JPS5861455A - Detecting apparatus of air-fuel ratio - Google Patents

Detecting apparatus of air-fuel ratio

Info

Publication number
JPS5861455A
JPS5861455A JP56160076A JP16007681A JPS5861455A JP S5861455 A JPS5861455 A JP S5861455A JP 56160076 A JP56160076 A JP 56160076A JP 16007681 A JP16007681 A JP 16007681A JP S5861455 A JPS5861455 A JP S5861455A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air
sensor
fuel ratio
fuel
resistance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP56160076A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0151772B2 (en
Inventor
Haruyoshi Kondo
春義 近藤
Hideaki Takahashi
英昭 高橋
Keiichi Saji
啓市 佐治
Takashi Takeuchi
隆 武内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP56160076A priority Critical patent/JPS5861455A/en
Publication of JPS5861455A publication Critical patent/JPS5861455A/en
Publication of JPH0151772B2 publication Critical patent/JPH0151772B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0031General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array
    • G01N33/0032General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array using two or more different physical functioning modes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

PURPOSE:To measure the air-fuel ratio quickly and highly accurately in a wide measuring range from rich to lean, by using an oxide semiconductor sensor only on the rich side and switching to a threshold current type oxygen sensor on the lean side. CONSTITUTION:An output of a thermocouple of a TiO2 sensor 1 is introduced into a temperature regulator 23 through an automatic cold junction compensator 19, a measuring amplifier 20, an attenuator 21 and an automatic cold junction compensator 22. A characteristic of resistance of TiO2 to the air-fuel ratio is changed suddenly in about 10<4> times at a boundary of rich and lean. Accordingly, its middle value is set at the standard resistance in a standard resistance setting device 29 and on the other hand, dimensions of the resistance of the sensor are extracted by a temperature compensator 25 and then, both dimensions are compared by a rich and lean decision device 30. When the sensor resistance is small, it is decided as rich and when said resistance is large, it is decided as lean. A threshold current type oxygen sensor 6 is connected to a threshold current voltage and current detection part. The voltage is applied only in case of deciding as lean by the device 30.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動車用エンジンやその他の燃焼装置の排気
の空燃比を測定するための空燃比検出装置に関し、とく
に、空燃比の燃料過剰(以下、リッチ(Rich)とい
う)範囲と、燃料不足(以下、リーン(Lean )と
いう)範囲との両者に互る広い範囲を測定することので
きる空燃比検出装置に藺する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an air-fuel ratio detection device for measuring the air-fuel ratio of exhaust gas from an automobile engine or other combustion device, and particularly relates to an air-fuel ratio detecting device for measuring an air-fuel ratio of exhaust gas from an automobile engine or other combustion device. ) range and a fuel shortage (hereinafter referred to as lean) range.

今日の社会においては、環境の保護の観点から、自動車
用エンジンを始めとする各種燃焼装置からの排気中に含
まれる有害成分を極力低減することが求められている。
In today's society, from the viewpoint of environmental protection, it is required to reduce as much as possible harmful components contained in exhaust from various combustion devices including automobile engines.

この要請に応えるために点火時期、EGRを始めとする
各種調節が行なわれているが、それらの内でも空燃比の
調節はその根幹をなすものといえる。従って、璧備工場
や研究部門等で空燃比を測定する機会が多い。一般にエ
ンノンにおいては理論空燃比近傍で燃焼させるのが高出
力であシ、しかも排気中の有害成分も少なく良好な場合
が多い。
In order to meet this demand, various adjustments have been made, including ignition timing and EGR, but among these adjustments, the air-fuel ratio adjustment can be said to be the most fundamental. Therefore, there are many opportunities to measure the air-fuel ratio at the Kibi factory, research department, etc. Generally, in Ennon, combustion at near the stoichiometric air-fuel ratio provides high output, and in many cases, there are few harmful components in the exhaust gas.

しかしながら、実際には様々な原因で空燃比の設定値か
らのずれが起るので計測しfcシ調整したシする必要が
生ずる。
However, in reality, the air-fuel ratio deviates from the set value due to various reasons, so it becomes necessary to measure and adjust the fc ratio.

空燃比をずれさせる原因として下記のようなものがめる
The following factors are considered to cause the air-fuel ratio to deviate.

■ 冷間始動時におけるチョーク操作時始動時に寂いて
は燃料の一部がインテークマニホルド壁面等へ付着して
シリンダ内へ到達する割合が減少するので、チョークを
操作して燃料を増量するため排気の空燃比が燃料リッチ
(以下、単にリッチ(Rich))になシ易い。このと
き多量の有害ガスが発生し易い。
■ When operating the choke during a cold start If the engine runs slowly during a cold start, some of the fuel will adhere to the intake manifold wall and the rate of reaching the inside of the cylinder will decrease. The air-fuel ratio tends to become fuel rich (hereinafter simply referred to as Rich). At this time, a large amount of harmful gas is likely to be generated.

■ 加減速を始めとする過渡状態 エンジンでは各種のふらつきがあるため、定常状態で運
転しようとしても変動は避けられず、そういう意味では
常に過渡状態にあるが、特に加減速時には大きな過渡状
態が現われる。過渡状態において空燃比が変動するのは
以下の理由による〇即ち、ガソリン等の液化燃料を用い
ているエンジ・ンの気化器や燃料噴射弁等よシ下流のイ
ンテークマニホルド内の燃料流れの様子は一部が気化し
、他の部分が液状でいわゆる気液二相流になっている。
■ Transient states such as acceleration/deceleration Engines experience various fluctuations, so fluctuations are unavoidable even if you try to operate in a steady state.In that sense, the engine is always in a transient state, but particularly large transient states appear during acceleration/deceleration. . The reason why the air-fuel ratio fluctuates during transient conditions is due to the following reasons: In other words, the state of fuel flow in the intake manifold downstream of the carburetor, fuel injection valve, etc. of an engine that uses liquefied fuel such as gasoline is A part of the flow is vaporized and the other part is liquid, creating a so-called gas-liquid two-phase flow.

定常状態において理論空燃比になるように調整できたと
仮定すると定常状態では気体状の流れと液体状の流れが
ある割合になっている。仮に減速時を例にとって説明す
ると、気化器よりの燃料が減少し、シリンダ内燃料も減
少せねばならない。
Assuming that the air-fuel ratio can be adjusted to the stoichiometric air-fuel ratio in a steady state, there will be a certain ratio of gaseous flow and liquid flow in a steady state. Taking deceleration as an example, the fuel from the carburetor decreases, and the fuel in the cylinder must also decrease.

気体状の流れは遅れ時間が短かいので問題ないが、液体
状の流れは遅れ時間が長いため、シリンダ内燃料は即時
に減少せずリッチになってしまう。
Gaseous flow has a short delay time, so there is no problem, but liquid flow has a long delay time, so the fuel in the cylinder does not decrease immediately and becomes rich.

■ 空燃比の気筒間差 一般に自動車用の実用エンノンは全て多気筒エンノンで
あるといっても過言ではない。そして各気筒は何等かの
非対称性を持つことが避けられないため、燃料分配にバ
ラツキが生じ、空燃比の気筒間差が生じる。気筒間差は
EFIエンジンでは比較的小さいが気化器式のものでは
犬さくなる場合がるる。気筒問屋が大きくなると、エン
ジン諸特性や排気中の肩書成分を悪化させるので無視す
ることは許されない。
■ Differences in air-fuel ratio between cylinders It is no exaggeration to say that all practical car engine engines are multi-cylinder engine systems. Since each cylinder inevitably has some kind of asymmetry, variations occur in fuel distribution, resulting in differences in air-fuel ratio between cylinders. The difference between cylinders is relatively small in EFI engines, but it can be quite small in carburetor engines. As cylinder wholesalers become larger, engine characteristics and title components in the exhaust deteriorate, so it cannot be ignored.

以上例示したように、裡々の要因で空燃比の変動やバラ
ツキ等が生じるので空燃比計測を短がい遅れ時間で簡便
に測定したいという要求は強い。
As exemplified above, there is a strong demand to easily measure the air-fuel ratio with a short delay time, since fluctuations and variations in the air-fuel ratio occur due to various factors.

従来、このような要求に応えるべく提案された空燃比計
測のためのセンサとして、比較的に実用の可能性の高い
ものに、酸化物半導体センサや限界電流式酸素センサ等
がある。
Conventionally, as sensors for measuring air-fuel ratios that have been proposed to meet such demands, there are oxide semiconductor sensors, limiting current type oxygen sensors, and the like, which have a relatively high possibility of practical use.

酸化物半導体センサは、酸化物半導体の抵抗が空燃比に
よって変化することを利用したものである。空燃比測定
に適する酸化物半導体としては、’rio2. CeO
2、Nb2O5等のN型半導体や、NiO、Co。
Oxide semiconductor sensors utilize the fact that the resistance of oxide semiconductors changes depending on the air-fuel ratio. As an oxide semiconductor suitable for air-fuel ratio measurement, 'rio2. CeO
2. N-type semiconductors such as Nb2O5, NiO, Co.

等のP型半導体等がある。There are P-type semiconductors such as

これらの酸化物半導体センサは、燃焼装置の排気のよう
な高温でも支障なく動作し、また非常に小さな形状に構
成できるので、排気管中にセ/すを直接設置することが
可能であシ、排気管内の空燃比分布などの微小空間内の
計測も可能であるという利点を有している反面、次のよ
うな問題点を有している。
These oxide semiconductor sensors operate without problems even at high temperatures such as exhaust gas from combustion equipment, and can be constructed in a very small size, making it possible to install the sensor directly in the exhaust pipe. Although it has the advantage of being able to measure the air-fuel ratio distribution in an exhaust pipe and other microscopic spaces, it also has the following problems.

一例として、TiOセンサの場合について説明する。As an example, the case of a TiO sensor will be explained.

■ 第1図に示すT t O2センサの特性がら明らが
なようにリーン側での抵抗が著しく尚い(108〜10
 〔Ω〕程度) ため、抵抗の計測が峻しい。
■ As is not clear from the characteristics of the T t O2 sensor shown in Figure 1, the resistance on the lean side is significantly higher (108~10
(about [Ω]), making it difficult to measure resistance.

