JPS58620B2 - ガス検出装置 - Google Patents

ガス検出装置

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JPS58620B2
JPS58620B2 JP53004867A JP486778A JPS58620B2 JP S58620 B2 JPS58620 B2 JP S58620B2 JP 53004867 A JP53004867 A JP 53004867A JP 486778 A JP486778 A JP 486778A JP S58620 B2 JPS58620 B2 JP S58620B2
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gas detection
air
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voltage
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JP53004867A
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安田悦朗
瀬川芳弘
太田実
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Soken Inc
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Nippon Soken Inc
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F02D41/1455Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with sensor resistivity varying with oxygen concentration
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/122Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ガス検出装置に関し、例えば排気ガス浄化
用触媒コンバータの浄化率を高めるために、エンジンか
ら排出される排気ガスのガス成分を検出するものに係る
従来、エンジンから排出される排気ガスのガス成分を検
出するものとして、酸化チタン等の金属酸化物半導体か
らなり、相対的なガス雰囲気に依存した電気抵抗値を示
すガス検出素子と、このガス検出素子を固定基準抵抗と
直列接続してガス検出素子の抵抗値を電圧に変換し、こ
の電圧と一つの基準電圧を比較してガス検出信号を出力
する比較器とからなるものが提案されている。
しかしながら、上記のものは基準電圧が一つで一定であ
り、この基準電圧とのみ比較を行う構成であるため、ガ
ス検出素子の電気抵抗値特性が使用温度や経時変化によ
って変化すると、ガス成分検出に誤りを生じたり、検出
不能になったりするという問題がある。
この発明は、上記の点に鑑みなされたもので、使用温度
、経時変化によらず良好にガス成分を検出し得るガス検
出装置を提供することを目的とする。
以下この発明を図に示す実施例について説明する。
第1図はこの発明を適用するシステムを示すものであり
、この第1図において説明する。
エンジン10は、周知の火花点火式エンジンで、その吸
気系はエアクリーナ11、気化器12、吸気マニホール
ド13から構成されており、一方排気系は排気マニホー
ルド14、排気管15、排気ガス浄化用の三元触媒コン
バータ16、図示しない消音マフラーから構成されてい
る。
ここで、気化器12は、公知の空燃比調整器を有するも
ので、電気信号に応じて生成する混合気の空燃比A/F
が変化する。
また、三元触媒コンバータ16は、理論空燃比付近の混
合気がエンジン10に供給されると高浄化率でNOx、
HC2COを同時に浄化するもので、公知のペレット形
状もしくはハニカム形状の触媒を内蔵している。
次にガス検出装置について説明すると、これは排気マニ
ホールド14の集合部に設けられたガス検出素子21及
び気化器12に電気信号を付与する制御回路22とから
構成されている。
ガス検出素子21は、第2図に示すような構造のもので
ある。
第2図において排気ガス中のガス成分、特に酸素濃度に
応じた電気抵抗値を示すディスク状の素子片23は酸化
チタン(TiO2)等の金属酸化物半導体で形成されて
おり、その表面に白金(Pt)、ロジウム(Rh)等の
触媒金属が担持されている。
そして、素子片23はアルミナ等の焼結体からなる耐熱
電気絶縁性の保持体24の先端凹部25に保持されてい
