JPH10300720A - Exhaust constituent measuring instrument and engine air/fuel ratio control system - Google Patents

Exhaust constituent measuring instrument and engine air/fuel ratio control system

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JPH10300720A
JPH10300720A JP9104396A JP10439697A JPH10300720A JP H10300720 A JPH10300720 A JP H10300720A JP 9104396 A JP9104396 A JP 9104396A JP 10439697 A JP10439697 A JP 10439697A JP H10300720 A JPH10300720 A JP H10300720A
Authority
JP
Japan
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cell
electromotive force
negative feedback
exhaust
component
Prior art date
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Application number
JP9104396A
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Japanese (ja)
Inventor
Sadayasu Ueno
定寧 上野
Yasuo Noto
康雄 能登
Naoki Minami
南  直樹
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Hitachi Ltd
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10300720A publication Critical patent/JPH10300720A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To expand the controllability of the air/fuel ratio of, for example, an engine to a high-speed region by performing the bi-directional negative feedback control of the oxygen ion current of a standard cell and the detection of an oxygen ion current sequentially by time-sharing. SOLUTION: In an oxygen shading cell 1, a standard cell 12 and a detection cell 13 have platinum electrodes 15, 16, and 20 that oppose one another while sandwiching a zorconia solid electrolyte 14. The electromotive force of the standard cell 12, a bidirectional negative feedback current for making constant the electromotive force, and an oxygen ion current that is correlated to an air/fuel ratio signal are inputted to a microprocessor 31. The bi-directioinal negative feedback control of the oxygen ion current and the detection of the oxygen ion current are performed sequentially by time-sharing. The distribution processing of the proportional distribution, integration distribution, and differential distribution of the amount of negative feedback is performed by a momentary value that is obtained by the time-sharing, thus reducing the transition response delay for detecting the air/fuel ratio and improving the air/fuel ratio control accuracy of a mixed air and hence optimizing the exhaust, fuel consumption, and output due to an operation condition change.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの空燃比
制御に使用される排気成分計測装置およびそれを使用し
たエンジン空燃比制御システムに関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an exhaust gas component measuring device used for air-fuel ratio control of an engine and an engine air-fuel ratio control system using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、アナログ回路で起電力を一定にす
る負帰還ループにコンデンサCおよび抵抗Rからなる位
相補正回路を挿入して、高速化することは知られてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, it is known to increase the speed by inserting a phase correction circuit including a capacitor C and a resistor R into a negative feedback loop for keeping an electromotive force constant in an analog circuit.

【0003】特開平4−204370号公報には、ポン
プセルに印加される電圧を制御してポンプセルを形成す
るジルコニアのブラックニングを防止することをねらい
とした空燃比センサの駆動回路が記載されている。すな
わち、この公報には起電力セルに所定電流を流す手段
と、前記起電力セルの電圧を前記拡散室の空燃比が理論
空燃比であるときに前記起電力セルの電圧が示す電圧近
傍の所定制御電圧値とするべく前記ポンプセルに流す電
流の方向および大きさを制御するポンプ電流制御手段
と、前記ポンプセルに流す電流値に対応した信号を出力
する信号出力手段と、前記ポンプセルに印加される電圧
を検出し、該電圧の絶対値が所定電圧を超えた場合に前
記起電力セルの所定制御電圧値を変化させる制御電圧変
動手段とを備えることを特徴とする空燃比センサの駆動
回路が記載されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-204370 discloses a drive circuit for an air-fuel ratio sensor which aims at controlling the voltage applied to the pump cell to prevent blackening of zirconia forming the pump cell. . That is, this publication discloses a means for flowing a predetermined current through an electromotive cell, and a method for controlling the voltage of the electromotive cell to a predetermined value near the voltage indicated by the voltage of the electromotive cell when the air-fuel ratio of the diffusion chamber is the stoichiometric air-fuel ratio. Pump current control means for controlling the direction and magnitude of the current flowing through the pump cell to obtain a control voltage value, signal output means for outputting a signal corresponding to the current value flowing through the pump cell, and voltage applied to the pump cell And a control voltage changing means for changing a predetermined control voltage value of the electromotive force cell when an absolute value of the voltage exceeds a predetermined voltage. ing.

【0004】[0004]

【発明が解決しようする課題】エンジンの燃費・排気性
・運転性を向上させるためには排気成分センサを含めた
排気成分計測装置の物理化学的応答性を早めることが必
要である。
In order to improve the fuel efficiency, exhaust performance and operability of the engine, it is necessary to accelerate the physicochemical response of the exhaust component measuring device including the exhaust component sensor.

【0005】本発明は、拡散律速機能の付いた酸素濃淡
電池(セル)を使用した場合における物理化学的応答性
を早め、すなわち過渡応答速度を早め、以ってエンジン
などの燃焼機器における空燃比の制御性をより高速域ま
で拡張することを目的とする。高速域まで拡張すること
によって燃焼機器の燃比・排気性・運転性を向上させる
ことができることになる。
According to the present invention, the physicochemical response in the case of using an oxygen concentration cell (cell) having a diffusion control function is increased, that is, the transient response speed is increased, and the air-fuel ratio in combustion equipment such as an engine is increased. The purpose is to extend the controllability of the system to a higher speed range. By extending to the high-speed range, the fuel ratio, exhaust performance, and drivability of the combustion equipment can be improved.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、ジルコニア固
体電解質体を挟んで対向する少なくとも一対の白金系電
極からなる酸素濃淡電池(セル)を有し、該セルは排気
中にある検出電極への排気成分の拡散を律速する部材で
被覆された検出セルと、基準とする酸素を含む雰囲気中
にあって該酸素分圧に対応する起電力を出力する基準セ
ルとを備え、および該セルを駆動し、その信号を処理す
る電子回路とからなる排気成分計測装置において、前記
電子回路は、前記基準セルの起電力検知(計測)、その
起電力を一定にする酸素イオン電流の双方向負帰還制御
および空燃比信号と相関を有する酸素イオン電流の検知
(計測)を時分割してシーケンシャルに行い、該時分割
で得られる瞬時値を用いて負帰還量の比例成分、積分成
分、微分成分の配分(成分配合が0であることを含む)
処理を特徴とする排気成分計測装置を提供する。
According to the present invention, there is provided an oxygen concentration cell (cell) comprising at least a pair of platinum-based electrodes opposed to each other across a zirconia solid electrolyte, and the cell is connected to a detection electrode in the exhaust gas. A detection cell coated with a member that controls the diffusion of the exhaust component, a reference cell in an atmosphere containing oxygen as a reference and outputting an electromotive force corresponding to the oxygen partial pressure, and the cell In an exhaust gas component measuring apparatus comprising an electronic circuit for driving and processing the signal, the electronic circuit detects (measures) an electromotive force of the reference cell, and bidirectional negative feedback of an oxygen ion current for making the electromotive force constant. The control and the detection (measurement) of the oxygen ion current having a correlation with the air-fuel ratio signal are sequentially performed in a time-division manner, and the instantaneous values obtained in the time-division are used to calculate the proportional component, the integral component, and the derivative component of the negative feedback amount. Arrangement (Including the ingredients is 0)
Provided is an exhaust component measurement device characterized by processing.

【0007】好ましくは、時分割の周波数は、応答化を
早めるコーナー周波数の少なくとも1桁早い周波数とす
る。
[0007] Preferably, the time-division frequency is at least one digit earlier than the corner frequency for quick response.

