JPH07117515B2 - Oxygen concentration detector for internal combustion engine - Google Patents

Oxygen concentration detector for internal combustion engine

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JPH07117515B2
JPH07117515B2 JP61041268A JP4126886A JPH07117515B2 JP H07117515 B2 JPH07117515 B2 JP H07117515B2 JP 61041268 A JP61041268 A JP 61041268A JP 4126886 A JP4126886 A JP 4126886A JP H07117515 B2 JPH07117515 B2 JP H07117515B2
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sensor
oxygen
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electrode
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、内燃エンジンの排気ガス中の酸素濃度を検出
する酸素濃度検出装置に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an oxygen concentration detection device for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine.

背景技術 内燃エンジンの排気ガス浄化、燃費改善等を目的とし
て、排気ガス中の酸素濃度を検出し、この検出結果に応
じてエンジンヘの供給混合気の空燃比を目標空燃比にフ
ィードバック制御する空燃比制御装置がある。この空燃
比制御装置には、内燃エンジンの排気系に設けられて排
気ガス中の酸素濃度に比例した出力信号を発生する酸素
濃度センサが用いられる(特開昭52−72286号公報等参
照)。
Background Art An air-fuel ratio that detects the oxygen concentration in the exhaust gas and purifies the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine by feedback control to the target air-fuel ratio according to the detection results for the purpose of purifying exhaust gas from internal combustion engines and improving fuel efficiency. There is a fuel ratio control device. This air-fuel ratio control device uses an oxygen concentration sensor that is provided in the exhaust system of an internal combustion engine and that generates an output signal proportional to the oxygen concentration in the exhaust gas (see Japanese Patent Laid-Open No. 52-72286).

ところで、この種の酸素濃度センサには一般に、空燃比
に対する出力特性がセンサ部の温度の変化によって変動
する、いわゆる排気温度依存性、更には吸入空気量Qaの
変化(負荷の変化)によってセンサ温度が変動する、い
わゆる排気流量依存性があることが知られている。これ
ら依存性に起因してセンサ出力に誤差が生じることにな
り、その結果検出空燃比にバラツキが生じ、良好な空燃
比制御が望めないことになる。
By the way, in this type of oxygen concentration sensor, in general, the output characteristics with respect to the air-fuel ratio fluctuate due to changes in the temperature of the sensor section, so-called exhaust gas temperature dependency, and further due to changes in the intake air amount Qa (changes in load), the sensor temperature It is known that there is so-called exhaust gas flow rate dependency. An error will occur in the sensor output due to these dependencies, and as a result, the detected air-fuel ratio will vary, and good air-fuel ratio control cannot be expected.

この排気温度依存性及び排気流量依存性に対する対策と
して、まず排気温度依存性に対しては、センサ本体にヒ
ータを装着しこのヒータ温度をエンジンの運転パラメー
タに応じて制御することにより素子温度を一定に保つ方
法、排気流量依存性に対しては、センサ本体に保護力カ
バーを装着しこの保護カバーを多重にすることにより排
気流量による直接の影響を緩和する方法等が採られてい
る。
As a countermeasure against the exhaust temperature dependency and the exhaust flow rate dependency, first, for the exhaust temperature dependency, a heater is attached to the sensor body and the heater temperature is controlled according to the operating parameters of the engine to keep the element temperature constant. As for the method for maintaining the above, and for the dependence on the exhaust gas flow rate, a method is adopted in which a protective cover is attached to the sensor body and the protective cover is multiplexed to mitigate the direct influence of the exhaust gas flow rate.

しかしながら、前者にあってはヒータ温度を制御するた
めの複雑な制御回路が必要となり、また後者にあっては
保護カバーの多重構造によってセンサ本体の構造が複雑
になるという問題点がある。
However, the former requires a complicated control circuit for controlling the heater temperature, and the latter has a problem that the structure of the sensor main body becomes complicated due to the multiple structure of the protective cover.

発明の概要 本発明は、上述した点に鑑みなされたもので、ヒータの
複雑な温度制御をせずに、更にはセンサ本体の構造を複
雑化することなく、排気温度変化及び排気流量変化に依
存しない検出出力を得ることが可能な内燃エンジン用酸
素濃度検出装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and depends on a change in exhaust temperature and a change in exhaust flow rate without complicated temperature control of a heater and without complicating the structure of a sensor body. An object of the present invention is to provide an oxygen concentration detection device for an internal combustion engine, which can obtain a detection output that does not exist.

本発明の内燃エンジン用酸素濃度検出装置は、内燃エン
ジンのエンジン回転数及びエンジン負荷量を示す運転パ
ラメータを検出する手段と、エンジン回転数及びエンジ
ン負荷量を示す運転パラメータに基づく補正係数を得て
この補正係数を基づいて酸素濃度センサの出力信号を補
正する手段とを備えたことを特徴としている。
The oxygen concentration detecting apparatus for an internal combustion engine of the present invention obtains a means for detecting an operating parameter indicating the engine speed and the engine load of the internal combustion engine, and obtains a correction coefficient based on the operating parameter indicating the engine speed and the engine load. A means for correcting the output signal of the oxygen concentration sensor based on the correction coefficient is provided.

