JPS60128352A - 空燃比検知装置 - Google Patents
空燃比検知装置Info
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- JPS60128352A JPS60128352A JP58237623A JP23762383A JPS60128352A JP S60128352 A JPS60128352 A JP S60128352A JP 58237623 A JP58237623 A JP 58237623A JP 23762383 A JP23762383 A JP 23762383A JP S60128352 A JPS60128352 A JP S60128352A
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- oxygen
- air
- fuel ratio
- fuel
- pump element
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- 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
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- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
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- Pathology (AREA)
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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】
[分野]
この発明は、内燃機関、ガス燃焼機器などの燃焼装置の
排気ガス中の酸素濃度もしくは空燃比を制御もしくは測
定するための検知装置に関する。
排気ガス中の酸素濃度もしくは空燃比を制御もしくは測
定するための検知装置に関する。
〔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)に多孔質電極層(例えば白金製多孔質層)を被着
して構−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
よって理論空燃比付近の燃焼状態を検知するこにより、
例えば自動車の ′機関を理論空燃比で運転するように
制御することは一般に知られている。
ニア)に多孔質電極層(例えば白金製多孔質層)を被着
して構−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
よって理論空燃比付近の燃焼状態を検知するこにより、
例えば自動車の ′機関を理論空燃比で運転するように
制御することは一般に知られている。
ところで上記酸素センサは空気と燃料との重量 ゛比率
である運転空燃率(A/F)が理論空燃比およそ14.
1である時は大きな変化出力が得られるが他の運転空燃
比域での変化ははとんどなく、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。
である運転空燃率(A/F)が理論空燃比およそ14.
1である時は大きな変化出力が得られるが他の運転空燃
比域での変化ははとんどなく、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。
特開vB58−153155号において、板状の酸素イ
オン導電性固体電解質の先側の両面に電極層を設けた素
子を、2枚間隔をおいて平行状に配して上記先側に間隙
部を設けて該画素子を固定し、一方誌1 素子を酸素ポ
ンプ素子、他方の素子を周囲雰囲気と前記間隙部との酸
素酸度差によって作動する酸素濃淡電池素子とした酸素
濃度検知装置が提案されている。かかる酸素1度検知装
置は応答性はよいが、出力信号に対応する理論空燃比数
14.7より低い燃料過濃域で作動させると燃料希薄域
における場合と同じ向きの出力を発生する特性をもつこ
とが判った。すなわち出力に対して2つの空燃比が対応
するようになるため空燃比制御が燃門過濃域、あるいは
燃料希薄域のいずれであるかはつきりしている場合等に
しか適用できないという問題点があった。
オン導電性固体電解質の先側の両面に電極層を設けた素
子を、2枚間隔をおいて平行状に配して上記先側に間隙
部を設けて該画素子を固定し、一方誌1 素子を酸素ポ
ンプ素子、他方の素子を周囲雰囲気と前記間隙部との酸
素酸度差によって作動する酸素濃淡電池素子とした酸素
濃度検知装置が提案されている。かかる酸素1度検知装
置は応答性はよいが、出力信号に対応する理論空燃比数
14.7より低い燃料過濃域で作動させると燃料希薄域
における場合と同じ向きの出力を発生する特性をもつこ
とが判った。すなわち出力に対して2つの空燃比が対応
するようになるため空燃比制御が燃門過濃域、あるいは
燃料希薄域のいずれであるかはつきりしている場合等に
しか適用できないという問題点があった。
[発明の目的]
本発明の第1目的は内燃機関等の燃焼装置の運転空燃比
(A/F)が燃料過濃域から燃料希薄域までの全域また
は一部区域において正しく検知できる空燃比検知装置の
提供であり、第2の目的は、空燃比のフィードバック制
御を行う場合において′精度よくかつ容易なフィ 利点を有する空燃比検知l1iIiを提供することであ
る。
(A/F)が燃料過濃域から燃料希薄域までの全域また
は一部区域において正しく検知できる空燃比検知装置の
提供であり、第2の目的は、空燃比のフィードバック制
御を行う場合において′精度よくかつ容易なフィ 利点を有する空燃比検知l1iIiを提供することであ
る。
[発明の構成]
本発明の空燃比検知装置は、酸素イオン伝導性固体電解
質の両側面に多孔性電極を設けた固体電解質酸**淡電
池素子、および固体電解質1jlliポンプ素子を、備
え1.WA酸素濃淡電池素子と酸素ポンプ素子とを小間
隙を介して対向配設し、前記酸素濃淡電池素子の小1I
lliの側と反対側に外気と連通ずる空気室を形成し、
前記酸素ポンプ素子に電流を流し、その際のaSS淡電
F#I素子の出力により与えられる出力信号により空燃
比を検知するようにしたことを構成とする。
質の両側面に多孔性電極を設けた固体電解質酸**淡電
池素子、および固体電解質1jlliポンプ素子を、備
え1.WA酸素濃淡電池素子と酸素ポンプ素子とを小間
隙を介して対向配設し、前記酸素濃淡電池素子の小1I