【0008】好ましくは、前記負帰還量の比例成分は、
参照電力E1と帰還起電力E0との偏差分E1−E0の分解
能から決まる最小単位e(例えば20mV)に整数の1
〜5を乗算して加算して設定する。
Preferably, the proportional component of the negative feedback amount is:
The integral unit 1 (for example, 20 mV) determined by the resolution of the difference E 1 −E 0 between the reference power E 1 and the feedback electromotive force E 0.
Multiply by 5 and add.

【0009】本発明は、前記負帰還量の微分成分は、参
照電力E1,帰還起電力E0,偏差値をE1−E0としたと
きに、前回偏差分と今回偏差分との差分(E1−E0
n-1 −(E1−E0n に係数0.1〜4.0を乗算して
加算することを特徴とする排気成分計測装置を提供す
る。
According to the present invention, the differential component of the negative feedback amount is a difference between the previous deviation and the present deviation when the reference power E 1 , the feedback electromotive force E 0 , and the deviation value are E 1 −E 0. (E 1 −E 0 )
n-1 - to provide an exhaust component measuring apparatus characterized by adding by multiplying the (E 1 -E 0) coefficient of 0.1 to 4.0 to n.

【0010】好ましくは、前記負帰還量の積分成分は、
参照電力E1,帰還起電力E0,偏差値をE1−E0とした
ときに、前回までの偏差分またはその分解能から決まる
最小単位e(例えば20mV)に係数0.02〜0.6
を乗算して累積加算した値に、今回偏差分またはその分
解能から決まる最小単位 e(例えば20mV)に係数
0.02〜0.6を乗算して加算する。
Preferably, the integral component of the negative feedback amount is
When the reference power E 1 , the feedback electromotive force E 0 , and the deviation value are E 1 −E 0 , the coefficient is 0.02 to 0.6 in the minimum unit e (for example, 20 mV) determined from the previous deviation or its resolution.
Is multiplied by a minimum unit e (for example, 20 mV) determined by the current deviation or its resolution and multiplied by a coefficient of 0.02 to 0.6.

【0011】本発明は、ジルコニア固体電解質体を挟ん
で対向する少なくとも一対の白金系電極からなる酸素濃
淡電池(セル)を有し、該セルは排気中にある検出電極
への排気成分の拡散を律速する部材で被覆された検出セ
ルと、基準とする酸素を含む雰囲気中にあって該酸素分
圧に対応する起電力を出力する基準セルとを備え、およ
び該セルを駆動し、その信号を処理する電子回路とから
なる排気成分計測装置において、前記セルの起電力の検
知,該起電力を一定にする酸素イオン電流の双方向負帰
還制御および酸素イオン電流の検知を時分割によってシ
ーケンシャルに行い、時分割で得られる瞬時値を用い
て、前記検出セルにおける拡散遅れと電極の触媒反応遅
れ成分を含む遅れを補正する負帰還量を定めることを特
徴とする排気成分計測装置を提供する。
The present invention has an oxygen concentration cell (cell) composed of at least a pair of platinum-based electrodes opposed to each other with a zirconia solid electrolyte body interposed therebetween, and the cell prevents diffusion of exhaust components to a detection electrode in exhaust gas. A detection cell covered with a rate-limiting member, a reference cell in an atmosphere containing oxygen as a reference and outputting an electromotive force corresponding to the oxygen partial pressure, and driving the cell, In an exhaust gas component measuring device comprising an electronic circuit to be processed, detection of an electromotive force of the cell, bidirectional negative feedback control of an oxygen ion current for making the electromotive force constant, and detection of an oxygen ion current are sequentially performed by time division. A negative feedback amount for correcting a delay including a diffusion delay in the detection cell and a catalyst reaction delay component of the electrode by using an instantaneous value obtained by time division. To provide a device.

【0012】好ましくは、前記比例成分は、参照電力E
1と帰還起電力E0との偏差分E1−E0に基づいて定めら
れる。
Preferably, the proportional component is a reference power E
It is determined based on the difference E 1 −E 0 between 1 and the feedback electromotive force E 0 .

【0013】本発明は、ジルコニア固体電解質体を挟ん
で対向する少なくとも一対の白金系電極からなる酸素濃
淡電池(セル)を有し、該セルは排気中にある検出電極
への排気成分の拡散を律速する部材で被覆された検出セ
ルと、基準とする酸素を含む雰囲気中にあって該酸素分
圧に対応する起電力を出力する基準セルとを備え、およ
び該セルを駆動し、その信号を処理する電子回路とから
なる酸素分圧を計測する装置であって、その一つは、エ
ンジンへの吸気管に配設されるものであり、かつ前記セ
ルの起電力の検知,該起電力を一定にする酸素イオン電
流の双方向負帰還制御および酸素イオン電流の検知を時
分割によってシーケンシャルに行い、時分割で得られる
瞬時値を用いて負帰還制御量を定めることによって吸気
中の酸素量を求める吸気空燃比計測装置であり、その一
つは、エンジンの排気管の排気空燃比を測定し、前記吸
気空燃比計測装置と同様に構成された排気空燃比計測装
置であり、そして、その一つはエンジンの触媒コンバー
タの下流に設置されてここの排気成分を測定し、前記吸
気空燃比計測装置と同様に構成された排気成分計測装置
であり、これらの計測装置からの出力信号をエンジン制
御装置に入力し、エンジン空燃比制御を行うことを特徴
とするエンジン空燃比制御システムを提供する。
The present invention has an oxygen concentration cell (cell) composed of at least a pair of platinum-based electrodes opposed to each other with a zirconia solid electrolyte body interposed therebetween, and the cell prevents diffusion of exhaust components to a detection electrode in exhaust gas. A detection cell covered with a rate-limiting member, a reference cell in an atmosphere containing oxygen as a reference and outputting an electromotive force corresponding to the oxygen partial pressure, and driving the cell, A device for measuring the partial pressure of oxygen comprising an electronic circuit to be processed, one of which is disposed in an intake pipe to an engine, and detects the electromotive force of the cell, and detects the electromotive force. The bidirectional negative feedback control of the oxygen ion current to be constant and the detection of the oxygen ion current are sequentially performed by time division, and the amount of oxygen in the intake air is determined by determining the negative feedback control amount using the instantaneous value obtained by time division. Request An intake air-fuel ratio measurement device, one of which is an exhaust air-fuel ratio measurement device configured to measure an exhaust air-fuel ratio of an exhaust pipe of an engine and configured similarly to the intake air-fuel ratio measurement device, and Is an exhaust component measuring device that is installed downstream of the catalytic converter of the engine and measures the exhaust component there, and is configured similarly to the intake air-fuel ratio measuring device. An output signal from these measuring devices is output to the engine control device. And performs engine air-fuel ratio control to provide an engine air-fuel ratio control system.

【0014】本発明は、基準セルの起電力を検知し、そ
の起電力を一定にする酸素イオン電流の双方向負帰還制
御を行い、検知セルの酸素イオン電流の検知を行って、
排気または吸気成分を計測する方法において、エンジン
の始動時に、起電力を検知して該値が前記一定値以上の
所定の値にまで到達したことを判定し、該判定後10秒
以内に負帰還電流Ipによる付記間制御を行うことを特
徴とする排気または吸気成分の計測方法を提供する。
According to the present invention, the electromotive force of the reference cell is detected, the bidirectional negative feedback control of the oxygen ion current for making the electromotive force constant is performed, and the oxygen ion current of the detection cell is detected.
In the method of measuring an exhaust or intake component, when an engine is started, an electromotive force is detected to determine that the value has reached a predetermined value equal to or more than the predetermined value, and a negative feedback is made within 10 seconds after the determination. There is provided a method for measuring an exhaust or intake component, characterized in that additional control is performed by a current Ip.

