JPH05264501A - 炭化水素濃度の計測装置 - Google Patents
炭化水素濃度の計測装置Info
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- JPH05264501A JPH05264501A JP4065340A JP6534092A JPH05264501A JP H05264501 A JPH05264501 A JP H05264501A JP 4065340 A JP4065340 A JP 4065340A JP 6534092 A JP6534092 A JP 6534092A JP H05264501 A JPH05264501 A JP H05264501A
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- gas diffusion
- sensor
- catalyst
- fuel ratio
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 広域空燃比センサを２つ用意し、一方のセン
サにだけ触媒を担持することなどにより、燃焼用水素や
助燃用空気を必要とすることなく、ＨＣ濃度の測定を可
能とする。 【構成】 酸素ドウプ手段１０８Ａ，１０８Ｂによって
過濃空燃比領域でも大気側からＯ2がガス拡散室１０２
Ａ，１０２Ｂに輸送される。触媒１０６の担持されたガ
ス拡散制限部１０１Ｂでは、輸送されたＯ2を用い、触
媒の助けをかりてＨＣが酸化され、ガス拡散室１０２Ｂ
にはＯ2成分だけが拡散する。触媒の担持されていない
ガス拡散制限部１０１Ａでは、ＨＣ成分が酸化されるこ
となく、Ｏ2成分とともにガス拡散室１０２Ａに拡散す
る。触媒の有無によってセンサ制御回路１０５Ａ，１０
５Ｂからのセンサ出力に違いを生じ、これらセンサ出力
と上記輸送されたＯ2量にもとづいて演算手段１０９に
よりＨＣ濃度が求められる。
サにだけ触媒を担持することなどにより、燃焼用水素や
助燃用空気を必要とすることなく、ＨＣ濃度の測定を可
能とする。 【構成】 酸素ドウプ手段１０８Ａ，１０８Ｂによって
過濃空燃比領域でも大気側からＯ2がガス拡散室１０２
Ａ，１０２Ｂに輸送される。触媒１０６の担持されたガ
ス拡散制限部１０１Ｂでは、輸送されたＯ2を用い、触
媒の助けをかりてＨＣが酸化され、ガス拡散室１０２Ｂ
にはＯ2成分だけが拡散する。触媒の担持されていない
ガス拡散制限部１０１Ａでは、ＨＣ成分が酸化されるこ
となく、Ｏ2成分とともにガス拡散室１０２Ａに拡散す
る。触媒の有無によってセンサ制御回路１０５Ａ，１０
５Ｂからのセンサ出力に違いを生じ、これらセンサ出力
と上記輸送されたＯ2量にもとづいて演算手段１０９に
よりＨＣ濃度が求められる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は炭化水素濃度の計測装
置、特に広域空燃比センサを応用したものに関する。
置、特に広域空燃比センサを応用したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンから排出されるガス（被測定ガ
ス）中の未燃炭化水素（ＨＣ）を計測する装置に水素炎
イオン化検出器（ＦＩＤ）が知られている（（株）山海
堂発行、内燃機関、ＶＯＬ．２５，Ｎｏ．３１８（１９
８６）第６４頁、第６５頁参照。）これを図１６で説明
すると、同図は検出部だけを示す。図において、エンジ
ンからの排出ガス（被測定ガス）を水素と混合してバー
ナージェット１に導き、点火プラグ２の助けを借りて燃
焼させると、水素炎のエネルギーによって炭化水素の一
部がイオン化する。
ス）中の未燃炭化水素（ＨＣ）を計測する装置に水素炎
イオン化検出器（ＦＩＤ）が知られている（（株）山海
堂発行、内燃機関、ＶＯＬ．２５，Ｎｏ．３１８（１９
８６）第６４頁、第６５頁参照。）これを図１６で説明
すると、同図は検出部だけを示す。図において、エンジ
ンからの排出ガス（被測定ガス）を水素と混合してバー
ナージェット１に導き、点火プラグ２の助けを借りて燃
焼させると、水素炎のエネルギーによって炭化水素の一
部がイオン化する。
【０００３】このとき、高電圧用電極３に高電圧をかけ
ると、イオンが図で上下方向に流れ、そのイオン電流の
強さは炭化水素の濃度および炭素数に比例する。
ると、イオンが図で上下方向に流れ、そのイオン電流の
強さは炭化水素の濃度および炭素数に比例する。
【０００４】そこで、イオンを電場中に置いたイオンコ
レクタ４で捕らえ、これをコレクタケーブル５を介して
出力させることによって、炭化水素の濃度を検出するの
である。
レクタ４で捕らえ、これをコレクタケーブル５を介して
出力させることによって、炭化水素の濃度を検出するの
である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来装置では燃焼用水素や助燃用空気を検出部にまで供
給するための装置（ポンプやフィルタ）が必要であり、
テストベンチ用には向いているが、エンジン制御への適
用などのため車載することは到底不可能である。
従来装置では燃焼用水素や助燃用空気を検出部にまで供
給するための装置（ポンプやフィルタ）が必要であり、
テストベンチ用には向いているが、エンジン制御への適
用などのため車載することは到底不可能である。
【０００６】また、燃焼用水素や助燃用空気を十分に流
量制御して供給しないと、それらの供給量の変化によっ
て検出感度をはじめとした計器の特性が大きく影響をう
ける。
量制御して供給しないと、それらの供給量の変化によっ
て検出感度をはじめとした計器の特性が大きく影響をう
ける。
【０００７】そこでこの発明は、広域空燃比センサを２
つ用意し、一方のセンサにだけ触媒を担持することなど
により、燃焼用水素や助燃用空気を必要とすることな
く、炭化水素濃度の測定を可能とすることを目的とす
る。
つ用意し、一方のセンサにだけ触媒を担持することなど
により、燃焼用水素や助燃用空気を必要とすることな
く、炭化水素濃度の測定を可能とすることを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第１の発明では、図１に
示すように、ガス拡散制限部１０１Ａ，１０１Ｂを介し
て被測定ガスの導かれるガス拡散室１０２Ａ，１０２Ｂ
と、このガス拡散室１０２Ａ，１０２Ｂと大気の酸素分
圧比に応じた電圧を出力するセンシングセル１０３Ａ，
１０３Ｂと、電流値に応じて前記ガス拡散室１０２Ａ，
１０２Ｂの酸素分圧を調整するポンピングセル１０４
Ａ，１０４Ｂと、前記センシングセル１０３Ａ，１０３
Ｂの出力電圧があらかじめ定めた目標値と一致するよう
に前記ポンピングセル１０４Ａ，１０４Ｂに電流を供給
する一方で、この供給電流値をセンサ出力として出力す
る回路１０５Ａ，１０５Ｂとからなる一対の広域空燃比
センサ１００Ａ，１００Ｂを備え、一方のセンサのガス
拡散制限部（たとえば１０２Ｂ）にだけ触媒１０６を担
持するとともに、各ガス拡散制限部上流の第２のガス拡
散室１０７Ａ，１０７Ｂに大気から酸素をそれぞれドウ
プする手段１０８Ａ，１０８Ｂと、このドウプされた酸
素量および前記各センサ１００Ａ，１００Ｂからのセン
サ出力にもとづいて炭化水素濃度を演算する手段１０９
とを設けた。
示すように、ガス拡散制限部１０１Ａ，１０１Ｂを介し
て被測定ガスの導かれるガス拡散室１０２Ａ，１０２Ｂ
と、このガス拡散室１０２Ａ，１０２Ｂと大気の酸素分
圧比に応じた電圧を出力するセンシングセル１０３Ａ，
１０３Ｂと、電流値に応じて前記ガス拡散室１０２Ａ，
