JPS60111953A - 機関の空燃比センサ - Google Patents
機関の空燃比センサInfo
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- JPS60111953A JPS60111953A JP58221088A JP22108883A JPS60111953A JP S60111953 A JPS60111953 A JP S60111953A JP 58221088 A JP58221088 A JP 58221088A JP 22108883 A JP22108883 A JP 22108883A JP S60111953 A JPS60111953 A JP S60111953A
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- Japan
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- fuel ratio
- air
- sensor
- engine
- oxygen
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は内燃機関の排気ガス中の酸素濃度等を測定し
て機関の運転空燃比を検知する機関の空気比センナに係
り、特にイオン伝導性固体電解質で構成された酸素ポン
プ式の空燃比センサの改良に関するものである。
て機関の運転空燃比を検知する機関の空気比センナに係
り、特にイオン伝導性固体電解質で構成された酸素ポン
プ式の空燃比センサの改良に関するものである。
・〔従来技術〕
従来より、イオン伝導性固体電解質（例えば安定化ジル
コニア）で構成された酸素センサを用い、排気ガスの酸
素分圧と空気の酸素分圧との差によって生じる起電力の
変化によって理論空燃比での燃焼状態を検知することに
より、例えば自動車の機関を理論空燃比で運転するよう
に制御することは衆知の通りである。ところで上記酸素
センサは空気と燃料との重量比率である空燃比（Ａｌ２
）が理論空燃比１４・７である時は大きな変化出力が得
られるが他の運転空燃比域での変化はほとんどなく、理
論空燃比以外の空燃比で機関を運転する場合には上記酸
素センサの出力を利用することができない。そこで特開
昭５６−１３０６４９号の技術では固体電解質酸素ポン
プ式の酸素濃度測定装置を用い理論空燃比より空燃比の
大きい燃料希薄域における空燃比を排気ガス中の残存酸
素を測定することにより検知する方法が提案されている
。
コニア）で構成された酸素センサを用い、排気ガスの酸
素分圧と空気の酸素分圧との差によって生じる起電力の
変化によって理論空燃比での燃焼状態を検知することに
より、例えば自動車の機関を理論空燃比で運転するよう
に制御することは衆知の通りである。ところで上記酸素
センサは空気と燃料との重量比率である空燃比（Ａｌ２
）が理論空燃比１４・７である時は大きな変化出力が得
られるが他の運転空燃比域での変化はほとんどなく、理
論空燃比以外の空燃比で機関を運転する場合には上記酸
素センサの出力を利用することができない。そこで特開
昭５６−１３０６４９号の技術では固体電解質酸素ポン
プ式の酸素濃度測定装置を用い理論空燃比より空燃比の
大きい燃料希薄域における空燃比を排気ガス中の残存酸
素を測定することにより検知する方法が提案されている
。
この発明は上記特開昭５６−１３０６４９号等で提案さ
れている酸素ポンプ式の空燃比センサにより、理論空燃
比より空燃比の小さい燃料過濃域、したがって上記残存
酸素がない領域においても燃料希薄域と区別して精度よ
く空燃比を検知することができる機関の空燃比センサを
提供するものである。
れている酸素ポンプ式の空燃比センサにより、理論空燃
比より空燃比の小さい燃料過濃域、したがって上記残存
