JPH0545181B2 - - Google Patents
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- JPH0545181B2 JPH0545181B2 JP61198890A JP19889086A JPH0545181B2 JP H0545181 B2 JPH0545181 B2 JP H0545181B2 JP 61198890 A JP61198890 A JP 61198890A JP 19889086 A JP19889086 A JP 19889086A JP H0545181 B2 JPH0545181 B2 JP H0545181B2
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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
-
- 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
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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- Analytical Chemistry (AREA)
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- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は空燃比測定装置に係り、特に自動車燃
焼ガス成分から空燃比を検出するのに好適な空燃
比測定装置に関する。
焼ガス成分から空燃比を検出するのに好適な空燃
比測定装置に関する。
一般に回路の切換えなしで、リーンおよび理論
空燃比を検出する従来の装置は、特開58−179351
号公報に記載のように過濃側で示される起電力よ
り小さく、限界電流値が発生する印加電圧よりも
高い特定電圧を検出素子の両電極間に印加して、
希薄空燃比は０〜正のリニア出力として検出し、
過濃空燃比側ではセンサに発生す超電力と前記印
加電圧との差に応じた逆向きの電流に相当する負
の電圧として検出し、理論空燃比はOVから負の
電圧に急変する点として検出している。
空燃比を検出する従来の装置は、特開58−179351
号公報に記載のように過濃側で示される起電力よ
り小さく、限界電流値が発生する印加電圧よりも
高い特定電圧を検出素子の両電極間に印加して、
希薄空燃比は０〜正のリニア出力として検出し、
過濃空燃比側ではセンサに発生す超電力と前記印
加電圧との差に応じた逆向きの電流に相当する負
の電圧として検出し、理論空燃比はOVから負の
電圧に急変する点として検出している。
上記従来技術は、理論空燃比をクリアなステツ
プ信号として得るには理論空燃比（λ＝１）を含
むリツチ領域の信号が負の出力となるため、コン
ピユータで信号の処理を行うには、正の信号に反
転する必要がある。またリツチ側信号とリーン側
の信号が理論空燃比点で急変する為、リツチ側か
らλ＝１へ行く場合と、リーン側からλ＝１へ行
く場合にその出力値が異なるので、広範囲な空燃
比制御を行う場合λ＝１の信号処理が複雑となる
が、この問題点を解決する空燃比センサとしては
特開昭61−180131号公報に示すようにリツチ領域
からリーン領域の全域にわたつて、リニアな正の
出力電圧により空燃比を検出するセンサ処理回路
がある。
プ信号として得るには理論空燃比（λ＝１）を含
むリツチ領域の信号が負の出力となるため、コン
ピユータで信号の処理を行うには、正の信号に反
転する必要がある。またリツチ側信号とリーン側
の信号が理論空燃比点で急変する為、リツチ側か
らλ＝１へ行く場合と、リーン側からλ＝１へ行
く場合にその出力値が異なるので、広範囲な空燃
比制御を行う場合λ＝１の信号処理が複雑となる
が、この問題点を解決する空燃比センサとしては
特開昭61−180131号公報に示すようにリツチ領域
からリーン領域の全域にわたつて、リニアな正の
出力電圧により空燃比を検出するセンサ処理回路
がある。
また、リニア信号とステツプ信号の両方を出力
するものとしては特開昭60−19544号公報に記載