lliの側と反対側に外気と連通ずる空気室を形成し、
前記酸素ポンプ素子に電流を流し、その際のaSS淡電
F#I素子の出力により与えられる出力信号により空燃
比を検知するようにしたことを構成とする。
[発明の効果]
本発明の空燃比検知装置は、上記構成により次空燃比(
A/F)を燃料過濃域がら燃料希薄域までの全域もしく
は任意の区域において正しく検知することができ、また
小さいポンプ電流(電極面における小さい電流密度)で
出力信号をとれるので寿命の大きい検知装置が得られる
。
A/F)を燃料過濃域がら燃料希薄域までの全域もしく
は任意の区域において正しく検知することができ、また
小さいポンプ電流(電極面における小さい電流密度)で
出力信号をとれるので寿命の大きい検知装置が得られる
。
[実施例]
つぎに本発明を図に示す実施例に基づき説、明する。
・ 第1図および第2図は本発明の一実施例を示す。
・ 第1図および第2図は本発明の一実施例を示す。
1は内燃機関の排気管、2は該排気管1内に配設された
空燃比検知装置の検知柱部である。空燃比検知検品2は
、厚さが約0.5mm+の平板状のイオン伝導性固体電
解質(例えば安定化ジルコニア)3の両側面にそれ凄れ
厚膜技術を用いて約20μの厚さの多孔質白金電極@4
および5を設けて構成された固体電解質酸素ポンプ素子
6と、am素ポンプ素2子Gと同様の平板状のイオン伝
導性固体電解質7の両側面にそれぞれ前記多孔質白金電
、極層4および5と同様に厚膜技術を用いて多孔質白金
電極層8および9を設けて構成された固体電解質酸素濃
淡電池素子10とを備え、上記酸素ポンプ素子6と上記
酸素濃淡電池素子10とは0.1m−程度の間隔寸法の
小間隙aを形成して排気I11の内部で対向配置させる
ため足元部を耐熱性で絶縁性のスペーサ(充填接着剤で
よい)11を介して互いに固定されている。上記酸素濃
淡電池素子10の酸素ポンプ素子6の他側の多孔質白金
電極499は、外気に連通すべく金属や・セラミックな
どの耐熱性で気密な部材により空気室すを形成するよう
に室壁12が設けられ、多孔質白金電極層9を外気と導
通するよう多孔質白金電極l!19の足元部をのぞく周
辺に室壁12が気密的に固定されている。
空燃比検知装置の検知柱部である。空燃比検知検品2は
、厚さが約0.5mm+の平板状のイオン伝導性固体電
解質(例えば安定化ジルコニア)3の両側面にそれ凄れ
厚膜技術を用いて約20μの厚さの多孔質白金電極@4
および5を設けて構成された固体電解質酸素ポンプ素子
6と、am素ポンプ素2子Gと同様の平板状のイオン伝
導性固体電解質7の両側面にそれぞれ前記多孔質白金電
、極層4および5と同様に厚膜技術を用いて多孔質白金
電極層8および9を設けて構成された固体電解質酸素濃
淡電池素子10とを備え、上記酸素ポンプ素子6と上記
酸素濃淡電池素子10とは0.1m−程度の間隔寸法の
小間隙aを形成して排気I11の内部で対向配置させる
ため足元部を耐熱性で絶縁性のスペーサ(充填接着剤で
よい)11を介して互いに固定されている。上記酸素濃
淡電池素子10の酸素ポンプ素子6の他側の多孔質白金
電極499は、外気に連通すべく金属や・セラミックな
どの耐熱性で気密な部材により空気室すを形成するよう
に室壁12が設けられ、多孔質白金電極層9を外気と導
通するよう多孔質白金電極l!19の足元部をのぞく周
辺に室壁12が気密的に固定されている。
酸素ポンプ素子6、酸素濃淡電池素子1Oおよび室壁1
2の足元部の外辺部にはねじ部13を有した支持台14
が、耐熱性で絶縁性である接着部材15により取付けら
れており、排気管1に設けられた空燃比検知検品2の検
知柱部取付用ねじ部16に前記支持台14のねじ部13
をねじ込むことにより空燃比検知検品2が排気管1に取
付られている。
2の足元部の外辺部にはねじ部13を有した支持台14
が、耐熱性で絶縁性である接着部材15により取付けら
れており、排気管1に設けられた空燃比検知検品2の検
知柱部取付用ねじ部16に前記支持台14のねじ部13
をねじ込むことにより空燃比検知検品2が排気管1に取
付られている。
17は、電子制御装置部分の例で、上記酸素ポンプ素子
6の多孔質白金電極層4または5の片端には、酸素ポン
プ素子6が酸素を汲み出す方向を変換する手段である切
換スイッチ18が接続され、切換スイッチ18はVlと
■2のステップに分割されており、■1は酸素ポンプ素
子6がa素を排気管1内の排気ガスから小間隙aに汲み
入れるべく負の値の定電流E1に、v2は酸素ポンプ素
子6が酸素を小間隙aから排気管1内に汲み出すべく正
の値の定電流E2にそれぞれ連通されている。また上記
酸素濃淡電池素子10の多孔質白金電極層8.9問は、
I!東濃淡電池素子1Oの生ずる起電力eを検知するた
め出力端子19を備えている。第3図は酸素ポンプ素子
6が排気管1内の排気ガス中より小tii*aに酸素を
汲み入れるべく上記定電am(El)を一定の角の値に
保った時の起電力eを示したもので、この場合には理論
空燃比14.7より小さい範囲の空燃比域(燃料過濃域
)で、起電力eが急激に低減する。第4図は酸素ポンプ
素子6が小開lIaから排気管1.内に酸素を汲み出す
べく上記定電流源(E2)を一定の正の値に保った時の
起電力eを示したもので、この場合には理論空燃比14
.1より大きい範囲の空燃比域(燃料希薄域)で起電力
eが急激に低減する。この実施例は第3図および第4!
IIに示す特性を利用するものである。
6の多孔質白金電極層4または5の片端には、酸素ポン
プ素子6が酸素を汲み出す方向を変換する手段である切
換スイッチ18が接続され、切換スイッチ18はVlと
■2のステップに分割されており、■1は酸素ポンプ素
子6がa素を排気管1内の排気ガスから小間隙aに汲み
入れるべく負の値の定電流E1に、v2は酸素ポンプ素
子6が酸素を小間隙aから排気管1内に汲み出すべく正
の値の定電流E2にそれぞれ連通されている。また上記
酸素濃淡電池素子10の多孔質白金電極層8.9問は、
I!東濃淡電池素子1Oの生ずる起電力eを検知するた
め出力端子19を備えている。第3図は酸素ポンプ素子
6が排気管1内の排気ガス中より小tii*aに酸素を
汲み入れるべく上記定電am(El)を一定の角の値に
保った時の起電力eを示したもので、この場合には理論
空燃比14.7より小さい範囲の空燃比域(燃料過濃域
)で、起電力eが急激に低減する。第4図は酸素ポンプ
素子6が小開lIaから排気管1.内に酸素を汲み出す
べく上記定電流源(E2)を一定の正の値に保った時の
起電力eを示したもので、この場合には理論空燃比14
.1より大きい範囲の空燃比域(燃料希薄域)で起電力
eが急激に低減する。この実施例は第3図および第4!