酸素がない領域においても燃料希薄域と区別して精度よ
く空燃比を検知することができる機関の空燃比センサを
提供するものである。
以下、この発明の一実施例について説明する。
第１図はこの発明の一実施例を示す構成図であり、第２
図は第１図のＩＩ −ＩＩ線に沿う断面図である０図中
、１は機関の排気管、２および１３はそれぞれ該排気管
１内に配設された傾斜特性型センサ２と階段特性型セン
サ１３である。上記傾斜特性型センサ２は厚さが約Ｑ、
５ｍｍ の平板状のイオン伝導性固体電解質（安定化ジ
ルコニア）３０両側面にそれぞれ白金電極４および５を
設けて構成された固体電解軍酸素ポンプ６と、該酸素ポ
ンプ６と同じように平板状のイオン伝導性固体電解質７
の両側面忙それぞれ白金電極８および９を設けて構成さ
れた固体電解質酸素センサ１０と、上記酸素ポツプ６と
上記酸素センサ１０をＯ０ｌｎｔｍ程度の微小間隙ｄを
介して対向配置するための支持台１１で構成されている
。１２は電子制御装置であり、上記酸素センサ１０が電
極８，９間に発生する起電力ｅを抵抗Ｒ１を介して演算
増幅器への反転入力端子に印加し、上記演算増幅器Ａの
非反転入力端子に印加されている基準電圧ｖＲと上記起
電力ｅの差異に比例した上記演算増幅器への出力により
トランジスタＴＲを駆動して上記酸素ポンプ６の電極４
．５間に流すポンプ電流ＩＰな制御する機能を備えてい
る。すなわち、上記起電力ｅを一定値ＶＲに保つのに必
要な上記ポンプ電流ＩＰを供給する作用をする。また直
流電源Ｂから供給される上記ポンプ電流ＩＰに対応した
出力信号を出力端子１８に得るために抵抗１０を備えて
いる。この抵抗Ｒｏは上記直流電源Ｂと対応して上記ポ
ンプ電流ＩＰが過大に流れないような所望の抵抗値が選
ばれている。Ｃはコンデンサである〇上記階段型センサ
１３はイオン伝導性固体電解質（安定化ジルコニア）１
４の空気と接する側に白金電極１５を排気ガスと接する
側に白金電極１６を設けて構成された排気ガスと空気と
の酸素濃度を比較する公知の固体電解質酸素濃淡電池階
段特性型センサである。また電極１５．１６間に発生す
る起電力Ｅを検知するための出力端子１９を備えている
。
図は第１図のＩＩ −ＩＩ線に沿う断面図である０図中
、１は機関の排気管、２および１３はそれぞれ該排気管
１内に配設された傾斜特性型センサ２と階段特性型セン
サ１３である。上記傾斜特性型センサ２は厚さが約Ｑ、
５ｍｍ の平板状のイオン伝導性固体電解質（安定化ジ
ルコニア）３０両側面にそれぞれ白金電極４および５を
設けて構成された固体電解軍酸素ポンプ６と、該酸素ポ
ンプ６と同じように平板状のイオン伝導性固体電解質７
の両側面忙それぞれ白金電極８および９を設けて構成さ
れた固体電解質酸素センサ１０と、上記酸素ポツプ６と
上記酸素センサ１０をＯ０ｌｎｔｍ程度の微小間隙ｄを
介して対向配置するための支持台１１で構成されている
。１２は電子制御装置であり、上記酸素センサ１０が電
極８，９間に発生する起電力ｅを抵抗Ｒ１を介して演算
増幅器への反転入力端子に印加し、上記演算増幅器Ａの
非反転入力端子に印加されている基準電圧ｖＲと上記起
電力ｅの差異に比例した上記演算増幅器への出力により
トランジスタＴＲを駆動して上記酸素ポンプ６の電極４
．５間に流すポンプ電流ＩＰな制御する機能を備えてい
る。すなわち、上記起電力ｅを一定値ＶＲに保つのに必
要な上記ポンプ電流ＩＰを供給する作用をする。また直
流電源Ｂから供給される上記ポンプ電流ＩＰに対応した
出力信号を出力端子１８に得るために抵抗１０を備えて
いる。この抵抗Ｒｏは上記直流電源Ｂと対応して上記ポ
ンプ電流ＩＰが過大に流れないような所望の抵抗値が選
ばれている。Ｃはコンデンサである〇上記階段型センサ
１３はイオン伝導性固体電解質（安定化ジルコニア）１
４の空気と接する側に白金電極１５を排気ガスと接する
側に白金電極１６を設けて構成された排気ガスと空気と
