電圧変動手段と、 を備えることを特徴とする空燃比センサーの駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2339523A JP2929038B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 空燃比センサーの駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2339523A JP2929038B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 空燃比センサーの駆動回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04204370A true JPH04204370A (ja) | 1992-07-24 |
| JP2929038B2 JP2929038B2 (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=18328286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2339523A Expired - Lifetime JP2929038B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 空燃比センサーの駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2929038B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05203618A (ja) * | 1992-01-23 | 1993-08-10 | Japan Electron Control Syst Co Ltd | 空燃比センサ |
| JP2008304454A (ja) * | 2007-05-07 | 2008-12-18 | Ngk Spark Plug Co Ltd | センサ制御装置 |
| WO2014118892A1 (ja) * | 2013-01-29 | 2014-08-07 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
| WO2014118896A1 (ja) | 2013-01-29 | 2014-08-07 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
| WO2014118891A1 (ja) * | 2013-01-29 | 2014-08-07 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
| US10001076B2 (en) | 2013-01-29 | 2018-06-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control system of internal combustion engine |
| US10473049B2 (en) | 2013-01-29 | 2019-11-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control system of internal combustion engine |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP2339523A patent/JP2929038B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05203618A (ja) * | 1992-01-23 | 1993-08-10 | Japan Electron Control Syst Co Ltd | 空燃比センサ |
| JP2008304454A (ja) * | 2007-05-07 | 2008-12-18 | Ngk Spark Plug Co Ltd | センサ制御装置 |
| US8182664B2 (en) | 2007-05-07 | 2012-05-22 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Sensor control device |
| DE102008022110B4 (de) * | 2007-05-07 | 2019-05-23 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Sensorsteuervorrichtung zum Steuern eines Stromapplizierungszustands eines Gassensorelements |
| WO2014118892A1 (ja) * | 2013-01-29 | 2014-08-07 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
| WO2014118896A1 (ja) | 2013-01-29 | 2014-08-07 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
| WO2014118891A1 (ja) * | 2013-01-29 | 2014-08-07 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
| CN104956053A (zh) * | 2013-01-29 | 2015-09-30 | 丰田自动车株式会社 | 内燃机的控制装置 |
| US9745911B2 (en) | 2013-01-29 | 2017-08-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control system of internal combustion engine |
| US9765672B2 (en) | 2013-01-29 | 2017-09-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control system of internal combustion engine |
| US10001076B2 (en) | 2013-01-29 | 2018-06-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control system of internal combustion engine |
| US10473049B2 (en) | 2013-01-29 | 2019-11-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control system of internal combustion engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2929038B2 (ja) | 1999-08-03 |
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