【0015】本発明は、基準セルの起電力を検知し、そ
の起電力を一定にする酸素イオン電流の双方向負帰還制
御を行い、検知セルの酸素イオン電流の検知を行って、
排気または吸気成分を計測する方法において、該起電力
に正弦波外乱を加えたときの負帰還量の応答周波数を少
なくとも20Hzまでにわたって、ゲイン,位相遅れと
もに0.1Hz以下のレベルを保持するように形成した
ことを特徴とする排気または吸気成分の計測方法を提供
する。
The present invention detects the electromotive force of the reference cell, performs bidirectional negative feedback control of the oxygen ion current to make the electromotive force constant, and detects the oxygen ion current of the detection cell.
In a method of measuring an exhaust or intake component, a response frequency of a negative feedback amount when a sine wave disturbance is applied to the electromotive force is maintained at a level of 0.1 Hz or less for both gain and phase delay over at least up to 20 Hz. Provided is a method for measuring an exhaust or intake component, which is characterized by being formed.

【0016】起電力一定負帰還制御の酸素イオン電流信
号を時分割するとともに、センサの物理化学的応答遅れ
をデジタルにPID補正することにより得られる作用
は、下記のとおりである。
The operation obtained by time-dividing the oxygen ion current signal of the constant electromotive force negative feedback control and digitally PID-correcting the physicochemical response delay of the sensor is as follows.

【0017】1:空燃比検出の過渡応答遅れを軽減し、
混合気の空燃比制御精度を向上できるため、運転条件の
変化による排気・燃費・出力の最適化を高速応答で表現
できる。
1: The transient response delay of the air-fuel ratio detection is reduced,
Since the air-fuel ratio control accuracy of the air-fuel mixture can be improved, the optimization of exhaust, fuel consumption, and output due to changes in operating conditions can be expressed with high-speed response.

【0018】2:拡散律速機能付濃淡電池の各種の構造
・寸法・材料の組み合わせにかかわらず、1つの汎用回
路でそれぞれの最適駆動条件で作動させることができ
る。
2: Regardless of the combination of various structures, dimensions and materials of the diffusion-controlled density cell, the cell can be operated by one general-purpose circuit under the optimum driving conditions.

【0019】3:アナログ方式では独立して連続的に制
御する基準と検出の2つの濃淡電池を必要とするところ
を、単一の拡散律速機能付濃淡電池で間に合わせること
ができるため、センサの基本構造がコンパクト化できコ
スト低減が可能となる。
3: In the analog system, where two gray cells for reference and detection, which are independently and continuously controlled, are required, a single gray cell with a diffusion control function can make up for it. The basic structure can be made compact and the cost can be reduced.

【0020】本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の
請求項に記載された事項に限定されず、これと同等もし
くはこれから容易に推考できる事項に及ぶ。
The technical scope of the present invention is not limited to the matters described in the claims, but extends to matters equivalent to or easily deduced therefrom.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる実施例を図
面に基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】図1において、酸素濃淡電池(セル)11
は基準セル12および検出セル13からなる。各セル
は、ジルコニア固体電解質体14を挟んで対向する一対
の白金系電極15,16および15,20を有し、電極
15,16は排気成分の拡散を律速する拡散律速部材1
7,18で被覆されている。図において拡散律速孔19
が理解のため表示してある。
In FIG. 1, an oxygen concentration cell (cell) 11
Consists of a reference cell 12 and a detection cell 13. Each cell has a pair of platinum-based electrodes 15, 16 and 15, 20 opposed to each other with a zirconia solid electrolyte member 14 interposed therebetween. The electrodes 15, 16 are diffusion-controlling members 1 for controlling diffusion of exhaust components.
7, 18 are coated. In the figure, the diffusion control hole 19 is shown.
Is shown for understanding.

【0023】基準セル12の電極16には、負帰還増幅
器21に結線される回線22が設けてある。負帰還増幅
器21には参照電圧源E23から参照電圧(参照起電
力)が印加され、その出力は回路24、その途中に設け
た酸素イオン電流検出抵抗25を介して検出セル11の
電極17に結んである。電極18と電極15との間には
回路26を介して定電流源27に結んであり、定電流i
pが負帰還増幅器21に流れる。回路26および参照電
圧源23はそれぞれ接地73,74されている。
The electrode 16 of the reference cell 12 is provided with a line 22 connected to a negative feedback amplifier 21. A reference voltage (reference electromotive force) is applied from the reference voltage source E23 to the negative feedback amplifier 21, and the output is connected to the electrode 17 of the detection cell 11 via the circuit 24 and the oxygen ion current detection resistor 25 provided in the middle. It is. A constant current source 27 is connected between the electrode 18 and the electrode 15 via a circuit 26 and has a constant current i.
p flows to the negative feedback amplifier 21. The circuit 26 and the reference voltage source 23 are grounded 73 and 74, respectively.

【0024】図2に示す実施例も図と基本的に同一であ
り、この場合ジルコニア固体,電解質体14を挟んで対
向する一対の白金系電極15’,16’を有し、電極1
5’,16’は拡散律速部材17’,18’で被覆され
ている。基準電極16’には大気に連通するように大気
導入通路101が律速部材18’で形成されて、酸素濃
淡電池(セル)が構成されている。図1の例に比べて装
置本体がコンパクト化されることが理解されよう。
The embodiment shown in FIG. 2 is basically the same as that shown in FIG. 2 except that a pair of platinum-based electrodes 15 'and 16' opposed to each other with a zirconia solid and an electrolyte body 14 interposed therebetween is used.
5 'and 16' are covered with diffusion-controlling members 17 'and 18'. An air introduction passage 101 is formed of a rate-controlling member 18 ′ in the reference electrode 16 ′ so as to communicate with the atmosphere, thereby forming an oxygen concentration cell (cell). It will be understood that the apparatus body is more compact than the example of FIG.

【0025】マイクロプロセッサ(CPU)31には、
基準セル16の起電力、その起電力を一定にする双方向
負帰還電流Ipおよび空燃比信号と相関を有する酸素イ
オン電流が検出回路32,33,34を介してそれぞれ
入力される。検出回路32,33,34および回路27
にはそれぞれスイッチ35,36,37,38が設けて
ある。
The microprocessor (CPU) 31 includes:
An electromotive force of the reference cell 16, a bidirectional negative feedback current Ip for making the electromotive force constant, and an oxygen ion current having a correlation with the air-fuel ratio signal are input via the detection circuits 32, 33, and 34, respectively. Detection circuits 32, 33, 34 and circuit 27
Are provided with switches 35, 36, 37 and 38, respectively.

