JPH0715453B2 - 酸素濃度検出装置 - Google Patents
酸素濃度検出装置Info
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- JPH0715453B2 JPH0715453B2 JP1865486A JP1865486A JPH0715453B2 JP H0715453 B2 JPH0715453 B2 JP H0715453B2 JP 1865486 A JP1865486 A JP 1865486A JP 1865486 A JP1865486 A JP 1865486A JP H0715453 B2 JPH0715453 B2 JP H0715453B2
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はエンジン排気ガス等の気体中の酸素濃度を検出
する酸素濃度検出装置に関する。
する酸素濃度検出装置に関する。
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
じてエンジンへ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。
て、排気ガス中の酸素濃度を検出し、この検出結果に応
じてエンジンへ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。
このような空燃比制御装置に用いられる酸素濃度検出装
置として被測定気体中の酸素濃度に比例した出力を発生
するものがある。例えば、平板状の酸素イオン伝導性固
体電解質部材の両主面に電極対を設けて固体電解質部材
の一方の電極面が気体滞留室の一部をなしてその気体滞
留室が被測定気体と導入孔を介して連通するようにした
限界電流方式の酸素濃度検出装置が特開昭52−72286号
公報に開示されている。この酸素濃度検出装置において
は、酸素イオン伝導性固体電解質部材と電極対とが酸素
ポンプ素子として作用して間隙室側電極が負極になるよ
うに電極間に電流を供給すると、負極面側にて気体滞留
室内気体中の酸素ガスがイオン化して固体電解質部材内
を正極面側に移動し正極面から酸素ガスとして放出され
る。このときの電極間に流れ得る限界電流値は印加電圧
に拘らずほぼ一定となりかつ被測定気体中の酸素濃度に
比例するのでその限界電流値を検出すれば被測定気体中
の酸素濃度を測定することができる。しかしながら、か
かる酸素濃度検出装置を用いて空燃比を制御する場合に
排気ガス中の酸素濃度からは混合気の空燃比が理論空燃
比よりリーンの範囲でしか酸素濃度に比例した出力が得
られないので目標空燃比をリッチ領域に設定した空燃比
制御は不可能であった。また空燃比がリーン及びリッチ
領域にて排気ガス中の酸素濃度に比例した出力が得られ
る酸素濃度検出装置としては２つの平板状の酸素イオン
伝導性固体電解質部材各々に電極対を設けて２つの固体
電解質部材の一方の電極面各々が気体滞留室の一部をな
してその気体滞留室が被測定気体と導入孔を介して連通
し一方の固体電解質部材の他方の電極面が大気室に面す
るようにした装置が特開昭59−192955号に開示されてい
る。この酸素濃度検出装置においては一方の酸素イオン
伝導性固体電解質部材と電極対とが酸素濃度比検出電池
素子として作用し他方の酸素イオン伝導性固体電解質材
と電極対とが酸素ポンプ素子として作用するようになっ
ている。酸素濃度比検出電池素子の電極間の発生電圧が
基準電圧以上のとき酸素ポンプ素子内を酸素イオンが気
体滞留室側電極に向って移動するように電流を供給し、
酸素濃度比検出電池素子の電極間の発生電圧が基準電圧
以下のとき酸素ポンプ素子内を酸素イオンが気体滞留室
側とは反対側の電極に向って移動するように電流を供給
することによりリーン及びリッチ領域の空燃比において
電流値は酸素濃度に比例するのである。しかしながら、
かかる酸素濃度検出装置においては、リッチ側とリーン
側とでは酸素濃度検出特性が異なり、広領域において直
線性の良好な酸素濃度検出出力が得られないのでリッチ
側又はリーン側の酸素濃度検出出力を補正しなければな
らず空燃比制御が複雑になるという問題点があった。
置として被測定気体中の酸素濃度に比例した出力を発生
するものがある。例えば、平板状の酸素イオン伝導性固
体電解質部材の両主面に電極対を設けて固体電解質部材
の一方の電極面が気体滞留室の一部をなしてその気体滞
留室が被測定気体と導入孔を介して連通するようにした
限界電流方式の酸素濃度検出装置が特開昭52−72286号
公報に開示されている。この酸素濃度検出装置において
は、酸素イオン伝導性固体電解質部材と電極対とが酸素
ポンプ素子として作用して間隙室側電極が負極になるよ
うに電極間に電流を供給すると、負極面側にて気体滞留
室内気体中の酸素ガスがイオン化して固体電解質部材内
を正極面側に移動し正極面から酸素ガスとして放出され
る。このときの電極間に流れ得る限界電流値は印加電圧
に拘らずほぼ一定となりかつ被測定気体中の酸素濃度に
比例するのでその限界電流値を検出すれば被測定気体中
の酸素濃度を測定することができる。しかしながら、か
かる酸素濃度検出装置を用いて空燃比を制御する場合に
排気ガス中の酸素濃度からは混合気の空燃比が理論空燃
比よりリーンの範囲でしか酸素濃度に比例した出力が得
られないので目標空燃比をリッチ領域に設定した空燃比
制御は不可能であった。また空燃比がリーン及びリッチ
領域にて排気ガス中の酸素濃度に比例した出力が得られ