実 施 例 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。Embodiments Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図(a),(b)において、酸素濃度センサ本体10
は、ほぼ立方体状の酸素イオン伝導性固体電解質部材1
を有しており、この酸素イオン伝導性固体電解質部材1
内には第1及び第2気体滞留室2,3が形成されている。
第1気体滞留室2は固体電解質部材1外部から被測定気
体の排気ガスを導入する導入孔4に連通し、導入孔4は
内燃エンジンの排気管(図示せず)内において排気ガス
が第1気体滞留室2内に流入し易いように位置される。
第1気体滞留室と第2気体滞留室3との間の壁部には連
通孔5が形成され、第2気体滞留室3内に排気ガスが導
入孔4、第1気体滞留室2、そして連通孔5を介して導
入されるようになっている。
In FIGS. 1A and 1B, the oxygen concentration sensor main body 10
Is a substantially cubic oxygen ion conductive solid electrolyte member 1
This oxygen ion conductive solid electrolyte member 1 having
First and second gas retention chambers 2 and 3 are formed therein.
The first gas retention chamber 2 communicates with an introduction hole 4 for introducing the exhaust gas of the gas to be measured from the outside of the solid electrolyte member 1, and the introduction hole 4 is the first exhaust gas inside the exhaust pipe (not shown) of the internal combustion engine. It is located so that it can easily flow into the gas retention chamber 2.
A communication hole 5 is formed in a wall portion between the first gas retention chamber 3 and the second gas retention chamber 3, and exhaust gas is introduced into the second gas retention chamber 3 through the introduction hole 4, the first gas retention chamber 2, and It is designed to be introduced through the communication hole 5.

また酸素イオン伝導性固体電解質部材1には外気等を導
入する気体参照室6が第1及び第2気体滞留室2,3と壁
を隔てるように形成されている。第1及び第2気体滞留
室2,3の気体参照室6とは反対側の壁部内には電極保護
孔7が形成されている。第1気体滞留室2と気体参照室
6との間の壁部及び第1気体滞留室2と電極保護孔7と
の間の壁部には電極対12a,12b,11a,11bが各々形成さ
れ、また第2気体滞留室3と気体参照室6との間の壁部
及び第2気体滞留室3と電極保護孔7との間の壁部には
電極対14a,14b,13a,13bが各々形成されている。固体電
解質部材1及び電極対11a,11bが第1酸素ポンプ素子15
として、固体電解質部材1及び電極対12a,12bが第1電
池素子16として各々作用する。また固体電解質部材1及
び電極対13a,13bが第2酸素ポンプ素子17として、固体
電解質部材1及び電極対14a,14bが第2電池素子12とし
て各々作用する。
Further, the oxygen ion conductive solid electrolyte member 1 is formed with a gas reference chamber 6 for introducing outside air or the like so as to separate the walls from the first and second gas retention chambers 2 and 3. Electrode protection holes 7 are formed in the walls of the first and second gas retention chambers 2 and 3 opposite to the gas reference chamber 6. Electrode pairs 12a, 12b, 11a, 11b are formed on the wall between the first gas retention chamber 2 and the gas reference chamber 6 and on the wall between the first gas retention chamber 2 and the electrode protection hole 7, respectively. Also, electrode pairs 14a, 14b, 13a, 13b are provided on the wall between the second gas retention chamber 3 and the gas reference chamber 6 and on the wall between the second gas retention chamber 3 and the electrode protection hole 7, respectively. Has been formed. The solid electrolyte member 1 and the electrode pairs 11a and 11b are the first oxygen pump element 15
As a result, the solid electrolyte member 1 and the electrode pairs 12a and 12b act as the first battery element 16, respectively. The solid electrolyte member 1 and the electrode pair 13a, 13b act as the second oxygen pump element 17, and the solid electrolyte member 1 and the electrode pair 14a, 14b act as the second battery element 12, respectively.

また気体参照室6の外壁面及び電極保護孔7の外壁面に
ヒータ素子19,20が各々設けられている。ヒータ素子19,
20は電気的に互いに並列に接続されており、第1及び第
2酸素ポンプ素子15,17並びに第1及び第2電池素子16,
18を均等に加熱すると共に固体電解質部材1内の保温性
の向上を図っている。なお、酸素イオン伝導性固体電解
質部材1は複数の断片から一体に形成される。また第1
及び第2気体滞留室の壁部を全ての酸素イオン伝導性固
体電解質から形成する必要はなく、少なくとも電極対を
設ける部分だけがその固体電解質からなれば良い。
Further, heater elements 19 and 20 are provided on the outer wall surface of the gas reference chamber 6 and the outer wall surface of the electrode protection hole 7, respectively. Heater element 19,
20 is electrically connected in parallel to each other, and includes first and second oxygen pump elements 15, 17 and first and second battery elements 16,
While heating 18 evenly, the heat retention in the solid electrolyte member 1 is improved. The oxygen ion conductive solid electrolyte member 1 is integrally formed from a plurality of pieces. Also the first
Also, it is not necessary to form the wall portion of the second gas retention chamber from all the oxygen ion conductive solid electrolyte, and at least only the portion where the electrode pair is provided may be formed of the solid electrolyte.