IIに示す特性を利用するものである。
たとえば上記機関を燃料過濃域にて運転を制御する場合
は、上記切換スイッチ18frV 1に設定することに
より起電力eを検知する出力端子19で第3図の特性が
得られ、この起電力eが燃料過濃域で急激に変化するこ
とを利用して、燃料過濃域での竺御が可能となる。上記
機−を燃料希薄域にて運転を制御する場合は、上記切換
スイッチ1Bを■2に設定することにより起電力eを検
知する端子19では第4図に示す特性が得られ、起電力
eが燃料希薄域にて急激に変化することを利用して燃料
希薄域rの制御が可能となる。
は、上記切換スイッチ18frV 1に設定することに
より起電力eを検知する出力端子19で第3図の特性が
得られ、この起電力eが燃料過濃域で急激に変化するこ
とを利用して、燃料過濃域での竺御が可能となる。上記
機−を燃料希薄域にて運転を制御する場合は、上記切換
スイッチ1Bを■2に設定することにより起電力eを検
知する端子19では第4図に示す特性が得られ、起電力
eが燃料希薄域にて急激に変化することを利用して燃料
希薄域rの制御が可能となる。
上記実施例で畔、任意の負の値を有する定電流源(El
)と、任意の正の値を有する定電流源(E2)とを切換
えることにより燃料過濃域と燃料希薄域とを制御したが
、酸素ポンプ素子6が排気管1内の排気ガス中より小間
隙aに酸素を汲み、 込む方向へ大きな値の定電流を流
すことにより起電力Cを検知する出力端子19では燃料
過濃域の低い数値の区域で起電力eが急激に低減する特
性が得られ、酸素ポンプ素子6が排気管1内の排気ガス
中より小間lIaに酸素を汲み込む方向へ小さな値の定
電流を流すことにより起電力eを検知する出力端子19
では燃料過濃域の高い数値の区域で起電力eが急激に低
減する。このことを利用し、□排気!!1内の排気ガス
中より小間隙aに酸素を汲み込む方向へ定電流の大きさ
を連続または連続的に値を変更することにより燃料過濃
域の全域あるいは任意の区域での制御あるいは測定する
ことが可能となる。酸素ポンプ素子6が小rilsaか
ら排気管1内に酸素を汲み出す方向へ小さな値の定電流
を流すことにより起電力eを検知する出力端子19では
燃料希薄域のmし讐数値の区域で起電力eが急激に低減
する特性が得られ、酸素ポンプ素子6が、 −小111
111aから排気管1内に酸素を汲み出す方向へ大きな
値の定電流を流すことにより起電力eを検知する出力端
子19では燃料希薄−の高い数値の区域で起電力eが急
激に低減する特性が得られる。
)と、任意の正の値を有する定電流源(E2)とを切換
えることにより燃料過濃域と燃料希薄域とを制御したが
、酸素ポンプ素子6が排気管1内の排気ガス中より小間
隙aに酸素を汲み、 込む方向へ大きな値の定電流を流
すことにより起電力Cを検知する出力端子19では燃料
過濃域の低い数値の区域で起電力eが急激に低減する特
性が得られ、酸素ポンプ素子6が排気管1内の排気ガス
中より小間lIaに酸素を汲み込む方向へ小さな値の定
電流を流すことにより起電力eを検知する出力端子19
では燃料過濃域の高い数値の区域で起電力eが急激に低
減する。このことを利用し、□排気!!1内の排気ガス
中より小間隙aに酸素を汲み込む方向へ定電流の大きさ
を連続または連続的に値を変更することにより燃料過濃
域の全域あるいは任意の区域での制御あるいは測定する
ことが可能となる。酸素ポンプ素子6が小rilsaか
ら排気管1内に酸素を汲み出す方向へ小さな値の定電流
を流すことにより起電力eを検知する出力端子19では
燃料希薄域のmし讐数値の区域で起電力eが急激に低減
する特性が得られ、酸素ポンプ素子6が、 −小111
111aから排気管1内に酸素を汲み出す方向へ大きな
値の定電流を流すことにより起電力eを検知する出力端
子19では燃料希薄−の高い数値の区域で起電力eが急
激に低減する特性が得られる。
このことを利用し、小m1laから排気管1内に酸素を
汲み出す方向へ定電流の大きさを連続または連続的に値
を変更することにより燃料希薄域の全域あるいは一部の
任意区域での制御あるいは測定することが可能となる。
汲み出す方向へ定電流の大きさを連続または連続的に値
を変更することにより燃料希薄域の全域あるいは一部の
任意区域での制御あるいは測定することが可能となる。
また上記機関を理論空燃比14.1にて制御する場合は
負の値の定電流あるいは正の値の定電流の値をゼロにす
るか、切換スイッチ18に酸素ポンプ素子6に電流を導
通しないOFFステップを設けることにより起電力eを
検知する出力端子19では!論空燃比14.1で起電力
eが急激に低減、する特性を利iする。以上上記特性を
利用することにより本発明は燃゛料過濃域から燃料希薄
域の全運転空燃比において制御あるいは測定などが可能
となる。
負の値の定電流あるいは正の値の定電流の値をゼロにす
るか、切換スイッチ18に酸素ポンプ素子6に電流を導
通しないOFFステップを設けることにより起電力eを
検知する出力端子19では!論空燃比14.1で起電力
eが急激に低減、する特性を利iする。以上上記特性を
利用することにより本発明は燃゛料過濃域から燃料希薄
域の全運転空燃比において制御あるいは測定などが可能
となる。
また上記実施例では、酸素ポンプ素子6の酸素゛の汲み
出しと汲み入れとを定電流の流れの向きを変更すること
により切換え得たが、定電流の流れの向きを変更せず酸
素ポンプ素子6の両側面の多孔性電極(多孔質白金電極
8.9)の出力端子を切換えることにより酸素ポンプ素
子6の酸素の汲み出しと汲み入れとを切換えても良い。
出しと汲み入れとを定電流の流れの向きを変更すること
により切換え得たが、定電流の流れの向きを変更せず酸