■ センサ自体の抵抗が高いのでハウジング等での絶縁
抵抗が不充分であると電気的なリークを生じて抵抗測定
に妨害を与え易い。
■ Since the resistance of the sensor itself is high, if the insulation resistance of the housing etc. is insufficient, electrical leakage may occur and easily interfere with resistance measurement.

■ リーン側ではリッチ調に比べて温度係数が何倍も高
い値なので僅かな温度変動が大きな抵抗変動を生じ、空
燃比値にも大きな影響を与える。
■ On the lean side, the temperature coefficient is many times higher than on the rich side, so a slight temperature change will cause a large resistance change, which will also have a large effect on the air-fuel ratio value.

温度補償をすべ(TlO2センサの傍に熱電対を設置し
てもTlO2と熱電対の間に若干の温度源がつぎ、しか
も変動するので誤差になシ易い。T io 2センサ内
に熱電対を埋め込むと温度差の問題は解消されるものの
、T r 02の導電性のため熱電対素線との同に電気
的導通を生じ、抵抗測定系と温度測定系の絶縁が充分に
できず干渉が起こる。
Temperature compensation should be performed (even if a thermocouple is installed near the TlO2 sensor, there will be a slight temperature source between the TlO2 and the thermocouple, and it will fluctuate, so it is easy to cause errors.) Although embedding solves the problem of temperature difference, the conductivity of T r 02 causes electrical continuity with the thermocouple wire, and the resistance measurement system and temperature measurement system cannot be sufficiently insulated, leading to interference. happen.

■ リッチ側で低抵抗になった後でリーン側に戻した場
合、抵抗の増加が緩慢に起シ容易に安定しにくい。
■ If the resistance becomes low on the rich side and then returns to the lean side, the resistance increases slowly and is difficult to stabilize.

■ 同一の空燃比でおっても排気中に燃焼生成物(C0
2,H2O)の他に残存する未燃成分の償類と濃度によ
シ抵抗値が大きな影響を受ける。
■ Even if the air-fuel ratio is the same, combustion products (C0
In addition to 2, H2O), the resistance value is greatly affected by the amount and concentration of remaining unburned components.

■ 排気の空燃比とT t O2センサ抵抗の関係が非
直線的なため、抵抗がら空燃比への決算を行なうのに誤
差を伴い易く、しかも不便である。
(2) Since the relationship between the air-fuel ratio of the exhaust gas and the T t O2 sensor resistance is non-linear, calculating the air-fuel ratio from the resistance is likely to involve errors and is inconvenient.

このような問題点に対する1つの解決策として、本発明
の発明者等は「空燃比計」の発明をなし、特許出願を行
なった(特願昭55−165236号)。
As one solution to these problems, the inventors of the present invention invented an "air-fuel ratio meter" and filed a patent application (Japanese Patent Application No. 165,236/1982).

その発明は上記問題点に対し次のように対処している。The invention addresses the above problems as follows.

■ 酸化物半導体センサの抵抗測定の問題に対しては1
0〜10 〔Ω〕もの範囲の抵抗を精密に高速度で測定
できるようにした独自の対数変換型抵抗計(これは実願
昭55−69848号として出願法)を用いた。
■ 1 for the problem of resistance measurement of oxide semiconductor sensors.
A unique logarithmic conversion type resistance meter (this was filed as Utility Model Application No. 55-69848) was used, which allows resistances in the range of 0 to 10 [Ω] to be measured accurately and at high speed.

■ 絶縁抵抗が不十分になシミ気的なリークが生ずるこ
とによる障害の問題に対しては、ハウジングの形状、ガ
スシール法、および高温維持による水蒸気凝固防止等に
より対策をする。
■ Countermeasures will be taken to prevent failures caused by insufficient insulation resistance and stain-like leaks by changing the shape of the housing, changing the gas sealing method, and preventing water vapor solidification by maintaining high temperatures.

■ 温度の問題に対しては、温度変動による誤差を避け
るために、精密に温度調節を行なうと共に微小な変動分
に対しても温度補償を行なうようにしたことである。更
に、リッチ側とり一ン側で温度係数が異なるのでそれぞ
れに適合した温度係数で補償できるように、センサの抵
抗値からリッチ側であるか否かを判定して、その判定に
基づいて温度係数を切シ換えるようにする。
(2) To address the temperature issue, in order to avoid errors due to temperature fluctuations, we have made precise temperature adjustments and compensated for even minute fluctuations. Furthermore, since the temperature coefficients are different for the rich side and the intake side, in order to be able to compensate with a temperature coefficient suitable for each side, it is determined whether or not it is on the rich side from the resistance value of the sensor, and the temperature coefficient is determined based on that determination. so that it can be switched.

センサ温度の検出法としてはセンサ内に熱電対を埋め込
んでセンサと熱電対の間に温度差ができないようにする
。その場合、T to2の導電性のため、抵抗測定回路
と温度測定回路の絶縁が保てなくなるが、これに対して
は計測アンプあるいは1[gの絶縁アンプを通して温度
を測定することによシ回路的に絶縁を確保し、干渉を排
除する。
As a method of detecting the sensor temperature, a thermocouple is embedded within the sensor to prevent a temperature difference between the sensor and the thermocouple. In that case, due to the conductivity of T to 2, insulation between the resistance measurement circuit and the temperature measurement circuit cannot be maintained. ensure proper isolation and eliminate interference.

■ リッチな雰囲気でTiOセンサが低抵抗になった後
でリーン側に戻した場合の抵抗増加が緩慢に起るという
問題についてはセンサ製法の改良で対処する。
■ The problem of a slow increase in resistance when the TiO sensor becomes low resistance in a rich atmosphere and then returns to the lean side will be addressed by improving the sensor manufacturing method.

■ 同一の空燃比であっても未燃焼成分の種類と濃度に
よシ影響を受ける問題については、前置触媒によシ反応
を促進させて化学平衡化を図る。
■ For problems that are affected by the type and concentration of unburned components even when the air-fuel ratio is the same, a precatalyst is used to promote the reaction and achieve chemical equilibrium.

■ 空燃比とセンサ抵抗の関係が非直線的なために生ず
る難点を解決するために、直線化増幅器(リニアライブ
)を設ける。
■ A linear amplifier (linear live) is provided to solve the problem caused by the non-linear relationship between air-fuel ratio and sensor resistance.

本発明は、以上のような酸化物半導体の問題の解決策と
は、主として問題点■、■に対して異なる解決を与える
ものである。即ち、この酸化物半導体センサをリッチ側
でのみ用い、リーン側には次に述べる限界電流式酸素セ
ンサに切換えて使用することにょシ酸化物半導体七ンサ
の問題点の解決をはかるものである。
The present invention mainly provides a different solution to the problems (1) and (2) from the above-mentioned solutions to the problems of oxide semiconductors. That is, the problem of the oxide semiconductor sensor is solved by using this oxide semiconductor sensor only on the rich side and switching to the limiting current type oxygen sensor described below for the lean side.

前記限界電流式酸素センサとは酸素イオン導電性(例え
ば安定化ジルフェア等)の板の両側に酸素ガス透過性の
良い電極を設け、両電極間に電流を通ずることによりm
素イオンを汲み上げるものであシ、酸素ガスが吸い込ま
れる側の電極上にガスの流れを制限するもの(小孔ある
いは多孔性被覆物等)を設置することによって雰囲気中
の酸素濃度に比例した電流を得るものである。
The above-mentioned limiting current type oxygen sensor has electrodes with good oxygen gas permeability on both sides of an oxygen ion conductive plate (for example, stabilized Zilfair, etc.), and a current is passed between the two electrodes.
It pumps up elementary ions, and by installing something that restricts the flow of gas (such as small holes or a porous coating) on the electrode on the side where oxygen gas is sucked, a current proportional to the oxygen concentration in the atmosphere is generated. This is what you get.

限界電流式ば素センサの電流電圧特性の例を第4図に示
す。このような特性を持つ素子に0.75〔v〕程度の
電圧を印加すれば酸素濃度に比例する出力電流が得られ
る。第1図に示す飽和電流特性(限界電流特性と称する
)は次のような機構によって生じている。
FIG. 4 shows an example of current-voltage characteristics of a limiting current type barium sensor. If a voltage of about 0.75 [V] is applied to an element having such characteristics, an output current proportional to the oxygen concentration can be obtained. The saturation current characteristics (referred to as limiting current characteristics) shown in FIG. 1 are caused by the following mechanism.

酸素イオン伝導体の板の一面に陰極を、他の面1(陽極
を設けた素子において、陽極に正陰極に負の電圧を印加
し電流を通ずれば、陰極付近の酸素ガスは陰極によって
酸素イオン(2価の負イオン)に変換され、これはば素
イオン伝導体中を移動して陽極に達し、ここで酸素ガス
に再び変換されて素子の外へ放出される。この場合、素
子に電流が流れるためには陰極に酸素ガスを供給しなけ
ればならないが、この量を陰極に多孔質層を伎傑して制
限してやると逆に電流が制限されるようになる。
In an element with a cathode on one side of the oxygen ion conductor plate and an anode on the other side, if a negative voltage is applied to the anode and the cathode and a current is passed, the oxygen gas near the cathode is converted to oxygen by the cathode. It is converted into ions (divalent negative ions), which travel through the barium ion conductor and reach the anode, where they are converted back into oxygen gas and released outside the device.In this case, the device In order for current to flow, oxygen gas must be supplied to the cathode, but if this amount is limited by placing a porous layer on the cathode, the current will be limited.

素子に印加する電圧を零から徐々に増加して行くと、素
子電流が陰極に供給され得る最大酸素流量に相当する電
流よシ小さい間は、電流は増加することができるが、陰
極への酸素供給量に相当する電流まで到達すると、それ
以後電圧を増しても、電流は増加することができない。
When the voltage applied to the device is gradually increased from zero, the current can increase while the device current is smaller than the current corresponding to the maximum oxygen flow rate that can be supplied to the cathode; Once the current reaches the amount of supply, the current cannot be increased even if the voltage is increased thereafter.

このようにして、第4図のような電圧電流特性が生じる
のである。
In this way, voltage-current characteristics as shown in FIG. 4 are produced.