の酸素濃度を比較する公知の固体電解質酸素濃淡電池階
段特性型センサである。また電極１５．１６間に発生す
る起電力Ｅを検知するための出力端子１９を備えている
。
以上のように構成されたこの発明の空燃比センサを国産
乗用車用２０００ｃｃのガソリン機関に装着して試験し
た結果を第３図に示す。上記傾斜特性型センサ２の基準
電圧ＶＲを５０ｍＶにした場合に第３図に示す（ａ）の
特性が得られた。また上記階段型センサ１３では、理論
空燃比１４．７で出力電圧が階段状に変化する第３図（
ｂ）の特性が得られた。
乗用車用２０００ｃｃのガソリン機関に装着して試験し
た結果を第３図に示す。上記傾斜特性型センサ２の基準
電圧ＶＲを５０ｍＶにした場合に第３図に示す（ａ）の
特性が得られた。また上記階段型センサ１３では、理論
空燃比１４．７で出力電圧が階段状に変化する第３図（
ｂ）の特性が得られた。
上記特性を利用して空燃比を検知しようとすると（ａ）
の特性を得るためには高い温度（７００’Ｃ以上）が必
要であり、また同じポンプ電流値が理論空燃比をはさん
で？ケ所存在する等の問題点がある。
の特性を得るためには高い温度（７００’Ｃ以上）が必
要であり、また同じポンプ電流値が理論空燃比をはさん
で？ケ所存在する等の問題点がある。
他方（ｂ）の特性は比較的低温度（４００’Ｃ程度）か
ら得られるが、空燃比については理論空燃比だけを検知
でき、他の空燃比では過濃域なのか、あるいはせ希薄域
なのかしか判別できない。この発明は上記（ａ） （ｂ
） ２１［Ｉ類の特性を利用して空燃比を検知するよう
にしたものである。例えば機関始動時など比較的温度が
低い場合（４ｏｏ℃程度）、上記階段特性型センサ１３
で理論空燃比を検知し、高温時には上記階段特性型セン
サで理論空燃比、過濃域希薄域の検知を行い、上記傾斜
特性型センサで過濃域、希薄域の内域における空燃比を
検知する。
ら得られるが、空燃比については理論空燃比だけを検知
でき、他の空燃比では過濃域なのか、あるいはせ希薄域
なのかしか判別できない。この発明は上記（ａ） （ｂ
） ２１［Ｉ類の特性を利用して空燃比を検知するよう
にしたものである。例えば機関始動時など比較的温度が
低い場合（４ｏｏ℃程度）、上記階段特性型センサ１３
で理論空燃比を検知し、高温時には上記階段特性型セン
サで理論空燃比、過濃域希薄域の検知を行い、上記傾斜
特性型センサで過濃域、希薄域の内域における空燃比を
検知する。
なお、第３図の（ａ）の特性が示すように空燃比卑が理
論空燃比より希薄域でポンプ電流ＩＰが空燃比に比例し
て変化する理由は特開昭５６−１３０６４９号の技術に
記載されている。すなわち微小間隙部ｄ内に導入された
排気ガスの酸素分圧を上記酸素ポンプ６０作用により変
更することにより排気管１内を流れる排気ガスの酸素分
圧と差異をもたせ、この酸素分圧の差異に応じて発生す
る上記酸素センサ１０の起電力ｅが所定値となるように
上記酸素ポンプ６に供給されるポンプ電流ＩＰを制御す
る時、とのポンプ電流ＩＰは上記排気ガス中の酸素濃度
に比例して変化する。そして空燃比は上記酸素濃度にほ
ぼ比例するので結果的に上記ポンプ電流ＩＰは空燃比Ａ
７．に比例して変化するのである。他方、理論空燃比よ
り過濃域でポンプ電流ＩＰが変化するのは排気ガス中の
一酸化炭素（ＣＯ）濃度忙上記傾斜特性型センザ２が感
応しているように思われるが明らかではない。第３図（
ｂ）は階段特性型センサの公知の出力特性である。。
論空燃比より希薄域でポンプ電流ＩＰが空燃比に比例し
て変化する理由は特開昭５６−１３０６４９号の技術に
記載されている。すなわち微小間隙部ｄ内に導入された
排気ガスの酸素分圧を上記酸素ポンプ６０作用により変
更することにより排気管１内を流れる排気ガスの酸素分
圧と差異をもたせ、この酸素分圧の差異に応じて発生す
る上記酸素センサ１０の起電力ｅが所定値となるように