酸素イオン伝導性固体電解質部材1としては、ZrO2(二
酸化ジルコニウム)が用いられ、電極11aないし14bとし
てはPt(白金)が用いられる。
ZrO 2 (zirconium dioxide) is used as the oxygen ion conductive solid electrolyte member 1, and Pt (platinum) is used as the electrodes 11a to 14b.

第2図において、第1及び第2酸素ポンプ素子15,17並
びに第1及び第2電池素子16,18には電流供給回路21が
接続されている。第2図に示すように電流供給回路21は
差動増幅回路22,23,電流検出抵抗24,25,基準電圧源26,2
7及び切替回路28,29からなる。第1酸素ポンプ素子15の
外側電極11aは切替回路28のスイッチ28a、電流検出抵抗
24を介して差動増幅回路22の出力端に接続され、内側電
極11bは切替回路29のスイッチ29aを介してアースされる
ようになっている。第1電池素子16の外側電極12aは差
動増幅回路22の反転入力端に接続され、内側電極12bは
切替回路29のスイッチ29bを介してアースされるように
なっている。
In FIG. 2, a current supply circuit 21 is connected to the first and second oxygen pump elements 15 and 17 and the first and second battery elements 16 and 18. As shown in FIG. 2, the current supply circuit 21 includes a differential amplifier circuit 22,23, a current detection resistor 24,25, a reference voltage source 26,2.
7 and switching circuits 28 and 29. The outer electrode 11a of the first oxygen pump element 15 is a switch 28a of the switching circuit 28 and a current detection resistor.
The inner electrode 11b is connected to the output terminal of the differential amplifier circuit 22 via 24, and is grounded via the switch 29a of the switching circuit 29. The outer electrode 12a of the first battery element 16 is connected to the inverting input terminal of the differential amplifier circuit 22, and the inner electrode 12b is grounded via the switch 29b of the switching circuit 29.

同様に第2酸素ポンプ素子17の外側電極13aは切替回路2
8のスイッチ28b、電流検出抵抗25を介して差動増幅回路
23の出力端に接続され、内側電極13bは切替回路29のス
イッチ29aを介してアースされるようになっている。第
2電池素子18の外側電極14aは差動増幅回路23の反転入
力端に接続され、内側電極14bは切替回路29のスイッチ2
9bを介してアースされるようになっている。差動増幅回
路22の非反転入力端には基準電圧源26が接続され、差動
増幅回路23の非反転入力端には基準電圧源27が接続され
ている。基準電圧源26,27の出力電圧は理論空燃比に相
当する電圧(例えば、0.4V)である。電流検出抵抗24の
両端間が第1センサの出力をなし、電流検出抵抗25の両
端間が第2センサの出力をなしている。電流検出抵抗2
4,25の両端電圧は制御回路30に供給される。なお、差動
増幅回路22,23には正負の電源電圧が供給される。
Similarly, the outer electrode 13a of the second oxygen pump element 17 is connected to the switching circuit 2
Differential amplifier circuit via switch 28b of 8 and current detection resistor 25
The inner electrode 13b is connected to the output terminal of 23 and is grounded via the switch 29a of the switching circuit 29. The outer electrode 14a of the second battery element 18 is connected to the inverting input terminal of the differential amplifier circuit 23, and the inner electrode 14b is connected to the switch 2 of the switching circuit 29.
It is designed to be grounded via 9b. A reference voltage source 26 is connected to the non-inverting input terminal of the differential amplifier circuit 22, and a reference voltage source 27 is connected to the non-inverting input terminal of the differential amplifier circuit 23. The output voltage of the reference voltage sources 26, 27 is a voltage (for example, 0.4 V) corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio. Both ends of the current detection resistor 24 form an output of the first sensor, and both ends of the current detection resistor 25 form an output of the second sensor. Current detection resistor 2
The voltage between both ends of 4, 25 is supplied to the control circuit 30. Positive and negative power supply voltages are supplied to the differential amplifier circuits 22 and 23.

内燃エンジンの複数の運転パラメータを検出するため
に、例えば吸気管負圧(PB)センサ31及びエンジン回転
数(Ne)情報を出力するためのTDCパルサ32が設けられ
ている。PBセンサ31は吸気マニホールド(図示せず)内
の負圧PBに応じたレベルの出力を発生し、TDCパルサ32
はクランクシャフト(図示せず)に連動してピストンが
上死点に達する毎にパルスを発生する。なお、エンジン
回転数(Ne)情報を出力する手段としては、クランクシ
ャフトが所定角度だけ回転する毎にパルスを発生するも
の、イグニッションコイル(図示せず)の一次コイルに
発生するパルスを検出するものであっても良い。
In order to detect a plurality of operating parameters of the internal combustion engine, for example, an intake pipe negative pressure (P B ) sensor 31 and a TDC pulser 32 for outputting engine speed (Ne) information are provided. The P B sensor 31 generates an output at a level according to the negative pressure P B in the intake manifold (not shown), and the TDC pulser 32
Generates a pulse each time the piston reaches top dead center in conjunction with a crankshaft (not shown). The means for outputting the engine speed (Ne) information is one that generates a pulse each time the crankshaft rotates by a predetermined angle, and one that detects a pulse generated in the primary coil of an ignition coil (not shown). May be