る酸素濃度検出装置としては２つの平板状の酸素イオン
伝導性固体電解質部材各々に電極対を設けて２つの固体
電解質部材の一方の電極面各々が気体滞留室の一部をな
してその気体滞留室が被測定気体と導入孔を介して連通
し一方の固体電解質部材の他方の電極面が大気室に面す
るようにした装置が特開昭59−192955号に開示されてい
る。この酸素濃度検出装置においては一方の酸素イオン
伝導性固体電解質部材と電極対とが酸素濃度比検出電池
素子として作用し他方の酸素イオン伝導性固体電解質材
と電極対とが酸素ポンプ素子として作用するようになっ
ている。酸素濃度比検出電池素子の電極間の発生電圧が
基準電圧以上のとき酸素ポンプ素子内を酸素イオンが気
体滞留室側電極に向って移動するように電流を供給し、
酸素濃度比検出電池素子の電極間の発生電圧が基準電圧
以下のとき酸素ポンプ素子内を酸素イオンが気体滞留室
側とは反対側の電極に向って移動するように電流を供給
することによりリーン及びリッチ領域の空燃比において
電流値は酸素濃度に比例するのである。しかしながら、
かかる酸素濃度検出装置においては、リッチ側とリーン
側とでは酸素濃度検出特性が異なり、広領域において直
線性の良好な酸素濃度検出出力が得られないのでリッチ
側又はリーン側の酸素濃度検出出力を補正しなければな
らず空燃比制御が複雑になるという問題点があった。
発明の概要 そこで、本発明の目的は空燃比のリーン及びリッチ領域
に渡って良好な直線性にて酸素濃度検出出力を得ること
ができる酸素濃度検出装置を提供することである。
に渡って良好な直線性にて酸素濃度検出出力を得ること
ができる酸素濃度検出装置を提供することである。
本発明の酸素濃度検出装置は各々が酸素イオン伝導性固
体電解質壁部を有する第１及び第２気体滞留室を形成す
る基体と、第１気体滞留室の電解質壁部の内外壁面上に
これを挟んで対向するが如く設けられた２つの第１電極
対と、第２気体滞留室の電解質壁部の内外壁面上にこれ
を挟んで対向するが如く設けられた２つの第２電極対
と、２つの第１電極対のうち外壁面上に設けられた２つ
の電極の一方及び２つの第２電極対のうち外壁面上に設
けられた２つの電極の一方を基準酸素源に露出させる基
準酸素部と、２つの第１電極対のうち外壁面上に設けら
れた２つの電極の他方及び２つの第２電極対のうち外壁
面上に設けられた２つの電極の他方を外部に露出させる
外部露出部と、２つの第１電極対の一方の電極対間に発
生した電圧と第１基準電圧との差電圧に応じた値の電流
を２つの第１電極対の他方の電極対間に供給しかつ２つ
の第２電極対の一方の電極対間に発生した電圧と第２基
準電圧との差電圧に応じた値の電流を２つの第２電極対
の他方の電極対間に供給する電流供給手段とを含み、第
１気体滞留室が第１気体拡散制限手段を介して外部に連
通しかつ第２気体滞留室が第２気体拡散制限手段を介し
て外部に連通し、電流供給手段による供給電流値に応じ
た酸素濃度検出値を得ることを特徴としている。
体電解質壁部を有する第１及び第２気体滞留室を形成す
る基体と、第１気体滞留室の電解質壁部の内外壁面上に
これを挟んで対向するが如く設けられた２つの第１電極
対と、第２気体滞留室の電解質壁部の内外壁面上にこれ
を挟んで対向するが如く設けられた２つの第２電極対
と、２つの第１電極対のうち外壁面上に設けられた２つ
の電極の一方及び２つの第２電極対のうち外壁面上に設
けられた２つの電極の一方を基準酸素源に露出させる基
準酸素部と、２つの第１電極対のうち外壁面上に設けら
れた２つの電極の他方及び２つの第２電極対のうち外壁
面上に設けられた２つの電極の他方を外部に露出させる
外部露出部と、２つの第１電極対の一方の電極対間に発
生した電圧と第１基準電圧との差電圧に応じた値の電流
を２つの第１電極対の他方の電極対間に供給しかつ２つ
の第２電極対の一方の電極対間に発生した電圧と第２基
準電圧との差電圧に応じた値の電流を２つの第２電極対
の他方の電極対間に供給する電流供給手段とを含み、第
１気体滞留室が第１気体拡散制限手段を介して外部に連
通しかつ第２気体滞留室が第２気体拡散制限手段を介し
て外部に連通し、電流供給手段による供給電流値に応じ
た酸素濃度検出値を得ることを特徴としている。
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。
第１図及び第２図は本発明にる酸素濃度検出装置を用い
た空燃比制御装置を示している。本装置においては、ほ
ぼ立方体状の酸素イオン伝導性固体電解質部材１が設け
られている。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、第２気体滞留室３
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５に連通している。導入孔４は導入孔５よ
り大きく、導入孔4,5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及び第２気体滞留室2,3
内に流入し易いように位置される。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参照気体室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。後述するように参照気体室６内の気体と第
１及び気体滞留室2,3内の排気スとの酸素濃度差を得る
ための基準酸素部として参照気体室６は形成されてい