る。
保持体24には、耐熱金属製の保護カバー27及びハウ
ジング28が、テーパ一部29,30の部分でOリング
、ワッシャ等を介して一体的に結合されており、ハウジ
ング28のネジ部31により排気マニホールド14に取
付けられる。
保護カバー21は、素子片23を排気ガス流から保護す
るもので、排気ガスが通過可能な多数の孔32を有して
いる。
素子片23は、第3図に示すように2本の白金電極33
,34が挿入されて一体成形されており、電極33,3
4はそれぞれ導電ガラス35,36を介して端子棒37
,38に電気的に接続されている。
しかして、素子片25の電気抵抗値は、端子棒37,3
8から取り出される。
次に、第4図において制御回路22を説明する。
この制御回路22において、基準抵抗41は、ガス検出
素子21に直列接続され、ガス検出素子21には直流電
圧■が加えられている。
そして、基準抵抗41とガス検出素子21の分圧点aは
、それぞれ比較器42,43,44の非反転入力端子+
に接続されている。
他方、分圧抵抗45A。45Bからなる第1の基準電圧
発生器の分圧点すは、比較器42の反転入力端子−に、
分圧抵抗46A、46Bからなる第2の基準電圧発生器
の分圧点cは、比較器43の反転入力端子−に、分圧抵
抗47A、47Bからなる第3の基準電圧発生器の分圧
点dは、比較器44の反転入力端子−に接続されている
ここで、例えば基準抵抗41の電気抵抗値を300キロ
オームと設定した場合、抵抗45A。
45Bをそれぞれ900キロオーム、300キロオーム
に設定し、抵抗46A、46Bを共に300キロオーム
に設定し、抵抗47,47Bをそれぞれ100キロオー
ム、300キロオームに設定するのが好ましい。
電圧を比較器42に入力し、第2の基準電圧発生に入力
する。
各比較器42,43,44の出力端子はそれぞれ保護抵
抗49,50,51を介して2種の単安定回路52,5
3,54,55,56,57に接続されている。
単安定回路52,54,56は入力信号が“0”レベル
から“1”レベルに立上がるとトリガされて1個のパル
ス信号を出力し、他方単安定回路53,55.57は入
力信号が“1”レベルから“0”レベルに立下がるとト
リガされて1個のパルス信号を出力する。
また、単安定回路52,54,56の出力端子はORゲ
ート58の入力端子に接続され、他方単安定回路53,
55,57の出力端子は、ORゲート59の入力端子に
接続されている。
ORゲート58の出力端子はフリップフロップ60のセ
ット端子Sに接続され、ORゲート59の出力端子はフ
リップフロップ60のリセット端子Rに接続されている
そしてフリップフロップ60の出力端子は、図示しない
駆動回路に接続され、1駆動回路を介して気化器12の
空燃比調整器を駆動する。
そして、単安定回路52〜57、ORゲート58.59
、フリップフロップ60により、比較器42〜44の比
較信号の立上り、立下りに応じてガス検出信号を出力す
る論理回路が構成されている。
上記構成において、排気ガス温度が低くガス検出素子2
1を使用温度T1で使用する場合、ガス検出素子21の
空燃比A/F−電気抵抗値Hの特性は、第5図の曲線T
1に示すようになる。
したがって、このときに気化器12で生成される混合気
の空燃比が設定空燃比(理論空燃比14.7)STより
大きくなると、この空燃比と密接した関係にある排気ガ
ス成分、特に酸素濃度が変化し、ガス検出素子21の抵
抗値は、1メグオ一ム程度になって分圧抵抗45Aの抵
抗値よりも大きくなる。
このため、分圧点aの電圧は、分圧点す、c。
dの基準電圧より低く、各比較器42,43,44は“
0”レベル信号を出し、単安定回路53,55゜57は
ORゲート59を介してリセット端子Rにリセット信号
を加え、フリップフロップ60は、“0”レベルのガス
検出信号を出力する。
これにより、空燃比が設定空燃比STより大きいと判断
され、気化器12の空燃比調整器は混合気の空燃比を小
さく、即ち混合気を濃くするよう作動する。
一方、使用温度T1において、気化器12で生成される
混合気の空燃比が設定空燃比STより小さくなると、ガ
ス検出素子21の抵抗値は、200キロオ一ム程度と小
さくなる。
このため、分圧点aの電圧は分圧点す、cの電圧よりも
大きくなり、比較器42,43の出力は“0”レベルか
ら“1”レベルに立上る。
したがって、単安定回路52,54がパルスを出力し、
セット端子Sにセット信号を加え、フリップフロプロ0
の出力Qを“1”レベルとし、“1”レベルのガス検出
信号が気化器12に出力される。
これにより、空燃比が設定空燃比STより小さいと判断
され、気化器12の空燃比調整器は、混合気の空燃比を
大きく、即ち混合気を薄くするよう作動する。