第4図から明らかなように、空気過剰率がlよシ太き、
な範囲即ちリーン領域では明瞭な限界電流特性が見られ
、dンサ素子に0.7〜0.8〔v)程度の一定電圧を
印加すれば、空気過剰率λに対応する限界電流即ちセン
サ出力電流が得られる。しかし、空気過剰率λが1よシ
小さい範囲即ちり、チ領域では、素子印加電圧に対して
単調に電流が増加するのみであシ、限界電流特性は見ら
れない。
As is clear from Figure 4, the excess air ratio is larger than l,
A clear limiting current characteristic can be seen in the lean region, and if a constant voltage of about 0.7 to 0.8 [V] is applied to the d-sensor element, the limiting current corresponding to the excess air ratio λ, that is, the sensor output Current can be obtained. However, in the range where the excess air ratio λ is smaller than 1, that is, in the region 1, the current only increases monotonically with respect to the voltage applied to the element, and no limiting current characteristics are observed.

第5図は限界電流式酸素センサに0.7 [V]の一定
電圧を印加して流れる電流を燃焼系の空気過剰率を連続
的に変化させて記録した結果である。リーン側において
は酸素濃度と電流はほぼ比例関係になっている。しかし
、リッチ側においては酸素濃度が零に近いにもかかわら
ず大きな電流が流れる。それは、以下の理由による。即
ち、■電圧をかけることによシ雰囲気中のCO2やH2
Oの一部が分解して酸素が発生したシ、■す、チな雰囲
気下では電解質に電子導電性が現われて電子電流が流れ
たりすること等による。
FIG. 5 shows the results of recording the current flowing by applying a constant voltage of 0.7 [V] to the limiting current type oxygen sensor while continuously changing the excess air ratio of the combustion system. On the lean side, oxygen concentration and current have a nearly proportional relationship. However, on the rich side, a large current flows even though the oxygen concentration is close to zero. This is due to the following reasons. In other words, by applying a voltage, CO2 and H2 in the atmosphere can be removed.
This is due to the fact that in a cold atmosphere where some of the O is decomposed and oxygen is generated, the electrolyte exhibits electronic conductivity and an electron current flows.

C02の分解が起ると、電極と電解質の界面に炭素析出
が起きて、電極の劣化を起こしたシする。
When the decomposition of CO2 occurs, carbon precipitation occurs at the interface between the electrode and the electrolyte, causing deterioration of the electrode.

それ故、リッチ側において電流を流すことは電極や電解
質の劣化を誘起する重大な原因となるので、す、チ側で
は電流を流さないようにすべきである。
Therefore, since passing current on the rich side is a serious cause of inducing deterioration of the electrodes and electrolyte, current should not be passed on the rich side.

しかし、第5図に示すように出力電流が空燃比に対して
二価関数になっているため、電流値からリッチ側である
かり一ン側であるか知ることはできなかった。従って、
例等かの方法でリーン側であることが判っているときし
か空燃比を知ることはできないという問題があった。ま
た、リッチ、リーンの画成にわたる可能性がある場合に
は、リンチ側の空燃比を精度よく求めることができない
はかシでなく、劣化の問題も大きかった。又、温度によ
って特性が変化するので、温度に対する対策が必要なこ
とは前記酸化物半導体センサの場合と同様である。
However, as shown in FIG. 5, since the output current is a bivalent function with respect to the air-fuel ratio, it was not possible to know from the current value whether it was on the rich side or on the one-in side. Therefore,
There has been a problem in that the air-fuel ratio can only be known when it is known that it is on the lean side using some method. In addition, when there is a possibility that the air-fuel ratio is divided into rich and lean, it is not only impossible to accurately determine the air-fuel ratio on the Lynch side, but also there is a serious problem of deterioration. Further, since the characteristics change depending on temperature, measures against temperature are required, as in the case of the oxide semiconductor sensor.

本発明は、従来技術における前記のような問題点を解決
するために、酸化物半導体センサと限界電流式酸素セン
サを組み合わせ、それぞれの特性の良好な範囲を選択す
ることにより、リッチからリーンの広い範囲での空燃比
計測の可能な空燃比検出装置を実現するものでおる。
In order to solve the above-mentioned problems in the conventional technology, the present invention combines an oxide semiconductor sensor and a limiting current type oxygen sensor, and selects a favorable range of the characteristics of each, thereby providing a wide range from rich to lean. This realizes an air-fuel ratio detection device that can measure air-fuel ratios over a wide range.

本発明は、酸化物半導体センサの抵抗値によシ、被測定
ガスがリッチ領域にあるかり一ン領域にあるかを判定す
る。すなわち、酸化物半導体センサの抵抗値を一定の抵
抗値と比較してそれより太さければリーンと判定し、そ
うでなければリッチと判定する。その結果す〜ンと判定
した場合には限界電流センサへ限界電流測定用電圧を印
加し、限界電流の値を求め、これを空燃比に変換して出
力する。リッチと判定した場合には、酸化物半導体セン
サの抵抗値を空燃比へ変換して出力する。出力の選択は
リレー等の切換スイッチにょシ行なってもよいが、切換
えノイズ等を避けるためには電子回路を用いるのがよい
The present invention determines whether a gas to be measured is in a rich region or a lean region based on the resistance value of an oxide semiconductor sensor. That is, the resistance value of the oxide semiconductor sensor is compared with a certain resistance value, and if it is thicker than that, it is determined to be lean, and if not, it is determined to be rich. If it is determined that the limit current is negative, a voltage for measuring the limit current is applied to the limit current sensor, the value of the limit current is determined, and this is converted into an air-fuel ratio and output. If it is determined to be rich, the resistance value of the oxide semiconductor sensor is converted into an air-fuel ratio and output. The output may be selected using a changeover switch such as a relay, but it is better to use an electronic circuit to avoid switching noise.

以下、図面によシ実施例を詳細に説明する。Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

まず、゛本実施例のセンサ部に用いる酸化物半導体セン
サおよび限界電流式酸素センサについて説明する。
First, an oxide semiconductor sensor and a limiting current type oxygen sensor used in the sensor section of this embodiment will be described.

第2図は、酸化物半導体としてTiO2を用いたT +
 02センサ1の構造の一例を示すもので、T i O
2焼結体2の中に2本の白金(Pt ) ’)−ド線3
,4と、白金−白金87チロソウム13%(PH10)
熱電対5が埋め込まれた構造のものでるる。その製造は
次のように行なった。直径0.1〜0.8〔μm〕のT
iO2の粉末を、仮焼温度900〜1100 (℃)、
仮焼時間l°〜2 (hr)で仮焼する。そして仮焼し
た粉末を粉砕して直径0.5〜0.2〔μm〕とし、白
金黒と混合し、ポリビニルアルコールを結合剤として造
粒する。造粒後の粒子の大きさは直径1〜3〔μm〕で
ある。白金黒の割合は10〜50 (wt%〕が適当で
ある。造粒後の粉末とPtリード線、PR13熱電対を
型に入れてプレスして成型する。成型時の圧力は700
〔kg/crn2〕である。T + 02センサの直径
は065〜5 〔mm〕が適当である。センサの厚さは
0.3〜3〔叫〕が適当である。Ptリード線の直径は
50〜500〔μm〕が適当である。PR13熱電対素
線の直径は50〜100〔μm〕が適当である。焼成条
件としては900〜1200〔℃〕、1〜3〔hr〕が
適当である。
Figure 2 shows T + using TiO2 as an oxide semiconductor.
This shows an example of the structure of the 02 sensor 1, and T i O
2 Two platinum (Pt)')-do wires 3 in the sintered body 2
, 4 and platinum-platinum 87 tyrosium 13% (PH10)
It has a structure in which a thermocouple 5 is embedded. Its manufacture was carried out as follows. T with a diameter of 0.1 to 0.8 [μm]
The iO2 powder was calcined at a temperature of 900 to 1100 (°C),
Calcinate for 1° to 2 (hr). Then, the calcined powder is pulverized to a diameter of 0.5 to 0.2 [μm], mixed with platinum black, and granulated using polyvinyl alcohol as a binder. The size of the particles after granulation is 1 to 3 [μm] in diameter. The appropriate proportion of platinum black is 10 to 50 (wt%).The granulated powder, Pt lead wire, and PR13 thermocouple are placed in a mold and pressed to form.The pressure during molding is 700
[kg/crn2]. The appropriate diameter of the T+02 sensor is 065 to 5 mm. The appropriate thickness of the sensor is 0.3 to 3. The diameter of the Pt lead wire is suitably 50 to 500 [μm]. The diameter of the PR13 thermocouple wire is suitably 50 to 100 [μm]. Appropriate firing conditions are 900 to 1200 [°C] and 1 to 3 [hr].

焼成後のポロシティは30〜60 ’l:%)が適当で
ある。
The appropriate porosity after firing is 30-60'l:%).

白金黒を入れる目的はセンサの抵抗値が速やかに最終値
(平健値)に到るのを貸進して、応答性を向上させるた
めである。
The purpose of adding platinum black is to help the resistance value of the sensor quickly reach its final value (normal value) and improve responsiveness.

第3図は、本芙抛例の限界電流式ば素センf6の構造の
一例を示すもので、7は酸素イオン伝導体、8は陰極、
9は陽極、10は多孔質層、11は多孔質保峡層、12
はリード線である。叡素イオン伝導体7は組成(zrO
z)o、92(Y2O3)0.081)緻密な焼結体円
板であシ、次の様な手法で製作した。まず高純度(99
,9%以上)ノzro2粉末とY2O,粉末とをモル比
92:8の割合で混合し、湿式ゾールミルで10時間粉
砕し、これを乾燥する。得られた混合粉末を1250[
t、110時間、仮焼し、その後さらにメノウ乳鉢で微
粉末に粉砕する。この粉末にポリビニルアルコールを0
.5〔重量%〕だけ水溶液の状態で混合、造粒し、金型
を用いてプレス法によt) 700 kg/cm2の荷
重で厚さ約0.4 (mm〕直径4簡の円板状に成型し
た。これを2000[℃、12時間空気中にて焼結し、
焼結後の円板寸法は直径3.5〔−)、厚さ0.3〜0
.35. (叫〕の緻密な焼結体を得た。陰極8、及び
陽極9は酸素イオン伝導体の上下面中央部に白金をスパ
ッタリングの手法を用いて厚さ1〔μm〕直径1.9 
(+w+)の円板状に崩成した。
Figure 3 shows an example of the structure of the limiting current type barium sensor f6 of this example, where 7 is an oxygen ion conductor, 8 is a cathode,
9 is an anode, 10 is a porous layer, 11 is a porous gorge layer, 12
is the lead wire. The silicon ion conductor 7 has a composition (zrO
z) o, 92 (Y2O3) 0.081) A dense sintered disk was manufactured by the following method. First, high purity (99
, 9% or more) Nozro2 powder and Y2O powder were mixed at a molar ratio of 92:8, ground in a wet sol mill for 10 hours, and dried. The obtained mixed powder was heated to 1250 [
t, calcined for 110 hours, and then further ground into fine powder in an agate mortar. Add 0 polyvinyl alcohol to this powder.
.. 5% by weight in an aqueous solution, granulated, and pressed using a mold to form a disc with a thickness of approximately 0.4 mm and a diameter of 4 at a load of 700 kg/cm2. This was sintered in air at 2000°C for 12 hours.
Disc dimensions after sintering are diameter 3.5 [-) and thickness 0.3 to 0.
.. 35. A dense sintered body was obtained.The cathode 8 and the anode 9 were made by sputtering platinum onto the center of the upper and lower surfaces of the oxygen ion conductor to a thickness of 1 μm and a diameter of 1.9 mm.
It collapsed into a (+w+) disk shape.