る。第１及び第２気体滞留室2,3の参照気体室６とは反
対側の壁部内には後述の２つの電極11a,13aを外部に露
出させる外部露出部として作用する電極保護孔７が形成
されている。第１気体滞留室２と電極保護孔７との間の
壁部及び第１気体滞留室２と参照気体室６との間の壁部
には電極対11a,11b,12a,12bが各々形成され、また第２
気体滞留室３と電極保護孔７との間の壁部及び第２気体
滞留室３と参照気体室６との間の壁部には電極対13a,13
b,14a,14b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18として各々作用す
る。また固体電解質部材１の電極保護孔７の外壁面及び
参照気体室６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
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。
た空燃比制御装置を示している。本装置においては、ほ
ぼ立方体状の酸素イオン伝導性固体電解質部材１が設け
られている。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、第２気体滞留室３
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５に連通している。導入孔４は導入孔５よ
り大きく、導入孔4,5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及び第２気体滞留室2,3
内に流入し易いように位置される。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参照気体室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。後述するように参照気体室６内の気体と第
１及び気体滞留室2,3内の排気スとの酸素濃度差を得る
ための基準酸素部として参照気体室６は形成されてい
る。第１及び第２気体滞留室2,3の参照気体室６とは反
対側の壁部内には後述の２つの電極11a,13aを外部に露
出させる外部露出部として作用する電極保護孔７が形成
されている。第１気体滞留室２と電極保護孔７との間の
壁部及び第１気体滞留室２と参照気体室６との間の壁部
には電極対11a,11b,12a,12bが各々形成され、また第２
気体滞留室３と電極保護孔７との間の壁部及び第２気体
滞留室３と参照気体室６との間の壁部には電極対13a,13
b,14a,14b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18として各々作用す
る。また固体電解質部材１の電極保護孔７の外壁面及び
参照気体室６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
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。
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。
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。
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22,2
3,電流検出抵抗24,25,基準電圧源26,27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。
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の両端電圧は差動入力のA/D変換器31を介して空燃
比制御回路32に供給され、電流検出抵抗24,25を流れる
ポンプ電流値ＩＰ（１）、ＩＰ（２）が空燃比制御回路
32に読み込まれる。空燃比制御回路32はマイクロコンピ
ュータからなる。空燃比制御回路32にはエンジン回転
数、吸気管内絶対圧、冷却水温等を検出する複数の運転
パラメータ検出センサ（図示せず）が接続されると共
に、また駆動回路33を介して電磁弁34が接続されてい
る。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。また空燃比制御回路32は切替回路2
8,29のスイッチ切替動作を制御し、空燃比制御回路32か
らの指令に応じて駆動回路30が切替回路28,29を駆動す
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。
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22,2
3,電流検出抵抗24,25,基準電圧源26,27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。
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の両端電圧は差動入力のA/D変換器31を介して空燃
比制御回路32に供給され、電流検出抵抗24,25を流れる
ポンプ電流値ＩＰ（１）、ＩＰ（２）が空燃比制御回路
32に読み込まれる。空燃比制御回路32はマイクロコンピ
ュータからなる。空燃比制御回路32にはエンジン回転
数、吸気管内絶対圧、冷却水温等を検出する複数の運転
パラメータ検出センサ（図示せず）が接続されると共