【0026】図3において、マイクロプロセッサのセン
サ制御部41は、センサ制御回路42,および出力回路
44の電子回路からなる。43は活性判断回路である。
センサ制御回路42は、負帰還電流Ip駆動部45およ
びPID制御部47からなる。46はVpリミッタ部で
ある。負帰還電流Ip駆動部45は、Ipセル(検出セ
ル)13にIpの出力を与えて、酸素イオン電流の双方
向負帰還制御を行う。Vs一定PID制御部47は、帰
還起電力Vsセル(基準セル)12の帰還起電力Vsが
一定になるように負帰還電流Ipの量を制御するもの
で、その制御量は、負帰還電流Ip駆動部45および帰
還起電力として、Vsセル12に与えられる。このよう
に、センサ制御回路42は、Vs=450mV 一定に
なるように負帰還電流IpをPID制御する。
In FIG. 3, the sensor control section 41 of the microprocessor comprises an electronic circuit of a sensor control circuit 42 and an output circuit 44. 43 is an activation judging circuit.
The sensor control circuit 42 includes a negative feedback current Ip driving unit 45 and a PID control unit 47. 46 is a Vp limiter unit. The negative feedback current Ip driving section 45 gives an output of Ip to the Ip cell (detection cell) 13 to perform bidirectional negative feedback control of the oxygen ion current. The constant Vs PID control unit 47 controls the amount of the negative feedback current Ip so that the feedback electromotive force Vs of the feedback electromotive force Vs cell (reference cell) 12 becomes constant. The control amount is the negative feedback current Ip. The voltage is supplied to the Vs cell 12 as the driving unit 45 and the feedback electromotive force. As described above, the sensor control circuit 42 performs PID control of the negative feedback current Ip so that Vs = 450 mV is constant.

【0027】出力回路44は、負帰還電流Ipの量を電
圧Vout50に変換し、出力するものである。この出
力が空燃比制御に使用されることになる。
The output circuit 44 converts the amount of the negative feedback current Ip into a voltage Vout 50 and outputs it. This output is used for air-fuel ratio control.

【0028】回路の詳細について説明する。The details of the circuit will be described.

【0029】Ic回路52: センサ制御回路42に設
けられるIc回路52は、Vsセル内の酸素基準室を常
時酸素で満たすために、Vsセルに順方向の微小電流
(Ic) を流すためのものである。
Ic circuit 52: The Ic circuit 52 provided in the sensor control circuit 42 is for flowing a small forward current (Ic) to the Vs cell in order to constantly fill the oxygen reference chamber in the Vs cell with oxygen. It is.

【0030】酸素イオン電流は空燃比がリッチとリーン
ではその方向が違う。そのためにこれをオペアンプで電
圧に変換して出力するには、例えばVcent=4Vの
バイアスを加えて、酸素イオン電流が−10mA,0m
A,+10mAのとき、それぞれ1.0V,4.0V,
7.0Vとして、すべて正極性の電圧で出力する。一般
にオペアンプの供給電源電圧の1/2バイアスを加える
と出力電圧範囲を最も広く出力できる。
The direction of the oxygen ion current differs between rich and lean air-fuel ratios. Therefore, to convert the voltage to a voltage by an operational amplifier and output the voltage, for example, a bias of Vcent = 4 V is applied, and the oxygen ion current becomes −10 mA, 0 m
A, + 10mA, 1.0V, 4.0V,
As 7.0 V, all are output with positive polarity voltage. In general, the output voltage range can be output in the widest range when a half bias of the supply voltage of the operational amplifier is applied.

【0031】負帰還電流Ip駆動部45: この回路は
Vcent=4V一定となるように負帰還電流Ipを制
御している。
Negative feedback current Ip driver 45: This circuit controls the negative feedback current Ip so that Vcent = 4V is constant.

【0032】Vsセルの起電力計測、その起電力を一定
にする酸素イオン電流の双方向負帰還制御および空燃比
信号と相関を有する酸素イオン電流の計測に関し、これ
らの制御量を時分割して、その計測と制御をシーケンシ
ャルに行うとともに、時分割で得られる瞬時値を用い
て、負帰還電流量の比例成分、積分成分、微分成分の配
分を最適化することにより、拡散を律速する部材で被覆
されたIpセルにおけるガス拡散の応答遅れと触媒性電
極の酸化・還元およびガスイオン置換反応の応答遅れを
高速応答化する。ここで、積分成分あるいは微分成分は
0に配分されることがある。時分割によるシーケンシャ
ル処理によって、応答性ならびにゲインの任意の設定が
可能になって、エンジン高速域まで精度よく対応できる
ことになる。
Regarding the measurement of the electromotive force of the Vs cell, the bidirectional negative feedback control of the oxygen ion current for making the electromotive force constant, and the measurement of the oxygen ion current having a correlation with the air-fuel ratio signal, these control amounts are time-divided. In addition to performing the measurement and control sequentially, and using the instantaneous value obtained by time division, the distribution of the proportional component, integral component, and differential component of the negative feedback current is optimized, thereby controlling the diffusion. The response delay of gas diffusion in the coated Ip cell and the response delay of oxidation / reduction of catalytic electrode and gas ion substitution reaction are made faster. Here, the integral component or the derivative component may be distributed to zero. By the sequential processing by time division, it is possible to arbitrarily set the response and the gain, and it is possible to accurately cope with a high-speed engine region.

【0033】伝達関係: △VsとIpとの関係は図
5,図6に示す伝達関数となっており、この特性を得る
ように抵抗RとコンデンサCの容量が決められる。
Transfer relationship: The relationship between ΔVs and Ip is a transfer function shown in FIGS. 5 and 6, and the capacitances of the resistor R and the capacitor C are determined so as to obtain this characteristic.

【0034】1段目はローパスフィルタLPFであり、
2段目がPID回路である。
The first stage is a low-pass filter LPF,
The second stage is a PID circuit.

【0035】図では0.1Hz以上の場合を記載してい
るが、積分値の影響は更に低い周波数で表われ、積分項
の時定数はおおよそ4.7secである。
Although the figure shows the case where the frequency is 0.1 Hz or more, the influence of the integral value appears at a lower frequency, and the time constant of the integral term is about 4.7 sec.

【0036】また、各段和は回路全体の伝達関数を表し
ている。伝達関係は下記の事項を評価し、決定される。
Each stage sum represents a transfer function of the entire circuit. The communication relationship is determined by evaluating the following items.

【0037】・センサの位相遅れが30Hz付近で最大
となり、これを補正するため回路の位相は30Hzで最
も進むようにする。
The phase delay of the sensor becomes maximum around 30 Hz, and the phase of the circuit is made to advance most at 30 Hz in order to correct this.

【0038】・ステップ応答時に早く収束すること。Fast convergence during step response.

【0039】・Ipに表われるノイズを小さくする。Reduce the noise appearing in Ip.

【0040】・エンジンの各運転条件で発振しないこ
と。
No oscillation occurs under each operating condition of the engine.

【0041】Vpリミッタ部46: このリミッタは、
Ipセルのブラックリング防止のための電圧リミッタで
ある。
Vp limiter section 46: This limiter is
This is a voltage limiter for preventing black ring of the Ip cell.

【0042】Vpが±2V以上(Vp+>6VまたはV
p+<2V)になると、各コンパレータ回路がPID回
路の3.55VをIpを減らす方向にシフトさせる。こ
れは、Vsに450mVの制御点をZカーブの中でシフ
トさせることになり(センサ測定室の雰囲気が変わ
る)、これによりIpセルの起電力も同様に減少する。
つまり、Ipセルの起電力減少で2V以下になる場合は
Ipに変化なく、そうでない場合はIpを減少させてV
pを2V以下に抑えている。
Vp is ± 2 V or more (Vp +> 6 V or V
When (p + <2V), each comparator circuit shifts 3.55V of the PID circuit in a direction to reduce Ip. This will shift the 450 mV control point to Vs in the Z-curve (changing the atmosphere in the sensor measurement chamber), which will also reduce the electromotive force of the Ip cell.
In other words, when the electromotive force of the Ip cell decreases to 2 V or less, it does not change to Ip. Otherwise, Ip is reduced to Vp.
p is suppressed to 2 V or less.