制御回路30は、電流検出抵抗24,25の両端電圧をディジ
タル信号に変換する差動入力のA/D(アナログ/ディジ
タル)変換器301と、PBセンサ31の出力信号をディジタ
ル信号に変換するA/D変換器302と、TDCパルサ32の出力
信号を波形整形する波形整形回路303と、この波形整形
回路303から出力されるTDCパルスの発生間隔をクロック
発生回路304からのクロックをカウントすることにより
計測するカウンタ305と、切替回路28,29を切替え駆動す
る駆動回路306と、電磁弁33を開弁駆動する駆動回路307
と、ヒータ素子19,20に電流を供給するヒータ電流供給
回路308と、プログラムに従ってディジタル演算等を行
なうCPU(中央処理回路)309と、各種の処理プログラム
及びデータが予め書き込まれたROM310及びRAM311からな
っている。
The control circuit 30 converts a differential input A / D (analog / digital) converter 301 that converts the voltage across the current detection resistors 24 and 25 into a digital signal and the output signal of the P B sensor 31 into a digital signal. The A / D converter 302, the waveform shaping circuit 303 that shapes the output signal of the TDC pulser 32, and the generation interval of the TDC pulse output from the waveform shaping circuit 303 are counted by the clock from the clock generation circuit 304. A counter 305 for measuring by means of a drive circuit 306, a drive circuit 306 for switching and driving the switching circuits 28, 29, and a drive circuit 307 for driving the solenoid valve 33 to open.
From a heater current supply circuit 308 that supplies a current to the heater elements 19 and 20, a CPU (central processing circuit) 309 that performs digital calculation and the like according to a program, and a ROM 310 and a RAM 311 in which various processing programs and data are written in advance. Has become.

かかる制御回路30において、波形整形回路303から出力
されるTDCパルスはCPU309の割込端子にも供給され、こ
れにより後述する酸素濃度センサ出力の補正処理を行な
う場合のTDC割込みを可能としている。なお、酸素濃度
センサ出力である電流検出抵抗24,25を流れるポンプ電
流値IP(1)、IP(2)はA/D変換器301を介してCPU309
に読み込まれる。
In the control circuit 30, the TDC pulse output from the waveform shaping circuit 303 is also supplied to the interrupt terminal of the CPU 309, which enables a TDC interrupt when the oxygen concentration sensor output correction process described later is performed. The pump current values I P (1) and I P (2) flowing through the current detection resistors 24 and 25, which are oxygen concentration sensor outputs, are transferred to the CPU 309 via the A / D converter 301.
Read in.

電磁弁34はエンジン気化器絞り弁下流の吸気マニホール
ド内に連通する吸気2次空気供給通路(図示せず)に設
けられている。またヒータ素子19,20にはヒータ電流供
給回路308から電流が供給され、これによりヒータ素子1
9,20が発熱して酸素ポンプ素子15,17及び電池素子16,18
を排気ガスより高い適温に加熱する。
The solenoid valve 34 is provided in an intake secondary air supply passage (not shown) communicating with the intake manifold downstream of the engine carburetor throttle valve. Further, a current is supplied from the heater current supply circuit 308 to the heater elements 19 and 20, whereby the heater element 1
9,20 generate heat and oxygen pump elements 15,17 and battery elements 16,18
Is heated to an appropriate temperature higher than the exhaust gas.

かかる構成においては、排気管内の排気ガスが導入孔4
から第気体滞留室2内に流入し拡散する。また第1気体
滞留室2内の排気ガスは連通孔5から第2気体滞留室3
内に流入し拡散する。
In this structure, the exhaust gas in the exhaust pipe is introduced into the introduction hole
Flows into the second gas retention chamber 2 and diffuses. Further, the exhaust gas in the first gas retention chamber 2 passes through the communication hole 5 to the second gas retention chamber 3
It flows in and diffuses.

切替回路28,29において、第2図に示す如くスイッチ28a
が電極11aを電流検出抵抗24に接続し、スイッチ28bが電
極13aの接続ラインを開放し、スイッチ29aが電極11bを
アースしかつ電極13bの接続ラインを開放し、またスイ
ッチ29bが電極12bをアースしかつ電極14bの接続ライン
を開放する選択位置にされると、第1センサの選択状態
になる。
In the switching circuits 28 and 29, as shown in FIG.
Connects the electrode 11a to the current detection resistor 24, the switch 28b opens the connection line of the electrode 13a, the switch 29a grounds the electrode 11b and opens the connection line of the electrode 13b, and the switch 29b grounds the electrode 12b. Then, when it is set to the selection position where the connection line of the electrode 14b is opened, the selection state of the first sensor is set.