に、また駆動回路33を介して電磁弁34が接続されてい
る。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。また空燃比制御回路32は切替回路2
8,29のスイッチ切替動作を制御し、空燃比制御回路32か
らの指令に応じて駆動回路30が切替回路28,29を駆動す
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。
一方、ヒータ素子19,20には電流がヒータ電流供給回路3
5から供給されてヒータ素子19,20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。
5から供給されてヒータ素子19,20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。
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１気体滞留室２内に流入して拡散し、また導入孔
５から第２気体滞留室３内に流入して拡散する。
から第１気体滞留室２内に流入して拡散し、また導入孔
５から第２気体滞留室３内に流入して拡散する。
切替回路28,29において、第２図の如くスイッチ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13
a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2
9b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。
極11aを電流検出抵抗24に接続し、スイッチ28bが電極13
a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2
9b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。
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。
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。
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内の排気ガスと参照気体室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Vr
1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。
留室２内の排気ガスと参照気体室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Vr
1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。
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。
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。
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σｏ、排気ガス中の酸素濃度をPo e
xh、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。
に対する拡散係数をσｏ、排気ガス中の酸素濃度をPo e
xh、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。
ＩＰ＝4eσｏ（Po exh−Pov） ……（１） ここで、拡散係数σｏ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、拡散
定数をＤとすると、次式の如く表わすことができる。
ン定数をｋ、絶対温度をＴ、導入孔４の長さを、拡散
定数をＤとすると、次式の如く表わすことができる。
σｏ＝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。
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。
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17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σｏを導入孔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
σｏ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図の破線ｂの如くポンプ電流値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、導入
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。
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17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σｏを導入孔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