【0043】活性判断回路43: この回路では、セン
サの活性をVs電圧で判定している。活性前はこの回路
の出力でPID回路およびIp駆動回路の出力をトラン
ジスタで接地し、Ipが流れないようになっている。こ
の間Vcentは4V以下であり、電源投入直後はセン
サのチップ温度が低く、Vsセルの内部抵抗が大きいの
でVsセルへの印加電圧は3V程度となる。その後、チ
ップ温度の上昇とともにVs抵抗が低下するためVsも
低下する。この回路ではリッチスタートも考慮し、Vs
<1.1Vで活性と判断している。Vsがこの値を下回
るとコンデンサへの充電が開始され、10秒後にIpの
制御が許可される。
Activity determination circuit 43: In this circuit, the activity of the sensor is determined based on the voltage Vs. Before activation, the output of this circuit is used to ground the outputs of the PID circuit and the Ip drive circuit with transistors, so that Ip does not flow. During this time, Vcent is 4 V or less. Immediately after the power is turned on, the sensor chip temperature is low and the internal resistance of the Vs cell is large, so that the voltage applied to the Vs cell is about 3 V. After that, the Vs resistance decreases as the chip temperature increases, so that the Vs also decreases. In this circuit, Vs
It is judged to be active at <1.1 V. When Vs falls below this value, charging of the capacitor is started, and after 10 seconds, control of Ip is permitted.

【0044】エンジン制御装置ECU搭載時の電圧判定
とディレタイマはCPUで処理される。
The voltage judgment and the delay timer when the engine control unit ECU is mounted are processed by the CPU.

【0045】出力回路44: 負帰還電流Ipを電圧に
変換する回路で(Ip→Vout)、Ip検出抵抗の電
圧降下を差動増幅し、フィルタを介して出力している。
Output circuit 44: A circuit for converting the negative feedback current Ip into a voltage (Ip → Vout), differentially amplifies the voltage drop of the Ip detection resistor, and outputs the result via a filter.

【0046】センサのバラツキ補正は接続された補正抵
抗51で行う。この補正抵抗はセンサのコネクタ内に挿
入されている。
The variation correction of the sensor is performed by the connected correction resistor 51. This correction resistor is inserted into the connector of the sensor.

【0047】なお、Ipの検出は検出抵抗の両端をA/
D入力してもよい。
It should be noted that Ip is detected by connecting A / A at both ends of the detection resistor.
D may be input.

【0048】ヒータ制御回路61: センサのチップ温
度を約800℃に保持するようにヒータ印加電圧をデュ
ーティ制御している。これによりヒータ65に印加され
る電力は10.5V相当になっている。ECU搭載時は
CPUによるPWM制御がよい。
Heater control circuit 61: The heater application voltage is duty-controlled so as to keep the sensor chip temperature at about 800 ° C. Thus, the power applied to the heater 65 is equivalent to 10.5V. When the ECU is mounted, PWM control by the CPU is preferable.

【0049】基準とする酸素分圧は、排気中の酸素をイ
オン化してポンピングするとともに、排気側にあって、
排気成分の拡散を律速する部材で被覆された検出セルと
は独立して設けた基準セルに蓄えるようにして生ぜしめ
る(図1の場合)。または、基準とする酸素分圧は、大
気中の酸素を用いるとともに、排気側にあって排気成分
の拡散を律速する部材で被覆された検出セルとは独立し
て設けた基準セルに蓄えるようにして生ぜしめる(図2
の場合)。
The reference oxygen partial pressure is obtained by ionizing oxygen in the exhaust gas and pumping the oxygen.
It is generated by storing it in a reference cell provided independently of a detection cell covered with a member that controls diffusion of exhaust components (in the case of FIG. 1). Alternatively, the reference oxygen partial pressure uses oxygen in the atmosphere and stores it in a reference cell provided independently of the detection cell on the exhaust side which is covered with a member that controls the diffusion of exhaust components. (Fig. 2
in the case of).

【0050】時分割の周波数は、負帰還ループの応答速
度を早めようとするコーナ周波数の少なくともほぼ1桁
早い周波数とする。
The frequency of the time division is a frequency which is at least approximately one digit earlier than the corner frequency at which the response speed of the negative feedback loop is to be increased.

【0051】図4は、参照起電力E1と帰還起電力E0
の偏差分E1−E0と時間との関係を示す。参照起電力E
1は次第に増加し、偏差分E1−E0は−から+に転ずる
ことになる。
[0051] Figure 4, reference electromotive force E 1 and deviations E 1 -E 0 of the feedback electromotive force E 0 shows the relationship between time and. Reference electromotive force E
1 gradually increases, and the deviation E 1 −E 0 changes from − to +.

【0052】図5は、双方向負帰還電流Ipの応答周波
数とゲイン(db)との関係、そして図6は、双方向負
帰還電流Ipの応答周波数とセンサの位相遅れ(de
g)との関係を示しており、本図から判るように、本発
明は双方向負帰還電流の応答周波数を1kHzまでにわ
たって山形に形成したことを特徴とする排気または吸気
成分の計測方法にあることが判る。特に10Hz付近に
おいて最大値を示し、1kHzまでにわたって応答が行
われ得ることを示している。尚、本図において、点線は
本発明を適用しない場合の双方向負帰還電流Ipの変化
△Ipを示し、実線は本発明を適用した場合の双方向負
帰還電流Ipの変化△Ipを示す。
FIG. 5 shows the relationship between the response frequency of the bidirectional negative feedback current Ip and the gain (db), and FIG. 6 shows the response frequency of the bidirectional negative feedback current Ip and the phase delay (de) of the sensor.
g), and as can be seen from the figure, the present invention resides in a method for measuring exhaust or intake components, characterized in that the response frequency of bidirectional negative feedback current is formed in a mountain shape up to 1 kHz. You can see that. In particular, the maximum value is shown around 10 Hz, indicating that the response can be performed up to 1 kHz. In this figure, the dotted line shows the change ΔIp of the bidirectional negative feedback current Ip when the present invention is not applied, and the solid line shows the change ΔIp of the bidirectional negative feedback current Ip when the present invention is applied.

【0053】これらの場合、PIDの負帰還量はいずれ
も周波数帯域による選択性は与えず、PIDそれぞれの
比例係数を一律に1.0としたときの実測データでもあ
る。従って、周波数帯域による選択性を与えれば、より
精度の高い制御が可能になる。 負帰還電流Ipの量の
比例成分は、参照起電力E1と帰還起電力E0との偏差分
1−E0の分解能から決まる最小単位e、例えば20m
V、に整数の係数1〜5を乗算して加算するように設定
する。
In these cases, the negative feedback amount of the PID does not give any selectivity depending on the frequency band, and is also actually measured data when the proportional coefficient of each PID is uniformly set to 1.0. Therefore, if the selectivity according to the frequency band is given, more accurate control can be performed. The proportional component of the amount of the negative feedback current Ip is the minimum unit e determined by the resolution of the difference E 1 −E 0 between the reference electromotive force E 1 and the feedback electromotive force E 0 , for example, 20 m.
V is multiplied by integer coefficients 1 to 5 and added.

