JPH04204371A - 空熱比センサーの駆動回路 - Google Patents
空熱比センサーの駆動回路Info
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- JPH04204371A JPH04204371A JP2339524A JP33952490A JPH04204371A JP H04204371 A JPH04204371 A JP H04204371A JP 2339524 A JP2339524 A JP 2339524A JP 33952490 A JP33952490 A JP 33952490A JP H04204371 A JPH04204371 A JP H04204371A
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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。
このため、ポンプセル及び起電力セルの一方の多孔質電
極を共通ラインに接続すると共に、起電力セルの他方の
多孔質電極を抵抗を介して電源に接続し所定電流を起電
力セルに供給するようにしていた。また、ポンプセルに
は増幅器を接続し、起電力セルの電圧と所定の制御電圧
値とが一致するようにポンプセルに電流を供給し、共通
ラインと増幅器との間に接続されたポンプ電流検出用の
抵抗によりポンプセルの電流を検出するようにしていた
。
極を共通ラインに接続すると共に、起電力セルの他方の
多孔質電極を抵抗を介して電源に接続し所定電流を起電
力セルに供給するようにしていた。また、ポンプセルに
は増幅器を接続し、起電力セルの電圧と所定の制御電圧
値とが一致するようにポンプセルに電流を供給し、共通
ラインと増幅器との間に接続されたポンプ電流検出用の
抵抗によりポンプセルの電流を検出するようにしていた
。
しかしながら、上記従来空燃比センサーの駆動回路では
、ポンプ電流検出用の抵抗に起電力セルに流れる僅かな
電流が流入し、ポンプ電流の検出に誤差を生ずるという
問題点があった。一般(こ空燃比センサーが、測定ガス
雰囲気の空燃比が理論空燃比(空気過剰率λ−1)の近
傍となる状態で使用されるとき、空気過剰率λ−1の状
態ではポンプ電流が零となるので、僅かな流入電流であ
っても、空気過剰率λ−1を検出するポイントがリッチ
側にシフトしてしまうという問題点があった。
、ポンプ電流検出用の抵抗に起電力セルに流れる僅かな
電流が流入し、ポンプ電流の検出に誤差を生ずるという
問題点があった。一般(こ空燃比センサーが、測定ガス
雰囲気の空燃比が理論空燃比(空気過剰率λ−1)の近
傍となる状態で使用されるとき、空気過剰率λ−1の状
態ではポンプ電流が零となるので、僅かな流入電流であ
っても、空気過剰率λ−1を検出するポイントがリッチ
側にシフト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、起電力セルからポンプ電流検出
用の抵抗に流入する電流を補正し、空気過剰率λ−1の
近傍て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、起電力セルからポンプ電流検出
用の抵抗に流入する電流を補正し、空気過剰率λ−1の
近傍て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、 前記ポンプセル及び起電力セルの一方の多孔質電極に接
続された共通ラインと、 前記起電力セルの他方の多孔質電極と電源との間に接続
された所定電流供給用の抵抗と、前記ポンプセルの他方
の多孔質電極に出力端子が接続され前記共通ラインの電
圧と所定の基準電圧とが一致するように駆動される第3
の増幅器と、前記共通ラインにポンプ電流検出用の抵抗
を介して出力端子が接続され前記起電力セルの電圧と所
定の制御電圧値とが一致するように駆動される第2の増
幅器と、 前記共通ラインと接地との間に接続され前記基準電圧が
印加された際に流れる電流値が前記起電力セルに流れる
電流値と等しくなる抵抗値とされた補正用の抵抗と、 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、 前記ポンプセル及び起電力セルの一方の多孔質電極に接
続された共通ラインと、 前記起電力セルの他方の多孔質電極と電源との間に接続
された所定電流供給用の抵抗と、前記ポンプセルの他方
の多孔質電極に出力端子が接続され前記共通ラインの電
圧と所定の基準電圧とが一致するように駆動される第3
の増幅器と、前記共通ラインにポンプ電流検出用の抵抗
を介して出力端子が接続され前記起電力セルの電圧と所
定の制御電圧値とが一致するように駆動される第2の増
幅器と、 前記共通ラインと接地との間に接続され前記基準電圧が
印加された際に流れる電流値が前記起電力セルに流れる
電流値と等しくなる抵抗値とされた補正用の抵抗と、 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。
上記のように構成された空燃比センサーの駆動回路では
、共通ラインの電圧が所定の基準電圧に維持される。こ
のため、共通ラインと接地との間に接続された補正用の
抵抗に起電力セルに流れる電流値と等し電流が流れ、起
電力セルから共通ラインに流入する電流分が接地に逃が
される。それ故、ポンプ電流検出用の抵抗に流れる電流
値はポンプセルに流れる電流値と一致する。
、共通ラインの電圧が所定の基準電圧に維持される。こ
のため、共通ラインと接地との間に接続された補正用の
抵抗に起電力セルに流れる電流値と等し電流が流れ、起
電力セルから共通ラインに流入する電流分が接地に逃が
される。それ故、ポンプ電流検出用の抵抗に流れる電流
値はポンプセルに流れる電流値と一致する。
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、遣蔽
体板6とを積層して構成される。ヒータ板1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、遣蔽
体板6とを積層して構成される。ヒータ板1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Zr0□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Zr0□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Z r O2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。
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。
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17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、 J1=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、 J1=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 Icp
十(RT/4F) In (PO2/Pe)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。
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を無視てきる。従って定常状態では
酸素流量Jl =J2から、 lcp/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を無視てきる。従って定常状態では
酸素流量Jl =J2から、 lcp/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11.12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Ip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
Ip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Ip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
Ip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 〔Poe
−P eel測定ガス雰囲気がリッチの場合、 I p=’[:2FD、 S /RTL ) x (P
□。、−P□〕+ (2FDcoS /RTL ) X
、(Pcooe−Pcoel上式において、Dは酸素
の拡散係数、D、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 )to。は測定ガス雰囲気の水素分
圧、PeaOeは測定ガス雰囲気の一酸化炭素分圧、P
eは拡散室15の酸素分圧、P□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。
−P eel測定ガス雰囲気がリッチの場合、 I p=’[:2FD、 S /RTL ) x (P
□。、−P□〕+ (2FDcoS /RTL ) X
、(Pcooe−Pcoel上式において、Dは酸素
の拡散係数、D、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 )to。は測定ガス雰囲気の水素分
圧、PeaOeは測定ガス雰囲気の一酸化炭素分圧、P
eは拡散室15の酸素分圧、P□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Ip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Ipを制御する。
3にポンプ電流Ip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Ip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450mV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1pを検出し、ポンプ電流1p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450mV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1pを検出し、ポンプ電流1p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AI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、R]2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4■に制御
される。
1の増幅器AI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、R]2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4■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Icpの大きさは25