この第1センサの選択状態には、先ず、エンジン供給混
合気の空燃比がリーン領域のときには差動増幅回路22の
出力レベルが正レベルになり、この正レベル電圧が抵抗
24及び第1酸素ポンプ素子15の直列回路に供給される。
よって、第1酸素ポンプ素子15の電極11a,11b間にポン
プ電流が流れる。このポンプ電流は電極11aから電極11b
に向って流れるので第1気体滞留室2内の酸素が電極11
bにてイオン化して第1酸素ポンプ素子15内を移動して
電極11aから酸素ガスとして放出され、第1気体滞留室
2内の酸素が汲み出される。
In the selected state of the first sensor, first, when the air-fuel ratio of the engine-supplied air-fuel mixture is in the lean region, the output level of the differential amplifier circuit 22 becomes a positive level, and this positive-level voltage is the resistance.
24 and the first oxygen pump element 15 are supplied to the series circuit.
Therefore, the pump current flows between the electrodes 11a and 11b of the first oxygen pump element 15. This pump current flows from electrode 11a to electrode 11b.
The oxygen in the first gas retention chamber 2 flows toward the electrode 11
At b, it is ionized, moves inside the first oxygen pump element 15, is released as oxygen gas from the electrode 11a, and oxygen in the first gas retention chamber 2 is pumped out.

第1気体滞留室2内の酸素の汲み出しにより第1気体滞
留室2内の排気ガスと気体参照室6内の気体の間に酸素
濃度差が生ずる。この酸素濃度差によって電池素子16の
電極12a,12b間に電圧Vsが発生する。この電圧Vsは差動
増幅回路22の反転入力端に供給される。差動増幅回路22
の出力電圧は電圧Vsと基準電圧源26の出力電圧Vr1との
差電圧に比例した電圧となるのでポンプ電流値は排気ガ
ス中の酸素濃度に比例する。
By pumping out oxygen in the first gas retention chamber 2, an oxygen concentration difference occurs between the exhaust gas in the first gas retention chamber 2 and the gas in the gas reference chamber 6. Due to this difference in oxygen concentration, a voltage Vs is generated between the electrodes 12a and 12b of the battery element 16. This voltage Vs is supplied to the inverting input terminal of the differential amplifier circuit 22. Differential amplifier circuit 22
Since the output voltage of is equal to the voltage difference between the voltage Vs and the output voltage Vr 1 of the reference voltage source 26, the pump current value is proportional to the oxygen concentration in the exhaust gas.

リッチ領域の空燃比のときには電圧Vsが基準電圧源26の
出力電圧Vr1を越える。よって、差動増幅回路22の出力
レベルが正レベルから負レベルに反転する。この負レベ
ルにより第1酸素ポンプ素子15の電極11a,11b間に流れ
るポンプ電流が減少し、電流方向が反転する。すなわ
ち、ポンプ電流は電極11bから電極11a方向に流れるので
外部の酸素が電極11aにてイオン化して第1酸素ポンプ
素子15内を移動して電極11bから酸素ガスとして第1気
体滞留室2内に放出され、酸素が第1気体滞留室2内に
汲み込まれる。従って、第1気体滞留室2内の酸素濃度
が常に一定になるようにポンプ電流を供給することによ
り酸素を汲み込んだり、汲み出したりするのでポンプ電
流値IP及び差動増幅回路22の出力電圧はリーン及びリッ
チ領域にて排気ガス中の酸素濃度に各々比例するのであ
る。第3図の実線aはそのポンプ電流値IPを示してい
る。
When the air-fuel ratio is in the rich region, the voltage Vs exceeds the output voltage Vr 1 of the reference voltage source 26. Therefore, the output level of the differential amplifier circuit 22 is inverted from the positive level to the negative level. Due to this negative level, the pump current flowing between the electrodes 11a and 11b of the first oxygen pump element 15 decreases and the current direction is reversed. That is, since the pump current flows from the electrode 11b to the electrode 11a, the external oxygen is ionized at the electrode 11a and moves in the first oxygen pump element 15 to move from the electrode 11b into the first gas retention chamber 2 as oxygen gas. It is released and oxygen is pumped into the first gas retention chamber 2. Accordingly, the pump current is pumped in and out by supplying the pump current so that the oxygen concentration in the first gas retention chamber 2 is always constant, so that the pump current value I P and the output voltage of the differential amplifier circuit 22. Is proportional to the oxygen concentration in the exhaust gas in the lean and rich regions, respectively. A solid line a in FIG. 3 shows the pump current value I P.

ポンプ電流値IPは電荷をe、導入孔4による排気ガスに
対する拡散係数をσ、排気ガス中の酸素濃度をPOex
h、第1気体滞留室2内の酸素濃度をPOvとすると、次式
の如くで表わすことができる。
The pump current value I P is the charge e, the diffusion coefficient of the introduction hole 4 to the exhaust gas is σ O , and the oxygen concentration in the exhaust gas is P O ex
When h is the oxygen concentration in the first gas retention chamber 2 and P O v, it can be expressed by the following equation.