また、陽極の太きさも陰極と同一とし、陰極と対向して
形成した。リード線12は直径0.3 (−)の白金線
であシ、陰極および陽極にそれぞれ熱圧着によって接続
した。多孔質層10は陰極8を被覆するもので4p、6
40(μm〕の厚さにスピネル質粉末を原料としてプラ
ズマ溶射法によ多形成された。ここでスピネル質粉末の
平均粒径は47 Cm)であり、形成後の多孔質層体積
気孔率は9〔チ〕であった。第4図はこのように製作し
た限界電流式酸素センサの電流電圧特性である。
Furthermore, the anode had the same thickness as the cathode, and was formed to face the cathode. The lead wire 12 was a platinum wire with a diameter of 0.3 (-) and was connected to the cathode and anode by thermocompression bonding, respectively. The porous layer 10 covers the cathode 8 and has 4p and 6
The porous layer was formed to a thickness of 40 (μm) by plasma spraying using spinel powder as a raw material.The average particle size of the spinel powder was 47 cm), and the volume porosity of the porous layer after formation was It was 9 [chi]. FIG. 4 shows the current-voltage characteristics of the limiting current type oxygen sensor manufactured in this way.

第6図は、前述のT 102センサ1および限界電流式
酸素センサ6を備えたセンサ部のハウジングの構造を示
すものである。T 102センサlおよび限界電流式酸
素センサ6のリード線部分はセラミ、り絶縁体13を介
して7ランジ14に固定され、両センサの周囲には前置
触媒15が設けられている。
FIG. 6 shows the structure of the housing of the sensor unit including the T102 sensor 1 and the limiting current type oxygen sensor 6 described above. The lead wire portions of the T102 sensor 1 and the limiting current type oxygen sensor 6 are fixed to the 7 flange 14 via a ceramic insulator 13, and a precatalyst 15 is provided around both sensors.

前置触媒15は排気中に若干含まれる未燃成分の反応を
促進させて常に化学平衡に近いガスをセンサに供給する
ためのものである。触媒の製法としてはアルミナを担体
として用い、白金(pt)、ロジウム(Rh)やパラジ
ウム(Pd)等の貴金属の塩化物等を単独又は混合して
担体に担持後焼成する。
The precatalyst 15 is used to accelerate the reaction of some unburned components contained in the exhaust gas, and to constantly supply a gas close to chemical equilibrium to the sensor. The method for manufacturing the catalyst is to use alumina as a carrier, and to support chlorides of noble metals such as platinum (PT), rhodium (Rh), palladium (Pd), etc. alone or in combination on the carrier and then to sinter the catalyst.

担体の重量は2〜3〔gr〕、触媒金属は0.01〜o
、o 3(gr〕、焼成条件としては600〜800〔
℃工時間0.5〜1 [hr]が適当である。
The weight of the carrier is 2 to 3 [gr], and the catalyst metal is 0.01 to 0.
, o 3 (gr), firing conditions are 600-800 [
C processing time of 0.5 to 1 [hr] is appropriate.

前置触媒15の外側にはヒータ16を設置する。A heater 16 is installed outside the precatalyst 15.

これはセンサ1および6の温度を一定の高温に維持する
ためのものである。ヒータ16にはシーズヒータを用い
直径1−〕で長さl 50 (mm、lである。
This is to maintain the temperature of sensors 1 and 6 at a constant high temperature. The heater 16 is a sheathed heater, and has a diameter of 1 mm and a length of 150 mm.

このようにシーズヒータを用いたのは排気ガスが腐食性
が強く、ニクロム、カンタル等の通常のヒータ材では劣
化が激しくて実用にならないからである。シーズヒータ
以外でも白金の如く排気中で耐食性を有する物であれば
良い。ヒータの電力は30〜S O(W)程度であシ、
400〜800 [℃:]で使用している。
The reason why a sheathed heater is used is that exhaust gas is highly corrosive, and ordinary heater materials such as nichrome and kanthal deteriorate so much that they are not practical. Any material other than the sheathed heater may be used as long as it is resistant to corrosion in exhaust gas, such as platinum. The power of the heater is about 30~SO(W),
It is used at 400-800[°C].

ヒータ16の外側には排気ガスがセンサlおよび6に吹
き付ける速度が過大にならぬように限流カバー17を取
付けている。応答時間と消費電力の兼ね合いから、限流
カバー17に設ける孔の開口面積は0.3〜30(■〕
である。
A current limiting cover 17 is attached to the outside of the heater 16 to prevent the speed at which exhaust gas is blown onto the sensors 1 and 6 from becoming excessive. Considering the balance between response time and power consumption, the opening area of the hole provided in the current limiting cover 17 is 0.3 to 30 (■).
It is.

第7図−は、本発明の実施例の系統図である。第2図、
第3図および第6図によシ説明したセンサ部は、°排気
管18の一部に取着けられる。センサ1の熱電対の出力
は自動冷接点補償器19、計測アンプ20、減衰器21
、自動冷接点補償器22、を経て温度調節器23へ導び
かれる。温度調節器23は熱電対によるセンサ部の温度
検出に応じて、ヒータ16に加える電力を加減すること
によって、センサ部の温度を一定に保つよう制御するた
めのものである。熱電対の起電力は前記のように自動冷
接点補償器(例、千野製作所615E)19とi十測ア
ング20を通して測定して温度の検出を行なっているが
、その理由は、前述の如く、TlO2の導電性のため抵
抗測定回路と熱起電力測定回路力;絶縁できず、両回路
間に干渉が生ずるので、それをアンプ側で避けるための
ものである。計I11アンプ20用ICとしては・9−
ブラウン社の3670Kを用いた。計測アンプの内部回
路の一タリを第8図に示した。計測アンプ20で絶縁の
得られる櫂龜囲は、入力の各端子電圧が出力の接地よシ
約10 (V)の範囲に限られるが、対数変換型抵抗菌
子24のアンプの接地と計測アンf20の接地を共通に
接続することによk)、TlO2センサの抵抗ill定
端子の片側は仮想接地になり、他の片側は抵抗測定用印
加電圧分だけ離れることになる。印加電圧は最大5〔■
〕に制限して計測アンプの許容範囲内に押さえることが
できる。
FIG. 7 is a system diagram of an embodiment of the present invention. Figure 2,
The sensor section described in FIGS. 3 and 6 is attached to a part of the exhaust pipe 18. The output of the thermocouple of sensor 1 is an automatic cold junction compensator 19, a measurement amplifier 20, and an attenuator 21.
, an automatic cold junction compensator 22, and a temperature regulator 23. The temperature regulator 23 controls the temperature of the sensor section to be kept constant by adjusting the power applied to the heater 16 in accordance with the temperature detection of the sensor section by a thermocouple. As mentioned above, the electromotive force of the thermocouple is measured through the automatic cold junction compensator (e.g., Chino Seisakusho 615E) 19 and the i-jyaku angle 20 to detect the temperature, and the reason for this is as mentioned above. Due to the conductivity of TlO2, the resistance measurement circuit and thermoelectromotive force measurement circuit cannot be insulated, causing interference between the two circuits, so this is to avoid this on the amplifier side. As a total I11 amplifier 20 IC, 9-
Braun's 3670K was used. Figure 8 shows the internal circuit of the measurement amplifier. The range in which insulation can be obtained with the measurement amplifier 20 is limited to a range in which each input terminal voltage is within about 10 V from the output ground. By commonly connecting the ground of k), one side of the resistor ill constant terminal of the TlO2 sensor becomes a virtual ground, and the other side is separated by the applied voltage for resistance measurement. Maximum applied voltage is 5 [■
] can be kept within the permissible range of the measurement amplifier.

PRIa熱電対5の起電力は800〔℃〕で8 [mV
]程度なので、計測アンプ20の利得を1000倍にす
ると8〔v〕となシ、アンプのドリフトを最小芳性で使
用できる。そのかわシ、温度調節器23に対しては、減
衰器21によって171000の減衰をさせて元の8 
(mV)に戻すと共に自動冷接点補償器22を逆向きに
接続してから供給する。ここで自動冷接点補償器を逆向
きに用いたのは温度調節器23に冷接点補償部が内蔵さ
れているものを使用したため、計測アンプ20の前段に
つけた補償器19と重複するのを避けるためである。冷
接点補償部を内蔵していない温度調節器を使用する場合
には減衰器21から直接接続しなければならない。
The electromotive force of PRIa thermocouple 5 is 8 [mV] at 800 [℃].
], so if the gain of the measurement amplifier 20 is multiplied by 1000, it will be 8 [V], and the drift of the amplifier can be used with minimum symmetry. Instead, the temperature controller 23 is attenuated by 171,000 by the attenuator 21 to restore the original 8
(mV) and connect the automatic cold junction compensator 22 in the opposite direction before supplying it. Here, the automatic cold junction compensator was used in the opposite direction because the temperature controller 23 had a built-in cold junction compensator to avoid duplication with the compensator 19 installed before the measurement amplifier 20. It's for a reason. If a temperature controller without a built-in cold junction compensator is used, it must be connected directly to the attenuator 21.