素ポンプ素子6の両側面の多孔性電極(多孔質白金電極
8.9)の出力端子を切換えることにより酸素ポンプ素
子6の酸素の汲み出しと汲み入れとを切換えても良い。
本発明は上記緒特性を単独、もしくは複数利用して、そ
れぞれフィードバックIIlImするよう切換スイッチ
18により随時頻繁にモードを切換えながら全運転範囲
で運転空燃比の測定またはフィードバック制御を行なう
ものである。
れぞれフィードバックIIlImするよう切換スイッチ
18により随時頻繁にモードを切換えながら全運転範囲
で運転空燃比の測定またはフィードバック制御を行なう
ものである。
III図は本発明の空燃比検知装置の一実施例を示す構
成図、第2図は11図の1− ’1線に沿う断面図、第
3図は酸素ポンプ素子の汲み込む電流(′負の値)を一
定にしたときの酸素m淡電池素子の起電力eの空燃比に
対する変化を示す特性図、第4因は酸素ポンプ素子の汲
み出し電流(正の値)を一定とするWI素11淡電池素
子の起電力eの空燃比に対する変化の様子を示す図、第
5図は酸素ポンプ素子への通電を非通電とした時の空燃
比に対する変化を示す特性図である。 図中 1・・・排気管 6・・・固体電解質酸素ポンプ
素子 1O・・・固体電解質酸素S淡電池素子 a・・
・小間隙 b・・・空気室 代理人 石黒健二 第1図 第2図 第3図 第5図 14.7 手続補正口 昭和60年1月17日 2、発明の名称 空燃比検知装置 3、補正をする者 − 事件との関係 特許出願人 住 所 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号氏 名 日
本特殊陶業株式会社 (454)代表者 小 川 修 次(他1名)4、代理
人〒465電話052−773−24496、補正の対
象 明l1lll全文および図面1)明細書を別紙の通
り全文補正する。 2)図面の第1図、第2図を別紙のもQ点差し変える。 明細書 1、発明の名称 空燃比検知装置 2、特許請求の範囲 。 1)酸素イオン伝導性固体電解質の両側面に多孔性電極
を設けた固体に解質酸素S淡電池素子および固体電解質
酸素ポンプ素子を備え、該酸素濃淡電池素子とi!素水
ポンプ素子を小間隙を介して対向配設するとともに、上
記小間隙は周囲被測定ガスと連通ずるようにし、前記、
酸素濃淡電池素子の小間隙の側と反対側に外気と連通ず
る空気室を一形成し、 前1;il!II索ポンプ素子に電流を流しその際のI
ll素濃淡電池素子の出力により与えられる出力信号に
より空燃比を検知するようにした空燃比検知@置。 3、発明の詳細な説明 [分野] この発明は、内燃機関、ガス燃焼機器などの燃焼装置の
排気ガス中の酸素濃度もしくは空燃比を制御もしくは測
定するための検知装置に関する。 [従来技術1 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)に多孔質電極層(例えば白金製多孔質層)を被着
して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
よって理論空燃比付近の燃焼状態を検知するこにより、
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
することは一般に知られ、tいる。 と、ころで上記1lIjlIセンサは空気と燃料との重
量比率である運転空燃$(A/F、)が理論空燃比およ
そ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。 特開昭58−153155号において、板状の酸素イオ
ン導電性固体電解質の先卿の両面に電極層を設けた素子
を、2枚間隔をおいて平行状に配して上記先側に間隙部
を設けて該画素子を固定し、一方の素子を酸素ポンプ素
子、他方の素子を周囲雰囲気と前記間隙部との酸素1a
差によって作動する一素濃淡電池素子とし辷酸素濃度検
知装置が提案されている。かかる酸素濃度検知装置は応
答性はよいが、出力信号に対応する理論空燃比数1a、
r’rry低い燃料過濃域で作動させると燃料希薄域に
おける場合と同じ向きの出力を発生する特性をもつこ−
とが判った。すなわち出力に対して2つの空燃比−が対
応するようになるため空燃比制御が燃料過濃域、あるい
は燃料希薄域のいずれであるかはりき′りしている場合
等にしか適用できないという問題点があった。またこの
検知装置では理論空燃比またはその近傍の空燃比の検知
もしくは制御を困難であるという問題も見出された。 E発明の目的] 本発明の第1目的は内燃機関等の燃焼装置の運転空燃比
(A/F)が燃料過濃域から燃料f6薄域までの全域ま
たは一部区域において正しくかつ応答性よく検知できる
空燃比検知@買の提供であり、第′2の目的は、空燃比
のフィードバック制御を行う場合において上記空燃比の
範囲でm*よくかつ容易なフィードバック制御ができる
利点を有する空燃比検知装置を提供することである。 〔発明の構成j 本発明の空燃比検知装置は、酸素イオン伝導性固体電解
質の両側面に多孔性°電極を設けた固体電解質酸素濃淡
電池素子、および固体電解質酸素ポンプ素子を備え、該
酸素濃淡電池素子と酸素ボンープ素子とを小間隙を介し
て対向配置し、前記酸素l淡電池素子の小間隙の側と反
対側に外気と連通ずる空気空を形成し、前記酸素ポンプ
素子に電流を流し、その際の酸素濃淡電池素子の出力に
より与えられる出力信号により空燃比を検知するように
したことを構成とする。 [発明の効果] 本発明の空燃比検知装置は、上記構成により次効果を秦
する。 □ 空燃比(A/F)を燃料過濃域から燃料希薄域までの全
域もしくは任意の区域において正しくかつ応答性よく検
知することができ、また小さいポンプ電流(電極面にお