【0054】負帰還電流Ipの量の微分成分は、参照起
電力E1と帰還起電力E0との偏差分E1−E0の時分割値
に関し、前回偏差分と今回偏差分との差分(E1−E0
n-1−(E1−E0nに望ましくは係数0.1〜4.0を
乗算して加算するように設定する。
The differential component of the amount of the negative feedback current Ip is the difference between the previous deviation and the current deviation with respect to the time division value of the difference E 1 −E 0 between the reference electromotive force E 1 and the feedback electromotive force E 0. (E 1 −E 0 )
n-1 - (E 1 -E 0) desirable n is set to sum by multiplying a factor 0.1 to 4.0.

【0055】負帰還電流Ipの量の積分成分は、参照起
電力E1と帰還起電力E0との偏差分E1−E0の時分割値
に関し、前回までの偏差分またはその分解能から決まる
最小単位、例えば20mVに、望ましくは係数0.02
〜0.5を乗算して累積加算した値に、今回偏差分また
はその分解能から決まる最小単位e、例えば20mV
に、望ましくは係数0.02〜0.6を乗算して加算す
るように設定する。
The integral component of the amount of the negative feedback current Ip is determined from the previous deviation or its resolution with respect to the time division value of the difference E 1 −E 0 between the reference electromotive force E 1 and the feedback electromotive force E 0. In the smallest unit, for example, 20 mV, preferably 0.02
A value obtained by multiplying by 0.5 and accumulatively adding the minimum unit e determined by the current deviation or its resolution, for example, 20 mV
Preferably, the coefficients are multiplied by 0.02 to 0.6 and added.

【0056】排気成分計測装置を用いたエンジン空燃比
の総合制御システムを図7に基づいて説明する。
An overall control system for the engine air-fuel ratio using the exhaust gas component measuring device will be described with reference to FIG.

【0057】エンジン71吸気の側にはエアクリーナ7
2および吸気管73が接続され、吸気管73にはパージ
制御弁74およびEGR制御弁75が付帯される。エン
ジン71の排気側には排気管76、触媒コンバータ77
およびマフラ78が付帯される。吸気管73には吸気空
燃比センサ79、すなわち吸気中の酸素量を検知する酸
素分圧計測装置が取り付けられる。その構成は、前述し
た排気成分計測装置と同様の構成を有しており、排気と
言っても吸気と言っても構成上同等の範囲にある。エン
ジン71と触媒コンバータ77との間の排気管76には
排気空燃比センサ80、すなわち排気成分計測装置が取
り付けられ、その下流にある排気管76には触媒診断セ
ンサ81、すなわち触媒コンバータ77を出た排気中の
酸素あるいは未然成分の酸素分圧を計測する装置が取り
付けられる。その構成は、前述した排気成分計測装置と
同様の構成を有しており、排気と言っても酸素あるいは
未然成分分圧と言っても測定上同等の範囲にある。
The air cleaner 7 is provided on the intake side of the engine 71.
2 and the intake pipe 73 are connected, and a purge control valve 74 and an EGR control valve 75 are attached to the intake pipe 73. An exhaust pipe 76 and a catalytic converter 77 are provided on the exhaust side of the engine 71.
And a muffler 78 are attached. The intake pipe 73 is provided with an intake air-fuel ratio sensor 79, that is, an oxygen partial pressure measurement device that detects the amount of oxygen in the intake air. The configuration has the same configuration as that of the above-described exhaust gas component measuring device, and it is in the same range in terms of the configuration whether it is called exhaust or intake. An exhaust air-fuel ratio sensor 80, that is, an exhaust gas component measuring device is attached to an exhaust pipe 76 between the engine 71 and the catalytic converter 77, and a catalyst diagnostic sensor 81, that is, a catalytic converter 77 is output to the exhaust pipe 76 downstream of the exhaust pipe. A device is installed for measuring the oxygen in the exhaust gas or the oxygen partial pressure of the pre-existing components. The configuration has the same configuration as that of the above-described exhaust gas component measuring device, and is in the same range in terms of measurement whether it is called exhaust gas or oxygen or partial pressure of natural components.

【0058】吸気空燃比センサ79、排気空燃比センサ
80および触媒診断センサ81の出力はエンジン制御装
置ECU82に入力され、エンジン空燃比制御のための
制御量あるいは触媒診断のための信号が出力される。
The outputs of the intake air-fuel ratio sensor 79, the exhaust air-fuel ratio sensor 80, and the catalyst diagnosis sensor 81 are input to an engine control unit ECU 82, which outputs a control amount for engine air-fuel ratio control or a signal for catalyst diagnosis. .

【0059】以上説明したように、構成した排気成分計
測装置の使用の一例を図7に基づいて説明する。図に
は、エンジン71の吸気管73にはエアクリーナ72お
よびパージ制御弁74・EGR制御75が、そして排気
管76には触媒コンバータ77およびマフラ78が設置
された一般的なエンジンシステムが記載されている。こ
のようなシステムにおいて、吸気管73には吸気空燃比
センサ79が、エンジン71と触媒コンバータ77との
間の排気管76には、触媒診断センサ81が設置されて
いる。これらのセンサ79,80,81には前述した排
気成分計測装置が使用される。79は吸気空燃比センサ
であるが、エンジン排気との関係で使用されるものであ
るから排気成分計測装置の一例として示す。これらのセ
ンサ79,80,81はエンジン制御装置82に接続さ
れ、その検出値が入力される。エンジン制御装置82は
これらの入力値を使用して空燃比制御出力値を算出し、
触媒診断出力値を算出する。前述したように、拡散を律
速する部材で被覆された検出セルにおけるガス拡散の応
答遅れと触媒性電極の酸化・還元およびガス・イオン置
換反応の応答遅れを高速応答化できるために、空燃比制
御および触媒診断の高速化を図ることができる。
An example of the use of the exhaust gas component measuring device configured as described above will be described with reference to FIG. The drawing shows a general engine system in which an air cleaner 72 and a purge control valve 74 / EGR control 75 are installed in an intake pipe 73 of an engine 71, and a catalytic converter 77 and a muffler 78 are installed in an exhaust pipe 76. I have. In such a system, an intake air-fuel ratio sensor 79 is provided in the intake pipe 73, and a catalyst diagnostic sensor 81 is provided in the exhaust pipe 76 between the engine 71 and the catalytic converter 77. The exhaust gas component measuring device described above is used for these sensors 79, 80, 81. Reference numeral 79 denotes an intake air-fuel ratio sensor which is used in relation to engine exhaust and is shown as an example of an exhaust component measuring device. These sensors 79, 80, 81 are connected to an engine control device 82, and the detection values are input. The engine control device 82 calculates an air-fuel ratio control output value using these input values,
Calculate the catalyst diagnosis output value. As described above, since the response delay of gas diffusion and the response delay of oxidation / reduction of the catalytic electrode and gas / ion substitution reaction in the detection cell covered with the diffusion rate-controlling member can be made faster, the air-fuel ratio control is performed. In addition, the speed of catalyst diagnosis can be increased.

【0060】[0060]

【発明の効果】基準セルの起電力計測、その起電力を一
定にする酸素イオン電流の双方向負帰還制御および空燃
比信号と相関を有する酸素イオン電流の計測を時分割し
てシーケンシャルに行い、時分割で得られる瞬時値を用
いて負帰還電流量を定める制御を行うことによって拡散
を律速する部材で被覆された検出セルにおけるガス拡散
の応答遅れと触媒性電極の酸化・還元およびガス・イオ
ン置換反応の応答遅れを高速応答化することができる。
The measurement of the electromotive force of the reference cell, the bidirectional negative feedback control of the oxygen ion current for making the electromotive force constant, and the measurement of the oxygen ion current having a correlation with the air-fuel ratio signal are sequentially performed in a time division manner. Controlling the amount of negative feedback current using the instantaneous value obtained by time-sharing to control the gas diffusion response in the detection cell covered with a member that controls the diffusion, oxidation / reduction of the catalytic electrode, and gas ion The response delay of the substitution reaction can be made faster.