IP=4eσ(POexh−POv) ……(1) ここで、拡散係数σは導入孔4の面積をA、ボルツマ
ン定数をk、絶対温度をT、導入孔4の長さをl、拡散
定数をDとすると、次式の如く表わすことができる。
I P = 4eσ O (P O exh-P O v) (1) where the diffusion coefficient σ O is the area of the introduction hole 4, A is the Boltzmann constant, k is the absolute temperature, and T is the length of the introduction hole 4. Let l be the length and D be the diffusion constant.

σ=D・A/kTl ……(2) 次に、スイッチ28aが電極11aの接続ラインを開放し、ス
イッチ28bが電極13aを電流検出抵抗25に接続し、スイッ
チ29aが電極13bをアースしかつ電極11bの接続ラインを
開放し、またスイッチ29bが電極14bをアースしかつ電極
12bの接続ラインを開放する選択位置にされると、第2
センサの選択状態となる。
σ O = D · A / kTl (2) Next, the switch 28a opens the connection line of the electrode 11a, the switch 28b connects the electrode 13a to the current detection resistor 25, and the switch 29a grounds the electrode 13b. And open the connection line of electrode 11b, and switch 29b grounds electrode 14b and
Once in the selected position to open the 12b connection line, the second
The sensor is selected.

この第2センサの選択状態には上記した第1センサの選
択状態と同様の動作により第2気体滞留室3内の酸素濃
度が常に一定になるようにポンプ電流が第2酸素ポンプ
素子12の電極13a,13b間に供給されて酸素が汲み込まれ
たり、汲み出されたりするのでポンプ電流値IP及び差動
増幅回路23の出力電圧はリーン及びリッチ領域にて排気
ガス中の酸素濃度に各々比例するのである。この第2セ
ンサ選択状態のポンプ電流値IPは上記した式(1)にお
いて拡散係数σを導入孔4及び連通孔5によるものと
し、またPOvを第2気体滞留室3内の酸素濃度とするこ
とにより表わされる。ポンプ電流値IPの大きさは、第4
図に示すように、空燃比のリーン及びリッチ領域におい
て拡散係数σの大きさに反比例する拡散抵抗が大きく
なるほど小さくなることが明らかになっている。よっ
て、第2センサ選択状態には第1センサ選択状態よりも
拡散抵抗が大となるので、第3図に破線bで示す如くポ
ンプ電流値IPの大きさはリーン及びリッチ領域において
小さくなり、連通孔5の大きさ及び長さを調整すること
により、第3図に示すように、第2センサ選択状態にお
けるリッチ領域のポンプ電流直値特性が第1センサ選択
状態におけるリーン領域のポンプ電流値特性にIP=0に
て直線的に連続するものである。また差動増幅回路22、
23の出力電圧特性も0〔V〕にて直線的に連続したもの
になる。
In the selected state of the second sensor, the pump current is the electrode of the second oxygen pump element 12 so that the oxygen concentration in the second gas retention chamber 3 is always constant by the same operation as the selected state of the first sensor described above. Oxygen is supplied to between 13a and 13b, and oxygen is pumped in or pumped out. Therefore, the pump current value I P and the output voltage of the differential amplifier circuit 23 are different from the oxygen concentration in the exhaust gas in the lean and rich regions, respectively. It is proportional. The pump current value I P in the second sensor selected state is defined by the diffusion coefficient σ O in the above formula (1) by the introduction hole 4 and the communication hole 5, and P O v is the oxygen in the second gas retention chamber 3. It is represented by the concentration. The magnitude of the pump current value I P is the fourth
As shown in the figure, it is clear that in the lean and rich regions of the air-fuel ratio, the larger the diffusion resistance inversely proportional to the magnitude of the diffusion coefficient σ O , the smaller the diffusion resistance. Therefore, since the diffused resistance becomes larger in the second sensor selection state than in the first sensor selection state, the magnitude of the pump current value I P becomes smaller in the lean and rich regions as shown by the broken line b in FIG. By adjusting the size and length of the communication hole 5, as shown in FIG. 3, the pump current direct value characteristic in the rich region in the second sensor selected state is changed to the pump current value in the lean region in the first sensor selected state. The characteristics are linearly continuous at I P = 0. In addition, the differential amplifier circuit 22,
The output voltage characteristic of 23 also becomes linearly continuous at 0 [V].

制御回路30においては、酸素濃度センサ10の出力信号を
補正する処理も行なわれる。このセンサ出力の補正処理
を行なうために、制御回路30内のROM310には予め、内燃
エンジンの複数の運転パラメータ、例えばエンジン回転
数Ne及び吸気管負圧PBに対応して第5図に示す如く設定
された補正係数がNe−PBマップとして記憶されている。
そして、CPU309はセンサ出力の補正処理を第6図のフロ
ー図に示す手順にしたがって行なう。なお、この補正処
理は、エンジンの制御において毎点火ごとに処理するル
ーチンの中で、TDC割込みによって行なわれる。
The control circuit 30 also performs a process of correcting the output signal of the oxygen concentration sensor 10. In order to perform the correction processing of the sensor output, the ROM 310 in the control circuit 30 is shown in advance in FIG. 5 in association with a plurality of operating parameters of the internal combustion engine, for example, the engine speed Ne and the intake pipe negative pressure P B. The correction coefficient thus set is stored as a Ne-P B map.
Then, the CPU 309 performs the sensor output correction process according to the procedure shown in the flowchart of FIG. It should be noted that this correction process is performed by a TDC interrupt in a routine that is processed for each ignition in the engine control.