温度調節器23は前述のようにセンサの温度を一定に保
った゛めのものでアシ、定常偏差が生ずるのを、避ける
ため、比例積分動作(P−I型)でしかも温度の脈動を
最小限に押さえるため位相制御のもの(大意電気EC7
6AO4)を用いた。
As mentioned above, the temperature controller 23 is designed to keep the temperature of the sensor constant, and in order to avoid steady-state deviations, it uses proportional-integral operation (P-I type) and minimizes temperature pulsations. The one with phase control to hold down (mostly electric EC7
6AO4) was used.

以上のように、熱電対5によってセンサ部の温度を検出
し、その検出に応じて、温度調節器23はヒーター6の
電力を制御して、センサ部の温度を一定の値に調節する
As described above, the temperature of the sensor section is detected by the thermocouple 5, and according to the detection, the temperature regulator 23 controls the power of the heater 6 to adjust the temperature of the sensor section to a constant value.

そのように一定の値となるよう温度調節された雰囲気に
あるTiO□センサーの抵抗は対数変換型抵抗計24に
よって測定され、その出力は温度補償器25によって温
度補償を行ない、次に空燃比とセンサーの抵抗との関係
が非直線的であるのを直線化する直線化増幅器(抵抗対
空燃比変換器)26を通した後、空燃比を出力する。
The resistance of the TiO□ sensor in an atmosphere whose temperature has been adjusted to a constant value is measured by a logarithmic conversion type resistance meter 24, and its output is subjected to temperature compensation by a temperature compensator 25, and then calculated as an air-fuel ratio. After passing through a linearization amplifier (resistance to air-fuel ratio converter) 26 that linearizes the non-linear relationship with the sensor resistance, the air-fuel ratio is output.

TiOセンサーの抵抗は空燃比変化に伴って10’〜1
05倍もの大きな割合で変化する。それをレンジ切換な
しで連続的に精度良く測定するため、本発明では専用の
対数変換型の抵抗計を新開発し、前記対数変換型抵抗計
24として用いている。第9図はその対数変換型抵抗計
の抵抗と出力電圧との関係を示すものである。これは標
準抵抗とじて105〔Ω〕、ゲインを1 (V/de 
cade )に設定した場合の特性である。抵抗計とし
ては対数変換型以外でもルート変換、−乗変換等であっ
ても上記の目的に適する。これらを総称して圧縮型抵抗
変換とする。
The resistance of the TiO sensor increases from 10' to 1 as the air-fuel ratio changes.
It changes at a rate as large as 0.05 times. In order to measure it continuously and accurately without changing the range, the present invention newly develops a dedicated logarithmic conversion type resistance meter and uses it as the logarithmic conversion type resistance meter 24. FIG. 9 shows the relationship between the resistance and output voltage of the logarithmic conversion type resistance meter. This is 105 [Ω] as a standard resistance, and the gain is 1 (V/de
This is the characteristic when set to cade). As a resistance meter, even a resistance meter other than a logarithmic conversion type, such as a root conversion type or a negative power conversion type, is suitable for the above purpose. These are collectively referred to as compression type resistance conversion.

又、JOの範囲をレンジ切換表しで測定できる抵抗計な
らば圧縮型でなくても良い。
Further, the resistance meter does not need to be a compression type as long as it can measure the JO range using a range switching table.

前記のように、センサ部に対し高精度の温度制御を図っ
たとしても前置触媒部での発熱量が急変した場合等には
若干の過渡的な温度変動が起ることは避は難い。それに
よる誤差を補正するために温度補償器25によって温度
補償を行なう。前記温度変動は、計測アンプ2oの出力
と標準温度設定器27の設定値とから、温度偏差算出器
28において算出し、温度補償器25に与える。
As described above, even if highly accurate temperature control is performed on the sensor section, it is inevitable that slight transient temperature fluctuations will occur when the amount of heat generated in the precatalyst section suddenly changes. In order to correct the resulting error, temperature compensation is performed by the temperature compensator 25. The temperature fluctuation is calculated by a temperature deviation calculator 28 from the output of the measurement amplifier 2o and the set value of the standard temperature setting device 27, and is provided to the temperature compensator 25.

焼結型のTiOセンサでは通常リッチ側での抵抗温度係
数0.001〜0.007 [:decade/deg
、lであシ、リーン側での抵抗温度係数は0.03〜0
.01(deeade/deg)である。このようにリ
ッチ側とり一ン側の温度係数は伺倍も異なるのでリッチ
側とり一ン側の双方を共通の温度係数を用いて温度補償
をしょうとしても好結果を得ることは難しい。しかし、
リッチ側のみでT IO2センサを使うので、温度係数
をリッチの場合に合わせておけば、温度補償をすること
ができる。TiO2の空燃比に対する抵抗の特性は第1
図のとおシであシ、リッチとリーンの境界で10倍程度
急変する。従ってその中間の値を基準抵抗として、標準
抵抗設定器29に設定しておき、他方センサの抵抗の大
きさを温度補償器25にょシ抽出して、両者をリッチリ
ーン判定器3oにおいて比較し、センサ抵抗が小なると
きはリッチ、犬なるときはり一ンと判定する。
Sintered TiO sensors usually have a temperature coefficient of resistance of 0.001 to 0.007 on the rich side [: decade/deg
, l, the temperature coefficient of resistance on the lean side is 0.03 to 0.
.. 01 (deeade/deg). As described above, since the temperature coefficients on the rich side and the intake side are different in magnitude, it is difficult to obtain good results even if temperature compensation is attempted using a common temperature coefficient for both the rich side and the intake side. but,
Since the TIO2 sensor is used only on the rich side, temperature compensation can be performed by adjusting the temperature coefficient to match the rich side. The resistance characteristic of TiO2 with respect to the air-fuel ratio is the first
As shown in the figure, it suddenly changes about 10 times at the boundary between rich and lean. Therefore, the intermediate value is set as a reference resistance in the standard resistance setter 29, the magnitude of the resistance of the other sensor is extracted in the temperature compensator 25, and both are compared in the rich lean determiner 3o. When the sensor resistance is small, it is judged as rich, and when it is small, it is judged as high.

温度補償を済ませた抵抗値を直線化増幅器26を通して
空燃比と比例した電圧に変換し、出力する。
The temperature-compensated resistance value is converted to a voltage proportional to the air-fuel ratio through the linearization amplifier 26 and output.

直線化増幅器26としては、関数型、折線型(ダイオー
ド型、マイコン演算型)等がメジ、折線型の場合には滑
らかさの点では関数型よシ若干劣るが、曲線設定上の制
約が少ないので便利である。第9図はその折線型の直線
化増幅器の例を示すもので、片側5ユニツトを用いて1
0個の折点を指定して直線化を行なうものである。
As for the linearization amplifier 26, a functional type, a polygonal type (diode type, microcomputer operation type), etc. are suitable, and a polygonal type is slightly inferior to a functional type in terms of smoothness, but there are fewer restrictions on curve setting. Therefore, it is convenient. Figure 9 shows an example of the linearized linear amplifier, using 5 units on each side.
Linearization is performed by specifying 0 break points.

次に限界電流式酸素センサ6は限界電流検出部31へ接
続する。限界電流検出部31の構成としては、前述の如
く、一定の電圧(0,75[V]程度)を印加する部分
と電流検出部から成る。そして、リッチ、リーン判定部
においてリー/と判定した場合に限り電圧を印加する。
Next, the limiting current type oxygen sensor 6 is connected to the limiting current detecting section 31. As described above, the limiting current detection section 31 consists of a section to which a constant voltage (approximately 0.75 [V]) is applied and a current detection section. Then, a voltage is applied only when the rich/lean determining section determines that the fuel is lean/lean.

限界電流検出部31の出力は温度補償部32へ接続する
。限界電流式酸素センサ6の出力電流は給体温度の約0
.75乗に比例するからそれを補償する。
The output of the limit current detection section 31 is connected to the temperature compensation section 32. The output current of the limiting current type oxygen sensor 6 is approximately 0 at the feed temperature.
.. Since it is proportional to the 75th power, we compensate for it.

その温度補償部32の出力は電流対空燃比(A/F’ 
)変換部33へ接続する。この変換部33によって、限
界電流値から空燃比を求める。
The output of the temperature compensator 32 is the current to air-fuel ratio (A/F'
) Connect to the conversion section 33. This converter 33 calculates the air-fuel ratio from the limit current value.

限界電流センサの電流値がら空燃比を求めるためには次
のようにする。限界電流センサv−1特性を第4図に示
した。特性中の水平部分の電流が酸素濃度(分圧)にほ
ぼ比例している。
To determine the air-fuel ratio from the current value of the limit current sensor, proceed as follows. FIG. 4 shows the limit current sensor v-1 characteristics. The current in the horizontal part of the characteristic is approximately proportional to the oxygen concentration (partial pressure).

I#、kPo2 ・・・・・・・・・・・・・・・(1
)但し、Iン限界電流 に:比例係数 Po2:酸素分圧 そして、空気過剰率(λ)と酸素分圧は次式の関係にな
っている。
I#, kPo2 ・・・・・・・・・・・・・・・(1
) However, in the limit current: Proportionality coefficient Po2: Oxygen partial pressure And the excess air ratio (λ) and oxygen partial pressure have a relationship as shown in the following equation.

Po2= 0.21 (1−7)  ・= −−(2)
(2)式に於て0.21という定数は空気中の酸素分圧
を表わす。但し、空気過剰率(λ)とは空燃比を理論空
燃比で正規化した値である。
Po2= 0.21 (1-7) ・= −−(2)
In equation (2), the constant 0.21 represents the oxygen partial pressure in the air. However, the excess air ratio (λ) is a value obtained by normalizing the air-fuel ratio by the stoichiometric air-fuel ratio.