１０２Ｂの酸素分圧を調整するポンピングセル１０４
Ａ，１０４Ｂと、前記センシングセル１０３Ａ，１０３
Ｂの出力電圧があらかじめ定めた目標値と一致するよう
に前記ポンピングセル１０４Ａ，１０４Ｂに電流を供給
する一方で、この供給電流値をセンサ出力として出力す
る回路１０５Ａ，１０５Ｂとからなる一対の広域空燃比
センサ１００Ａ，１００Ｂを備え、一方のセンサのガス
拡散制限部（たとえば１０２Ｂ）にだけ触媒１０６を担
持するとともに、各ガス拡散制限部上流の第２のガス拡
散室１０７Ａ，１０７Ｂに大気から酸素をそれぞれドウ
プする手段１０８Ａ，１０８Ｂと、このドウプされた酸
素量および前記各センサ１００Ａ，１００Ｂからのセン
サ出力にもとづいて炭化水素濃度を演算する手段１０９
とを設けた。
【０００９】第２の発明は、図２に示すように、ガス拡
散制限部１０１Ａ，１０１Ｂを介して被測定ガスの導か
れるガス拡散室１０２Ａ，１０２Ｂと、このガス拡散室
１０２Ａ，１０２Ｂと大気の酸素分圧比に応じた電圧を
出力するセンシングセル１０３Ａ，１０３Ｂと、電流値
に応じて前記ガス拡散室１０２Ａ，１０２Ｂの酸素分圧
を調整するポンピングセル１０４Ａ，１０４Ｂと、前記
センシングセル１０３Ａ，１０３Ｂの出力電圧があらか
じめ定めた目標値と一致するように前記ポンピングセル
１０４Ａ，１０４Ｂに電流を供給する一方で、この供給
電流値をセンサ出力として出力する回路１０５Ａ，１０
５Ｂとからなる一対の広域空燃比センサを備え、一方の
センサのガス拡散制限部（たとえば１０２Ｂ）にだけ触
媒１０６を担持するとともに、前記各センサ１００Ａ，
１００Ｂからのセンサ出力にもとづいて炭化水素ガス濃
度を演算する手段１１０を設けた。
散制限部１０１Ａ，１０１Ｂを介して被測定ガスの導か
れるガス拡散室１０２Ａ，１０２Ｂと、このガス拡散室
１０２Ａ，１０２Ｂと大気の酸素分圧比に応じた電圧を
出力するセンシングセル１０３Ａ，１０３Ｂと、電流値
に応じて前記ガス拡散室１０２Ａ，１０２Ｂの酸素分圧
を調整するポンピングセル１０４Ａ，１０４Ｂと、前記
センシングセル１０３Ａ，１０３Ｂの出力電圧があらか
じめ定めた目標値と一致するように前記ポンピングセル
１０４Ａ，１０４Ｂに電流を供給する一方で、この供給
電流値をセンサ出力として出力する回路１０５Ａ，１０
５Ｂとからなる一対の広域空燃比センサを備え、一方の
センサのガス拡散制限部（たとえば１０２Ｂ）にだけ触
媒１０６を担持するとともに、前記各センサ１００Ａ，
１００Ｂからのセンサ出力にもとづいて炭化水素ガス濃
度を演算する手段１１０を設けた。
【００１０】第３の発明は、図３で示すように、一対の
広域空燃比センサ１００Ａ，１００Ｂを備え、被測定ガ
スの流れる通路１１１に触媒１１２を介装するととも
に、この触媒１１２の上流に前記一対のセンサの一方１
００Ａを、下流に前記一対のセンサの他方１００Ｂを配
設するとともに、これら各センサ１００Ａ，１００Ｂか
らのセンサ出力にもとづいて炭化水素ガス濃度を演算す
る手段１１０を設けた。
広域空燃比センサ１００Ａ，１００Ｂを備え、被測定ガ
スの流れる通路１１１に触媒１１２を介装するととも
に、この触媒１１２の上流に前記一対のセンサの一方１
００Ａを、下流に前記一対のセンサの他方１００Ｂを配
設するとともに、これら各センサ１００Ａ，１００Ｂか
らのセンサ出力にもとづいて炭化水素ガス濃度を演算す
る手段１１０を設けた。
【００１１】
【作用】第１の発明では、酸素ドウプ手段１０８Ａ，１
０８Ｂによって過濃空燃比領域（残存Ｏ2がない）でも
大気側からＯ2がガス拡散室１０２Ａ，１０２Ｂに輸送
される。触媒１０６の担持されたガス拡散制限部１０１
Ｂでは、輸送されたＯ2を用い、触媒の助けをかりて炭
化水素ＨＣが酸化され、ガス拡散室１０２ＢにはＯ2成
分だけが拡散していく。
０８Ｂによって過濃空燃比領域（残存Ｏ2がない）でも
大気側からＯ2がガス拡散室１０２Ａ，１０２Ｂに輸送
される。触媒１０６の担持されたガス拡散制限部１０１
Ｂでは、輸送されたＯ2を用い、触媒の助けをかりて炭
化水素ＨＣが酸化され、ガス拡散室１０２ＢにはＯ2成
分だけが拡散していく。
【００１２】これに対して、触媒の担持されていないガ
ス拡散制限部１０１Ａでは、ＨＣ成分が酸化されること
なく、Ｏ2成分とともにガス拡散室１０２Ａに拡散して
いく。
ス拡散制限部１０１Ａでは、ＨＣ成分が酸化されること
なく、Ｏ2成分とともにガス拡散室１０２Ａに拡散して
いく。
【００１３】これら触媒のあるなしによって、センサ制
御回路１０５Ａ，１０５Ｂからの２つのセンサ出力に違
いを生じ、これらセンサ出力と上記輸送されたＯ2量に
もとづいて演算手段１０９によりＨＣ濃度が求められ
る。
御回路１０５Ａ，１０５Ｂからの２つのセンサ出力に違
いを生じ、これらセンサ出力と上記輸送されたＯ2量に
もとづいて演算手段１０９によりＨＣ濃度が求められ
る。
【００１４】この場合、ＨＣ濃度は一対の広域空燃比セ
ンサに少し手を加えただけの簡単な構成によって求めら
れるため、従来のように被測定ガスをサンプリングする
ための装置（ポンプやフィルタ）が不要となり、装置が
小型化されるとともに、車載が容易となる。
ンサに少し手を加えただけの簡単な構成によって求めら
れるため、従来のように被測定ガスをサンプリングする
ための装置（ポンプやフィルタ）が不要となり、装置が
小型化されるとともに、車載が容易となる。
【００１５】また、被測定ガスがガス通路から直接にセ
ンシングされるため、応答性もよくなる。
ンシングされるため、応答性もよくなる。
【００１６】酸素ドウプ手段の設けられていない第２と
第３の発明でも、Ｏ2が残存する希薄空燃比領域では、
第１の発明と同じに触媒１０６の有無または触媒１１２
の前後によって、センサ制御回路１０５Ａ，１０５Ｂか
らの２つのセンサ出力に違いを生じ、これらセンサ出力
にもとづいて演算手段１１０によりＨＣ濃度が求められ
る。
第３の発明でも、Ｏ2が残存する希薄空燃比領域では、
第１の発明と同じに触媒１０６の有無または触媒１１２
の前後によって、センサ制御回路１０５Ａ，１０５Ｂか
らの２つのセンサ出力に違いを生じ、これらセンサ出力
にもとづいて演算手段１１０によりＨＣ濃度が求められ
る。
【００１７】第２と第３の発明ではＯ2の不足する過濃
空燃比領域になると、第１の発明と異なり炭化水素濃度
を求められないが、酸素ドウプ手段のない分だけ構成が
簡単である。
空燃比領域になると、第１の発明と異なり炭化水素濃度
を求められないが、酸素ドウプ手段のない分だけ構成が
簡単である。
【００１８】第３の発明では、排気管にすでに触媒が介
装されているガソリンエンジンの排出ガスを被測定ガス
とするときは、あらためて触媒を設ける必要がないた
め、第２の発明よりもコストを下げることができる。
装されているガソリンエンジンの排出ガスを被測定ガス
とするときは、あらためて触媒を設ける必要がないた
め、第２の発明よりもコストを下げることができる。
【００１９】
【実施例】図８にセンサの構造を示すと、これは従来の
広域空燃比センサを応用したものである。
広域空燃比センサを応用したものである。
【００２０】従来の広域空燃比センサは、図４のように
センサ本体１１とセンサ制御回路２５とからなるもの
で、先にこの広域空燃比センサについて簡単に概説し、
その後に炭化水素濃度の演算理論を説明する。
センサ本体１１とセンサ制御回路２５とからなるもの
で、先にこの広域空燃比センサについて簡単に概説し、
その後に炭化水素濃度の演算理論を説明する。
【００２１】なお、広域空燃比センサの基本的な動作原