〜30μ八程度の微弱なものである。
一定電流1cpが流される。電流Icpの大きさは25
〜30μ八程度の微弱なものである。
しかし、この電流lapがポンプ電流1p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分だ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分だ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=Va/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=Va/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4■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6■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4■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6■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からダイオード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からダイオード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=Ripxlp
+(RT/4F) I n (Poe/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、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。
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■pが÷2V2V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を大きくし、上式の第2項を小さくすることになる
から、第1項が大きくなっても、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ZrO2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4
50mV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■pが÷2V2V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を大きくし、上式の第2項を小さくすることになる
から、第1項が大きくなっても、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ZrO2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4
50mV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<D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450
mV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項を太き(すること
になるから、第1項が小さくなっても、結果的にポンプ
電圧Vpを一2■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<D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450
mV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項を太き(すること
になるから、第1項が小さくなっても、結果的にポンプ
電圧Vpを一2■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I pとの関係を
示す特性図である。図から明らかなように、Ip/Vs
特性は割部電圧値Vsが300mVから600rnV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1p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てきる。
/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I pとの関係を
示す特性図である。図から明らかなように、Ip/Vs
特性は割部電圧値Vsが300mVから600rnV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1p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てきる。
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
1cpだけシフトする。空燃比センサーてはポンプ電流
1p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
1cpだけシフトする。空燃比センサーてはポンプ電流
1p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1p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1p出力を得
ることができる。
本発明は、上記の構成を有し、基準電圧が印加された際
に流れる電流値が前記起電力セルに流れる電流値と等し
くなる抵抗値とされた補正用の抵抗が、共通ラインと接
地との間に接続されたものであるから、起電力セルから
ポンプ電流検出用の抵抗に流入する電流を補正し、空気
過剰率λ−1の近傍で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。
に流れる電流値が前記起電力セルに流れる電流値と等し
くなる抵抗値とされた補正用の抵抗が、共通ラインと接
地との間に接続されたものであるから、起電力セルから
ポンプ電流検出用の抵抗に流入する電流を補正し、空気
過剰率λ−1の近傍で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。
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■pとの関係を示す特性図である。 31.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Ip検出用の抵抗、R5,、Tcp補正用の
抵抗、 A20.第2の増幅器、 A3.。 第3の増幅器。 、二・i−゛ 第2図 第4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■pとの関係を示す特性図である。 31.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Ip検出用の抵抗、R5,、Tcp補正用の
抵抗、 A20.第2の増幅器、 A3.。 第3の増幅器。 、二・i−゛ 第2図 第4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、 前記ポンプセル及び起電力セルの一方の多孔質電極に接
続された共通ラインと、 前記起電力セルの他方の多孔質電極と電源との間に接続
された所定電流供給用の抵抗と、 前記ポンプセルの他方の多孔質電極に出力端子が接続さ
れ前記共通ラインの電圧と所定の基準電圧とが一致する
ように駆動される第3の増幅器と、前記共通ラインにポ
ンプ電流検出用の抵抗を介して出力端子が接続され前記
起電力セルの電圧と所定の制御電圧値とが一致するよう
に駆動される第2の増幅器と、 前記共通ラインと接地との間に接続され前記基準電圧が
印加された際に流れる電流値が前記起電力セルに流れる
電流値と等しくなる抵抗値とされた補正用の抵抗と、 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 |
---|---|---|---|
JP2339524A JPH04204371A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 空熱比センサーの駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2339524A JPH04204371A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 空熱比センサーの駆動回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04204371A true JPH04204371A (ja) | 1992-07-24 |
Family
ID=18328296
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2339524A Pending JPH04204371A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 空熱比センサーの駆動回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04204371A (ja) |
Cited By (2)
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 |
US6568240B1 (en) | 1999-01-11 | 2003-05-27 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method and apparatus using a gas concentration sensor for accurately controlling an air fuel ratio in an internal combustion engine |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP2339524A patent/JPH04204371A/ja active Pending
Cited By (2)
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 |
US6568240B1 (en) | 1999-01-11 | 2003-05-27 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method and apparatus using a gas concentration sensor for accurately controlling an air fuel ratio in an internal combustion engine |
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