但し A/F :空燃比 (A/F)stoich:理論燃比 この(4)式に従って、限界電流Iから空燃比A/Fを
求めることができる。比例係数には素子の形状、寸法、
陰極を被覆する多孔質層のポロシティ等の他に温度の影
響をも受ける。それ故、温涙の影響を除こうとすれば一
定の温度で使用する必要がある。尚、止むを得ず若干の
温度変動が避けられないとすれば熱電対等の温度検出素
子で温度を測定して補償する必要がある。又、第4図に
於てV−I特性の傾き(tanθ)はイオン導電体の抵
抗を表わす。限界電流値を求めるのに一定電圧をかける
場合には第4図の破線の如く垂直な負荷線になるが、各
酸素濃度における特性曲線の水平部分(限界電流部分)
が負荷線と交わる範囲しか使用できないので、抵抗が大
きくなる程、検出可能な酸素濃度範囲が狭くなる。低温
になる程抵抗が高くなるので使用温度はある程度高くな
ければならない。例えば電解質として安定化ノルコニア
を用いた場合には600 [℃]以上が適当である。
However, A/F: air-fuel ratio (A/F) stoich: stoichiometric fuel ratio According to this equation (4), the air-fuel ratio A/F can be determined from the limit current I. The proportionality coefficient includes the element shape, dimensions,
In addition to the porosity of the porous layer covering the cathode, it is also affected by temperature. Therefore, in order to eliminate the influence of warm tears, it is necessary to use the product at a constant temperature. Note that if slight temperature fluctuations are unavoidable, it is necessary to measure the temperature with a temperature detection element such as a thermocouple and compensate for it. Further, in FIG. 4, the slope (tan θ) of the VI characteristic represents the resistance of the ionic conductor. If a constant voltage is applied to determine the limiting current value, the load line will be vertical like the broken line in Figure 4, but the horizontal part of the characteristic curve (limiting current part) at each oxygen concentration
Since only the range where the resistance intersects with the load line can be used, the larger the resistance, the narrower the detectable oxygen concentration range. The lower the temperature, the higher the resistance, so the operating temperature must be relatively high. For example, when stabilized norconia is used as the electrolyte, a temperature of 600 [°C] or higher is appropriate.

T 102センサから求めた空燃比と限界電流式酸素セ
ンサから求めた空燃比は、出力切換器34によってその
どちらか一方が出力端子35に出力される。切換出力器
34はリッチリーン判定器30の出力によって制御され
、リッチリーン判定器30の判定がリッチの場合にはT
 102センサからの空燃比を°選択し、リー/の場合
には限界電流式酸素センサからの空燃比を選択して出力
する。
One of the air-fuel ratio obtained from the T102 sensor and the air-fuel ratio obtained from the limiting current type oxygen sensor is outputted to the output terminal 35 by the output switch 34. The switching output device 34 is controlled by the output of the rich-lean determiner 30, and when the rich-lean determiner 30 determines that it is rich, the switching output device 34 is controlled by the output of the rich-lean determiner 30.
The air-fuel ratio from the 102 sensor is selected, and in the case of Lee/, the air-fuel ratio from the limiting current type oxygen sensor is selected and output.

第11図は第7図におけるTiO□センサの温度補償器
25、リッチリーン判定器30等を更に具体的に示すも
のである。なお、温度調節関係部分については記載を省
略しである。
FIG. 11 shows more specifically the temperature compensator 25, rich lean determiner 30, etc. of the TiO□ sensor in FIG. 7. Note that the description of parts related to temperature adjustment is omitted.

標準温度設定器27は+IOVの電源と反転アンプ付ポ
テンショメータP1とからなっている。
The standard temperature setting device 27 consists of a +IOV power supply and a potentiometer P1 with an inverting amplifier.

この反転アンプ付ポテンショメータP1の係i−は標準
温度を設定するのに用いる。
The coefficient i- of this potentiometer P1 with an inverting amplifier is used to set the standard temperature.

10・a=v・1000・・・・・・・・・・・・・・
・(5)但し、■はPR13熱電対の設定温度における
起電力 (5)式より a=v・100    ・・・・・・・・・・・・・・
・(6)温度偏差算出器28は加算器A3力・らなり、
ダインは−1で、計測アンプ20の出力と、標準温度設
定器27の反転アンプ付ポテンンヨメータP1の出力と
が入力され、その出力は温度補償器25内の反転ア/f
付ポテンショメータP2に入力される。この反転アンプ
付ポテンショメータP2の係数すにはリッチでのT I
O2の抵抗温度係数を与える。
10・a=v・1000・・・・・・・・・・・・・・・
・(5) However, ■ is the electromotive force at the set temperature of the PR13 thermocouple from formula (5), a=v・100 ・・・・・・・・・・・・・・・
・(6) The temperature deviation calculator 28 is the adder A3,
Dyne is -1, and the output of the measurement amplifier 20 and the output of the potentiometer P1 with inverting amplifier of the standard temperature setting device 27 are input, and the output is the inverting a/f of the temperature compensator 25.
It is input to the attached potentiometer P2. The coefficient of this potentiometer P2 with inverting amplifier is rich T I
Gives the temperature coefficient of resistance of O2.

対数変換型抵抗計24のゲインより・ I V = 1 (decade) −==”    
  (7)である・ リッチ側におけるTiO□センサの抵抗温度係数をTc
R[jiecILde/deg)とすると、リッチの場
合、微/J%温度差Δt (deg:]における抵抗計
の出力変動Δ〜はΔRM=Δt−Tc8〔decade
〕1.510109000000.(8)同じときのポ
テンショメータP2の出力値ΔRPは起電力の温度係数
をT。c〔v/deg〕としてΔR,=ハ・T、oXl
ooO・b・・・・・・・・・・・・ (9)温度補償
するには(8)式と(9)式が等しくなければならない
From the gain of the logarithmic conversion type resistance meter 24, I V = 1 (decade) -==”
(7) The temperature coefficient of resistance of the TiO□ sensor on the rich side is Tc
R[jiecILde/deg), in the rich case, the output fluctuation Δ~ of the resistance meter at the slight/J% temperature difference Δt (deg:) is ΔRM=Δt−Tc8[decade
]1.510109000000. (8) The output value ΔRP of the potentiometer P2 at the same time is the temperature coefficient of the electromotive force T. c[v/deg] as ΔR,=ha・T,oXl
ooO・b・・・・・・・・・・・・ (9) For temperature compensation, equations (8) and (9) must be equal.

Δt、TcR;Δt−Tcc×1000・b ・・・従
って、係数すは、 となる。
Δt, TcR; Δt-Tcc×1000·b... Therefore, the coefficient is as follows.

こ・の(10)式によって係数すが設定される。The coefficients are set by this equation (10).

リッチリーン判定器3oはコンパレータcがらなり、そ
の負入力には標準抵抗設定器29の出力が接続され、正
入力には加算器A2の出力が接続され、その出力によっ
て出力切換器34のリレーRを駆動する。コンパレータ
Cは負入力を基準にして正入力の方が高いとき、即ち加
算器A2の出力かり−ン側のものであるとき、オンにな
るよう構成する。
The rich-lean determiner 3o consists of a comparator c, the negative input of which is connected to the output of the standard resistance setting device 29, the positive input of which is connected to the output of the adder A2, and the output of the comparator C is connected to the output of the adder A2. to drive. The comparator C is configured to turn on when the positive input is higher than the negative input, that is, when it is on the output signal side of the adder A2.

標準抵抗設定器29の反転アンノ付ポテン7ヨメータP
4の係数dは、リッチのときの加算器A2の出力と、リ
ーンのときの加算器A2の出方の中間の値にP4の出力
がなるように設定する。
Standard resistance setting device 29, 7 yometer P with reversing knob
The coefficient d of 4 is set so that the output of P4 becomes an intermediate value between the output of the adder A2 when the fuel is rich and the output of the adder A2 when the fuel is lean.

そのように設定することにょシ、コン・ぐレークCでは
、加算器A2の出力であるセンサ抵抗値が前記設定値よ
り低いが高いがでリッチ、リー/の判定をすることがで
きる。
By setting in this manner, in the case of Con-Greak C, it is possible to judge whether the sensor is rich or leached if the sensor resistance value, which is the output of the adder A2, is lower than the set value but higher than the set value.

コンパレータCがONのとき、即ちリーン側であると判
定したとき、羊の出力によって限界電流検出部31を、
限界電流測定用電圧が限界電流式酸素センサ6に印加さ
れるよう駆動する。また同時にコン・やレータの出力に
ょって出力切換器34のリレーRを駆動し、その接点を
No側に接続し、電流対空燃比変換部33の出力、即ち
リーン側センサである限界電流式酸素センサにょシ求め
た空燃比値を出力端子35がら出方する。
When the comparator C is ON, that is, when it is determined that the lean side is on, the limit current detection section 31 is
It is driven so that the limiting current measuring voltage is applied to the limiting current type oxygen sensor 6. At the same time, the relay R of the output switching device 34 is driven by the output of the converter and the relay R, and its contact is connected to the No side. The air-fuel ratio value determined by the sensor is output from the output terminal 35.

逆にコン・ぞレヘタCがリッチ側であると判定したとき
、リレーRは減勢され、その接点はNC側に接続され、
T iO2センサによって検出した空燃比値を出力する
直線化増幅器26の出力が出力端子35から出力される
Conversely, when it is determined that the controller C is on the rich side, the relay R is deenergized and its contact is connected to the NC side,
The output of the linearization amplifier 26, which outputs the air-fuel ratio value detected by the TiO2 sensor, is output from the output terminal 35.

対数変換型抵抗計24の出力に対する温度補償のための
補正は、温度補償器25における加算器AIによって行
なわれる。反転アンズ付ポテンショメータP2の出力は
第1図の特性に従った補償量を出力するので、加算器A
1において対数変換抵抗計24の出力と前記補償量を加
算することによって温度補償が行なわれる。なお、加算
器A1のダインは−1であるので、更に−1のゲインの
加算器A2全通して、極性を元に戻して出方する。
Correction for temperature compensation to the output of the logarithmic conversion type resistance meter 24 is performed by the adder AI in the temperature compensator 25. Since the output of the potentiometer P2 with an inverting angle is a compensation amount according to the characteristics shown in FIG.
1, temperature compensation is performed by adding the output of the logarithmic conversion resistance meter 24 and the compensation amount. Incidentally, since the dyne of the adder A1 is -1, the signal is further passed through the adder A2 having a gain of -1, and the polarity is returned to its original value before being output.

加算器A2の出力は直線化増幅器(関数発生器F)26
に入力して、空燃比値の出力を得る。空燃比値は、前述
のように出力切換器34を介して出力端子35から出力
される。
The output of adder A2 is sent to linearizing amplifier (function generator F) 26
to get the output of the air-fuel ratio value. The air-fuel ratio value is output from the output terminal 35 via the output switch 34 as described above.