上記酸素ポンプ６に供給されるポンプ電流ＩＰを制御す
る時、とのポンプ電流ＩＰは上記排気ガス中の酸素濃度
に比例して変化する。そして空燃比は上記酸素濃度にほ
ぼ比例するので結果的に上記ポンプ電流ＩＰは空燃比Ａ
７．に比例して変化するのである。他方、理論空燃比よ
り過濃域でポンプ電流ＩＰが変化するのは排気ガス中の
一酸化炭素（ＣＯ）濃度忙上記傾斜特性型センザ２が感
応しているように思われるが明らかではない。第３図（
ｂ）は階段特性型センサの公知の出力特性である。。
以上のよう圧この発明は機関の排気管内に設けられ、機
関の排気ガスを導入する間隙部と、上記間隙部内の酸素
分圧を制御する固体電解質酸素ポンプと、上記間隙部内
の酸素分圧と上記間隙部外の排気ガス中の酸素分圧の差
異に対応した起電力を発生する固体電解質酸素センサを
備え、該センサが発生する起電力を所定値に保つのに必
要な上記酸素ポンプのポンプ電流に対応した出力信号に
より上記機関の空燃比を検出し、しかもその出力特性の
傾斜が理論空燃比を境に逆圧なる傾斜特性型センサと、
上記傾斜特性型センサの近傍で、上記機関の排気管内に
設けられた理論空燃比で出力が急変する階段特性・凰セ
ンサを備えた機関の空燃比センサにおいて、低温時には
階段特性型センサで理論空燃比を検知し、高温時には階
段特性型センサが理論空燃比過濃域、希薄域の検知を行
うので、傾斜特性型センサで問題となる過濃域および希
薄域のそれぞれに存在する同一ポンプ電流値の区別が可
能となり、正確な空燃比を測定できる空燃比センサを提
供することができる。
関の排気ガスを導入する間隙部と、上記間隙部内の酸素
分圧を制御する固体電解質酸素ポンプと、上記間隙部内
の酸素分圧と上記間隙部外の排気ガス中の酸素分圧の差
異に対応した起電力を発生する固体電解質酸素センサを
備え、該センサが発生する起電力を所定値に保つのに必
要な上記酸素ポンプのポンプ電流に対応した出力信号に
より上記機関の空燃比を検出し、しかもその出力特性の
傾斜が理論空燃比を境に逆圧なる傾斜特性型センサと、
上記傾斜特性型センサの近傍で、上記機関の排気管内に
設けられた理論空燃比で出力が急変する階段特性・凰セ
ンサを備えた機関の空燃比センサにおいて、低温時には
階段特性型センサで理論空燃比を検知し、高温時には階
段特性型センサが理論空燃比過濃域、希薄域の検知を行
うので、傾斜特性型センサで問題となる過濃域および希
薄域のそれぞれに存在する同一ポンプ電流値の区別が可
能となり、正確な空燃比を測定できる空燃比センサを提
供することができる。
なお、階段特性型センサは上記固体電解質酸素戟淡電池
階段特性型センサだけＫとられれることなく、公知の抵
抗変化階段特性型センサ（例えばチタニアセンサ）や、
又は他の手段であってもなんらさしつかえなく、更に上
記階段型特性センサと上記傾斜型特性センサとを一体化
したものであってもよい。
階段特性型センサだけＫとられれることなく、公知の抵
抗変化階段特性型センサ（例えばチタニアセンサ）や、
又は他の手段であってもなんらさしつかえなく、更に上
記階段型特性センサと上記傾斜型特性センサとを一体化
したものであってもよい。
第１図はこの発明の一実施例を示す構成図であり、第２
図は第１図■−■線に沿う断面図である。 第３図は２０００ＣＣガソリン機関を用いて試験して得
られた特性図である。 １・・・機関の排気管、２・・・傾斜特性型センサ、６
・・・固体電解質酸素ポンプ、１０・・・固体電解質酸
素センサ、１２・・・電子制御装置、１３・・・階段特
性型センサ。 第１図 １ 第２図 第３図 ！重比（Ａｌ１−ン １ ↑、１°許庁長宮殿 １、事件の表示 １，１１願昭５８−２２１０８８号２
、発明の名称 機関の空燃比センナ ３、補正をする者 代表−と片山代へ部 ５、補正の対象 図 面 ６、 補正の内容 第１図を別紙のとす、６補正する。 ７、添付書類の目録 補正後の第１図を記した書面 １通 以上