されているものがある。
するものとしては特開昭60−19544号公報に記載
されているものがある。
上記従来従来技術では、１個のセル構造によつ
て構成された空燃比センサで、リツチ領域からリ
ーン領域までリニアな出力をするとともに、リニ
ア出力の他の解媒浄化効率の最も良い理論空燃比
（λ＝１）制御のための信号を得ることはできな
かつた。
て構成された空燃比センサで、リツチ領域からリ
ーン領域までリニアな出力をするとともに、リニ
ア出力の他の解媒浄化効率の最も良い理論空燃比
（λ＝１）制御のための信号を得ることはできな
かつた。
本発明の目的は、１つのセル構造でリツチ領域
からリーン領域までの空燃比をリニア出力すると
ともに理論空燃比点を境としたステツプ信号とし
て出力することができる空燃比測定装置を提供す
ることにある。
からリーン領域までの空燃比をリニア出力すると
ともに理論空燃比点を境としたステツプ信号とし
て出力することができる空燃比測定装置を提供す
ることにある。
上記目的は、ジルコニア固体電解質と、前記固
体電解質の対向する面に設けられた検出電極及び
基準電極と、前記検出電極周辺に設けられ、ガス
拡散を律速する拡散抵抗層とによつて構成された
検出素子と、前記検出電極と前記基準電極との間
に電圧を印加する手段と、前記検出素子からの出
力を増幅して出力する増幅器と、前記増幅器の出
力端と入力端との間に設けられ、前記検出電極と
前記基準電極との間を移動する酸素イオンのポン
ピング電流を検出するための検出抵抗器とを備え
た空燃比測定装置において、前記検出抵抗器の両
端電圧を比較し、前記ポンピング電流の流れ方向
の状態をステツプ信号として出力する差動増幅器
を設けることによつて達成される。
体電解質の対向する面に設けられた検出電極及び
基準電極と、前記検出電極周辺に設けられ、ガス
拡散を律速する拡散抵抗層とによつて構成された
検出素子と、前記検出電極と前記基準電極との間
に電圧を印加する手段と、前記検出素子からの出
力を増幅して出力する増幅器と、前記増幅器の出
力端と入力端との間に設けられ、前記検出電極と
前記基準電極との間を移動する酸素イオンのポン
ピング電流を検出するための検出抵抗器とを備え
た空燃比測定装置において、前記検出抵抗器の両
端電圧を比較し、前記ポンピング電流の流れ方向
の状態をステツプ信号として出力する差動増幅器
を設けることによつて達成される。
検出素子からの出力を増幅してリニア出力する
とともに、検出電極と基準電極との間を移動する
酸素イオンのポンピング電流を検出するための抵
抗器の両端電圧を比較して増幅して出力している
ため、１個のセルでリニア信号の他にステツプ信
号をも出力することができる。
とともに、検出電極と基準電極との間を移動する
酸素イオンのポンピング電流を検出するための抵
抗器の両端電圧を比較して増幅して出力している
ため、１個のセルでリニア信号の他にステツプ信
号をも出力することができる。
以下、本発明の一実施例を図により説明する。
第１図は本発明にかかわる空燃比測定装置の回路
構成の概略を示す図である。検出素子６は袋管形
の一部を示すもので、酸素イオン固体導伝体であ
るジルコニア固体電解質６ｂの対向する面に、そ
れぞれ白金の無電解メツ等により形成した検出電
極６ｃ、基準電極６ｄを設け、検出電極周辺には
ガス拡散を律速する拡散抵抗層６ａが設けられて
いる。検出電極６ｃの電圧Veは、増幅器２に負
帰還され、検出素子６に流れるポンプ電流IPが変
化しても、基準電圧VP.G.と等しく一定になるよう
に、トランジスタ３に流れる電流が増幅器２によ
り制御される。一方基準電極６ｄの電圧Vaは増
幅器４によりVP.G.＋VSに等しくなるようにポン
プ電流IPを制御する。これにより検出素子の電極
間の電位差はVSに保たれる。基準電圧VP.G.は基
準電圧発生源１ａにより作られ、基準電圧と極間
電圧VSは、基準電圧＋極間電圧発生源１ｂによ
り作られる。ここで極間電圧VSは第２図に示す
Ｖ−Ｉ特性において、ポンプ電流IPが限界電流を
示す範囲の値、例えば0.4Vに設定されている。
空燃比がリーンの場合、検出素子６の極間電圧は
VSより低くなるため、VS＝0.4Vとするように酸
素イオン検出電極６ｃから基準電極６ｄへ向つて
流れる。すなわちポンプ電流IPが増幅器４により