第12図は他の実施例を示すものである。第7図に示す
実施例と同一の機能部分に対しては同一の記号を用いて
示しである。この実施例は、TiO2センサから求めた
空燃比と限界電流式酸素センサから求めた空燃比を切換
える部分でのノイズを防止するため、リレー等の接点に
よる切換を行なう代シに、出力値の大きい方を出力する
最大値検出回路を用いている。第13図はこの実施例に
寂いて各空燃比値出力値として要求される特性を示すも
のである。即ち、それぞれのセ/すの受は持ちの領域で
は入力に対して空燃比出力電圧が直線性を保つとともに
、受は持ち外の領域では正規の出力電圧より低くなるよ
うに、直線化増幅器(抵抗対空燃比変換器)26および
電流対空燃比変換部33の各出力特性を第13図の実線
および破線の如く設定しておく。最大値検出回路39は
直線化増幅器26および電流対空燃比変換部39の各出
力電圧の値の大きい方を選択して出力端子35に出力す
る。
FIG. 12 shows another embodiment. Functional parts that are the same as those in the embodiment shown in FIG. 7 are indicated using the same symbols. In this embodiment, in order to prevent noise in the part where the air-fuel ratio obtained from the TiO2 sensor and the air-fuel ratio obtained from the limiting current oxygen sensor are switched, a large output value is used instead of switching using a contact such as a relay. A maximum value detection circuit is used that outputs the maximum value. FIG. 13 shows the characteristics required for each air-fuel ratio output value in this embodiment. In other words, the air-fuel ratio output voltage of each cell receiver maintains linearity with respect to the input in the range where it has power, and the linearization amplifier ( The output characteristics of the resistance-to-air-fuel ratio converter 26 and the current-to-air-fuel ratio converter 33 are set as shown by the solid line and broken line in FIG. 13. The maximum value detection circuit 39 selects the larger value of the output voltages of the linearization amplifier 26 and the current-to-air-fuel ratio converter 39 and outputs it to the output terminal 35.

第14図には最大値検出回路の構成を示す。図示した如
く、2ケのダイオード41,420B極を演算増幅器4
3の正入力端子へ接続する。そして演算増幅器43の出
力を演算増幅器43の負入力端子へ接続する。
FIG. 14 shows the configuration of the maximum value detection circuit. As shown in the figure, the two diodes 41 and 420B are connected to the operational amplifier 4.
Connect to the positive input terminal of No.3. Then, the output of the operational amplifier 43 is connected to the negative input terminal of the operational amplifier 43.

選択されるべき二つの入力はダイオードの陽極へ1ケづ
つ接続する。このように接続することによシ、2ケの入
力電圧の内で筒い方の入力電圧が出力され、低い方の入
力電圧は関係しない。
The two inputs to be selected are connected one each to the anodes of the diodes. By connecting in this way, the higher input voltage of the two input voltages is output, and the lower input voltage is not concerned.

演算増幅器43の正入力端子と接地との間に抵抗44を
接続する。これは正入力端子の電位を下げる場合の速度
を向上させるためのものである。
A resistor 44 is connected between the positive input terminal of the operational amplifier 43 and ground. This is to improve the speed when lowering the potential of the positive input terminal.

なお、本実施例においてはT IO2センサ内に熱電対
を埋め込まない場合においての簡易な構成による温度調
節回路を示した。
In addition, in this embodiment, a temperature adjustment circuit with a simple configuration in the case where no thermocouple is embedded in the TIO2 sensor is shown.

以上の各実施例においては酸化物半導体センサとしてT
 s O2センサを用いたものを示したが、他のN型酸
化物半導体(Nb205、Ce Os等)を用いたセン
サでもよいことはもちろんである。
In each of the above embodiments, T is used as an oxide semiconductor sensor.
Although a sensor using an sO2 sensor is shown, it is of course possible to use a sensor using other N-type oxide semiconductors (Nb205, CeOs, etc.).

又、醒化物半導体のかわシに酸素濃淡電池型の酸素セン
ナを用いてもよく、その場合には各実施例における抵抗
測定部のかわシに起電力測定部を用い、標準抵抗設定器
のかわりに標準起電力設定器を用いる。
In addition, an oxygen concentration battery type oxygen sensor may be used as a substitute for the atomized compound semiconductor, and in that case, an electromotive force measuring section may be used as the resistance measuring section in each embodiment, and the standard resistance setting device may be replaced with an electromotive force measuring section. Use a standard electromotive force setting device.

又、第7図又は第11図における接点式リレーのかわり
にアナログスイッチ等の無接点式リレーを用いることも
できる。これによシ切換時のノイズを軽減することがで
きる。
Further, a non-contact type relay such as an analog switch can be used instead of the contact type relay shown in FIG. 7 or FIG. 11. This makes it possible to reduce noise during switching.

以上に実施例によシ詳述したように、本発明は、リンチ
側で非常に優れた空燃比検出特性を示すとともにリッチ
リーンの判定が可能な酸化物半導体センサと、リーン側
で優れた特性を示す限界電流式酸素センサを組み合わせ
、被測定ガスがリッチ領域にあるかり−ン領域にあるか
によって、測定値出力を選択するよう構成したので、空
燃比をリッチからり一ンの広い測定範囲にわたシ、速や
かにかつ高精度に測定することができる。
As described above in detail with reference to the embodiments, the present invention provides an oxide semiconductor sensor that exhibits extremely excellent air-fuel ratio detection characteristics on the Lynch side and is capable of determining rich lean, and an oxide semiconductor sensor that exhibits excellent characteristics on the lean side. The sensor is combined with a limiting current type oxygen sensor that indicates the air-fuel ratio, and is configured to select the measured value output depending on whether the gas being measured is in the rich region or the gas region, allowing for a wide measurement range from rich to rich. It can be measured quickly and with high precision.

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

第1図はT io 2センナの特性図、第2図はTiO
2センサの構成の一例を示す図である。 第3図は限界電流式酸素センサの構造の一例、第4図は
その限界電流式酸素センサの酸素濃度を・ぐラメータと
して、印加電圧と電流の関係を示す図、第5図は限界電
流式酸素センサに一定電圧を印加した場合の空燃比と電
流の関係を示す図である0 第6図は本発明に用いるセンナ部の一例を示す図である
。 第7図は本発明の一実施例のブロック図、第8図は計測
アンプの回路図、第9図は対数変換型抵抗計の特性の一
例を示す図、第10図は直線化増幅器の回路図、第11
図は温度補償部等を詳細に示す回路図である。 第12図は本発明の他の実施例を示すゾロツク図、第゛
13図はその゛実施例における直線化増幅器(抵抗対空
燃比変換部)および電流対空燃比変換部の特性の設定を
示す図である。 第14図は最大値検出回路を示す。 1・・・T s O2センサ、2・・・TiO2焼結体
、3,4・・・Ptリード線、5,5′・・・熱電対、
6・・・限界電流式酸素センサ、7・・・酸素イオン伝
導体、8・・・陰極、9・・・陽極、10・・・多孔質
層、11・・・多孔質保護層、12・・・リード線、1
3・・・セラミック絶縁体、14・・・7ランノ、15
・・・前置触媒、16・・・ヒータ、17・・・限流カ
バー、18・・・排気管、19・・・自動冷接点補償器
、20・・・計測アンプ、21・・・減衰器、22・・
・自動冷接点補償器、23・・・温度調節器、24・・
・対数変換型抵抗計、25・・・温度補償器、26・・
・直線化増幅器(抵抗対空燃比変換器)、27・・・標
準温度設定器、28・・・温度偏差算出器、29・・・
標準抵抗設定器、30・・・リッチ、リーン判定器、3
1・・・限界電流検出部、32・・・温度補償部、33
・・・電流対空燃比変換部、34・・・出力切換器、3
5・・・出力端子、36・・・ポンプ、37・・・ガス
吸入口、38・・・ガス排出口、39・・・最大値検出
回路、40・・・熱電対アンプ、41.42・・・ダイ
オード、43・・・演算増幅器、44・・・抵抗。 第1図   第2図 第3図 9     11        12第4m 第555 交気過、剰竿入 勤6図 ゴ(1 1◆2nXV+2−Vn)) 第911 −TiO2乞ンサの孫4九    (Ω)第10園 第13図 一賓メ烈1と(A/F)大刀(ガ′スQυ第1t+■
Figure 1 is the characteristic diagram of T io 2 senna, Figure 2 is TiO
It is a figure showing an example of the composition of two sensors. Figure 3 shows an example of the structure of a limiting current type oxygen sensor, Figure 4 shows the relationship between applied voltage and current using the oxygen concentration as a parameter, and Figure 5 shows the limiting current type oxygen sensor. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the air-fuel ratio and current when a constant voltage is applied to the oxygen sensor. FIG. 6 is a diagram showing an example of the senna section used in the present invention. Fig. 7 is a block diagram of an embodiment of the present invention, Fig. 8 is a circuit diagram of a measuring amplifier, Fig. 9 is a diagram showing an example of the characteristics of a logarithmic conversion type resistance meter, and Fig. 10 is a circuit of a linearizing amplifier. Figure, 11th
The figure is a circuit diagram showing the temperature compensator etc. in detail. Fig. 12 is a Zorock diagram showing another embodiment of the present invention, and Fig. 13 is a diagram showing the setting of the characteristics of the linearization amplifier (resistance to air-fuel ratio converter) and current to air-fuel ratio converter in this embodiment. be. FIG. 14 shows a maximum value detection circuit. 1... T s O2 sensor, 2... TiO2 sintered body, 3, 4... Pt lead wire, 5, 5'... thermocouple,
6... Limiting current type oxygen sensor, 7... Oxygen ion conductor, 8... Cathode, 9... Anode, 10... Porous layer, 11... Porous protective layer, 12...・Lead wire, 1
3...Ceramic insulator, 14...7 Ranno, 15
...Pre-catalyst, 16...Heater, 17...Current limiting cover, 18...Exhaust pipe, 19...Automatic cold junction compensator, 20...Measuring amplifier, 21...Attenuation Vessel, 22...
・Automatic cold junction compensator, 23...Temperature regulator, 24...
・Logarithmic conversion type resistance meter, 25...Temperature compensator, 26...
- Linearization amplifier (resistance to air-fuel ratio converter), 27... Standard temperature setting device, 28... Temperature deviation calculator, 29...
Standard resistance setter, 30... Rich, lean judge, 3
1...Limiting current detection section, 32...Temperature compensation section, 33
...Current-to-air-fuel ratio converter, 34...Output switch, 3
5... Output terminal, 36... Pump, 37... Gas inlet, 38... Gas outlet, 39... Maximum value detection circuit, 40... Thermocouple amplifier, 41.42. ...Diode, 43...Operation amplifier, 44...Resistor. Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 9 11 12 4m 555 Excessive exchange, excess rod work 6 Fig. (1 1◆2nXV+2-Vn)) 911 - TiO2 begging grandson 49th 10th Garden Figure 13 One Guest Meretsu 1 and (A/F) Great Sword (Ga's Qυ 1st +■