こうして、混合気の空燃比は、設定空燃比STに調整さ
れ、このために三元触媒コンバータ16は高効率でNO
x、EC,COを浄化する。
ところで、ガス検出素子21のふん囲気温度が下がり、
素子を使用温度T2で使用する場合、その特性は第5図
の曲線T2で示すようなものとなる。
したがって、ガス検出素子21の抵抗値は分圧抵抗45
A、46Aの抵抗値よりも小さい値の領域で変化し、分
圧点す、cの電圧は常に分圧点aの電圧よりも低くなり
、空燃比(排気ガス成分)の判別に寄与しない。
しかし、分圧点dの基準電圧が前述の如くガス検出素子
21の抵抗値変化に応じた電圧と比較され、混合気の空
燃比を設定空燃比STとするのに寄与する。
さらに、ガス検出素子21の使用温度が使用温度T1と
最高使用温度T2の中間の温度T3となつた場合、ガス
検出素子21の特性は第5図の曲線T3で示すようなも
のとなる。
したがって、ガス検出素子21の抵抗値は、900キロ
オ一ム未満の領域で変化し、分圧点すの基準電圧は常に
分圧点aの電圧より低くなり、空燃比(排気ガス成分)
の判別に寄与しない。
つまり、分圧点c、dの基準電圧が前述の如くガス検出
素子21の抵抗値変化、すなわち排気ガス成分に応じて
変化する電圧と比較され、これにより混合気の空燃比を
設定空燃比STとするのに寄与する。
こうして、使用温度によらず、常に良好にガス検出を行
うことができる。
なお、ガス検出素子21の抵抗値特性は新品のものと経
年変化後のもの(耐久試験後のもの)とで同様に変化す
ることがあるが、これに対しても前述の温度変化の場合
と同様に良好にガス検出を行うことができる。
なお、上記実施例では比較器並びに基準電圧発生器を3
個としたが、複数個であればよい。
もちろん、各抵抗の数値もガス検出素子の抵抗特性に応
じて好ましい数値とすればよい。
また、基準電圧発生器として分圧抵抗を用いたが、他の
形式のもの例えばツェナーダイオードを用いる形式のも
のでもよい。
また、気化器を用いたエンジンに適用したが、燃料噴射
装置、又は2次空気供給装置を用いて三元触媒へ流入す
る排気ガス成分を制御するエンジンにももちろん適用で
きる。
さらに、エンジンだけでなく、ボイラー等地の燃焼装置
の排気ガス成分に応じて制御するシステムにも適用し得
る。
以上述べたように本発明によれば、ガス検出素子の電気
抵抗値特性が使用温度又は経年変化によって変化しても
良好にガス検出を行うことができるという優れた効果を
奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す全体構成図、第2図は
第1図図示のガス検出素子を示す断面図、第3図は第2
図図示の素子片を示す拡大斜視図、第4図は第1図図示
の制御回路を示す電気回路図、第5図は作動説明に供す
るグラフである。 21・・・・・・ガス検出素子、41・・・・・・基準
抵抗、42.43,44・・・・・・比較器、45A、
45B、46A。 46B、47A、47B・・・・・・基準電圧発生器を
なす分圧抵抗、52〜57,60・・・・・・論理回路
をなす単安定回路、フリップフロップ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 排気ガス成分に応じて電気抵抗値が変化するガス検
    出素子と;このガス検出素子に直列接続された基準抵抗
    と;互いに異なる値の基準電圧を発生する複数の基準電
    用発生器と;前記ガス検出素子及び基準抵抗の分圧点電
    圧と前記互いに異なる値の基準電圧とを比較し、比較信
    号を発生する複数の比較器と;前記複数の比較信号の立
    上り、立下りに応じてガス検出信号を出力する論理回路
    とを具備することを特徴とするガス検出装置。 2 前記論理回路が、前記比較信号の立上り、立下りに
    応じてパルスを発生する複数の単安定回路と、これら単
    安定回路のパルスに応じてガス検出信号を出力するフリ
    ップフロップとからなる特許請求の範囲第1項記載のガ
    ス検出装置。
JP53004867A 1978-01-19 1978-01-19 ガス検出装置 Expired JPS58620B2 (ja)

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JPS5498297A JPS5498297A (en) 1979-08-03
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DE2901519A1 (de) 1979-08-09
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