σｏ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図の破線ｂの如くポンプ電流値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、導入
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。
このように直線的に連続した出力特性を得るために空燃
比制御回路32は次の如く動作する。空燃比制御回路32は
第５図に示すように先ず、第１及び第２センサの選択状
態を表わすフラグＦＳが“1"であるか否かを判別する
（ステップ51）。ＦＳ＝０の場合、第１センサ選択状態
にあるのでA/D変換器31から出力される第１センサのポ
ンプ電流値ＩＰ（１）を読み込んでそのポンプ電流値Ｉ
Ｐ（１）に対応する酸素濃度検出出力値Lo2が差動増幅
回路22の出力電圧ＶS1の０〔Ｖ〕に対応する基準値Lref
0以上であるか否かを判別する（ステップ52）。Lo2≧Lr
ef0（Vs1≧０）ならば、リーン領域であるので第１セン
サ選択状態が継続され、Lo2＜Lref0（Vs1＜０）なら
ば、リッチ領域であるので第２センサ選択指令を駆動回
路30に対して発生し（ステップ53）、第２センサが選択
されたことを表わすためにフラグFsに“1"がセットされ
る（ステップ54）。一方、Fs＝１の場合、第２センサ選
択状態にあるのでA/D変換器31から出力される第２セン
サのポンプ電流値ＩＰ（２）を読み込んでそのポンプ電
流値ＩＰ（２）に対応する酸素濃度検出出力値Lo2が差
動増幅回路23の出力電圧Vs2の０〔Ｖ〕に対応する基準
値Lref0以下であるか否かを判別する（ステップ55）。L
o2≦Lref0（Vs2≦０）ならば、リッチ領域であるので第
２センサ選択状態が継続され、Lo2＞Lref0（Vs2＞０）
ならば、リーン領域であるので第１センサ選択指令を駆
動回路30に対して発生し（ステップ56）、第１センサが
選択されたことを表わすためにフラグFsに“0"がセット
される（ステップ57）。駆動回路30は第１センサ選択指
令に応じてスイッチ28a,28b,29a,29bを上記した第１セ
ンサ選択位置に駆動し、その駆動状態は第２センサ選択
指令が空燃比制御回路32から供給されるまで維持され
る。また第２センサ選択指令に応じてスイッチ28a,28b,
29a,29bを上記した第２センサ選択位置に駆動し、その
駆動状態は第１センサ選択指令が空燃比制御回路32から
供給されるまで維持される。このように第１又は第２セ
ンサを選択すると、空燃比制御回路32はA/D変換器31か
ら出力される第１又は第２センサの酸素濃度検出出力値
Lo2が目標空燃比に対応する目標値Lrefより大であるか
否かを判別する（ステップ58）。o2≦refならば、供給
混合気の空燃比がリッチであるので駆動回路33に対して
電磁弁34の開弁駆動指令を発生し（ステップ59）、Lo2
＞Lrefならば、供給混合気の空燃比がリーンであるので
駆動回路33に対して電磁弁34の開弁駆動停止指令を発生
する（ステップ60）。駆動回路33は開弁駆動指令に応じ
て電磁弁34を開弁駆動して２次空気をエンジン吸気マニ
ホールド内に供給することにより空燃比をリーン化さ
せ、開弁駆動停止指令に応じて電磁弁34の開弁駆動を停
止して空燃比をリッチ化させる。かかる動作を所定周期
毎に繰り返し実行することにより供給混合気の空燃比を
目標空燃比に制御するのである。なお、ステップ52,55
においては基準値Lref0、すなわち電圧Vs1、Vs2の判別
基準電圧が共にＯ〔Ｖ〕に設定されているが、ヒステリ
シスを持たせるために電圧Vs1の判別基準電圧をＯ
〔Ｖ〕より若干小さく設定し、Vs2の判別基準電圧をＯ
〔Ｖ〕より若干大きく設定しても良い。
比制御回路32は次の如く動作する。空燃比制御回路32は
第５図に示すように先ず、第１及び第２センサの選択状
態を表わすフラグＦＳが“1"であるか否かを判別する
（ステップ51）。ＦＳ＝０の場合、第１センサ選択状態
にあるのでA/D変換器31から出力される第１センサのポ
ンプ電流値ＩＰ（１）を読み込んでそのポンプ電流値Ｉ
Ｐ（１）に対応する酸素濃度検出出力値Lo2が差動増幅
回路22の出力電圧ＶS1の０〔Ｖ〕に対応する基準値Lref
0以上であるか否かを判別する（ステップ52）。Lo2≧Lr
ef0（Vs1≧０）ならば、リーン領域であるので第１セン
サ選択状態が継続され、Lo2＜Lref0（Vs1＜０）なら
ば、リッチ領域であるので第２センサ選択指令を駆動回
路30に対して発生し（ステップ53）、第２センサが選択
されたことを表わすためにフラグFsに“1"がセットされ
る（ステップ54）。一方、Fs＝１の場合、第２センサ選
択状態にあるのでA/D変換器31から出力される第２セン
サのポンプ電流値ＩＰ（２）を読み込んでそのポンプ電
流値ＩＰ（２）に対応する酸素濃度検出出力値Lo2が差
動増幅回路23の出力電圧Vs2の０〔Ｖ〕に対応する基準
値Lref0以下であるか否かを判別する（ステップ55）。L
o2≦Lref0（Vs2≦０）ならば、リッチ領域であるので第
２センサ選択状態が継続され、Lo2＞Lref0（Vs2＞０）
ならば、リーン領域であるので第１センサ選択指令を駆
動回路30に対して発生し（ステップ56）、第１センサが
選択されたことを表わすためにフラグFsに“0"がセット
される（ステップ57）。駆動回路30は第１センサ選択指
令に応じてスイッチ28a,28b,29a,29bを上記した第１セ