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)空燃比によって抵抗変化を生ずる酸化物半導体セ
ンサと、酸素イオン伝導体から成る板あるいは円筒の一
面に陰極層を、これと対向する他の面に陽極l−を設け
、陰極層を多孔質層で又は有孔函体で被覆し、陽極層に
正、陰極層に負の電圧を印加して流れる電流の大きさが
酸系濃度によって変化することがら空燃比を検出するセ
ンサ(以上限界電流式酸素センサという)とから成るセ
ンサ部と、 前記酸化物半導体の広範囲のi抗を測定する抵抗測定部
と、 前記は化物半導体の抵抗から理論空燃比よシも燃料過剰
か又は燃料不足かを判定する部分と、燃料不足の場合の
み前記限界電流式酸素センサに電圧を印加し、限界電流
を検出する限界電流検出部と、 燃料過剰であれば前記酸化物半導体センサから求めた空
燃比を選択し、燃料不足であれば限界電流式酸素センサ
から求めた空燃比を選択する選択部と、 を備えたことを特徴とする空燃比検出装置。
(1) An oxide semiconductor sensor that causes resistance changes depending on the air-fuel ratio, a cathode layer on one side of a plate or cylinder made of an oxygen ion conductor, and an anode l- on the opposite side, and the cathode layer is porous. A sensor that detects the air-fuel ratio because the size of the current that flows by applying a positive voltage to the anode layer and a negative voltage to the cathode layer changes depending on the acid concentration a resistance measuring section that measures the i resistance over a wide range of the oxide semiconductor; and a resistance measuring section that measures the i resistance of the oxide semiconductor over a wide range; a limiting current detection section that applies a voltage to the limiting current type oxygen sensor and detects the limiting current only in the case of fuel shortage; and a limiting current detection section that detects the limiting current by applying a voltage to the limiting current type oxygen sensor only when fuel is insufficient; an air-fuel ratio detection device comprising: a selection unit that selects an air-fuel ratio obtained from a limiting current type oxygen sensor if there is a fuel shortage;
(2)前記酸化物半導体センサに基いて求める空燃比出
力が、燃料過剰領域においては正規の値となり、燃料不
足領域においては正規の値より小さい値となるような出
力特性に設定され、かつ、前記限界電流式酸素センサに
基いて求める空燃比出力が、燃料不足領域においては正
規の値となシ、燃料過剰領域においては正規の値より小
さい値となるような出力特性に設定されるとともに(第
13図)、前記選択部を2個の入力のうち、よシ大きい
値を選択する最大値検出回路によ多構成したことを特徴
とする特許請求の範囲第(1)項記載の空燃比検出装置
(2) The air-fuel ratio output determined based on the oxide semiconductor sensor is set to an output characteristic such that it becomes a normal value in a fuel excess region and a value smaller than the normal value in a fuel shortage region, and The air-fuel ratio output determined based on the limiting current type oxygen sensor is set to an output characteristic such that it does not take a normal value in a fuel shortage region, and becomes a value smaller than the normal value in a fuel excess region. (FIG. 13), the air-fuel ratio according to claim (1), characterized in that the selection section is configured with a maximum value detection circuit that selects the larger value among the two inputs. Detection device.
(3)空燃比によって起電力変化を生ずる酸素濃淡電池
式の酸素センサと、酸素イオン伝導体から成る板あるい
は円筒の一面に陰極層を、これと対向する他の面に陽極
層を設け、陰極ノーを多孔質層で又は有孔函体で被覆し
、陽極層に正、陰極層に・負の電圧を印加して流れる電
流の大きさが散素濃厩によって変化することがら空燃比
を検出するセンサ(以下、限界電流式酸素センサという
)とから成る七ンサ部と、 前記削素濃淡電池式酸素センサの起電力を測定する起電
力測定部と、 前記酸素濃淡電池式酵素センサの起電力から理論空燃比
よシも燃料過剰か又は燃料不足かを判定する部分と、 燃料不足の場合のみ前記限界電流式ば累センサに電圧を
印加し、限界電流を検出する限界電流検出部と、 燃料過剰でわれは前記酸素濃淡電池式ば系センサから求
めfc空空燃比1択択、燃料不足で671ば限界電流式
ば系センサか□ら求めた空燃比を選択する選択部と、 を備え罠ことを特徴とする空燃比検出装置。
(3) An oxygen concentration battery-type oxygen sensor that generates an electromotive force change depending on the air-fuel ratio, a cathode layer on one side of a plate or cylinder made of an oxygen ion conductor, and an anode layer on the other side facing the cathode. Cover the electrode with a porous layer or a perforated box, apply a positive voltage to the anode layer and a negative voltage to the cathode layer, and detect the air-fuel ratio because the magnitude of the flowing current changes depending on the dispersion concentration. (hereinafter referred to as a limiting current type oxygen sensor); an electromotive force measurement unit that measures the electromotive force of the oxygen concentration battery type oxygen sensor; and an electromotive force measurement unit that measures the electromotive force of the oxygen concentration battery type enzyme sensor. a portion that determines whether there is excess fuel or insufficient fuel based on the stoichiometric air-fuel ratio; a limiting current detection portion that applies voltage to the limiting current type cumulative sensor to detect a limiting current only in the case of fuel shortage; If there is an excess of fuel, we select one fc air-fuel ratio obtained from the oxygen concentration battery type sensor, and if there is insufficient fuel, we select the air-fuel ratio obtained from the limit current type sensor. An air-fuel ratio detection device characterized by:
(4)  前記眩素濃淡電池式ば累センサに基いて求め
る空燃比出力が、燃料過剰領域においては正規の値とな
9、燃料不足領域においては正規の値よシ小さい値とな
るような出力特性に設定され、かつ、前記限界電流式酸
素センサに基いて求める空燃比出力が、燃料不足領域に
おいては正規の値となシ、燃料過剰領域においては正規
の値よシ小妊い値となるような出力特性に設定されると
ともに、前記選択部を2個の入力のうち、よシ大きい値
を選択する最大値検出回路によ多構成したことを特徴と
する特許請求の範囲第(3)項記載の空燃比検出装置。
(4) An output such that the air-fuel ratio output determined based on the dazzle concentration battery type cumulative sensor is a normal value in a fuel excess region9, and a value smaller than the normal value in a fuel shortage region. The air-fuel ratio output set in the characteristic and determined based on the limiting current type oxygen sensor is a normal value in a fuel shortage region, and a value slightly smaller than the normal value in a fuel excess region. Claim (3) characterized in that the output characteristic is set as follows, and the selection section is configured with a maximum value detection circuit that selects the larger value among the two inputs. The air-fuel ratio detection device described in .
JP56160076A 1981-10-09 1981-10-09 Detecting apparatus of air-fuel ratio Granted JPS5861455A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56160076A JPS5861455A (en) 1981-10-09 1981-10-09 Detecting apparatus of air-fuel ratio

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56160076A JPS5861455A (en) 1981-10-09 1981-10-09 Detecting apparatus of air-fuel ratio

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5861455A true JPS5861455A (en) 1983-04-12
JPH0151772B2 JPH0151772B2 (en) 1989-11-06

Family

ID=15707350

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP56160076A Granted JPS5861455A (en) 1981-10-09 1981-10-09 Detecting apparatus of air-fuel ratio

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS5861455A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61155751A (en) * 1984-12-28 1986-07-15 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Air/fuel ratio sensor and apparatus thereof
JPS6378263U (en) * 1986-11-08 1988-05-24
JPS6378262U (en) * 1986-11-08 1988-05-24

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61155751A (en) * 1984-12-28 1986-07-15 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Air/fuel ratio sensor and apparatus thereof
JPH0574778B2 (en) * 1984-12-28 1993-10-19 Toyoda Chuo Kenkyusho Kk
JPS6378263U (en) * 1986-11-08 1988-05-24
JPS6378262U (en) * 1986-11-08 1988-05-24

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0151772B2 (en) 1989-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1117789A (en) Temperature compensated resistive exhaust gas sensor construction
US6852434B2 (en) Fuel cell assembly with an improved gas sensor
US6923902B2 (en) Methods and apparatus for measuring NOx gas concentration, for detecting exhaust gas concentration and for calibrating and controlling gas sensor
JPS61195349A (en) Device for detecting air fuel ratio for internal-combustion engine
JPS5819553A (en) Multifunctional oxygen concentration detector
US6514397B2 (en) Gas sensor
JPS6156779B2 (en)
JPS61138156A (en) Air-fuel ratio detector
Dueker et al. Ceramic aspects of the bosch lambda-sensor
US20070284248A1 (en) Gas concentration measuring apparatus designed to enhance measurement accuracy in desired range
US6471840B1 (en) Composite sensor
US4363306A (en) System for feedback control of air/fuel ratio in IC engine having means for supplying controlled current to oxygen sensor
US4721084A (en) Method for controlling an oxygen concentration sensor for sensing an oxygen concentration in an exhaust gas of an internal combustion engine
JPS5861455A (en) Detecting apparatus of air-fuel ratio
KR101843848B1 (en) NOx Sensor and Method of preparing the same
US4832818A (en) Air/fuel ratio sensor
JPS6311847A (en) Air/fuel ratio detecting element
US8211281B2 (en) Catalyst anneal for durable stoichiometric shift corrected protective coating for oxygen sensors
JPS5824850A (en) Film type oxygen sensor with heater and oxygen detector employing said sensor
US6280605B1 (en) Electrochemical sensor
JPH0115817B2 (en)
JPH0789109B2 (en) Oxygen concentration detector
JP3773014B2 (en) Gas sensor for natural gas engine
JPS61234352A (en) Air/fuel ratio detector
US11680926B2 (en) Gas sensor