理、基本特性等については、論文（「広域空燃比センサ
を用いた小型高応答空燃比計の開発」自動車技術 ＶＯ
Ｌ．４１，ＮＯ．１２，１９８７，第１４１４頁ないし
第１４１８頁）で公知にされている。
理、基本特性等については、論文（「広域空燃比センサ
を用いた小型高応答空燃比計の開発」自動車技術 ＶＯ
Ｌ．４１，ＮＯ．１２，１９８７，第１４１４頁ないし
第１４１８頁）で公知にされている。
【００２２】（１）広域空燃比センサの動作原理 図４において、酸素イオン伝導性の固体電解質（Ｏ2を
選択的に透過する特性を有するジルコニア）１３を挟ん
で対向する一対のリング状電極１４，１５を配設したポ
ンピングセル１２が層状に形成されている。
選択的に透過する特性を有するジルコニア）１３を挟ん
で対向する一対のリング状電極１４，１５を配設したポ
ンピングセル１２が層状に形成されている。
【００２３】排出ガス（被測定ガス）は、固体電解質１
３の中央を図で上下方向に貫通するガス導入孔１７を介
してセル外側（図で上方）からガス拡散室１６に導かれ
る。ガス導入孔１７によってガス拡散室へのガス拡散を
制限するわけである。
３の中央を図で上下方向に貫通するガス導入孔１７を介
してセル外側（図で上方）からガス拡散室１６に導かれ
る。ガス導入孔１７によってガス拡散室へのガス拡散を
制限するわけである。
【００２４】２６はポンピングセル１２の両電極１４，
１５間に電流を流し込む手段（電流供給手段）で、この
電流値Ｉｐによってポンピングセル１２の下方電極１４
近傍の酸素分圧を自由に設定することができる。下方電
極１４近傍に拡散してくる被測定ガス中の酸素分圧を理
論空燃比の酸素分圧とするためには、希薄空燃比領域で
の燃焼時（過剰Ｏ2が存在する）に、ポンピング電流を
実線矢印の方向に流すことにより過剰のＯ2をセル外側
（図で上方）の排出ガス中にくみ出し、この逆に過濃空
燃比領域での燃焼時（可燃成分ＣＯ，Ｈ2が存在する）
には、破線矢印の方向にポンピング電流を流すことによ
りセル外側の排出ガス中から過剰燃料分のＯ2を拡散室
１６内にくみ入れる（主にＣＯ2を還元して得られる）
のである。
１５間に電流を流し込む手段（電流供給手段）で、この
電流値Ｉｐによってポンピングセル１２の下方電極１４
近傍の酸素分圧を自由に設定することができる。下方電
極１４近傍に拡散してくる被測定ガス中の酸素分圧を理
論空燃比の酸素分圧とするためには、希薄空燃比領域で
の燃焼時（過剰Ｏ2が存在する）に、ポンピング電流を
実線矢印の方向に流すことにより過剰のＯ2をセル外側
（図で上方）の排出ガス中にくみ出し、この逆に過濃空
燃比領域での燃焼時（可燃成分ＣＯ，Ｈ2が存在する）
には、破線矢印の方向にポンピング電流を流すことによ
りセル外側の排出ガス中から過剰燃料分のＯ2を拡散室
１６内にくみ入れる（主にＣＯ2を還元して得られる）
のである。
【００２５】ここで、ネルンストによれば電極１４近傍
の酸素分圧に応じて次に示す起電力Ｅ Ｅ＝（ＲＴ／４Ｆ）ｌｎ［（基準極の酸素分圧）／（測定極の酸素分圧）］ … ただし、Ｒ：気体定数、Ｆ：ファラデー定数、 Ｔ：素子の絶対温度、ｌｎ：自然対数 が発生することが知られている。
の酸素分圧に応じて次に示す起電力Ｅ Ｅ＝（ＲＴ／４Ｆ）ｌｎ［（基準極の酸素分圧）／（測定極の酸素分圧）］ … ただし、Ｒ：気体定数、Ｆ：ファラデー定数、 Ｔ：素子の絶対温度、ｌｎ：自然対数 が発生することが知られている。
【００２６】このため、酸素イオン伝導性の固体電解質
２０を挟んで対向する一対の電極２１，２２を配設した
センシングセル１９を、ポンピングセル１２に積層して
形成し、図で上方電極２１を上記の電極１４の近傍に設
け、大気導入室２３に大気を導入して下方電極２２を大
気にさらせば、上方電極２１が測定極、下方電極２２が
基準極となる。つまり、センシングセル１９の両電極２
１，２２間の電圧（Ｖｓ）を測定することによって酸素
分圧比を測定することができる。
２０を挟んで対向する一対の電極２１，２２を配設した
センシングセル１９を、ポンピングセル１２に積層して
形成し、図で上方電極２１を上記の電極１４の近傍に設
け、大気導入室２３に大気を導入して下方電極２２を大
気にさらせば、上方電極２１が測定極、下方電極２２が
基準極となる。つまり、センシングセル１９の両電極２
１，２２間の電圧（Ｖｓ）を測定することによって酸素
分圧比を測定することができる。
【００２７】図４においては、目標値としての基準電極
ＶEとＶｓとを比較器としての差動アンプ２７に入力
し、ＶEとＶｓの差を電流供給手段２６にフィードバッ
クしてＩｐを増減させることで、ＶｓがＶEと一致する
ように制御するとともに、このときの供給電流値Ｉｐを
センサ出力として電流測定手段２８で取り出す。
ＶEとＶｓとを比較器としての差動アンプ２７に入力
し、ＶEとＶｓの差を電流供給手段２６にフィードバッ
クしてＩｐを増減させることで、ＶｓがＶEと一致する
ように制御するとともに、このときの供給電流値Ｉｐを
センサ出力として電流測定手段２８で取り出す。
【００２８】なお、センサ出力Ｉｐとガス成分濃度との
関係をネルンストの式を用いて表せば、 Ｉｐ＝（ｎＦ／ＲＴ）Ｐ・Ｄ・（Ａ／ｌ）Ｘ… ただし、ｎ：電極反応における電荷の数、 Ｐ：ガス圧
力、 Ａ：ガス拡散室の拡散有効断面積、ｌ：ガス拡散室の拡
散有効距離、 Ｄ：燃焼成分の拡散係数、 Ｘ：ガス成分濃度 となり、この式によってもセンサ出力Ｉｐがガス成分
濃度（Ｘ）に比例する特性をもって動作することがわか
る。
関係をネルンストの式を用いて表せば、 Ｉｐ＝（ｎＦ／ＲＴ）Ｐ・Ｄ・（Ａ／ｌ）Ｘ… ただし、ｎ：電極反応における電荷の数、 Ｐ：ガス圧
力、 Ａ：ガス拡散室の拡散有効断面積、ｌ：ガス拡散室の拡
散有効距離、 Ｄ：燃焼成分の拡散係数、 Ｘ：ガス成分濃度 となり、この式によってもセンサ出力Ｉｐがガス成分
濃度（Ｘ）に比例する特性をもって動作することがわか
る。
【００２９】（２）センサの基本特性 （２．１）排出ガス組成とセンサ出力特性 エンジンの排出ガス組成は、理論上は燃料の組成が求ま
れば燃焼反応式（水性ガス反応を含む）で求められる。
燃焼反応式で求められる成分のモデルガスを用いて、Ｏ
2，ＣＯ，Ｈ2，ＮＯ，ＨＣの各ガス成分濃度とセンサ出
力の関係を実験すると、センサ出力の絶対値は、図５に
示すようにそれぞれのガス成分濃度に比例した出力とし
て得られる（温度、圧力一定）。
れば燃焼反応式（水性ガス反応を含む）で求められる。
燃焼反応式で求められる成分のモデルガスを用いて、Ｏ
2，ＣＯ，Ｈ2，ＮＯ，ＨＣの各ガス成分濃度とセンサ出
力の関係を実験すると、センサ出力の絶対値は、図５に
示すようにそれぞれのガス成分濃度に比例した出力とし
て得られる（温度、圧力一定）。
【００３０】この各成分濃度に対するセンサ出力Ｉｐの
傾き（この傾きを感度係数という）は、前式にもとづ
くガス成分固有の値をもつ。また、計算で求められる上
記以外のガス成分（Ｎ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ）は、前式に
おいてｎ（電極反応における電荷の数）が０であり、セ
ンサ出力に関与しない。この結果から、センサ出力は、
排出ガス組成（希薄空燃比領域ではＯ2、ＨＣ、ＮＯ濃
度、過濃空燃比領域ではＣＯ、Ｈ2、ＨＣ、ＮＯ）と一
定の関係にあることがわかり、このことは、排出ガス組
成が燃焼反応式にしたがって生成されるならば、センサ
出力から空燃比が算出できることを示している。
傾き（この傾きを感度係数という）は、前式にもとづ
くガス成分固有の値をもつ。また、計算で求められる上
記以外のガス成分（Ｎ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ）は、前式に
おいてｎ（電極反応における電荷の数）が０であり、セ
ンサ出力に関与しない。この結果から、センサ出力は、
排出ガス組成（希薄空燃比領域ではＯ2、ＨＣ、ＮＯ濃
度、過濃空燃比領域ではＣＯ、Ｈ2、ＨＣ、ＮＯ）と一
定の関係にあることがわかり、このことは、排出ガス組
成が燃焼反応式にしたがって生成されるならば、センサ
出力から空燃比が算出できることを示している。
【００３１】（２．２）共存ガスの影響 実際の排出ガス中には、燃焼反応式で求められないＮ
Ｏ，ＨＣなどが共存するのであるが、ＮＯについては、
ＮＯ生成時に（１／２）Ｏ2が使われ、その濃度相当の
Ｏ2が存在すると仮定して求めたセンサ出力と実測値が
よく一致するため、ＮＯによる影響はない。ただし、各
種成分の集まりであるＨＣについては、特に分子量の大
きいＨＣほど検出しにくいため、ＨＣの影響は無視でき
ない。
Ｏ，ＨＣなどが共存するのであるが、ＮＯについては、
ＮＯ生成時に（１／２）Ｏ2が使われ、その濃度相当の
Ｏ2が存在すると仮定して求めたセンサ出力と実測値が
よく一致するため、ＮＯによる影響はない。ただし、各
種成分の集まりであるＨＣについては、特に分子量の大
きいＨＣほど検出しにくいため、ＨＣの影響は無視でき
ない。
【００３２】（３）空燃比の演算 センサの基本特性からセンサ出力Ｉｐは空燃比の全域に
わたり次式 Ｉｐ＝γO2ＸO2＋γCOＸCO＋γH2ＸH2＋γHCＸHC＋γNOＸNO… ただし、Ｘ：各ガス成分の濃度（％）、 γ：各ガス成分に対する感度係数（ｍＡ／％） で表すことができる。
わたり次式 Ｉｐ＝γO2ＸO2＋γCOＸCO＋γH2ＸH2＋γHCＸHC＋γNOＸNO… ただし、Ｘ：各ガス成分の濃度（％）、 γ：各ガス成分に対する感度係数（ｍＡ／％） で表すことができる。
【００３３】式によれば、各ガスの感度係数を測定し
ておくことにより、空燃比と各成分濃度Ｘの関係が一定
であれば、センサ出力と空燃比の関係が計算できる。
ておくことにより、空燃比と各成分濃度Ｘの関係が一定
であれば、センサ出力と空燃比の関係が計算できる。
【００３４】以上で広域空燃比センサの概説を終え、実
施例の説明に移る。以下にはセンサの構造、ＨＣ濃度の
演算、全体構成の順に説明する。
施例の説明に移る。以下にはセンサの構造、ＨＣ濃度の
演算、全体構成の順に説明する。
【００３５】（１）センサの構造 図８のように、一対の広域空燃比センサのセンサ本体１
１Ａ，１１Ｂが左右に一体で設けられている。なお、左
右で区別するため、ＡとＢをつけている。
１Ａ，１１Ｂが左右に一体で設けられている。なお、左
右で区別するため、ＡとＢをつけている。
【００３６】左側のセンサ本体１１Ａには、ガス導入孔
１７Ａの入口に外側電極１５Ａをも覆って円板状の多孔
質３０Ａが、また右側のセンサ本体１１Ｂにもガス導入
孔１７Ｂの入口に外側電極１５Ｂをも覆って円板状の多
孔質３０Ｂがそれぞれ積層され、右側の多孔質３０Ｂに
だけ触媒（たとえば白金）が担持されている。
１７Ａの入口に外側電極１５Ａをも覆って円板状の多孔
質３０Ａが、また右側のセンサ本体１１Ｂにもガス導入
孔１７Ｂの入口に外側電極１５Ｂをも覆って円板状の多
孔質３０Ｂがそれぞれ積層され、右側の多孔質３０Ｂに
だけ触媒（たとえば白金）が担持されている。
【００３７】酸素イオン伝導性の固体電解質３４を挟ん
で対向する一対のリング状電極３５，３６を配設したＯ
2ドウプセル３３によって、上記多孔質３０Ａ，３０Ｂ
の上流に第２のガス拡散室３１が区画され、この第２の
ガス拡散室３１に左右にそれぞれ開口する第２のガス導
入孔３２Ａ，３２Ｂを介して被測定ガスが導入される。
で対向する一対のリング状電極３５，３６を配設したＯ
2ドウプセル３３によって、上記多孔質３０Ａ，３０Ｂ
の上流に第２のガス拡散室３１が区画され、この第２の
ガス拡散室３１に左右にそれぞれ開口する第２のガス導
入孔３２Ａ，３２Ｂを介して被測定ガスが導入される。
【００３８】一対のセンサ本体１１Ａ，１１Ｂに上方か
ら積層されるＯ2ドウプセル３３は、過濃空燃比領域で
不足するＯ2を、上方電極３５の晒される大気室３７か
ら第２のガス拡散室３１に向けて輸送するためのもの
で、Ｏ2ドウプセル３３の電極３５，３６間に図で矢印
方向に電流（ドウプ電流）ＤIpを流すと、電流とは逆の
向きに、つまり大気室３７側から第２のガス拡散室３１
に向けてＯ2がドウプされる。
ら積層されるＯ2ドウプセル３３は、過濃空燃比領域で
不足するＯ2を、上方電極３５の晒される大気室３７か
ら第２のガス拡散室３１に向けて輸送するためのもの
で、Ｏ2ドウプセル３３の電極３５，３６間に図で矢印
方向に電流（ドウプ電流）ＤIpを流すと、電流とは逆の
向きに、つまり大気室３７側から第２のガス拡散室３１
に向けてＯ2がドウプされる。
【００３９】そのＯ2ドウプ量（Ｏ2濃度）は、電極３
５，３６の大きさと第２のガス導入孔３２Ａ，３２Ｂの
開口面積によって決まる。基本的には電極３５，３６の
大きさを大きくするほどＯ2ドウプ量を多くすることが
できるのであるが、Ｏ2ドウプ量のすべてが各ガス拡散
室１６Ａ，１６Ｂに拡散されていくわけでなく、第２の
ガス導入孔３２Ａ、３２Ｂからセル外側へ逃げていく分
もあるからである。
５，３６の大きさと第２のガス導入孔３２Ａ，３２Ｂの
開口面積によって決まる。基本的には電極３５，３６の
大きさを大きくするほどＯ2ドウプ量を多くすることが
できるのであるが、Ｏ2ドウプ量のすべてが各ガス拡散
室１６Ａ，１６Ｂに拡散されていくわけでなく、第２の
ガス導入孔３２Ａ、３２Ｂからセル外側へ逃げていく分
もあるからである。
【００４０】しかしながら、第２のガス導入孔３２Ａ，
３２Ｂの開口面積をガス導入孔１７Ａ，１７Ｂより小さ
くすると、センサの応答性を損なうことになるので、第
２のガス導入孔３２Ａ，３２Ｂのほうを大きくすること
が望ましい。したがって、電極３５，３６には十分な大
きさが必要となる。
３２Ｂの開口面積をガス導入孔１７Ａ，１７Ｂより小さ
くすると、センサの応答性を損なうことになるので、第
２のガス導入孔３２Ａ，３２Ｂのほうを大きくすること
が望ましい。したがって、電極３５，３６には十分な大
きさが必要となる。
【００４１】（２）ＨＣ濃度の演算 過濃空燃比領域では第２のガス拡散室３１にガス導入孔
３２Ａ，３２Ｂを通してＣＯ、Ｈ2、ＨＣ、ＮＯといっ
た排出ガス中の各成分が酸化されないまま入ってくるの
であるが、センサ本体１１Ａ，１１Ｂがヒーター２４に
よって７００℃程度に加熱されているため、ＣＯとＨ2
は触媒がなくともドウプされたＯ2によって燃焼し（酸
化され）、ＣＯはＣＯ2に、Ｈ2はＨ2Ｏになる。しかし
ながら、ＨＣは燃焼速度が遅く、触媒の助けを借りてや
っと燃焼でき、Ｈ2ＯとＣＯ2になる。
３２Ａ，３２Ｂを通してＣＯ、Ｈ2、ＨＣ、ＮＯといっ
た排出ガス中の各成分が酸化されないまま入ってくるの
であるが、センサ本体１１Ａ，１１Ｂがヒーター２４に
よって７００℃程度に加熱されているため、ＣＯとＨ2
は触媒がなくともドウプされたＯ2によって燃焼し（酸
化され）、ＣＯはＣＯ2に、Ｈ2はＨ2Ｏになる。しかし
ながら、ＨＣは燃焼速度が遅く、触媒の助けを借りてや
っと燃焼でき、Ｈ2ＯとＣＯ2になる。
【００４２】ここで、触媒は右側の多孔質３０Ｂにだけ
担持されているので、左側のガス拡散室１６Ａには、燃
焼できなかったＨＣとＯ2のガス成分が導かれるのに対
し、右側のガス拡散室１６ＢにはＯ2のガス成分だけが
導かれる。
担持されているので、左側のガス拡散室１６Ａには、燃
焼できなかったＨＣとＯ2のガス成分が導かれるのに対
し、右側のガス拡散室１６ＢにはＯ2のガス成分だけが
導かれる。
【００４３】この結果、センサ本体１１Ａ，１１Ｂから
の各センサ出力Ｉｐ(A)，Ｉｐ(B)は、前述の式にＯ2
ドウプによるＯ2濃度ＤO2(A)、ＤO2(B)を加えることに
よって表すことができる。 Ｉｐ(A)＝γO2(A)・ＸO2(A)＋γHC・ＸHC＋γO2(A)・ＤO2(A)… Ｉｐ(B)＝γO2(B)・ＸO2(B)＋γO2(B)・ＤO2(B)…
の各センサ出力Ｉｐ(A)，Ｉｐ(B)は、前述の式にＯ2
ドウプによるＯ2濃度ＤO2(A)、ＤO2(B)を加えることに
よって表すことができる。 Ｉｐ(A)＝γO2(A)・ＸO2(A)＋γHC・ＸHC＋γO2(A)・ＤO2(A)… Ｉｐ(B)＝γO2(B)・ＸO2(B)＋γO2(B)・ＤO2(B)…
【００４４】，式でγO2(A)・ＤO2(A)とγO2(B)・
ＤO2(B)は、Ｏ2ドウプによって発生するＩｐ分であり、
ドウプ電流ＤIp(A)，ＤIp(B) ＤIp(A)＝γO2(A)・ＤO2(A)、 ＤIp(B)＝γO2(B)・
ＤO2(B) としてあらかじめ実測できる。この分は過濃空燃比領域
における過濃分に見合うＯ2をドウプすればよく、たと
えば計測範囲を空燃比１０までとすると、公知の計算式
で必要Ｏ2ドウプ量が求まり、それに見合うドウプ電流
ＤIp(A)，ＤIp(B)を与えればよい。この電流値は一定値
であるため、以下の計算ではＤIp(A)，ＤIp(B)を減じた
値Ｉｐ(A)′，Ｉｐ(B)′ Ｉｐ(A)′＝γO2(A)・ＸO2(A)＋γHC・ＸHC Ｉｐ(B)′＝γO2(B)・ＸO2(B) を扱う。
ＤO2(B)は、Ｏ2ドウプによって発生するＩｐ分であり、
ドウプ電流ＤIp(A)，ＤIp(B) ＤIp(A)＝γO2(A)・ＤO2(A)、 ＤIp(B)＝γO2(B)・
ＤO2(B) としてあらかじめ実測できる。この分は過濃空燃比領域
における過濃分に見合うＯ2をドウプすればよく、たと
えば計測範囲を空燃比１０までとすると、公知の計算式
で必要Ｏ2ドウプ量が求まり、それに見合うドウプ電流
ＤIp(A)，ＤIp(B)を与えればよい。この電流値は一定値
であるため、以下の計算ではＤIp(A)，ＤIp(B)を減じた
値Ｉｐ(A)′，Ｉｐ(B)′ Ｉｐ(A)′＝γO2(A)・ＸO2(A)＋γHC・ＸHC Ｉｐ(B)′＝γO2(B)・ＸO2(B) を扱う。
【００４５】なお、，式でＮＯについて触れなかっ
たが、ＮＯ濃度ＸNOは、Ｏ2濃度ＸO2の１／２になるこ
とが理論上わかっているため無視している。
たが、ＮＯ濃度ＸNOは、Ｏ2濃度ＸO2の１／２になるこ
とが理論上わかっているため無視している。
【００４６】さらにＩｐ(B)′をセンサ本体１１Ａ側の
感度係数に合わせた値のＩｐ(B)′′ Ｉｐ(B)′′＝Ｉｐ(B)′・γO2(A)／γO2(B)… とし、これとＩｐ(A)′との差ΔＩｐ ΔＩｐ＝Ｉｐ(A)′−Ｉｐ(B)′′… を計算する。
感度係数に合わせた値のＩｐ(B)′′ Ｉｐ(B)′′＝Ｉｐ(B)′・γO2(A)／γO2(B)… とし、これとＩｐ(A)′との差ΔＩｐ ΔＩｐ＝Ｉｐ(A)′−Ｉｐ(B)′′… を計算する。
【００４６】こうして計算したΔＩｐは、ＨＣ濃度ＸHC
とＨＣに対する感度係数γHCに依存するから、ΔＩｐ＝
γHC・ＸHCである。これより ＸHC＝ΔＩｐ／γHC… が成立する。
とＨＣに対する感度係数γHCに依存するから、ΔＩｐ＝
γHC・ＸHCである。これより ＸHC＝ΔＩｐ／γHC… が成立する。
【００４７】ここで、γHCを考えると、エンジンから排
出されるＨＣは、Ｃ1Ｈ4、……、Ｃ10Ｈ12、……など１
００種前後の混合成分であるため、他の単一成分のよう
にはγHCを特定できない。
出されるＨＣは、Ｃ1Ｈ4、……、Ｃ10Ｈ12、……など１
００種前後の混合成分であるため、他の単一成分のよう
にはγHCを特定できない。
【００４８】いま、ＨＣ成分をＣｍＨｎで表すと、 γHC＝ηHC・（ｍ＋（１／４）ｎ）・γO2(A)… によってＯ2に対する感度係数γO2(A)に換算することが
できる。Ｃ＋Ｏ2→ＣＯ2、4H+O2→２Ｈ2Ｏより、１個の
Ｃは１個のＯ2に、また１個のＨは１／４のＯ2に換算さ
れるので、ｍ個のＣとｎ個のＨがあると、これらの合計
は（ｍ×１＋（１／４）×ｎ）個のＯ2に換算されるの
である。
できる。Ｃ＋Ｏ2→ＣＯ2、4H+O2→２Ｈ2Ｏより、１個の
Ｃは１個のＯ2に、また１個のＨは１／４のＯ2に換算さ
れるので、ｍ個のＣとｎ個のＨがあると、これらの合計
は（ｍ×１＋（１／４）×ｎ）個のＯ2に換算されるの
である。
【００４９】通常の場合、ＨＣ濃度はＣ1換算値を用い
るため、炭水比（通称ＣＨ比といわれる）Ｚ＝ｎ／ｍを
与えると、式は γHC＝ηHC・（１＋（１／４）Ｚ）・γO2(A)…10 となる。なお、Ｚは被測定ガスに固有の値（Ｚは燃料の
種類に応じて相違し、ハイオクタン価燃料で１．７５、
レギュラー燃料で１．９０、プロパン燃料で２．７であ
る）である。
るため、炭水比（通称ＣＨ比といわれる）Ｚ＝ｎ／ｍを
与えると、式は γHC＝ηHC・（１＋（１／４）Ｚ）・γO2(A)…10 となる。なお、Ｚは被測定ガスに固有の値（Ｚは燃料の
種類に応じて相違し、ハイオクタン価燃料で１．７５、
レギュラー燃料で１．９０、プロパン燃料で２．７であ
る）である。
【００５０】また、炭化水素検出効率ηHCは ηHC＝（Ｉｐの実測値）／（Ｉｐの計算値） で定義され、これは図６から求めることができる。
【００５１】図６において実測値はＨＣの各種濃度のモ
デルガスを用いて測定したセンサ出力、計算値はＨＣが
完全に燃焼する（そのために必要なＯ2量が減る）と仮
定して求めたセンサ出力である。図６より異なるカーボ
ン数ｍについてηHCを計算し、あらためて縦軸にηHCを
取り直すと、図７で示したηHCの特性が得られる。同図
より次式 ηHC＝１．１９５／ｍ0・6041…11 によって検出効率ηHCとカーボン数ｍとの相関式（近似
式）が求まる。
デルガスを用いて測定したセンサ出力、計算値はＨＣが
完全に燃焼する（そのために必要なＯ2量が減る）と仮
定して求めたセンサ出力である。図６より異なるカーボ
ン数ｍについてηHCを計算し、あらためて縦軸にηHCを
取り直すと、図７で示したηHCの特性が得られる。同図
より次式 ηHC＝１．１９５／ｍ0・6041…11 によって検出効率ηHCとカーボン数ｍとの相関式（近似
式）が求まる。
【００５２】ここで、ガソリンエンジンの場合、平均カ
ーボン数（約４程度）をｍに選べば11式よりηHCが固有
の値として求まる。
ーボン数（約４程度）をｍに選べば11式よりηHCが固有
の値として求まる。
【００５３】よって，10，11式を用いれば、ΔＩｐか
らＸHC（Ｃ1換算値）が求められるのである。
らＸHC（Ｃ1換算値）が求められるのである。
【００５４】（３）全体の構成 図９において、センサ本体（図８参照）４２が広域空燃
比センサの１つのセンサ本体と同じように形成され、排
気管（被測定ガス通路）４１に直接取り付けられる。
比センサの１つのセンサ本体と同じように形成され、排
気管（被測定ガス通路）４１に直接取り付けられる。
【００５５】各設定器にはあらかじめ求めた各種の値が
設定され（センサ感度設定器４３Ａ、４３Ｂで
γO2(A)、γO2(B)が、検出効率設定器４４でηHCが、Ｃ
Ｈ比設定器４５でＺが、Ｏ2ドウプ量設定器４６でＯ2ド
ウプ量がそれぞれ設定される）、これらの設定値は演算
装置４７に入力される。
設定され（センサ感度設定器４３Ａ、４３Ｂで