ける小さい電流密度)で出力信号をとれるので寿命の大
きい検知装置が得ら、れる。 [実施例] つぎに本発明を図に示す実施例に基づき説明する。 第1図および第2図は本発明の一実施例を示す。 1は内燃機関の排気−12は該排気管1内に配設された
空燃比検知装置の検知枠部である。空燃比検知柱部2は
ミ厚さが約0.5111の平板状のイオン伝導性固体電
解質(例えば安定化ジルコニア)3の両側面にそれぞれ
厚膜技術を用いて約20μの厚さの多孔質白金電極lI
4および5を設けて構成された固体電解質酸素ポンプ素
子6と、該酸素ポンプ素子6と同様の平板状のイオン伝
I+11固体電解質1の両側面にそれぞれ前記多孔質白
金電極層4および5と同様に厚膜技術を用いて多孔質白
金電極[18および9を設けて構成された固体電解質I
!素濃淡電池素子10とを備□え、上記酸素ポンプ素子
6と上記酸素濃淡電池素:j10とは0.1m1程度も
しくはそれ以下の間隔寸法の小間隙aを形成して排気管
1の内部で対向配置させるため足−元部を耐熱性で絶縁
性のスペーサ(充填接着剤でよい)11を介して互いに
固定されている。上記酸素濃淡電池素子10の酸素ポン
プ素子6の他側の多孔質白金電極!9は、外気に連通す
べく金属やセラミックなどの耐熱性で気密な部材により
空気vbを形成するように室壁12が設けられ、多孔質
白金電極層9を外気と導通ずるよう多孔質白金電極l!
I9の足元部をのぞく周辺に室壁12が気密的に固定さ
れている。 酸素ポンプ素子6、酸素濃淡電池素子10および室壁1
2の足元部の外辺部にはねじ部13を有した支持合14
が、耐熱性で絶縁性である接着部材15により取付けら
れており、排気管1に設けられた空燃比検知柱部2の検
知柱部取付用ねじ部16に前記支持台14のねじ部13
をねじ込むことにより空燃比検知柱部2が排気管1に取
付られている。、。 17は、電子制御装置部分の例で、上記酸素ポンプ素子
6の多孔質白金電極層4または5の片端には、酸素ポン
プ素子6が酸素を汲み出す方向を変換する手段である切
換スイッチ18が接続され、切換スイッチ18は■1と
■2のステップに分割されており、■1はlI素ポンプ
素子8が酸素を排気管1内の排気ガスから小間隙aに汲
み入れるべく負の値の定電i%t E 1に、■2は酸
素ポンプ素子6がiI素を小間maから排気管1jに汲
み出すべく正の隼の定電?1iE2にそれぞれ連通され
ている。また上記11県濃淡電池系子10の多孔質白金
電極11B、9問は、Ill索濃淡電池素子10の生ず
る起電力eを検知するため出力端子19を備えている。 第3図は酸素ポンプ素子6が排気′!!1内の排気ガス
中より小間saにmlR@汲み入れるべく上記定電流源
(E、1)を一定の負の値に保った時の起電力eを示し
たもので、この場合には理論空燃比14.7より小さい
範囲の空燃比域(燃料過濃域)で、起電力eが急激輪低
減する。第4図は酸素ポンプ素子6が小間隙aから排気
管1内に酸素を汲み出すべく上記定電流II(E2)を
一定の正の値に保った時の起電力eを示したもので、こ
の場合には理論空燃比14.7より大きい範囲の空燃比
域(燃料希薄域)で起電力eが急激に低減する。この実
施例は第3図および第4図に示す特性を利用するもので
ある。 たとえば上記機関を燃料過濃域にて運転を制御する場合
は、上記切換スイッチ18をVlに設定することにより
起電力eを検知する出、ノコ端子19で第3図の特性が
得られ、この起電力eが燃料過濃域で急激に変化するこ
とを利用して、空燃比がおよそ11位までの比較的理論
空燃比寄りの燃料過濃域でのill@が可能、となる。 上記機関を燃料希薄域にて運転を制御する場合は、上記
切換スイッチ18をv2に設定することにより起電力e
を検知する端子19では第4図に示す特性が得られ、起
電力eが燃料希薄域にて急激に変化することを利用して
燃料@薄酸での制御が可能となる。 上記実施例では、任意の負の値を有する定電流源(El
)と、任意の正の値を有する定電流源(E2)とを切換
えることにより燃料過渡域と燃料希薄域とを制御したが
、酸素ポンプ素子6が排気管1丙の排気ガス中より小間
隙aにi!素を汲み込む方向へ大きな値の定It流を流
すことにより起電力eを検知する出力端子19では燃料
過濃域の低い数値の区域で起電力0が急激に低減する特
性が渭られ、酸素ポンプ素子6が排気管1内の排気ガス
中より小間隙ak:W1素を汲み込む方向へ小さな値の
定電流を流すことにより起電力6を検知する出力端子1
9では燃料過濃域の高い数値の区域で起電力eが急激に
低減する。このことを利用し、排気管1内の排気ガス中
より小間隙aに酸素を汲み込む方向へ定電流の大きさを
3!統または不連続的に値を変更することにより空燃比
がおよそ11以上の全域あるいは任意の区域での制御あ
るいは測定することが可能となる。酸素ポンプ素子6が
小間隙aから排気管1内に酸素を汲み出す方向へ小さな
値の定電流を流すことにより起電力eを検知する出力端
子19では燃料希薄域の低い数値の区域で起電力eが急
激に低減する特性が得られ、酸素ポンプ素子6が小間隙
aから排気管1内に酸素を汲み出す方向へ大きな値の定
電流を流すことにより起電力Cを検知する出り端子19
では燃料希**の高い数値の区域で起電力eが急激に低
減する特性が得られる。このことを利用し、小間隙aか
ら排気管1内に酸素を汲み出す方向へ定電流の大きさを
連続または不連続的に値を変更することにより燃料希薄
域の全域あるいは一部の任意区域での制御あるいは測定
することが可能となる。また上記機関を理論空燃比14
.7にて制御する場合は角の値の定電流あるいは正の値
の定電流の値をゼロに近い値とするか、切換スイッチ1
8に酸素ポンプ素子6に電流を導通しないOFFステッ