【0061】また、このような計測装置を用いることに
よってエンジン制御装置ECUにおける空燃比信号と酸
素イオン電流計測との相関を精度よく求めることができ
るとともに、空燃比制御域を拡大することができるの
で、排気規制強化に対応できるエンジン空燃比の統合制
御システムを提供できることになる。
Further, by using such a measuring device, the correlation between the air-fuel ratio signal and the oxygen ion current measurement in the engine control unit ECU can be accurately obtained, and the air-fuel ratio control range can be expanded. Thus, it is possible to provide an integrated control system for the engine air-fuel ratio that can cope with stricter emission regulations.

【0062】より具体的には、更に車載装置による触媒
診断・蒸発燃料パージ制御・EGR限界制御における精
度向上と制御域拡大を行うことができる。リーン限界/
ストイキ切替制御の精度向上および制御域拡大が可能と
なって、燃費向上を狙ったシステムを提供できることに
なる。
More specifically, it is possible to further improve the accuracy and expand the control range in the catalyst diagnosis, the evaporative fuel purge control, and the EGR limit control using the vehicle-mounted device. Lean limit /
It is possible to improve the accuracy of the stoichiometric switching control and expand the control range, thereby providing a system aiming at improving fuel efficiency.

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

【図1】本発明の1実施例についての概念を示す図。FIG. 1 is a diagram showing the concept of one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施例についての概念を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the concept of another embodiment of the present invention.

【図3】図1および図2の一部構成についての詳細図。FIG. 3 is a detailed view of a part of the configuration shown in FIGS. 1 and 2;

【図4】偏差分E1−E0と時間との関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between deviation E 1 −E 0 and time.

【図5】PID制御回路の周波数特性を示す図。FIG. 5 is a diagram illustrating frequency characteristics of a PID control circuit.

【図6】PID制御回路の他の周波数特性を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating another frequency characteristic of the PID control circuit.