基準電極６ｄから検出電極６ｃの向きに流され
る。空燃比がリツチに変化すると、こんどは極間
電圧がVSより高くなるためリーンの時とは逆に
酸素イオンが移動する。すなわち、増幅器２によ
りポンプ電流IPが検出電極６ｃから基準電極６ｄ
の方向に流れる。空燃比を表わすワイドレンジリ
ニア出力Vpは、IP検出抵抗RSにポンプ電流が流れ
次式で求められる。
第１図は本発明にかかわる空燃比測定装置の回路
構成の概略を示す図である。検出素子６は袋管形
の一部を示すもので、酸素イオン固体導伝体であ
るジルコニア固体電解質６ｂの対向する面に、そ
れぞれ白金の無電解メツ等により形成した検出電
極６ｃ、基準電極６ｄを設け、検出電極周辺には
ガス拡散を律速する拡散抵抗層６ａが設けられて
いる。検出電極６ｃの電圧Veは、増幅器２に負
帰還され、検出素子６に流れるポンプ電流IPが変
化しても、基準電圧VP.G.と等しく一定になるよう
に、トランジスタ３に流れる電流が増幅器２によ
り制御される。一方基準電極６ｄの電圧Vaは増
幅器４によりVP.G.＋VSに等しくなるようにポン
プ電流IPを制御する。これにより検出素子の電極
間の電位差はVSに保たれる。基準電圧VP.G.は基
準電圧発生源１ａにより作られ、基準電圧と極間
電圧VSは、基準電圧＋極間電圧発生源１ｂによ
り作られる。ここで極間電圧VSは第２図に示す
Ｖ−Ｉ特性において、ポンプ電流IPが限界電流を
示す範囲の値、例えば0.4Vに設定されている。
空燃比がリーンの場合、検出素子６の極間電圧は
VSより低くなるため、VS＝0.4Vとするように酸
素イオン検出電極６ｃから基準電極６ｄへ向つて
流れる。すなわちポンプ電流IPが増幅器４により
基準電極６ｄから検出電極６ｃの向きに流され
る。空燃比がリツチに変化すると、こんどは極間
電圧がVSより高くなるためリーンの時とは逆に
酸素イオンが移動する。すなわち、増幅器２によ
りポンプ電流IPが検出電極６ｃから基準電極６ｄ
の方向に流れる。空燃比を表わすワイドレンジリ
ニア出力Vpは、IP検出抵抗RSにポンプ電流が流れ
次式で求められる。
Vo＝Va＋IP・RS
＝（VP.G.＋VS）＋IP・RS ……(1)
ここでVP.G.，VS，RSは一定な定数であるかVp
はIPのみにより従属変化する。ポンプ電流IP（限
界電流値）は第２図に示す検出素子６のＶ−Ｉ特
性から、空燃比（空気過剰率）に応じて、ある一
定の値をとるため、ポンプ電流IPを検出すれば、
空燃比を測定することが出来る。また第２図から
も明らかなように、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝14.7）
ではIP＝Ｏであり、リーン域ではIP＞Ｏ、リツチ
域ではIP＜Ｏとなる。(1)式において、VP.G.＝
2.1V，VS＝0.4Vとすれば、第３図に示すように
IP＝Ｏすなわち理論空燃比における出力がVO＝
2.5Vとなるリニアな出力として、空燃比を測定
出来る。このリニア出力を用いれば、任意の空燃
比制御が可能となるが、触媒の浄化効率が最も良
い３元フイードバツツク（理論空燃比点制御）制
御用に、従来の起電力形O2センサと同等のステ
ツプ状ON−OFF信号を得る方法について述べ
る。
はIPのみにより従属変化する。ポンプ電流IP（限
界電流値）は第２図に示す検出素子６のＶ−Ｉ特
性から、空燃比（空気過剰率）に応じて、ある一
定の値をとるため、ポンプ電流IPを検出すれば、
空燃比を測定することが出来る。また第２図から
も明らかなように、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝14.7）
ではIP＝Ｏであり、リーン域ではIP＞Ｏ、リツチ
域ではIP＜Ｏとなる。(1)式において、VP.G.＝
2.1V，VS＝0.4Vとすれば、第３図に示すように
IP＝Ｏすなわち理論空燃比における出力がVO＝
2.5Vとなるリニアな出力として、空燃比を測定
出来る。このリニア出力を用いれば、任意の空燃
比制御が可能となるが、触媒の浄化効率が最も良
い３元フイードバツツク（理論空燃比点制御）制
御用に、従来の起電力形O2センサと同等のステ
ツプ状ON−OFF信号を得る方法について述べ
る。
ポンプ電流IPはすでに述べたように、理論空燃
比を境にしてその値の符号が変わる。すなわち第