プを設ることにより起電力eを検知する出力端子19で
理論空燃比14.1で起電力eが急激に低減する特性を
利用する。以上上記特性を利用することにより本発明は
燃料過濃域から燃料希薄域の全運転空燃比において精度
よくかつ応答性のよい制御あるいは測定が可能となる。 の汲み出しと汲み入れとを定電流の流れの向ぎを変更す
ることにより切換え得たが、定電流の流れの向きを変更
せず酸素ポンプ素子6の両側面の多孔性電極(多孔質白
金電極8.9)’の出力!子を切換えることにより酸素
ポンプ素子6の酸素の汲み出しと汲み入れとを切換えて
も良い。また、燃料希薄側では上記のモードで必ずしも
行なう必要はなく、例えば酸素ポンプ素子に小間隙から
酸素を汲み出す方向に電流を流して電池素子に出力を発
生せしめ、該出力を一定にするように上記ポンプ電流を
調節したときの該ポンプ電流で空燃比を検知するように
しても良い。 本発明は上記緒特性を単独、もしくは複数利用して、そ
れぞれフィードバック制御するよう切換□スイッチ18
により随時頻繁にモードを切換えながら運転空燃比の測
定またはフィードバック制御を行なうものである。 4、図面の簡単な説明 第1図は本発明の空燃比検知装置の一実施例を示す構成
図、第2図は第1図のif線に沿う断面図、第3図は酸
素ポンプ素子の汲み込む電流(負の値)を一定一にした
ときの酸素濃淡電池素子の起電力eの空燃比に対する変
化を示す特性図、第4図は酸素ポンプ素子の汲み出し電
流(正の値)を一定とするIlI素濃淡電池素子の起電
力eの空燃比に対する変化の様子を示す図、第5図は酸
素ポンプ素子への通電を非通電とした時の空燃比に対す
る変化を示す特性図である。 図中 1・・・排気管 6・・・固体電解質ti素ポン
プ素子 10・・・固体電解質酸素濃淡電池素子 a・
・・小間gA 6・・・空気室 代理人 石黒健二
成図、第2図は11図の1− ’1線に沿う断面図、第
3図は酸素ポンプ素子の汲み込む電流(′負の値)を一
定にしたときの酸素m淡電池素子の起電力eの空燃比に
対する変化を示す特性図、第4因は酸素ポンプ素子の汲
み出し電流(正の値)を一定とするWI素11淡電池素
子の起電力eの空燃比に対する変化の様子を示す図、第
5図は酸素ポンプ素子への通電を非通電とした時の空燃
比に対する変化を示す特性図である。 図中 1・・・排気管 6・・・固体電解質酸素ポンプ
素子 1O・・・固体電解質酸素S淡電池素子 a・・
・小間隙 b・・・空気室 代理人 石黒健二 第1図 第2図 第3図 第5図 14.7 手続補正口 昭和60年1月17日 2、発明の名称 空燃比検知装置 3、補正をする者 − 事件との関係 特許出願人 住 所 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号氏 名 日
本特殊陶業株式会社 (454)代表者 小 川 修 次(他1名)4、代理
人〒465電話052−773−24496、補正の対
象 明l1lll全文および図面1)明細書を別紙の通
り全文補正する。 2)図面の第1図、第2図を別紙のもQ点差し変える。 明細書 1、発明の名称 空燃比検知装置 2、特許請求の範囲 。 1)酸素イオン伝導性固体電解質の両側面に多孔性電極
を設けた固体に解質酸素S淡電池素子および固体電解質
酸素ポンプ素子を備え、該酸素濃淡電池素子とi!素水
ポンプ素子を小間隙を介して対向配設するとともに、上
記小間隙は周囲被測定ガスと連通ずるようにし、前記、
酸素濃淡電池素子の小間隙の側と反対側に外気と連通ず
る空気室を一形成し、 前1;il!II索ポンプ素子に電流を流しその際のI
ll素濃淡電池素子の出力により与えられる出力信号に
より空燃比を検知するようにした空燃比検知@置。 3、発明の詳細な説明 [分野] この発明は、内燃機関、ガス燃焼機器などの燃焼装置の
排気ガス中の酸素濃度もしくは空燃比を制御もしくは測
定するための検知装置に関する。 [従来技術1 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)に多孔質電極層(例えば白金製多孔質層)を被着
して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
よって理論空燃比付近の燃焼状態を検知するこにより、
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
することは一般に知られ、tいる。 と、ころで上記1lIjlIセンサは空気と燃料との重
量比率である運転空燃$(A/F、)が理論空燃比およ
そ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。 特開昭58−153155号において、板状の酸素イオ
ン導電性固体電解質の先卿の両面に電極層を設けた素子
を、2枚間隔をおいて平行状に配して上記先側に間隙部
を設けて該画素子を固定し、一方の素子を酸素ポンプ素
子、他方の素子を周囲雰囲気と前記間隙部との酸素1a
差によって作動する一素濃淡電池素子とし辷酸素濃度検
知装置が提案されている。かかる酸素濃度検知装置は応
答性はよいが、出力信号に対応する理論空燃比数1a、
r’rry低い燃料過濃域で作動させると燃料希薄域に
おける場合と同じ向きの出力を発生する特性をもつこ−
とが判った。すなわち出力に対して2つの空燃比−が対
応するようになるため空燃比制御が燃料過濃域、あるい
は燃料希薄域のいずれであるかはりき′りしている場合
等にしか適用できないという問題点があった。またこの
検知装置では理論空燃比またはその近傍の空燃比の検知
もしくは制御を困難であるという問題も見出された。 E発明の目的] 本発明の第1目的は内燃機関等の燃焼装置の運転空燃比