図は第１図■−■線に沿う断面図である。 第３図は２０００ＣＣガソリン機関を用いて試験して得
られた特性図である。 １・・・機関の排気管、２・・・傾斜特性型センサ、６
・・・固体電解質酸素ポンプ、１０・・・固体電解質酸
素センサ、１２・・・電子制御装置、１３・・・階段特
性型センサ。 第１図 １ 第２図 第３図 ！重比（Ａｌ１−ン １ ↑、１°許庁長宮殿 １、事件の表示 １，１１願昭５８−２２１０８８号２
、発明の名称 機関の空燃比センナ ３、補正をする者 代表−と片山代へ部 ５、補正の対象 図 面 ６、 補正の内容 第１図を別紙のとす、６補正する。 ７、添付書類の目録 補正後の第１図を記した書面 １通 以上
Claims (2)
- （１）機関の排気管内に配設され、該機関の排気ガスを
導入する間隙部と、上記間隙部内の酸素分圧を制御する
固体電解質酸素ポンプと、上記間隙部内の酸素分圧と上
記間隙部外の排気ガス中の酸素分圧の差異に対応した起
電力を発生する固体電解質酸素センサを設け、該固体電
解質酸素センサが発生する起電力を所定値に保つのに必
要な上記固体電解質酸素ポンプのポンプ電流に対応した
出力信号により上記機関の空燃比を検出し、その出力特
性の傾斜が理論空燃比を境に逆になる傾斜特性型センサ
と、上記傾斜特性型センサの近傍で、上記機関の排気管
内に配設された理論空燃比で出力が急変する階段特性型
センサとを備えた機関の空燃比センサ。 - （２）比較的低温度の時には階段特性型センサのみで空
燃比を検知し、高温度の時には傾余ｌ特性型センサと階
段特性型センサで空燃比を検知することを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の機関の空燃比センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58221088A JPS60111953A (ja) | 1983-11-24 | 1983-11-24 | 機関の空燃比センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58221088A JPS60111953A (ja) | 1983-11-24 | 1983-11-24 | 機関の空燃比センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60111953A true JPS60111953A (ja) | 1985-06-18 |
Family
ID=16761297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58221088A Pending JPS60111953A (ja) | 1983-11-24 | 1983-11-24 | 機関の空燃比センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60111953A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01169349A (ja) * | 1987-12-25 | 1989-07-04 | Hitachi Ltd | 空燃比検出装置 |
-
1983
- 1983-11-24 JP JP58221088A patent/JPS60111953A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01169349A (ja) * | 1987-12-25 | 1989-07-04 | Hitachi Ltd | 空燃比検出装置 |
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