ンサ選択位置に駆動し、その駆動状態は第２センサ選択
指令が空燃比制御回路32から供給されるまで維持され
る。また第２センサ選択指令に応じてスイッチ28a,28b,
29a,29bを上記した第２センサ選択位置に駆動し、その
駆動状態は第１センサ選択指令が空燃比制御回路32から
供給されるまで維持される。このように第１又は第２セ
ンサを選択すると、空燃比制御回路32はA/D変換器31か
ら出力される第１又は第２センサの酸素濃度検出出力値
Lo2が目標空燃比に対応する目標値Lrefより大であるか
否かを判別する（ステップ58）。o2≦refならば、供給
混合気の空燃比がリッチであるので駆動回路33に対して
電磁弁34の開弁駆動指令を発生し（ステップ59）、Lo2
＞Lrefならば、供給混合気の空燃比がリーンであるので
駆動回路33に対して電磁弁34の開弁駆動停止指令を発生
する（ステップ60）。駆動回路33は開弁駆動指令に応じ
て電磁弁34を開弁駆動して２次空気をエンジン吸気マニ
ホールド内に供給することにより空燃比をリーン化さ
せ、開弁駆動停止指令に応じて電磁弁34の開弁駆動を停
止して空燃比をリッチ化させる。かかる動作を所定周期
毎に繰り返し実行することにより供給混合気の空燃比を
目標空燃比に制御するのである。なお、ステップ52,55
においては基準値Lref0、すなわち電圧Vs1、Vs2の判別
基準電圧が共にＯ〔Ｖ〕に設定されているが、ヒステリ
シスを持たせるために電圧Vs1の判別基準電圧をＯ
〔Ｖ〕より若干小さく設定し、Vs2の判別基準電圧をＯ
〔Ｖ〕より若干大きく設定しても良い。
上記した本発明の実施例においては、第１及び第２気体
拡散制限手段として導入孔4,5が用いられているが、こ
れに限らず、第６図に示すように第１気体滞留室２内の
２つの第１電極対間及び第２気体滞留室３内の２つの第
２電極対間にギャップを各々形成しそのギャップ幅を異
ならすことにより拡散抵抗を各々得ても良く、また第７
図に示すようにアルミナ（Al2O3）等の多孔質体38,39を
導入孔4,5に充填し多孔質拡散層を形成しても良いので
ある。
拡散制限手段として導入孔4,5が用いられているが、こ
れに限らず、第６図に示すように第１気体滞留室２内の
２つの第１電極対間及び第２気体滞留室３内の２つの第
２電極対間にギャップを各々形成しそのギャップ幅を異
ならすことにより拡散抵抗を各々得ても良く、また第７
図に示すようにアルミナ（Al2O3）等の多孔質体38,39を
導入孔4,5に充填し多孔質拡散層を形成しても良いので
ある。
また、上記した本発明の実施例においては、第１又は第
２センサの出力に応じて２次空気を供給することにより
供給混合気の空燃比を目標空燃比に制御しているが、こ
れに限らず、第１又は第２センサの出力に応じて燃料供
給量を調整することにより空燃比を制御しても良い。
２センサの出力に応じて２次空気を供給することにより
供給混合気の空燃比を目標空燃比に制御しているが、こ
れに限らず、第１又は第２センサの出力に応じて燃料供
給量を調整することにより空燃比を制御しても良い。
発明の効果 以上の如く、本発明の酸素濃度検出装置においては、流
入する排気ガス等の被測定気体に対する拡散抵抗が異な
る第１及び第２気体滞留室を有して第１及び第２気体滞
留室各々の電解質壁部の内外壁面上にこれを挟んで対向
するが如く第１及び第２電極対を設けたので導入孔等に
よる拡散抵抗を調整することによりリーン及びリッチの
広い領域において被測定気体中の酸素濃度に比例したリ
ニアリティの良好な酸素濃度検出出力特性を得ることが
できる。よって、酸素濃度検出出力を補正する必要がな
く空燃比制御が容易となり、空燃比制御精度の向上が図
れるのである。
入する排気ガス等の被測定気体に対する拡散抵抗が異な
る第１及び第２気体滞留室を有して第１及び第２気体滞
留室各々の電解質壁部の内外壁面上にこれを挟んで対向
するが如く第１及び第２電極対を設けたので導入孔等に
よる拡散抵抗を調整することによりリーン及びリッチの
広い領域において被測定気体中の酸素濃度に比例したリ
ニアリティの良好な酸素濃度検出出力特性を得ることが
できる。よって、酸素濃度検出出力を補正する必要がな
く空燃比制御が容易となり、空燃比制御精度の向上が図
れるのである。
第１図（ａ）は本発明による酸素濃度検出装置の実施例
を示す平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のI b−I b
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図は空燃比制御回路の動作を示すフロー
図、第６図は本発明の他の実施例を示す断面図、第７図
（ａ）は本発明の他の実施例を示す平面図、第７図
（ｂ）は第７図（ａ）のVII b−VII b部分の断面図であ
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 4,5……導入孔 ６……気体参照室 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
を示す平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のI b−I b
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図は空燃比制御回路の動作を示すフロー
図、第６図は本発明の他の実施例を示す断面図、第７図