(A/F)が燃料過濃域から燃料f6薄域までの全域ま
たは一部区域において正しくかつ応答性よく検知できる
空燃比検知@買の提供であり、第′2の目的は、空燃比
のフィードバック制御を行う場合において上記空燃比の
範囲でm*よくかつ容易なフィードバック制御ができる
利点を有する空燃比検知装置を提供することである。 〔発明の構成j 本発明の空燃比検知装置は、酸素イオン伝導性固体電解
質の両側面に多孔性°電極を設けた固体電解質酸素濃淡
電池素子、および固体電解質酸素ポンプ素子を備え、該
酸素濃淡電池素子と酸素ボンープ素子とを小間隙を介し
て対向配置し、前記酸素l淡電池素子の小間隙の側と反
対側に外気と連通ずる空気空を形成し、前記酸素ポンプ
素子に電流を流し、その際の酸素濃淡電池素子の出力に
より与えられる出力信号により空燃比を検知するように
したことを構成とする。 [発明の効果] 本発明の空燃比検知装置は、上記構成により次効果を秦
する。 □ 空燃比(A/F)を燃料過濃域から燃料希薄域までの全
域もしくは任意の区域において正しくかつ応答性よく検
知することができ、また小さいポンプ電流(電極面にお
ける小さい電流密度)で出力信号をとれるので寿命の大
きい検知装置が得ら、れる。 [実施例] つぎに本発明を図に示す実施例に基づき説明する。 第1図および第2図は本発明の一実施例を示す。 1は内燃機関の排気−12は該排気管1内に配設された
空燃比検知装置の検知枠部である。空燃比検知柱部2は
ミ厚さが約0.5111の平板状のイオン伝導性固体電
解質(例えば安定化ジルコニア)3の両側面にそれぞれ
厚膜技術を用いて約20μの厚さの多孔質白金電極lI
4および5を設けて構成された固体電解質酸素ポンプ素
子6と、該酸素ポンプ素子6と同様の平板状のイオン伝
I+11固体電解質1の両側面にそれぞれ前記多孔質白
金電極層4および5と同様に厚膜技術を用いて多孔質白
金電極[18および9を設けて構成された固体電解質I
!素濃淡電池素子10とを備□え、上記酸素ポンプ素子
6と上記酸素濃淡電池素:j10とは0.1m1程度も
しくはそれ以下の間隔寸法の小間隙aを形成して排気管
1の内部で対向配置させるため足−元部を耐熱性で絶縁
性のスペーサ(充填接着剤でよい)11を介して互いに
固定されている。上記酸素濃淡電池素子10の酸素ポン
プ素子6の他側の多孔質白金電極!9は、外気に連通す
べく金属やセラミックなどの耐熱性で気密な部材により
空気vbを形成するように室壁12が設けられ、多孔質
白金電極層9を外気と導通ずるよう多孔質白金電極l!
I9の足元部をのぞく周辺に室壁12が気密的に固定さ
れている。 酸素ポンプ素子6、酸素濃淡電池素子10および室壁1
2の足元部の外辺部にはねじ部13を有した支持合14
が、耐熱性で絶縁性である接着部材15により取付けら
れており、排気管1に設けられた空燃比検知柱部2の検
知柱部取付用ねじ部16に前記支持台14のねじ部13
をねじ込むことにより空燃比検知柱部2が排気管1に取
付られている。、。 17は、電子制御装置部分の例で、上記酸素ポンプ素子
6の多孔質白金電極層4または5の片端には、酸素ポン
プ素子6が酸素を汲み出す方向を変換する手段である切
換スイッチ18が接続され、切換スイッチ18は■1と
■2のステップに分割されており、■1はlI素ポンプ
素子8が酸素を排気管1内の排気ガスから小間隙aに汲
み入れるべく負の値の定電i%t E 1に、■2は酸
素ポンプ素子6がiI素を小間maから排気管1jに汲
み出すべく正の隼の定電?1iE2にそれぞれ連通され
ている。また上記11県濃淡電池系子10の多孔質白金
電極11B、9問は、Ill索濃淡電池素子10の生ず
る起電力eを検知するため出力端子19を備えている。 第3図は酸素ポンプ素子6が排気′!!1内の排気ガス
中より小間saにmlR@汲み入れるべく上記定電流源
(E、1)を一定の負の値に保った時の起電力eを示し
たもので、この場合には理論空燃比14.7より小さい
範囲の空燃比域(燃料過濃域)で、起電力eが急激輪低
減する。第4図は酸素ポンプ素子6が小間隙aから排気
管1内に酸素を汲み出すべく上記定電流II(E2)を
一定の正の値に保った時の起電力eを示したもので、こ
の場合には理論空燃比14.7より大きい範囲の空燃比
域(燃料希薄域)で起電力eが急激に低減する。この実
施例は第3図および第4図に示す特性を利用するもので
ある。 たとえば上記機関を燃料過濃域にて運転を制御する場合
は、上記切換スイッチ18をVlに設定することにより
起電力eを検知する出、ノコ端子19で第3図の特性が
得られ、この起電力eが燃料過濃域で急激に変化するこ
とを利用して、空燃比がおよそ11位までの比較的理論
空燃比寄りの燃料過濃域でのill@が可能、となる。 上記機関を燃料希薄域にて運転を制御する場合は、上記
切換スイッチ18をv2に設定することにより起電力e
を検知する端子19では第4図に示す特性が得られ、起
電力eが燃料希薄域にて急激に変化することを利用して
燃料@薄酸での制御が可能となる。 上記実施例では、任意の負の値を有する定電流源(El
)と、任意の正の値を有する定電流源(E2)とを切換
えることにより燃料過渡域と燃料希薄域とを制御したが
、酸素ポンプ素子6が排気管1丙の排気ガス中より小間
隙aにi!素を汲み込む方向へ大きな値の定It流を流
すことにより起電力eを検知する出力端子19では燃料
過濃域の低い数値の区域で起電力0が急激に低減する特
性が渭られ、酸素ポンプ素子6が排気管1内の排気ガス
中より小間隙ak:W1素を汲み込む方向へ小さな値の
定電流を流すことにより起電力6を検知する出力端子1