γO2(A)、γO2(B)が、検出効率設定器４４でηHCが、Ｃ
Ｈ比設定器４５でＺが、Ｏ2ドウプ量設定器４６でＯ2ド
ウプ量がそれぞれ設定される）、これらの設定値は演算
装置４７に入力される。
【００５６】主に８ビットや１６ビットのマイクロコン
ピュータからなる演算装置４７では、Ｏ2ドウプセル３
３に一定値のドウプ電流が流れるようＯ2ドウプ制御回
路（たとえば定電流回路から構成する）３９に指令信号
を出力し、このときのセンサ制御回路２５Ａ，２５Ｂか
らのセンサ出力Ｉｐ(A)，Ｉｐ(B)を入力する。これらセ
ンサ出力と各設定器から入力される設定値にもとづい
て、演算装置４７では図１０に示した動作を行ってＨＣ
濃度ＸHCを演算する。求めたＸHCは出力装置４８により
アナログ表示器（またはデジタル表示器）に出力させ
る。
ピュータからなる演算装置４７では、Ｏ2ドウプセル３
３に一定値のドウプ電流が流れるようＯ2ドウプ制御回
路（たとえば定電流回路から構成する）３９に指令信号
を出力し、このときのセンサ制御回路２５Ａ，２５Ｂか
らのセンサ出力Ｉｐ(A)，Ｉｐ(B)を入力する。これらセ
ンサ出力と各設定器から入力される設定値にもとづい
て、演算装置４７では図１０に示した動作を行ってＨＣ
濃度ＸHCを演算する。求めたＸHCは出力装置４８により
アナログ表示器（またはデジタル表示器）に出力させ
る。
【００５７】ここで、この例の作用を説明する。
【００５８】あらかじめ求めておく必要がある感度係数
γO2(A)，γO2(B)については従来知られている方法で、
また炭化水素検出効率ηHCは燃料の種類が決まれば前述
した方法で求めることができる。
γO2(A)，γO2(B)については従来知られている方法で、
また炭化水素検出効率ηHCは燃料の種類が決まれば前述
した方法で求めることができる。
【００５９】Ｏ2ドウプ量の設定については、まず過濃
空燃比領域での計測範囲にしたがってＯ2ドウプ量（Ｏ2
濃度）を決める。たとえば、空燃比１０までを計測する
ときの必要Ｏ2ドウプ量は、１２％Ｏ2程度でよい。この
１２％Ｏ2に見合うドウプ電流を流すためには、センサ
本体１１Ａ（センサ本体１１Ｂでもよい）の感度係数γ
O2(A)が０．５ｍＡ／％であるとき、０．５×１２＝６
ｍＡとなるドウプ電流ＤIp(A)を流せばよい。
空燃比領域での計測範囲にしたがってＯ2ドウプ量（Ｏ2
濃度）を決める。たとえば、空燃比１０までを計測する
ときの必要Ｏ2ドウプ量は、１２％Ｏ2程度でよい。この
１２％Ｏ2に見合うドウプ電流を流すためには、センサ
本体１１Ａ（センサ本体１１Ｂでもよい）の感度係数γ
O2(A)が０．５ｍＡ／％であるとき、０．５×１２＝６
ｍＡとなるドウプ電流ＤIp(A)を流せばよい。
【００６０】なお、図８のように同一素子上に近接して
一対のセンサ本体１１Ａ，１１Ｂを構成することによっ
て両方の感度係数γO2(A)，γO2(B)をほぼ同じにしてい
るため、ＤIp(B)＝ＤIp(A)（≡ＤIp）となっており、１
つのＯ2ドウプセル３３と１つのＯ2ドウプ制御回路３９
だけで足りている。したがって、両方の感度係数γ
O2(A)，γO2(B)が大きく異なるときは、別個にＯ2ドウ
プセル３３とＯ2ドウプ制御回路３９を設ける必要があ
る。
一対のセンサ本体１１Ａ，１１Ｂを構成することによっ
て両方の感度係数γO2(A)，γO2(B)をほぼ同じにしてい
るため、ＤIp(B)＝ＤIp(A)（≡ＤIp）となっており、１
つのＯ2ドウプセル３３と１つのＯ2ドウプ制御回路３９
だけで足りている。したがって、両方の感度係数γ
O2(A)，γO2(B)が大きく異なるときは、別個にＯ2ドウ
プセル３３とＯ2ドウプ制御回路３９を設ける必要があ
る。
【００６１】ドウプ電流ＤIpが流され、過濃空燃比領域
（残存Ｏ2がない）で大気室３７からのＯ2が第２のガス
拡散室３１に輸送されると、このＯ2を用い、触媒の担
持された多孔質３０Ｂでは触媒の助けをかりてＨＣが酸
化され、右側のガス拡散室１６ＢにＯ2成分だけが拡散
していく。
（残存Ｏ2がない）で大気室３７からのＯ2が第２のガス
拡散室３１に輸送されると、このＯ2を用い、触媒の担
持された多孔質３０Ｂでは触媒の助けをかりてＨＣが酸
化され、右側のガス拡散室１６ＢにＯ2成分だけが拡散
していく。
【００６２】これに対して、触媒の担持されていない多
孔質３０Ａでは、ＨＣ成分が酸化されることなく、Ｏ2
成分とともに左側のガス拡散室１６Ａに拡散していく。
孔質３０Ａでは、ＨＣ成分が酸化されることなく、Ｏ2
成分とともに左側のガス拡散室１６Ａに拡散していく。
【００６３】これら触媒のあるなしによって、，式
のようにＨＣについての項（γHC・ＸHC）だけ２つのセ
ンサ出力Ｉｐ(A)，Ｉｐ(B)に違いを生じ、これらセンサ
出力Ｉｐ(A)，Ｉｐ(B)が演算装置４７に入力されると、
演算装置４７では図１０のようにしてＨＣ濃度ＸHCが求
められる。
のようにＨＣについての項（γHC・ＸHC）だけ２つのセ
ンサ出力Ｉｐ(A)，Ｉｐ(B)に違いを生じ、これらセンサ
出力Ｉｐ(A)，Ｉｐ(B)が演算装置４７に入力されると、
演算装置４７では図１０のようにしてＨＣ濃度ＸHCが求
められる。
【００６４】この場合、ＨＣ濃度は図９に示した簡単な
構成によって求められるため、従来よりも装置が小型化
される。排出ガスをサンプリングするための装置（ポン
プやフィルタ）が不要であるため、装置を車両に容易に
装着することができ、これによってベンチテストだけで
なく実車走行での計測も可能となるのである。
構成によって求められるため、従来よりも装置が小型化
される。排出ガスをサンプリングするための装置（ポン
プやフィルタ）が不要であるため、装置を車両に容易に
装着することができ、これによってベンチテストだけで
なく実車走行での計測も可能となるのである。
【００６５】また、排出ガスを排気管４１より直接にセ
ンシングしているので、応答性にきわめて優れ、したが
ってエンジン制御などへの適用も期待できる。
ンシングしているので、応答性にきわめて優れ、したが
ってエンジン制御などへの適用も期待できる。
【００６６】さらに、別個に構成された２つのセンサ本
体１１Ａ，１１Ｂが同性能であっても、取り付け位置が
相違して被測定ガスの圧力および温度が異なると、同性
能でなくなるのであるが、この例では一対のセンサ本体
１１Ａ，１１Ｂを同一素子上に一体に形成しているた
め、排出ガスの圧力および温度の両センサ出力Ｉ
ｐ(A)，Ｉｐ(B)に及ぼす影響がきわめて小さくなり、計
測精度が向上する。また、１本のセンサで構成できるた
め、装置が一段とコンパクトになり、取り付けも一か所
ですむのである。
体１１Ａ，１１Ｂが同性能であっても、取り付け位置が
相違して被測定ガスの圧力および温度が異なると、同性
能でなくなるのであるが、この例では一対のセンサ本体
１１Ａ，１１Ｂを同一素子上に一体に形成しているた
め、排出ガスの圧力および温度の両センサ出力Ｉ
ｐ(A)，Ｉｐ(B)に及ぼす影響がきわめて小さくなり、計
測精度が向上する。また、１本のセンサで構成できるた
め、装置が一段とコンパクトになり、取り付けも一か所
ですむのである。
【００６７】ところで、上記の実施例では主にＯ2が不
足する過濃空燃比領域で説明したが、Ｏ2ドウプは希薄
空燃比領域でも実行している。ただし、希薄空燃比領域
ではＯ2が十分に残存するので、Ｏ2ドウプを実行する必
要はない。したがって、実際の空燃比がいずれの領域に
あるかを公知の技術で知って、Ｏ2ドウプが必要な領域
（つまり過濃空燃比領域）でだけＯ2ドウプを実行する
ようにすることもできる。希薄空燃比領域では不要なＯ
2ドウプを実行しないほうが、希薄空燃比領域での計測
精度が向上するのである。
足する過濃空燃比領域で説明したが、Ｏ2ドウプは希薄
空燃比領域でも実行している。ただし、希薄空燃比領域
ではＯ2が十分に残存するので、Ｏ2ドウプを実行する必
要はない。したがって、実際の空燃比がいずれの領域に
あるかを公知の技術で知って、Ｏ2ドウプが必要な領域
（つまり過濃空燃比領域）でだけＯ2ドウプを実行する
ようにすることもできる。希薄空燃比領域では不要なＯ
2ドウプを実行しないほうが、希薄空燃比領域での計測
精度が向上するのである。
【００６８】この点を推し進めると、希薄空燃比領域に
限れば、Ｏ2ドウプを実行しなくともＨＣ濃度を精度よ
く計測することができるし、Ｏ2ドウプを実行しないこ
とによって構成も簡単になる。たとえば他の実施例であ
る図１１や別の他の実施例である図１２，図１３のよう
にＯ2ドウプセルを設けないのである。あるいはすでに
ある触媒を利用できれば多孔質３０Ａ，３０Ｂを積層す
ることも必要でなくなるため、図１４のようにエンジン
排気管４１に設けられている触媒（三元触媒や酸化触
媒）５１の上流と下流にそれぞれ広域空燃比センサのセ
ンサ本体１１Ａ、１１Ｂをそのまま設けただけとするの
である。
限れば、Ｏ2ドウプを実行しなくともＨＣ濃度を精度よ
く計測することができるし、Ｏ2ドウプを実行しないこ
とによって構成も簡単になる。たとえば他の実施例であ
る図１１や別の他の実施例である図１２，図１３のよう
にＯ2ドウプセルを設けないのである。あるいはすでに
ある触媒を利用できれば多孔質３０Ａ，３０Ｂを積層す
ることも必要でなくなるため、図１４のようにエンジン
排気管４１に設けられている触媒（三元触媒や酸化触
媒）５１の上流と下流にそれぞれ広域空燃比センサのセ
ンサ本体１１Ａ、１１Ｂをそのまま設けただけとするの
である。
【００６９】これら３つの例でも図１５にしたがうこと
によって、残存Ｏ2が多く存在する希薄空燃比領域でＨ
Ｃ濃度ＸHCを精度良く測定できるほか、図１２，図１３
の例では従来の広域空燃比センサをほとんど変更するこ
となく、また図１４の例では従来の広域空燃比センサを
そのまま用いることができるため、コストアップを招か
ずにすむ。
によって、残存Ｏ2が多く存在する希薄空燃比領域でＨ
Ｃ濃度ＸHCを精度良く測定できるほか、図１２，図１３
の例では従来の広域空燃比センサをほとんど変更するこ
となく、また図１４の例では従来の広域空燃比センサを
そのまま用いることができるため、コストアップを招か
ずにすむ。
【００７０】ただし、図１４の例では排気管４１に設け
た触媒５１を利用しないといけいないため、触媒そのも
のが装着されていない車両や触媒性能が確認できないも
のにおいては計測不能となるのであるが、図１１の例と
図１２，図１３の例ではそうした場合においても計測が
可能である。
た触媒５１を利用しないといけいないため、触媒そのも
のが装着されていない車両や触媒性能が確認できないも
のにおいては計測不能となるのであるが、図１１の例と
図１２，図１３の例ではそうした場合においても計測が
可能である。
【００７１】また、図１１の例のほうが、図１２，図１
３のようにセンサ本体を独立に構成したものより計測精
度が向上し、また装置が一段とコンパクトになることな
どはいうまでもない。
３のようにセンサ本体を独立に構成したものより計測精
度が向上し、また装置が一段とコンパクトになることな
どはいうまでもない。
【００７２】
【発明の効果】第１の発明では、一対の広域空燃比セン
サを備え、一方のセンサのガス拡散制限部にだけ触媒を
担持するとともに、各ガス拡散制限部上流の第２のガス
拡散室に大気から酸素をそれぞれドウプする手段と、こ
のドウプされた酸素量および前記各センサからのセンサ
出力にもとづいて炭化水素濃度を演算する手段とを設け
たため、空燃比の全域で炭化水素濃度を検出できるほ
か、従来に比べて小型のため車載が容易になるととも
に、被測定ガスの流れる通路から直接センシングできる
ため応答性も優れる。
サを備え、一方のセンサのガス拡散制限部にだけ触媒を
担持するとともに、各ガス拡散制限部上流の第２のガス
拡散室に大気から酸素をそれぞれドウプする手段と、こ
のドウプされた酸素量および前記各センサからのセンサ
出力にもとづいて炭化水素濃度を演算する手段とを設け
たため、空燃比の全域で炭化水素濃度を検出できるほ
か、従来に比べて小型のため車載が容易になるととも
に、被測定ガスの流れる通路から直接センシングできる
ため応答性も優れる。
【００７３】第２の発明は、一対の広域空燃比センサを
備え、一方のセンサのガス拡散制限部にだけ触媒を担持
するとともに、前記各センサからのセンサ出力にもとづ
いて炭化水素ガス濃度を演算する手段を設けたため、希
薄空燃比領域で炭化水素濃度を精度良く計測できるほ
か、第１の発明よりも構成を簡単にすることができる。
備え、一方のセンサのガス拡散制限部にだけ触媒を担持
するとともに、前記各センサからのセンサ出力にもとづ
いて炭化水素ガス濃度を演算する手段を設けたため、希
薄空燃比領域で炭化水素濃度を精度良く計測できるほ
か、第１の発明よりも構成を簡単にすることができる。
【００７４】第３の発明は、一対の広域空燃比センサを
備え、被測定ガスの流れる通路に触媒を介装するととも
に、この触媒の上流に前記一対のセンサの一方を、下流
に前記一対のセンサの他方を配設するとともに、これら
各センサからのセンサ出力にもとづいて炭化水素ガス濃
度を演算する手段を設けたため、希薄空燃比領域で炭化
水素濃度を精度良く計測できるほか、排気管にすでに触
媒が介装されているガソリンエンジンの排出ガスを被測
定ガスとするときは、触媒を設けることが必要ないた
め、第２の発明よりもコストを下げることができる。
備え、被測定ガスの流れる通路に触媒を介装するととも
に、この触媒の上流に前記一対のセンサの一方を、下流
に前記一対のセンサの他方を配設するとともに、これら
各センサからのセンサ出力にもとづいて炭化水素ガス濃
度を演算する手段を設けたため、希薄空燃比領域で炭化
水素濃度を精度良く計測できるほか、排気管にすでに触
媒が介装されているガソリンエンジンの排出ガスを被測
定ガスとするときは、触媒を設けることが必要ないた
め、第２の発明よりもコストを下げることができる。
【図１】第１の発明のクレーム対応図である。
【図２】第２の発明のクレーム対応図である。
【図３】第３の発明のクレーム対応図である。
【図４】広域空燃比センサの作動原理を説明するための
概略図である。
概略図である。
【図５】各ガス成分濃度に対するセンサ出力の特性図で
ある。
ある。
【図６】ＨＣの各種濃度のモデルガスに対するセンサ出
力の実測値と計算値を重ねて示す特性図である。
力の実測値と計算値を重ねて示す特性図である。
【図７】炭化水素検出効率ηHCの特性図である。
【図８】一実施例のセンサ本体の構造を示す概略図であ
る。
る。
【図９】一実施例の装置全体図である。
【図１０】この実施例の制御動作を説明するための流れ
図である。
図である。
【図１１】第２実施例のセンサ本体の構造を示す概略図
である。
である。
【図１２】第３実施例の一方のセンサ本体の構造とセン
サ制御回路を示す概略図である。
サ制御回路を示す概略図である。
【図１３】第３実施例の他方のセンサ本体の構造とセン
サ制御回路を示す概略図である。
サ制御回路を示す概略図である。
【図１４】第４実施例の装置全体図である。
【図１５】第２実施例ないし第４実施例の制御動作を説
明するための流れ図である。
明するための流れ図である。
【図１６】従来例の概略図である。
１１Ａ，１１Ｂ 広域空燃比センサのセンサ本体 １２Ａ，１２Ｂ ポンピングセル １６Ａ，１６Ｂ ガス拡散室 １７Ａ，１７Ｂ ガス導入孔（ガス拡散制限部） １９Ａ，１９Ｂ センシングセル ２５Ａ，２５Ｂ センサ制御回路 ３０Ａ，３０Ｂ 多孔質 ３１ 第２のガス拡散室 ３３ Ｏ2ドウプセル ３９ Ｏ2ドウプ制御回路 ４１ 排気管 ４２ センサ本体 ４３Ａ，４３Ｂ センサ感度設定器 ４４ 検出効率設定器 ４５ ＣＨ比設定器 ４６ Ｏ2ドウプ量設定器 ４７ 演算装置 ５１ 触媒 １００Ａ，１００Ｂ 広域空燃比センサ １０１Ａ，１０１Ｂ ガス拡散制限部 １０２Ａ，１０２Ｂ ガス拡散室 １０３Ａ，１０３Ｂ センシングセル １０４Ａ，１０４Ｂ ポンピングセル １０５Ａ，１０５Ｂ センサ制御回路 １０６ 触媒 １０７Ａ，１０７Ｂ 第２のガス拡散室 １０８Ａ，１０８Ｂ 酸素ドウプ手段 １０９ 炭化水素濃度演算手段 １１０ 炭化水素濃度演算手段 １１１ ガス通路 １１２ 触媒
Claims (3)
- 【請求項１】 ガス拡散制限部を介して被測定ガスの導
かれるガス拡散室と、このガス拡散室と大気の酸素分圧
比に応じた電圧を出力するセンシングセルと、電流値に
応じて前記ガス拡散室の酸素分圧を調整するポンピング
セルと、前記センシングセルの出力電圧があらかじめ定
めた目標値と一致するように前記ポンピングセルに電流
を供給する一方で、この供給電流値をセンサ出力として
出力する回路とからなる一対の広域空燃比センサを備
え、一方のセンサのガス拡散制限部にだけ触媒を担持す
るとともに、各ガス拡散制限部上流の第２のガス拡散室
に大気から酸素をそれぞれドウプする手段と、このドウ
プされた酸素量および前記各センサからのセンサ出力に
もとづいて炭化水素濃度を演算する手段とを設けたこと
を特徴とする炭化水素濃度の計測装置。 - 【請求項２】 ガス拡散制限部を介して被測定ガスの導
かれるガス拡散室と、このガス拡散室と大気の酸素分圧
比に応じた電圧を出力するセンシングセルと、電流値に
応じて前記ガス拡散室の酸素分圧を調整するポンピング
セルと、前記センシングセルの出力電圧があらかじめ定
めた目標値と一致するように前記ポンピングセルに電流
を供給する一方で、この供給電流値をセンサ出力として
出力する回路とからなる一対の広域空燃比センサを備
え、一方のセンサのガス拡散制限部にだけ触媒を担持す
るとともに、前記各センサからのセンサ出力にもとづい
て炭化水素ガス濃度を演算する手段を設けたことを特徴
とする炭化水素濃度の計測装置。 - 【請求項３】 一対の広域空燃比センサを備え、被測定
ガスの流れる通路に触媒を介装するとともに、この触媒
の上流に前記一対のセンサの一方を、下流に前記一対の
センサの他方を配設するとともに、これら各センサから
のセンサ出力にもとづいて炭化水素ガス濃度を演算する
手段を設けたことを特徴とする炭化水素濃度の計測装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4065340A JPH05264501A (ja) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | 炭化水素濃度の計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4065340A JPH05264501A (ja) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | 炭化水素濃度の計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05264501A true JPH05264501A (ja) | 1993-10-12 |
Family
ID=13284123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4065340A Pending JPH05264501A (ja) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | 炭化水素濃度の計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05264501A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10282054A (ja) * | 1997-04-03 | 1998-10-23 | Nippon Soken Inc | 炭化水素センサ |
| JPH11153578A (ja) * | 1997-09-22 | 1999-06-08 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサとそれを用いたガスセンサシステム、及びガスセンサの製造方法 |
| KR100444448B1 (ko) * | 2001-10-16 | 2004-08-16 | 현대자동차주식회사 | 퍼지가스의 탄화수소 농도산출방법 |
| JP2005106817A (ja) * | 2003-09-29 | 2005-04-21 | Robert Bosch Gmbh | センサ素子 |
| JP2010025947A (ja) * | 2009-10-26 | 2010-02-04 | Ngk Insulators Ltd | ガスセンサ |
| US8486166B2 (en) | 2008-02-27 | 2013-07-16 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel reforming apparatus |
-
1992
- 1992-03-23 JP JP4065340A patent/JPH05264501A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10282054A (ja) * | 1997-04-03 | 1998-10-23 | Nippon Soken Inc | 炭化水素センサ |
| JPH11153578A (ja) * | 1997-09-22 | 1999-06-08 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサとそれを用いたガスセンサシステム、及びガスセンサの製造方法 |
| KR100444448B1 (ko) * | 2001-10-16 | 2004-08-16 | 현대자동차주식회사 | 퍼지가스의 탄화수소 농도산출방법 |
| JP2005106817A (ja) * | 2003-09-29 | 2005-04-21 | Robert Bosch Gmbh | センサ素子 |
| US8486166B2 (en) | 2008-02-27 | 2013-07-16 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel reforming apparatus |
| JP2010025947A (ja) * | 2009-10-26 | 2010-02-04 | Ngk Insulators Ltd | ガスセンサ |
| JP4726261B2 (ja) * | 2009-10-26 | 2011-07-20 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ |
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