CPU309は先ず、波形整形回路303からのTDCパルスによる
TDC割込みによって割込み処理を行なう(ステップ
1)。そして、酸素濃度センサ10の出力である電流検出
抵抗24,25を流れるポンプ電流値IP(1)、IP(2)の
読取りを行ない(ステップ2b)、続いて前回のTDCタイ
ミングから今回のTDCタイミングまでにカウンタ305でカ
ウントされたカウント数に基づいてエンジン回転数Neの
計算を行ない(ステップ3)、更に吸気管負圧センサ37
の出力電圧の読取りを行なう(ステップ4)。そして、
検出されたエンジン回転数Ne及び吸気管負圧PBに対応す
る補正係数をRO310のNe−PBマップから得てこの補正係
数に基づいて酸素濃度センサ10の出力の補正を行なう
(ステップ5)。補正係数は、第5図から明らかなよう
に、エンジン回転数Neが低くかつ吸気管負圧PBが大なる
場合、即ち吸入空気量Qaが少ない場合に大きく(例え
ば、1.2倍)、エンジン回転数Neが高くかつ吸気管負圧P
Bが小なる場合、即ち吸入空気量Qaが多い場合に小さく
(例えば、0.8倍)となるように設定される。
The CPU 309 first uses the TDC pulse from the waveform shaping circuit 303.
Interrupt processing is performed by the TDC interrupt (step 1). Then, the pump current values I P (1) and I P (2) flowing through the current detection resistors 24 and 25, which are the outputs of the oxygen concentration sensor 10, are read (step 2b), and then from the previous TDC timing to this time. The engine speed Ne is calculated based on the count number counted by the counter 305 by the TDC timing (step 3), and the intake pipe negative pressure sensor 37
The output voltage of is read (step 4). And
A correction coefficient corresponding to the detected engine speed Ne and the intake pipe negative pressure P B is obtained from the Ne-P B map of RO310, and the output of the oxygen concentration sensor 10 is corrected based on this correction coefficient (step 5). . As is clear from FIG. 5, the correction coefficient is large (for example, 1.2 times) when the engine speed Ne is low and the intake pipe negative pressure P B is large, that is, when the intake air amount Qa is small. Number Ne is high and intake pipe negative pressure P
When B is small, that is, when the intake air amount Qa is large, it is set to be small (for example, 0.8 times).

以上の一連の手順によってセンサ出力の補正処理が行な
われ、これによりヒータ素子19,20の複雑な温度制御を
したり、センサ本体に保護カバーを多重に装着してセン
サ本体の構造を複雑にしたりしなくても、ROM310のプロ
グラムを変更しかつNe−PBマップを予め記憶しておくの
みで、排気温度変化及び排気流量変化に依存しないセン
サ出力を得ることができる。
Sensor output correction processing is performed by the above series of procedures, which enables complicated temperature control of the heater elements 19 and 20, and multiple sensor cover mounting on the sensor body to complicate the structure of the sensor body. Even if it does not, it is possible to obtain the sensor output that does not depend on the exhaust temperature change and the exhaust flow rate change, only by changing the program of the ROM 310 and storing the Ne-P B map in advance.

なお、上記実施例においては、センサ出力の補正処理動
作を空燃比をおこなう制御回路30で行なう場合について
説明したが、補正処理を行なうための専用のコントロー
ラ、メモリ等を制御回路30とは別に設けるようにしても
良いことは勿論である。
In the above embodiment, the case where the correction processing operation of the sensor output is performed by the control circuit 30 that performs the air-fuel ratio has been described, but a dedicated controller, memory, etc. for performing the correction processing are provided separately from the control circuit 30. Of course, it is okay to do so.

また、上記実施例では、補正係数をNe−PBマップとして
ROM310に予め記憶しておき、検出されたエンジン回転数
Ne及び吸気管負圧PBに対応する補正係数をROM310のマッ
プから読み出して補正するようにしているが、CPU309に
おいて検出されたエンジン回転数Ne及び吸気管負圧PB
基づいて所定の演算式で演算することによって補正係数
を得てこの補正係数に基づいて補正するようにすること
も可能である。
In the above embodiment, the correction coefficient is a Ne-P B map.
Stored in ROM310 in advance and detected engine speed
The correction coefficient corresponding to Ne and the intake pipe negative pressure P B is read out from the map of the ROM 310 and corrected, but a predetermined calculation is performed based on the engine speed Ne and the intake pipe negative pressure P B detected by the CPU 309. It is also possible to obtain a correction coefficient by calculating with an equation and perform the correction based on this correction coefficient.

更には、本発明による酸素濃度検出装置に用いられる酸
素濃度検出センサは、第1図(a),(b)に示された
構造のものに限定されるものではない。
Furthermore, the oxygen concentration detection sensor used in the oxygen concentration detection device according to the present invention is not limited to the structure shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).