【図7】本発明によって提供されるエンジン空燃比の総
合制御システムを示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a total control system for an engine air-fuel ratio provided by the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…酸素濃淡電池(セル),12…基準セル(Vsセ
ル)13…検出セル,(Ipセル),14…ジルコニア
固体電解質体,15…電極,16…電極,17…拡散律
速部材,18…拡散律速部材,20…電極,21…負帰
還増幅器,23…参照電圧源E,31…マイクロプロセ
ッサー(CPU),41…センサ制御部,42…センサ
制御回路,43…活性判断回路,44…出力回路,45
…帰還電流Ip駆動部,47…PID制御部,61…ヒ
ータ制御および電源部
Reference numeral 11: oxygen concentration cell (cell), 12: reference cell (Vs cell) 13: detection cell, (Ip cell), 14: zirconia solid electrolyte, 15: electrode, 16: electrode, 17: diffusion-controlling member, 18: Diffusion controlling member, 20 electrodes, 21 negative feedback amplifier, 23 reference voltage source E, 31 microprocessor (CPU), 41 sensor control unit, 42 sensor control circuit, 43 activation determination circuit, 44 output Circuit, 45
... feedback current Ip drive unit, 47 ... PID control unit, 61 ... heater control and power supply unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南 直樹 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Naoki Minami 2477 Takaba, Hitachinaka-shi, Ibaraki Pref. Hitachi Car Engineering Co., Ltd.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ジルコニア固体電解質体を挟んで対向する
少なくとも一対の白金系電極からなる酸素濃淡電池(セ
ル)を有し、該セルは排気中にある検出電極への排気成
分の拡散を律速する部材で被覆された検出セルと、基準
とする酸素を含む雰囲気中にあって、該酸素分圧に対応
する起電力を出力する基準セルとを備え、および該セル
を駆動し、その信号を処理する電子回路とからなる排気
成分計測装置において、 前記電子回路は、前記基準セ
ルの起電力検知(計測)、その起電力を一定にする酸素
イオン電流の双方向負帰還制御および空燃比信号と相関
を有する酸素イオン電流の検知(計測)を時分割してシ
ーケンシャルに行い、該時分割で得られる瞬時値を用い
て負帰還量の比例成分、積分成分、微分成分の配分(成
分配合が0であることを含む)処理を行うことを特徴と
する排気成分計測装置。
1. An oxygen concentration cell (cell) comprising at least a pair of platinum-based electrodes opposed to each other with a zirconia solid electrolyte body interposed therebetween, and the cell controls diffusion of an exhaust component to a detection electrode in the exhaust gas. A detection cell covered with a member, and a reference cell which is in an atmosphere containing oxygen as a reference and outputs an electromotive force corresponding to the oxygen partial pressure, and drives the cell to process the signal. The electronic circuit includes an electronic circuit for detecting (measuring) an electromotive force of the reference cell, bidirectional negative feedback control of an oxygen ion current for making the electromotive force constant, and correlating with an air-fuel ratio signal. The detection (measurement) of the oxygen ion current having the following is sequentially performed in a time-division manner, and the proportional component, the integral component, and the differential component of the negative feedback amount are distributed using the instantaneous values obtained by the time-division (when the component mixture is 0). Ariko And an exhaust gas component measuring apparatus.
【請求項2】請求項1において、 時分割の周波数は、応答化を早めるコーナー周波数の少
なくとも1桁早い周波数とすることを特徴とする排気成
分計測装置。
2. The exhaust gas component measuring apparatus according to claim 1, wherein the frequency of the time division is at least one digit earlier than a corner frequency for quick response.
【請求項3】請求項1において、 前記負帰還量の比例成分は、参照電力E1と帰還起電力
0との偏差分E1−E0の分解能から決まる最小単位e
(例えば20mV)に整数の1〜5を乗算して加算して
設定することを特徴とする排気成分計測装置。
3. The minimum unit e according to claim 1, wherein the proportional component of the negative feedback amount is determined by the resolution of a difference E 1 −E 0 between the reference power E 1 and the feedback electromotive force E 0.
(E.g., 20 mV) multiplied by an integer of 1 to 5 and added and set.
【請求項4】前記負帰還量の微分成分は、参照電力
1,帰還起電力E0,偏差値をE1−E0としたときに、
前回偏差分と今回偏差分との差分(E1−E0n-1−(E
1−Eに係数0.1〜4.0を乗算して加算する
ことを特徴とする排気成分計測装置。
4. The differential component of the amount of negative feedback is represented by: a reference power E 1 , a feedback electromotive force E 0 , and a deviation value E 1 −E 0 .
The difference between the previous deviation and the current deviation (E 1 −E 0 ) n−1 − (E
1 -E 0 ) An exhaust gas component measuring apparatus, wherein n is multiplied by a coefficient of 0.1 to 4.0 and added.
【請求項5】請求項1において、 前記負帰還量の積分成分は、参照電力E,帰還起電力
0,偏差値をE1−E0としたときに、前回までの偏差
分またはその分解能から決まる最小単位e(例えば20
mV)に係数0.02〜0.6を乗算して累積加算した
値に、今回偏差分またはその分解能から決まる最小単位
e(例えば20mV)に係数0.02〜0.6を乗算
して加算することを特徴とする排気成分計測装置。
5. The integrated component of the negative feedback amount according to claim 1, wherein the integral component of the negative feedback amount is a deviation amount up to the previous time or a value corresponding to the deviation value when the reference value E 1 , the feedback electromotive force E 0 , and the deviation value are E 1 −E 0. The minimum unit e determined by the resolution (for example, 20
mV) multiplied by a coefficient of 0.02 to 0.6 and cumulatively added, the minimum unit e (for example, 20 mV) determined by the current deviation or its resolution is multiplied by a coefficient of 0.02 to 0.6 and added. An exhaust gas component measuring device characterized by the following.
【請求項6】ジルコニア固体電解質体を挟んで対向する
少なくとも一対の白金系電極からなる酸素濃淡電池(セ
ル)を有し、該セルは排気中にある検出電極への排気成
分の拡散を律速する部材で被覆された検出セルと、基準
とする酸素を含む雰囲気中にあって該酸素分圧に対応す
る起電力を出力する基準セルとを備え、および該セルを
駆動し、その信号を処理する電子回路とからなる排気成
分計測装置において、 前記セルの起電力の検知,該起電力を一定にする酸素イ
オン電流の双方向負帰還制御および酸素イオン電流の検
知を時分割によってシーケンシャルに行い、時分割で得
られる瞬時値を用いて、前記検出セルにおける拡散遅れ
と電極の触媒反応遅れ成分を含む遅れを補正する負帰還
量を定めることを特徴とする排気成分計測装置。
6. An oxygen concentration cell (cell) comprising at least a pair of platinum-based electrodes opposed to each other with a zirconia solid electrolyte body interposed therebetween, and the cell controls diffusion of exhaust components to a detection electrode in exhaust gas. A detection cell covered with a member, and a reference cell that outputs an electromotive force corresponding to the oxygen partial pressure in an atmosphere containing oxygen as a reference, drives the cell, and processes a signal thereof. In an exhaust gas component measuring device comprising an electronic circuit, detection of an electromotive force of the cell, bidirectional negative feedback control of an oxygen ion current for making the electromotive force constant, and detection of an oxygen ion current are sequentially performed by time division. An exhaust component measuring device, wherein an amount of negative feedback for correcting a delay including a diffusion delay in the detection cell and a catalyst reaction delay component of an electrode is determined using an instantaneous value obtained by the division.
【請求項7】請求項6において、 前記比例成分は、参照電力E1と帰還起電力E0との偏差
分E1−E0に基づいて定められることを特徴とする排気
成分計測装置。
7. The exhaust component measuring device according to claim 6, wherein the proportional component is determined based on a difference E 1 −E 0 between the reference power E 1 and the feedback electromotive force E 0 .
【請求項8】ジルコニア固体電解質体を挟んで対向する
少なくとも一対の白金系電極からなる酸素濃淡電池(セ
ル)を有し、該セルは排気中にある検出電極への排気成
分の拡散を律速する部材で被覆された検出セルと、基準
とする酸素を含む雰囲気中にあって該酸素分圧に対応す
る起電力を出力する基準セルとを備え、および該セルを
駆動し、その信号を処理する電子回路とからなる酸素分
圧を計測する装置であって、 その一つは、エンジンへの吸気管に配設されるものであ
り、かつ前記セルの起電力の検知,該起電力を一定にす
る酸素イオン電流の双方向負帰還制御および酸素イオン
電流の検知を時分割によってシーケンシャルに行い、時
分割で得られる瞬時値を用いて負帰還制御量を定めるこ
とによって吸気中の酸素量を求める吸気空燃比計測装置
であり、 その一つは、エンジンの排気管の排気空燃比を測定し、
前記吸気空燃比計測装置と同様に構成された排気空燃比
計測装置であり、そして、 その一つはエンジンの触媒コンバータの下流に設置され
てここの排気成分を測定し、前記吸気空燃比計測装置と
同様に構成された排気成分計測装置であり、 これらの計測装置からの出力信号をエンジン制御装置に
入力し、エンジン空燃比制御を行うことを特徴とするエ
ンジン空燃比制御システム。
8. An oxygen concentration battery (cell) comprising at least a pair of platinum-based electrodes opposed to each other with a zirconia solid electrolyte body interposed therebetween, and the cell controls diffusion of an exhaust component to a detection electrode in the exhaust gas. A detection cell covered with a member, and a reference cell that outputs an electromotive force corresponding to the oxygen partial pressure in an atmosphere containing oxygen as a reference, drives the cell, and processes a signal thereof. A device for measuring a partial pressure of oxygen comprising an electronic circuit, one of which is disposed in an intake pipe to an engine, and detects an electromotive force of the cell and keeps the electromotive force constant. The bidirectional negative feedback control of the oxygen ion current and the detection of the oxygen ion current are sequentially performed by time division, and the amount of oxygen in the intake is determined by determining the negative feedback control amount using the instantaneous value obtained by time division. Air fuel One of which measures the exhaust air-fuel ratio of the exhaust pipe of the engine,
An exhaust air-fuel ratio measurement device configured in the same manner as the intake air-fuel ratio measurement device, and one of the exhaust air-fuel ratio measurement devices is installed downstream of a catalytic converter of an engine and measures an exhaust component there. An engine air-fuel ratio control system characterized in that it is configured to input an output signal from these measurement devices to an engine control device and perform engine air-fuel ratio control.
【請求項9】基準セルの起電力を検知し、その起電力を
一定にする酸素イオン電流の双方向負帰還制御を行い、
検知セルの酸素イオン電流の検知を行って、排気または
吸気成分を計測する方法において、 エンジンの始動時に起電力を検知して、該値が前記一定
値以上の所定の値にまで到達したことを判定し、該判定
後10秒以内に負帰還電流Ipによる負帰還制御を行う
ことを特徴とする排気または吸気成分の計測方法。
9. An electromotive force of a reference cell is detected, and bidirectional negative feedback control of an oxygen ion current for making the electromotive force constant is performed.
In a method of detecting an oxygen ion current of a detection cell and measuring an exhaust or intake component, detecting an electromotive force at the time of starting an engine, and detecting that the value reaches a predetermined value equal to or more than the predetermined value. A method for measuring an exhaust or intake component, comprising: determining, and performing negative feedback control using a negative feedback current Ip within 10 seconds after the determination.
【請求項10】基準セルの起電力を検知し、その起電力
を一定にする酸素イオン電流の双方向負帰還制御を行
い、検知セルの酸素イオン電流の検知を行って排気また
は吸気成分を計測する方法において、 該起電力に正弦波外乱を加えたときの負帰還量の応答周
波数を少なくとも20kHzまでにわたって、ゲイン,
位相遅れともに0.1Hz以下のレベルを保持するよう
に形成したことを特徴とする排気または吸気成分の計測
方法。
10. An exhaust or intake component is detected by detecting an electromotive force of a reference cell, performing bidirectional negative feedback control of an oxygen ion current to make the electromotive force constant, and detecting an oxygen ion current of the detection cell. A response frequency of a negative feedback amount when a sine wave disturbance is applied to the electromotive force at least up to 20 kHz,
A method for measuring an exhaust or intake component, wherein a phase delay is maintained at a level of 0.1 Hz or less.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008008667A (en) * 2006-06-27 2008-01-17 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas sensor controller
DE102009053642A1 (en) 2008-11-17 2010-07-15 NGK Spark Plug Co., Ltd., Nagoya-shi Gas sensor system and method for gas sensor control

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