9では燃料過濃域の高い数値の区域で起電力eが急激に
低減する。このことを利用し、排気管1内の排気ガス中
より小間隙aに酸素を汲み込む方向へ定電流の大きさを
3!統または不連続的に値を変更することにより空燃比
がおよそ11以上の全域あるいは任意の区域での制御あ
るいは測定することが可能となる。酸素ポンプ素子6が
小間隙aから排気管1内に酸素を汲み出す方向へ小さな
値の定電流を流すことにより起電力eを検知する出力端
子19では燃料希薄域の低い数値の区域で起電力eが急
激に低減する特性が得られ、酸素ポンプ素子6が小間隙
aから排気管1内に酸素を汲み出す方向へ大きな値の定
電流を流すことにより起電力Cを検知する出り端子19
では燃料希**の高い数値の区域で起電力eが急激に低
減する特性が得られる。このことを利用し、小間隙aか
ら排気管1内に酸素を汲み出す方向へ定電流の大きさを
連続または不連続的に値を変更することにより燃料希薄
域の全域あるいは一部の任意区域での制御あるいは測定
することが可能となる。また上記機関を理論空燃比14
.7にて制御する場合は角の値の定電流あるいは正の値
の定電流の値をゼロに近い値とするか、切換スイッチ1
8に酸素ポンプ素子6に電流を導通しないOFFステッ
プを設ることにより起電力eを検知する出力端子19で
理論空燃比14.1で起電力eが急激に低減する特性を
利用する。以上上記特性を利用することにより本発明は
燃料過濃域から燃料希薄域の全運転空燃比において精度
よくかつ応答性のよい制御あるいは測定が可能となる。 の汲み出しと汲み入れとを定電流の流れの向ぎを変更す
ることにより切換え得たが、定電流の流れの向きを変更
せず酸素ポンプ素子6の両側面の多孔性電極(多孔質白
金電極8.9)’の出力!子を切換えることにより酸素
ポンプ素子6の酸素の汲み出しと汲み入れとを切換えて
も良い。また、燃料希薄側では上記のモードで必ずしも
行なう必要はなく、例えば酸素ポンプ素子に小間隙から
酸素を汲み出す方向に電流を流して電池素子に出力を発
生せしめ、該出力を一定にするように上記ポンプ電流を
調節したときの該ポンプ電流で空燃比を検知するように
しても良い。 本発明は上記緒特性を単独、もしくは複数利用して、そ
れぞれフィードバック制御するよう切換□スイッチ18
により随時頻繁にモードを切換えながら運転空燃比の測
定またはフィードバック制御を行なうものである。 4、図面の簡単な説明 第1図は本発明の空燃比検知装置の一実施例を示す構成
図、第2図は第1図のif線に沿う断面図、第3図は酸
素ポンプ素子の汲み込む電流(負の値)を一定一にした
ときの酸素濃淡電池素子の起電力eの空燃比に対する変
化を示す特性図、第4図は酸素ポンプ素子の汲み出し電
流(正の値)を一定とするIlI素濃淡電池素子の起電
力eの空燃比に対する変化の様子を示す図、第5図は酸
素ポンプ素子への通電を非通電とした時の空燃比に対す
る変化を示す特性図である。 図中 1・・・排気管 6・・・固体電解質ti素ポン
プ素子 10・・・固体電解質酸素濃淡電池素子 a・
・・小間gA 6・・・空気室 代理人 石黒健二
Claims (1)
- 1)酸素イオン伝導性固体電解質の両側面に多孔質電極
層設けた同体電解質酸素濃淡電池素子および固体電解質
酸素ポンプ素子を備え、該酸素濃淡電池素子と酸素ポン
プ素子とを小間隙を介して対向配設し、前記酸素濃淡電
池素子の小間隙の側と反対側に外気と連通ずる空気室を
形成し、前記酸素ポンプ素子に電流を流し、その際の酸
素濃淡電池素子の出力により与えられる出力信号により
空燃比を検知するようにした空燃比検知装置。 ゛
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58237623A JPS60128352A (ja) | 1983-12-15 | 1983-12-15 | 空燃比検知装置 |
US06/681,336 US4591421A (en) | 1983-12-15 | 1984-12-13 | Air/fuel ratio detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58237623A JPS60128352A (ja) | 1983-12-15 | 1983-12-15 | 空燃比検知装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60128352A true JPS60128352A (ja) | 1985-07-09 |
JPH0447783B2 JPH0447783B2 (ja) | 1992-08-04 |
Family
ID=17018057
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58237623A Granted JPS60128352A (ja) | 1983-12-15 | 1983-12-15 | 空燃比検知装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4591421A (ja) |
JP (1) | JPS60128352A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60144655A (ja) * | 1984-01-05 | 1985-07-31 | Nissan Motor Co Ltd | 空燃比検出装置 |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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