発明の効果 以上説明したように、本発明による酸素濃度検出装置に
おいては、内燃エンジンのエンジン回転数及びエンジン
負荷量を示す運転パラメータを検出し、そのエンジン回
転数及びエンジン負荷量を示す運転パラメータに基づく
補正係数を得てこの補正係数に基づいて酸素濃度センサ
の出力信号を補正する構成となっているので、ヒータの
複雑な温度制御をせずに、更にはセンサ本体の構造を複
雑化することなく、排気温度変化及び排気流量変化に依
存しない検出出力を得ることが可能となる。よって、排
気温度依存性及び排気流量依存性による検出空燃比のバ
ラツキを防止できるので、空燃比制御の精度向上が図れ
るのである。
As described above, in the oxygen concentration detecting device according to the present invention, the operating parameter indicating the engine speed and the engine load amount of the internal combustion engine is detected, and the operating parameter indicating the engine speed and the engine load amount is detected. Since the correction coefficient based on this is obtained and the output signal of the oxygen concentration sensor is corrected based on this correction coefficient, it is possible to further complicate the structure of the sensor body without performing complicated temperature control of the heater. Therefore, it is possible to obtain a detection output that does not depend on changes in exhaust temperature and changes in exhaust flow rate. Therefore, variations in the detected air-fuel ratio due to the exhaust temperature dependency and the exhaust flow rate dependency can be prevented, and the accuracy of the air-fuel ratio control can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(a)は本発明による酸素濃度検出装置の一実施
例を示す平面図、第1図(b)は第1図(a)のIb−Ib
部分の断面図、第2図は空燃比制御装置を含む電流供給
回路を示す回路図、第3図は第1図の装置の出力特性を
示す図、第4図は拡散抵抗とポンプ電流値との関係を示
す特性図、第5図はNe−PBマップの補正係数の一例を示
す図、第6図は酸素濃度センサ出力の補正処理の手順を
示すフロー図である。 主要部分の符号の説明 1……酸素イオン伝導性固体電解質部材 2,3……気体滞留室 4……導入孔 5……連通孔 6……気体参照室 10……酸素濃度センサ 15,17……酸素ポンプ素子 16,18……電池素子 19,20……ヒータ素子 21……電流供給回路 30……制御回路
FIG. 1 (a) is a plan view showing an embodiment of the oxygen concentration detection device according to the present invention, and FIG. 1 (b) is Ib-Ib of FIG. 1 (a).
A sectional view of a portion, FIG. 2 is a circuit diagram showing a current supply circuit including an air-fuel ratio control device, FIG. 3 is a diagram showing output characteristics of the device of FIG. 1, and FIG. 4 is a diffusion resistance and a pump current value. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship of FIG. 5, FIG. 5 is a diagram showing an example of the correction coefficient of the Ne-P B map, and FIG. Explanation of symbols of main parts 1 …… Oxygen ion conductive solid electrolyte member 2,3 …… Gas retention chamber 4 …… Introduction hole 5 …… Communication hole 6 …… Gas reference chamber 10 …… Oxygen concentration sensor 15,17… … Oxygen pump element 16,18 …… Battery element 19,20 …… Heater element 21 …… Current supply circuit 30 …… Control circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三重野 敏幸 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−241654(JP,A) 特開 昭62−179654(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toshiyuki Mieno 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama, Honda R & D Co., Ltd. (56) References JP-A-61-241654 (JP, A) JP Sho 62-179654 (JP, A)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】内燃エンジンの排気系に設けられて排気ガ
ス中の酸素濃度を検出しかつこの酸素濃度に比例した出
力信号を発生する酸素濃度センサを含む内燃エンジン用
酸素濃度検出装置であって、 前記内燃エンジンのエンジン回転数及びエンジン負荷量
を示す運転パラメータを検出する手段と、 前記エンジン回転数及び前記エンジン負荷量を示す運転
パラメータに基づく補正係数を得てこの補正係数を基づ
いて前記酸素濃度センサの出力信号を補正する手段とを
備えたことを特徴とする内燃エンジン用酸素濃度検出装
置。
1. An oxygen concentration detecting device for an internal combustion engine, comprising an oxygen concentration sensor which is provided in an exhaust system of an internal combustion engine to detect an oxygen concentration in exhaust gas and to generate an output signal proportional to the oxygen concentration. A means for detecting an operating parameter indicating the engine speed and the engine load of the internal combustion engine; and a correction coefficient based on the operating parameter indicating the engine speed and the engine load, and the oxygen based on the correction coefficient. An oxygen concentration detecting device for an internal combustion engine, comprising: means for correcting an output signal of the concentration sensor.
【請求項2】前記補正係数は前記エンジン回転数及び前
記エンジン負荷量を示す運転パラメータに対応して予め
メモリに記憶されていることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の内燃エンジン用酸素濃度検出装置。
2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the correction coefficient is stored in advance in a memory in correspondence with an operating parameter indicating the engine speed and the engine load amount. Oxygen concentration detector.
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