１図に示したIPの流れの方向が切換わる。そこ
で、このポンプ電流の方向が切換わる状態を検出
する手段と、該状態をステツプ信号出力として出
力する手段とを設け、前記したリニアなワイドレ
ンジ出力Vpとを区別して出力を得ることとした。
すなわち、第１図において、ポンプ電流IPの方向
切換わりを検出する手段として、ポンプ電流値を
検出するIP検出抵抗器の両端電圧Va，Vpを、比
較器５を用いて比較することとし、ステツプ信号
を得るために前記比較器に差動増幅器を用いた回
路構成とした。この簡単な回路構成により、リツ
チ域においてはポンプ電流IPは検出電極６ｃから
基準電極６ｄに向つて流れるので、Vp＜Vaとな
りIP検出抵抗器の両端電圧を比較する比較器５の
入出電圧をVp，入力電圧をVaとなるように
接続すれば、差動増幅機能を有する比較器５から
のλ＝１信号出力Vλは第３図に示すようにリツ
チ域で高出力となる。逆にリーン域ではVp＞Va
となり低出力となる。
比を境にしてその値の符号が変わる。すなわち第
１図に示したIPの流れの方向が切換わる。そこ
で、このポンプ電流の方向が切換わる状態を検出
する手段と、該状態をステツプ信号出力として出
力する手段とを設け、前記したリニアなワイドレ
ンジ出力Vpとを区別して出力を得ることとした。
すなわち、第１図において、ポンプ電流IPの方向
切換わりを検出する手段として、ポンプ電流値を
検出するIP検出抵抗器の両端電圧Va，Vpを、比
較器５を用いて比較することとし、ステツプ信号
を得るために前記比較器に差動増幅器を用いた回
路構成とした。この簡単な回路構成により、リツ
チ域においてはポンプ電流IPは検出電極６ｃから
基準電極６ｄに向つて流れるので、Vp＜Vaとな
りIP検出抵抗器の両端電圧を比較する比較器５の
入出電圧をVp，入力電圧をVaとなるように
接続すれば、差動増幅機能を有する比較器５から
のλ＝１信号出力Vλは第３図に示すようにリツ
チ域で高出力となる。逆にリーン域ではVp＞Va
となり低出力となる。
以上の回路構成により、理論空燃比（λ＝１）
でステツプ変化するλ＝１信号出力Vλが、ワイ
ドレンジなリニア出力Vpと区別して別々に得る
ことが出来る。
でステツプ変化するλ＝１信号出力Vλが、ワイ
ドレンジなリニア出力Vpと区別して別々に得る
ことが出来る。
次に2.0，４サイクルの実エンジンにより、
従来の起電力形O2センサを用いて３元フイード
バツク制御（λ＝１制御）をした時の実験結果の
１例（Ｒ／L60km／ｈ相当）を第４図に示す。
Vλの信号出力と同時に、ワイドレンジ出力Vp，
O2センサの起電力の変化を、ウエイブメモライ
ザにより記録したものである。これらの出力は、
O2センサによる空燃比制御をした場合の、空燃
比の変化を表わすものである。
従来の起電力形O2センサを用いて３元フイード
バツク制御（λ＝１制御）をした時の実験結果の
１例（Ｒ／L60km／ｈ相当）を第４図に示す。
Vλの信号出力と同時に、ワイドレンジ出力Vp，
O2センサの起電力の変化を、ウエイブメモライ
ザにより記録したものである。これらの出力は、
O2センサによる空燃比制御をした場合の、空燃
比の変化を表わすものである。
ワイドレンジ出力Vpは第３図に示すように
Ａ／Ｆ＝14.7（λ＝１）の理論空燃比点の出力を
2.5Vに調整してある。Vp＝2.5Vを境にして、ポ
ンプ電流IPの方向切換わりに対応して、λ＝１の
信号出力Vλは電気的に高出力（IP＜Ｏ，リツチ
域）と低出力（IP＞Ｏ，リーン域）を繰り返す。
その周期は600〜700msecである、一方O2センサ
の出力変化も、Vλの変化にほぼ同期しており、
その同期も600〜700msecと同等なことが確認さ
れた。
Ａ／Ｆ＝14.7（λ＝１）の理論空燃比点の出力を
2.5Vに調整してある。Vp＝2.5Vを境にして、ポ
ンプ電流IPの方向切換わりに対応して、λ＝１の
信号出力Vλは電気的に高出力（IP＜Ｏ，リツチ
域）と低出力（IP＞Ｏ，リーン域）を繰り返す。
その周期は600〜700msecである、一方O2センサ
の出力変化も、Vλの変化にほぼ同期しており、
その同期も600〜700msecと同等なことが確認さ
れた。
更にVλの値を1/5に減じO2センサのON−OFF
信号の代用として上記エンジンの３元フイードバ
ツクを行なつたが、第４図に示す結果と同等の結
果が得られ、10モード燃費10.5km／，10モー
ド排気値もCO0.82ｇ／km，HC0.14ｇ／km，
NOx0.19ｇ／kmでO2センサと同等であつた。
信号の代用として上記エンジンの３元フイードバ
ツクを行なつたが、第４図に示す結果と同等の結
果が得られ、10モード燃費10.5km／，10モー
ド排気値もCO0.82ｇ／km，HC0.14ｇ／km，
NOx0.19ｇ／kmでO2センサと同等であつた。
本発明によれば、簡単な回路構成を追加するだ
けで、ワイドレンジなリニア出力と独立したλ＝
１相当の信号出力を得ることが出来る。
けで、ワイドレンジなリニア出力と独立したλ＝
１相当の信号出力を得ることが出来る。
また別の効果として、現行の起電力形O2セン
サと同等の信号が得られるので、触媒浄化効率が
最大となる理論空燃比点に制御する３元フイード
バツク専用の信号として使用することが出来るの
で、センサが使い易くなる。
サと同等の信号が得られるので、触媒浄化効率が
最大となる理論空燃比点に制御する３元フイード
バツク専用の信号として使用することが出来るの
で、センサが使い易くなる。
第１図は本発明の一実施例のセンサ駆動回路構
成を示す回路図、第２図は検出素子のポンプ電流
とセンサ極間電圧との関係を示すＶ−Ｉ特性図、
第３図は本発明のセンサ駆動回路による出力特性
を示す特性図、第４図は、実エンジンにおける理
論空燃比制御時における各出力特性を同時比較し
た実験データを示すものである。 ２，４……増幅器、５……比較器、６……検出
素子、RS……IP検出抵抗器、IP……ポンプ電流、
Vp……ワイドレンジリニア出力、Vλ……λ＝１
信号出力。
成を示す回路図、第２図は検出素子のポンプ電流
とセンサ極間電圧との関係を示すＶ−Ｉ特性図、
第３図は本発明のセンサ駆動回路による出力特性
を示す特性図、第４図は、実エンジンにおける理
論空燃比制御時における各出力特性を同時比較し
た実験データを示すものである。 ２，４……増幅器、５……比較器、６……検出
素子、RS……IP検出抵抗器、IP……ポンプ電流、
Vp……ワイドレンジリニア出力、Vλ……λ＝１
信号出力。
Claims (1)
- １ ジルコニア固体電解質と、前記固体電解質の
対向する面に設けられた検出電極及び基準電極
と、前記検出電極周辺に設けられ、ガス拡散を律
速する拡散抵抗層とによつて構成された検出素子
と、前記検出電極と前記基準電極との間に電圧を
印加する手段と、前記検出素子からの出力を増幅
して出力する増幅器と、前記増幅器の出力端と入
力端との間に設けられ、前記検出電極と前記基準
電極との間を移動する酸素イオンのポンピング電
流を検出するための検出抵抗器とを備えた空燃比
測定装置において、前記検出抵抗器の両端電圧を
比較し、前記ポンピング電流の流れ方向の状態を
ステツプ信号として出力する差動増幅器を設けた
ことを特徴とする空燃比測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61198890A JPS6355453A (ja) | 1986-08-27 | 1986-08-27 | 空燃比測定装置 |
| US07/084,077 US4799018A (en) | 1986-08-27 | 1987-08-11 | Air fuel ratio measuring system |
| KR1019870008881A KR910004212B1 (ko) | 1986-08-27 | 1987-08-13 | 공연비 측정시스템 |
| DE19873728335 DE3728335A1 (de) | 1986-08-27 | 1987-08-25 | Messsystem zur bestimmung des luft-kraftstoff-verhaeltnisses |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61198890A JPS6355453A (ja) | 1986-08-27 | 1986-08-27 | 空燃比測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6355453A JPS6355453A (ja) | 1988-03-09 |
| JPH0545181B2 true JPH0545181B2 (ja) | 1993-07-08 |
Family
ID=16398639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61198890A Granted JPS6355453A (ja) | 1986-08-27 | 1986-08-27 | 空燃比測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
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| DE102014200063A1 (de) * | 2014-01-07 | 2015-07-09 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Fettgas-Messfähigkeit einer Abgas-Sonde |
Citations (2)
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| JPS61180131A (ja) * | 1985-02-06 | 1986-08-12 | Hitachi Ltd | 自動車用空燃比センサ |
Family Cites Families (6)
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|---|---|---|---|---|
| US4626338A (en) * | 1981-05-01 | 1986-12-02 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Equipment for detecting oxygen concentration |
| JPS58179351A (ja) * | 1982-04-15 | 1983-10-20 | Nippon Denso Co Ltd | 酸素濃度検出装置 |
| KR880000160B1 (ko) * | 1983-10-14 | 1988-03-12 | 미쓰비시전기 주식회사 | 기관의 공연비 제어 장치 |
| US4578171A (en) * | 1983-12-15 | 1986-03-25 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Air/fuel ratio detector |
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| JPS61180427A (ja) * | 1985-02-06 | 1986-08-13 | Canon Inc | 集積回路基板 |
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1986
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- 1987-08-25 DE DE19873728335 patent/DE3728335A1/de active Granted
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPS60195447A (ja) * | 1984-03-19 | 1985-10-03 | Nissan Motor Co Ltd | 酸素濃度検出装置 |
| JPS61180131A (ja) * | 1985-02-06 | 1986-08-12 | Hitachi Ltd | 自動車用空燃比センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| KR910004212B1 (ko) | 1991-06-24 |
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| US4799018A (en) | 1989-01-17 |
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