（ａ）は本発明の他の実施例を示す平面図、第７図
（ｂ）は第７図（ａ）のVII b−VII b部分の断面図であ
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 4,5……導入孔 ６……気体参照室 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
フロントページの続き (72)発明者 大野 信之 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62−93648（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−174648（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−174647（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】各々が酸素イオン伝導性固体電解質壁部を
有する第１及び第２気体滞留室を形成する基体と、前記
第１気体滞留室の電解質壁部の内外壁面上にこれを挟ん
で対向するが如く設けられた２つの第１電極付と、前記
第２気体滞留室の電解質壁部の内外壁面上にこれを挟ん
で対向するが如く設けられた２つの第２電極対と、前記
２つの第１電極対のうち外壁面上に設けられた２つの電
極の一方及び前記２つの第２電極対のうち外壁面上に設
けられた２つの電極の一方を基準酸素源に露出させる基
準酸素部と、前記２つの第１電極対のうち外壁面上に設
けられた２つの電極の他方及び前記２つの電極対のうち
外壁面上に設けられた２つの電極の他方を外部に露出さ
せる外部露出部と、前記２つの第１電極対の一方の電極
対間に発生した電圧と第１基準電圧との差電圧に応じた
値の電流を前記２つの第１電極対の他方の電極対間に供
給しかつ前記２つの第２電極対の一方の電極対間に発生
した電圧と第２基準電圧との差電圧に応じた値の電流を
前記２つの第２電極対の他方の電極対間に供給する電流
供給手段とを含み、前記第１気体滞留室が第１気体拡散
制限手段を介して外部に連通しかつ前記第２気体滞留室
が第２気体拡散制限手段を介して外部に連通し、前記電
流供給手段による供給電流値に応じた酸素濃度検出値を
得ることを特徴とする酸素濃度検出装置。 - 【請求項２】前記第１気体拡散制限手段は第１導入孔か
らなり、前記第２気体拡散制限手段は前記第１導入孔と
異なる大きさの第２導入孔からなることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の酸素濃度検出装置。 - 【請求項３】前記第１及び第２気体拡散制限手段は互い
に大きさの異なる多孔質体からなることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の酸素濃度検出装置。 - 【請求項４】前記第１気体滞留室内の２つの第１電極対
間のギャップ幅と前記第２気体滞留室内の２つの第２電
極対間のギャップ幅とが異なることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の酸素濃度検出装置。 - 【請求項５】前記前記電流供給手段は前記酸素濃度検出
値に応じて前記他方の第１電極対間及び他方の第２電極
対間のいづれか一方に選択的に電流を供給してその供給
電流値に応じた酸素濃度検出値を出力することを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の酸素濃度検出装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60-246844 | 1985-11-02 | ||
| JP60246844 | 1985-11-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62201350A JPS62201350A (ja) | 1987-09-05 |
| JPH0715453B2 true JPH0715453B2 (ja) | 1995-02-22 |
Family
ID=17154544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1865486A Expired - Fee Related JPH0715453B2 (ja) | 1985-11-02 | 1986-01-30 | 酸素濃度検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0715453B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6118651A (ja) * | 1984-07-04 | 1986-01-27 | Sharp Corp | 原稿送り装置 |
| JPS6118652A (ja) * | 1984-07-04 | 1986-01-27 | Hitachi Ltd | 媒体の給送装置 |
-
1986
- 1986-01-30 JP JP1865486A patent/JPH0715453B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62201350A (ja) | 1987-09-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |