JPS60144655A - 空燃比検出装置 - Google Patents
空燃比検出装置Info
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- JPS60144655A JPS60144655A JP59000670A JP67084A JPS60144655A JP S60144655 A JPS60144655 A JP S60144655A JP 59000670 A JP59000670 A JP 59000670A JP 67084 A JP67084 A JP 67084A JP S60144655 A JPS60144655 A JP S60144655A
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- Japan
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- fuel ratio
- oxygen
- current
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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
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- Health & Medical Sciences (AREA)
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- Molecular Biology (AREA)
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- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- 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】
（技術分野）
本発明は空燃比検出装置、詳しくは酸素センサを用いて
空燃比を広範囲に精度よく検出する空燃比検出装置に関
する。
空燃比を広範囲に精度よく検出する空燃比検出装置に関
する。
（従来技術）
近時、エンジン吸入混合気の空燃比を精度よく目標値に
制御するために空燃比と相関関係をもつ排気中の酸素濃
度を検出し、この酸素濃度に応じて燃料供給量をフィー
ドバック制御しており、このような空燃比を広範囲に亘
り検出する装置が開発されている。
制御するために空燃比と相関関係をもつ排気中の酸素濃
度を検出し、この酸素濃度に応じて燃料供給量をフィー
ドバック制御しており、このような空燃比を広範囲に亘
り検出する装置が開発されている。
従来の空燃比検出装置としては、例えば特開昭５７−７
６４５０号公報に記載されたものがあり、第１図のよう
に示すことができる。第１図において、１は酸素センナ
であり、酸素センサ１は酸素濃度に応じて起電力を発生
ずる一種の濃淡電池の原理を応用したものである。２は
酸素イオン伝導性の固体電解質であり、固体電解質２の
一面には白金を主成分とする基準電極３が設けられてい
る。また、この固体電解質２を挟んで基準電極３と対向
する位置に、例えば金と白金の合金よりなる酸素電極４
が積層されている。そして、これら固体電解質２、基準
電極３および酸素電極４は多孔質保護Ｍ５によフて被覆
されている。
６４５０号公報に記載されたものがあり、第１図のよう
に示すことができる。第１図において、１は酸素センナ
であり、酸素センサ１は酸素濃度に応じて起電力を発生
ずる一種の濃淡電池の原理を応用したものである。２は
酸素イオン伝導性の固体電解質であり、固体電解質２の
一面には白金を主成分とする基準電極３が設けられてい
る。また、この固体電解質２を挟んで基準電極３と対向
する位置に、例えば金と白金の合金よりなる酸素電極４
が積層されている。そして、これら固体電解質２、基準
電極３および酸素電極４は多孔質保護Ｍ５によフて被覆
されている。
このような酸素センサ１は、被測定ガス（例えば、排気
）中において基準電極３に流し込み電流Ｉｓを供給する
と、該基準電極３に基準酸素分圧Ｐａを発生させる。一
方、酸素電極４における酸素分圧ｐｂは被測定ガスの有
する酸素分圧であり、これらの酸素分圧Ｐａ、Ｐｂに基
づいて両電極３．４間に Ｅ＝ＲＴ／ ４ Ｆ−Ｊ ｎ （Ｐ ａ／Ｐ ｂ） −
−−−■但し、Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度 Ｆ：ニップラディ数 なるネルンストの式によって表される起電力Ｅが発生し
、酸素センサ１の出力Ｖｓとして外部に取り出される。
）中において基準電極３に流し込み電流Ｉｓを供給する
と、該基準電極３に基準酸素分圧Ｐａを発生させる。一
方、酸素電極４における酸素分圧ｐｂは被測定ガスの有
する酸素分圧であり、これらの酸素分圧Ｐａ、Ｐｂに基
づいて両電極３．４間に Ｅ＝ＲＴ／ ４ Ｆ−Ｊ ｎ （Ｐ ａ／Ｐ ｂ） −
−−−■但し、Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度 Ｆ：ニップラディ数 なるネルンストの式によって表される起電力Ｅが発生し
、酸素センサ１の出力Ｖｓとして外部に取り出される。
そして、この起電力Ｅは所定の空燃比を境としてリーン
（希薄）側からりッチ（過濃）側に切り換わったとき、
プラス側へ大きく急変化し、その切り換わり空燃比は前
記流し込み電流Ｉｇの値により変化する。また、この切
り換わり空燃比は流し込み電流Ｉｓの値に対応しており
、該流し込み電流１ｓの増加に伴って理論空燃比よりリ
ーン側に移行する。したがって、酸素センサ出力Ｖｓを
目標電圧Ｖａ（切り換わり空燃比において急変する酸素
センサ出力Ｖｓの上限と下限の略中間値）として設定し
、酸素センサ出力Ｖｓがこの目標電圧Ｖａとなるように
、流し込み電流Ｉｓを供給すると、この流し込み電流Ｉ
ｓは現在の空燃比に応じた値となり、その値を検出する
ことにより空燃比を広範囲に連続的に検出することがで
きる。
（希薄）側からりッチ（過濃）側に切り換わったとき、
プラス側へ大きく急変化し、その切り換わり空燃比は前
記流し込み電流Ｉｇの値により変化する。また、この切
り換わり空燃比は流し込み電流Ｉｓの値に対応しており
、該流し込み電流１ｓの増加に伴って理論空燃比よりリ
ーン側に移行する。したがって、酸素センサ出力Ｖｓを
目標電圧Ｖａ（切り換わり空燃比において急変する酸素
センサ出力Ｖｓの上限と下限の略中間値）として設定し
、酸素センサ出力Ｖｓがこの目標電圧Ｖａとなるように
、流し込み電流Ｉｓを供給すると、この流し込み電流Ｉ
ｓは現在の空燃比に応じた値となり、その値を検出する
ことにより空燃比を広範囲に連続的に検出することがで
きる。
しかしながら、このような従来の空燃比検出装置にあっ
ては、酸素センサ出力Ｖｓが目標電圧Ｖａとなるように
流し込み電流Ｉｓを供給するとともに、この流し込み電
流Ｉｓの値を検出することにより、空燃比を判断する構
成となっていたため、理論空燃比（λ−１）（λは当量
比でＣＯ＋％０□→ＣＯ□としてλ＝〃０２／Ｃｏと定
義されるもの）よりリーン側（λ〉１）のみならず、リ
ッチ側（λ＜１＞をも含めた広範囲な空燃比を正確に検
出することができないという問題点があった。
ては、酸素センサ出力Ｖｓが目標電圧Ｖａとなるように
流し込み電流Ｉｓを供給するとともに、この流し込み電
流Ｉｓの値を検出することにより、空燃比を判断する構
成となっていたため、理論空燃比（λ−１）（λは当量
比でＣＯ＋％０□→ＣＯ□としてλ＝〃０２／Ｃｏと定
義されるもの）よりリーン側（λ〉１）のみならず、リ
ッチ側（λ＜１＞をも含めた広範囲な空燃比を正確に検
出することができないという問題点があった。
すなわち、第２図に示すように流し込み電流Ｉｓの値は
酸素センサ１の切り換わり空燃比に対応しており（以下
、これらの関係をｌ５−Ａ／Ｆ特性という）、理論空燃
比において最小となるもののリッチ側に移行するに従っ
て再び増加する。これは、リッチ域では排気中に酸素が
殆どないことから、固体電解質中の酸素イオン（イオン
の移動はく言り換えれば電流である）がリッチ空燃比に
対応した平衡状態とならず酸素分子となって排気中に一
方的に拡散流出しているためで、排気かり、ソチ側に移
行する程、酸素イオンの移動量が多くなり流し込み電流
■Ｓの値が増加する。したがって、理論空燃比付近では
同一の流し込み電流Ｉｓ値に対して切り換わり空燃比が
２値存在することとなり、単に流し込み電流Ｉｇの値に
基づいて空燃比を判断するのみでは現空燃比を一義的に
決定することができない。換言すれば、流し込み電流Ｉ
ｓの値のみではリッチからリーンまでの広範囲な空燃比
を正確に検出することができない。
酸素センサ１の切り換わり空燃比に対応しており（以下
、これらの関係をｌ５−Ａ／Ｆ特性という）、理論空燃
比において最小となるもののリッチ側に移行するに従っ
て再び増加する。これは、リッチ域では排気中に酸素が
殆どないことから、固体電解質中の酸素イオン（イオン
の移動はく言り換えれば電流である）がリッチ空燃比に
対応した平衡状態とならず酸素分子となって排気中に一
方的に拡散流出しているためで、排気かり、ソチ側に移
行する程、酸素イオンの移動量が多くなり流し込み電流
■Ｓの値が増加する。したがって、理論空燃比付近では
同一の流し込み電流Ｉｓ値に対して切り換わり空燃比が
２値存在することとなり、単に流し込み電流Ｉｇの値に
基づいて空燃比を判断するのみでは現空燃比を一義的に
決定することができない。換言すれば、流し込み電流Ｉ
ｓの値のみではリッチからリーンまでの広範囲な空燃比
を正確に検出することができない。
（発明の目的）
そこで本発明は、酸素センサを、排気中の酸素濃度に対
応した空燃比で出方電圧の急変するセンナ部と、リッチ
域とり−ン域とで逆方向に供給される流し込み電流によ
り該センサ部の酸素電極雰囲気を所定酸素濃度に維持す
るポンプ部と、で構成し、流し込み電流の値あるいはセ
ンサ部の急変出力を空燃比に一義的に対応させることに
より、空燃比判断を正確なものとして、リッチ域からリ
ーン域に亘る広範囲な空燃比を正確に検出することを目
的としている。
応した空燃比で出方電圧の急変するセンナ部と、リッチ
域とり−ン域とで逆方向に供給される流し込み電流によ
り該センサ部の酸素電極雰囲気を所定酸素濃度に維持す
るポンプ部と、で構成し、流し込み電流の値あるいはセ
ンサ部の急変出力を空燃比に一義的に対応させることに
より、空燃比判断を正確なものとして、リッチ域からリ
ーン域に亘る広範囲な空燃比を正確に検出することを目
的としている。
（発明の構成）
本発明による空燃比検出装置は、酸素イオン伝導性の固
体電解質を挟んで排気に接する酸素電極と大気に接する
基準電極を有し、排気中の酸素濃度に対応した空燃比で
出力電圧の急変するセンサ部と、該センサ部に所定間隔
を隔てて対向して配設され、流し込み電流によりセンサ
部の酸素電極雰囲気を所定酸素之濃度に維持するポンプ
部と、からなる酸素センサと、前記センサ部の出力電圧
が所定値となるように前記ポンプ部に流し込み電流を供
給するとともに、この流し込み電流の値を検出すること
により、あるいはポンプ部に所定の流し込み電流を供給
するとともにセンサ部の出力電圧を検出することにより
空燃比を検出する空燃比検出手段と、を備えており、リ
ンチ域からリーン域までの空燃比を一義的に判断するも
のである。
体電解質を挟んで排気に接する酸素電極と大気に接する
基準電極を有し、排気中の酸素濃度に対応した空燃比で
出力電圧の急変するセンサ部と、該センサ部に所定間隔
を隔てて対向して配設され、流し込み電流によりセンサ
部の酸素電極雰囲気を所定酸素之濃度に維持するポンプ
部と、からなる酸素センサと、前記センサ部の出力電圧
が所定値となるように前記ポンプ部に流し込み電流を供
給するとともに、この流し込み電流の値を検出すること
により、あるいはポンプ部に所定の流し込み電流を供給
するとともにセンサ部の出力電圧を検出することにより
空燃比を検出する空燃比検出手段と、を備えており、リ
ンチ域からリーン域までの空燃比を一義的に判断するも
のである。
（実施例）
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第３〜６図は本発明の第１実施例を示す図である。まず
、構成を説明すると、第３図は酸素センサの組立要領を
示す斜視図である。第３図において、ＩＩはアルミナ基
板であり、アルミナ基板１１の上面（図中上方の端面）
にはヒータ１２を挟んで大気導入板１３が積層される。
、構成を説明すると、第３図は酸素センサの組立要領を
示す斜視図である。第３図において、ＩＩはアルミナ基
板であり、アルミナ基板１１の上面（図中上方の端面）
にはヒータ１２を挟んで大気導入板１３が積層される。
大気導入板１３は酸素イオン伝導性の固体電解質を主成
分としており、その上面側には大気導入？Ｍ１３ａが形
成されている。そして、この大気導入板１３の上面側に
は平板状の第１固体電解質１４、支持体１５および第２
固体電解質１Ｇが略平行に順次積層される。また、第１
固体電解質１４の上、下面には何れも白金を主成分とす
る酸素電極１７および基準電極１８がそれぞれ配設され
ており（例えば、印刷処理により上、下面に積層される
）、これらの各電極１７．１８にはセンサリード線Ｉ９
．２０がそれぞれ接続される。一方、第２固体電解質１
６の上、下面にはアノード電８２１およびカソード電極
２２がそれぞれ配設されており、これらの各電極２１．
２２にはポンプリード線２３．２４がそれぞれ接続され
る。なお、上記各電極１７．１８．２１．２２は、その
外部を多孔質保護層で被覆して耐久性を増すようにして
もよい。上記第１固体電解質１４、酸素型＠１７および
基準電極１８はセンサ部５を構成し、第２固体電ｆ）１
！質１６、アノード電極２１およびカソード電極２２は
ポンプ部２６を構成している。また、センサ部５、ポン
プ部２６、大気導入板Ｉ３、アルミナ基板ＩＩおよびヒ
ータ１２は全体として酸素センサ２７を構成している。
分としており、その上面側には大気導入？Ｍ１３ａが形
成されている。そして、この大気導入板１３の上面側に
は平板状の第１固体電解質１４、支持体１５および第２
固体電解質１Ｇが略平行に順次積層される。また、第１
固体電解質１４の上、下面には何れも白金を主成分とす
る酸素電極１７および基準電極１８がそれぞれ配設され
ており（例えば、印刷処理により上、下面に積層される
）、これらの各電極１７．１８にはセンサリード線Ｉ９
．２０がそれぞれ接続される。一方、第２固体電解質１
６の上、下面にはアノード電８２１およびカソード電極
２２がそれぞれ配設されており、これらの各電極２１．
２２にはポンプリード線２３．２４がそれぞれ接続され
る。なお、上記各電極１７．１８．２１．２２は、その
外部を多孔質保護層で被覆して耐久性を増すようにして
もよい。上記第１固体電解質１４、酸素型＠１７および
基準電極１８はセンサ部５を構成し、第２固体電ｆ）１
！質１６、アノード電極２１およびカソード電極２２は
ポンプ部２６を構成している。また、センサ部５、ポン
プ部２６、大気導入板Ｉ３、アルミナ基板ＩＩおよびヒ
ータ１２は全体として酸素センサ２７を構成している。
第４図は上述したように組立てられた酸素センサ２７の
断面図である。第４図において、大気導入板１３と第１
固体電解質１４は大気導入部間を画成しており、大気導
入部器には矢印ＡＩＲで示すように大気が導かれる。一
方、第１、第２固体電解質１４．１６および支持体１５
は排気導入部２９を画成しており、この排気導入部２９
およびポンプ部２６のアノード電極２１側には矢印ＧＡ
Ｓで示すように排気が導かれる。なお、排気導入部２９
の間隔りは極めて狭く、例えば０．１ｍｍ程度に設定さ
れる。したがって、センサ部２５、その基準電極１８側
が大気に接し、酸素電極１７側が排気導入部２９の排気
に接することとなり、酸素濃淡電池を形成して排気導入
部２９における排気の酸素濃度に応じて起電力Ｅを発生
する。そして、この起電力Ｅはセンサ部６の出力Ｖｓと
して外部に取り出される。また、ポンプ部２６には後述
する電流供給回路から流し込み電流Ｉｓが供給されてお
り、この流し込み電流Ｉｓは排気中の酸素濃度に対応し
た空燃比（以下、単に現空燃比という）がリーンである
ときにはアノード電極２１に、またリンチであるときに
はカソード電極２２にそれぞれ供給される。この場合、
現空燃比がリーンであるときには流し込み電流Ｉｓは矢
印ＩＬで示すように第２固体電解質１６内をアノード電
極２１からカソード電極２２に向けて流れる。このとき
、この流し込み電流Ｉｓによりカソード電極２２から７
ノード電極２１に向けて第２固体電解質１６内を酸素イ
オン０２− が移動する。
断面図である。第４図において、大気導入板１３と第１
固体電解質１４は大気導入部間を画成しており、大気導
入部器には矢印ＡＩＲで示すように大気が導かれる。一
方、第１、第２固体電解質１４．１６および支持体１５
は排気導入部２９を画成しており、この排気導入部２９
およびポンプ部２６のアノード電極２１側には矢印ＧＡ
Ｓで示すように排気が導かれる。なお、排気導入部２９
の間隔りは極めて狭く、例えば０．１ｍｍ程度に設定さ
れる。したがって、センサ部２５、その基準電極１８側
が大気に接し、酸素電極１７側が排気導入部２９の排気
に接することとなり、酸素濃淡電池を形成して排気導入
部２９における排気の酸素濃度に応じて起電力Ｅを発生
する。そして、この起電力Ｅはセンサ部６の出力Ｖｓと
して外部に取り出される。また、ポンプ部２６には後述
する電流供給回路から流し込み電流Ｉｓが供給されてお
り、この流し込み電流Ｉｓは排気中の酸素濃度に対応し
た空燃比（以下、単に現空燃比という）がリーンである
ときにはアノード電極２１に、またリンチであるときに
はカソード電極２２にそれぞれ供給される。この場合、
現空燃比がリーンであるときには流し込み電流Ｉｓは矢
印ＩＬで示すように第２固体電解質１６内をアノード電
極２１からカソード電極２２に向けて流れる。このとき
、この流し込み電流Ｉｓによりカソード電極２２から７
ノード電極２１に向けて第２固体電解質１６内を酸素イ
オン０２− が移動する。
すなわち、流し込み電流Ｉｓの流れる方向と逆方向に酸
素イオンが移動する。したがって、ポンプ部局は流し込
み電流１ｓにより酸素イオンを移動させることにより
（以下、正の酸素ポンプ作用によりという）、排気導入
部２９の酸素濃度（言い換えれば、センサ部５の酸素電
極１７雰囲気の酸素濃度）を所定値（本実施例では、後
述するように２×１０ ％）に維持する。一方、現空燃
比がリッチであるときには流し込み電流Ｉｓは矢印ＩＲ
で示すようにリーンの場合と逆方向に流れる。したがっ
て、ポンプ部２６はアノード電極２１からカソード電極
２２に向けて酸素イオンを移動させることにより（以下
、逆の酸素ポンプ作用によりという）、リーンの場合と
同様に排気導入部２９の酸素濃度を上記所定値に維持す
る。そして、センサ部２５は排気導入部２９の酸＠濃度
に対応した空燃比でその出力電圧Ｖｓを急変させる。な
お、第４図中でばヒータ１２が省略されているが、ヒー
タ１２は第１、第２固体電解質１４．１６の活性を保つ
ように、これらを適温に加熱している。
素イオンが移動する。したがって、ポンプ部局は流し込
み電流１ｓにより酸素イオンを移動させることにより
（以下、正の酸素ポンプ作用によりという）、排気導入
部２９の酸素濃度（言い換えれば、センサ部５の酸素電
極１７雰囲気の酸素濃度）を所定値（本実施例では、後
述するように２×１０ ％）に維持する。一方、現空燃
比がリッチであるときには流し込み電流Ｉｓは矢印ＩＲ
で示すようにリーンの場合と逆方向に流れる。したがっ
て、ポンプ部２６はアノード電極２１からカソード電極
２２に向けて酸素イオンを移動させることにより（以下
、逆の酸素ポンプ作用によりという）、リーンの場合と
同様に排気導入部２９の酸素濃度を上記所定値に維持す
る。そして、センサ部２５は排気導入部２９の酸＠濃度
に対応した空燃比でその出力電圧Ｖｓを急変させる。な
お、第４図中でばヒータ１２が省略されているが、ヒー
タ１２は第１、第２固体電解質１４．１６の活性を保つ
ように、これらを適温に加熱している。
第５図は上記酸素センサ２７を使用した空燃比検出装置
の回路図である。第５図において、酸素センサ２７のポ
ンプ部２６には電流供給回路３０から流し込み電流Ｉｓ
が供給されており、この流し込み電流Ｉｓの値は電流値
検出回路３１により検出されている。電流値検出回路３
Ｉはオペアンプｏｐｉ、ＯＦ２、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３
、Ｒ４、Ｒ５およびコンテンツＣ１により構成されてお
り、流し込み電流Ｉｓの値を抵抗Ｒ１の両端間の電圧降
下として検出し電圧信号Ｖｉを出力している。この電圧
信号Ｖｉば流し込み電流Ｉｓが図中矢印ＩＬ力方向供給
されるとき正の値、矢印ＩＲ力方向供給されるとき負の
値となる。電流供給回路３０はオペアンプＯＰ３、トラ
ンジスタＱ１、Ｑ２、ダイオードＤＩ、Ｄ２および抵抗
Ｒ６により構成されており、差検出回路３２の出力ΔＶ
の値に応じて流し込み電流■Ｓの大きさおよびその向き
を制御している。すなわち、差検出回路３２はオペアン
プＯＰ４、ＯＦ２、抵抗Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、ＲＩＯｌＲ
ｌｌにより構成されており、センサ部２５の出力電圧Ｖ
ｓから目標電圧Ｖａを減算して差値Δ■（ΔＶ−Ｋ （
Ｖｓ ＝Ｖａ） 、但しＫは定数）を電流供給回路３０
に出力している。この目標電圧Ｖａは、排気導入部２９
の酸素濃度が所定値に維持されているときのセンサ部出
力Ｖｓの急変する電圧値の上限と下限の中間値であり、
電源電圧１５Ｖを抵抗Ｒ７、Ｒ８で分用し、例えば０．
２■という値に設定される。そして、センサ部出力Ｖｓ
は排気導入部２９の酸素濃度に対応し、目標電圧■ａは
上記所定値に対応しているから、差値ΔＶは排気導入部
２９における現酸素濃度の所定値からのずれの大きさを
表わしている。したがりて、前記電流供給回路３０は差
値ΔＶが零となるように、すなわちセンサ部出力Ｖｓが
目標電圧Ｖａと一致するよう、にトランジスタＱ１、Ｑ
２およびダイオードＤＩ、Ｄ２によるコンプリメンタリ
位相反転回路により流し込み電流Ｉｓの大きさおよび向
きを制御する。上記電流供給回路３０、電流値検出回路
３１および差検出回路３２は空燃比検出手段３３を構成
しており、本実施例ではこの空燃比検出手段３３がセン
サ部２５の出力電圧Ｖｓが所定値（目標電圧Ｖａ）とな
るようにポンプ部２６に流し込み電流Ｉｓを供給すると
ともに、この流し込み電流Ｉｓの値を検出して空燃比を
検出している。
の回路図である。第５図において、酸素センサ２７のポ
ンプ部２６には電流供給回路３０から流し込み電流Ｉｓ
が供給されており、この流し込み電流Ｉｓの値は電流値
検出回路３１により検出されている。電流値検出回路３
Ｉはオペアンプｏｐｉ、ＯＦ２、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３
、Ｒ４、Ｒ５およびコンテンツＣ１により構成されてお
り、流し込み電流Ｉｓの値を抵抗Ｒ１の両端間の電圧降
下として検出し電圧信号Ｖｉを出力している。この電圧
信号Ｖｉば流し込み電流Ｉｓが図中矢印ＩＬ力方向供給
されるとき正の値、矢印ＩＲ力方向供給されるとき負の
値となる。電流供給回路３０はオペアンプＯＰ３、トラ
ンジスタＱ１、Ｑ２、ダイオードＤＩ、Ｄ２および抵抗
Ｒ６により構成されており、差検出回路３２の出力ΔＶ
の値に応じて流し込み電流■Ｓの大きさおよびその向き
を制御している。すなわち、差検出回路３２はオペアン
プＯＰ４、ＯＦ２、抵抗Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、ＲＩＯｌＲ
ｌｌにより構成されており、センサ部２５の出力電圧Ｖ
ｓから目標電圧Ｖａを減算して差値Δ■（ΔＶ−Ｋ （
Ｖｓ ＝Ｖａ） 、但しＫは定数）を電流供給回路３０
に出力している。この目標電圧Ｖａは、排気導入部２９
の酸素濃度が所定値に維持されているときのセンサ部出
力Ｖｓの急変する電圧値の上限と下限の中間値であり、
電源電圧１５Ｖを抵抗Ｒ７、Ｒ８で分用し、例えば０．
２■という値に設定される。そして、センサ部出力Ｖｓ
は排気導入部２９の酸素濃度に対応し、目標電圧■ａは
上記所定値に対応しているから、差値ΔＶは排気導入部
２９における現酸素濃度の所定値からのずれの大きさを
表わしている。したがりて、前記電流供給回路３０は差
値ΔＶが零となるように、すなわちセンサ部出力Ｖｓが
目標電圧Ｖａと一致するよう、にトランジスタＱ１、Ｑ
２およびダイオードＤＩ、Ｄ２によるコンプリメンタリ
位相反転回路により流し込み電流Ｉｓの大きさおよび向
きを制御する。上記電流供給回路３０、電流値検出回路
３１および差検出回路３２は空燃比検出手段３３を構成
しており、本実施例ではこの空燃比検出手段３３がセン
サ部２５の出力電圧Ｖｓが所定値（目標電圧Ｖａ）とな
るようにポンプ部２６に流し込み電流Ｉｓを供給すると
ともに、この流し込み電流Ｉｓの値を検出して空燃比を
検出している。
次に、作用を説明する。
一般に、Ｈｓ＝Ａ／Ｆ特性で示したように、酸素センサ
の切り換り空燃比は流し込み電流に対応しており、λ−
１の点で最小となるもののリッチ側に移行するに従って
再び増加する。したがって、このような特性を利用して
空燃比を検出する酸素センサでば、リッチ域からリーン
域に亘る広範囲な空燃比を正確に判断できない。
の切り換り空燃比は流し込み電流に対応しており、λ−
１の点で最小となるもののリッチ側に移行するに従って
再び増加する。したがって、このような特性を利用して
空燃比を検出する酸素センサでば、リッチ域からリーン
域に亘る広範囲な空燃比を正確に判断できない。
そこで本実施例では、酸素センサ２７をセン号部怒と、
ポンプ部２６に分割して構成し、センサ部２５の出力電
圧Ｖｓを常に理論空燃比（λ−１）で急変させるような
流し込み電流Ｉｓをポンプ部２６に供給することにより
、この流し込め電流Ｉｓの値およびその向きをリッチ域
からリーン域に亘る広範囲な空燃比に一義的に対応させ
て、空燃比判断を正確なものとしている。
ポンプ部２６に分割して構成し、センサ部２５の出力電
圧Ｖｓを常に理論空燃比（λ−１）で急変させるような
流し込み電流Ｉｓをポンプ部２６に供給することにより
、この流し込め電流Ｉｓの値およびその向きをリッチ域
からリーン域に亘る広範囲な空燃比に一義的に対応させ
て、空燃比判断を正確なものとしている。
ずなわち、センサ部５はその酸素電極１７側が排気導入
部２９の排気に接し、基準電極１８側が大気に接してお
り、排気導入部２９の酸素濃度に対応した空燃比で出力
電圧Ｖｓを急変させる。
部２９の排気に接し、基準電極１８側が大気に接してお
り、排気導入部２９の酸素濃度に対応した空燃比で出力
電圧Ｖｓを急変させる。
この場合、例えばポンプ部あにＩＬ方向の流し込み電流
Ｉｓを供給すると、この流し込み電流Ｉｓにより正の酸
素ポンプ作用が行われ、排気導入部２９の酸素分子がア
ノード電極２１側に移動し放出される。また、このとき
排気導入部２９の間隙りは小さく設定されている（Ｌ
＃ ０．１ ｍｍ）ため、上述のように酸素分子を他へ
放出させると、該排気導入部２９の酸素濃度が減少する
。一方、このとき排気導入部２９には排気中から酸素分
子が流入しており、このような酸素分子の放出量と流入
量が平衡した時点で排気導入部２９の酸素濃度が決定さ
れる。
Ｉｓを供給すると、この流し込み電流Ｉｓにより正の酸
素ポンプ作用が行われ、排気導入部２９の酸素分子がア
ノード電極２１側に移動し放出される。また、このとき
排気導入部２９の間隙りは小さく設定されている（Ｌ
＃ ０．１ ｍｍ）ため、上述のように酸素分子を他へ
放出させると、該排気導入部２９の酸素濃度が減少する
。一方、このとき排気導入部２９には排気中から酸素分
子が流入しており、このような酸素分子の放出量と流入
量が平衡した時点で排気導入部２９の酸素濃度が決定さ
れる。
本実施例では、このような特性に着目し、センザ部２５
の酸素電極１７雰囲気を常に理論空燃比に対応した酸素
濃度に維持するように酸素分子の移動量を制御し、この
移動量に基づいて空燃比判断を行っている。なお、実際
上理論空燃比では酸素濃度が０．２％であり、排気導入
部２９の酸素濃度を０，２％そのものに維持してもよい
が、本実施例のばあい、酸素電極１７の主成分である白
金の触媒作用により該酸素電極１７表面では理論空燃比
で排気温度−１０００°にであるとき酸素濃度が約２×
１０ ％となる（前記ネルンストの式■より導かれる）
。したがって、この値（２Ｘ１０ ％）をセンサ部出力
Ｖｓが常に急変する所定酸素濃度（所定値）として決定
し、これに対応する目標電圧Ｖａを０．２■に設定して
いる。したがって、排気中の酸素濃度が０．２〜２０％
であるリーン域では、排気導入部２９の酸素濃度を２Ｘ
１０＝％に維持するような流し込み電流Ｉｓがポンプ部
２６に供給される。ずなわち、現空燃比がリーン域にあ
るときには、Ｖｓ＞Ｖａとなり差検出回路３２の出力Δ
■（ΔＶ＝Ｋ（Ｖｓ−Ｖａ））がΔＶ＞Ｏとなることか
ら、電流供給回路３０により■、力方向流し込み電流Ｉ
Ｓがポンプ部２６に供給される。これにより、正の酸素
ポンプ作用が行われて排気導入部２９の酸素分子がアノ
ード電極２１側に放出され、該排気導入部２９の酸素濃
度が減少して所定値となる。
の酸素電極１７雰囲気を常に理論空燃比に対応した酸素
濃度に維持するように酸素分子の移動量を制御し、この
移動量に基づいて空燃比判断を行っている。なお、実際
上理論空燃比では酸素濃度が０．２％であり、排気導入
部２９の酸素濃度を０，２％そのものに維持してもよい
が、本実施例のばあい、酸素電極１７の主成分である白
金の触媒作用により該酸素電極１７表面では理論空燃比
で排気温度−１０００°にであるとき酸素濃度が約２×
１０ ％となる（前記ネルンストの式■より導かれる）
。したがって、この値（２Ｘ１０ ％）をセンサ部出力
Ｖｓが常に急変する所定酸素濃度（所定値）として決定
し、これに対応する目標電圧Ｖａを０．２■に設定して
いる。したがって、排気中の酸素濃度が０．２〜２０％
であるリーン域では、排気導入部２９の酸素濃度を２Ｘ
１０＝％に維持するような流し込み電流Ｉｓがポンプ部
２６に供給される。ずなわち、現空燃比がリーン域にあ
るときには、Ｖｓ＞Ｖａとなり差検出回路３２の出力Δ
■（ΔＶ＝Ｋ（Ｖｓ−Ｖａ））がΔＶ＞Ｏとなることか
ら、電流供給回路３０により■、力方向流し込み電流Ｉ
Ｓがポンプ部２６に供給される。これにより、正の酸素
ポンプ作用が行われて排気導入部２９の酸素分子がアノ
ード電極２１側に放出され、該排気導入部２９の酸素濃
度が減少して所定値となる。
このときの流し込み電流Ｉｓの値は酸素分子の移動量に
比例した大きさとなり、排気中の酸素濃度に対応した値
となる。
比例した大きさとなり、排気中の酸素濃度に対応した値
となる。
一方、排気中の酸素濃度が０．１〜０．２％となるリン
チ域では、白金の触媒作用により酸素電極１７表面での
酸素濃度が略１０ ％程度に低下する。これを２×１０
％に維持してセンサ部出力Ｖｓを理論空燃比で急変さ
せるためには、排気導入部２９に他から酸素分子を移動
（流入）させる必要がある。このため、リンチ域ではリ
ーン域と逆方向の流し込み電流Ｉｓが供給される。
チ域では、白金の触媒作用により酸素電極１７表面での
酸素濃度が略１０ ％程度に低下する。これを２×１０
％に維持してセンサ部出力Ｖｓを理論空燃比で急変さ
せるためには、排気導入部２９に他から酸素分子を移動
（流入）させる必要がある。このため、リンチ域ではリ
ーン域と逆方向の流し込み電流Ｉｓが供給される。
すなわち、現空燃比がリンチ域にあるときには、Ｖｓ＜
ＶａとなりΔ■くＯとなることから、電流供給回路３０
によりＩＲ力方向流し込み電流ＩＳがポンプ部２６に供
給される。これにより、逆の酸素ポンプ作用が行われて
アノード電極２１側から排気導入部２９に酸素分子が流
入して、該排気導入部２９の酸素濃度が増加して所定値
となる。
ＶａとなりΔ■くＯとなることから、電流供給回路３０
によりＩＲ力方向流し込み電流ＩＳがポンプ部２６に供
給される。これにより、逆の酸素ポンプ作用が行われて
アノード電極２１側から排気導入部２９に酸素分子が流
入して、該排気導入部２９の酸素濃度が増加して所定値
となる。
このときの流し込み電流Ｉｓの値も酸素分子の移動量に
比例した大きさとなり、排気中の酸素濃度に対応した値
となる。
比例した大きさとなり、排気中の酸素濃度に対応した値
となる。
このように、排気導入部２９の酸素濃度を常に所定値に
維持するように流し込み電流Ｉｓが供給されている。し
たがって、この流し込み電流Ｉｓの値を検出している電
流値検出回路３１の出力Ｖｉは第６図にＶｉ −Ａ／Ｆ
特性として示すように現空燃比に一義的に対応したもの
となる。その結果、空燃比判断を正確なものとして、リ
ンチ域からリーン域に亘る広範囲な空燃比を正確に検出
することができる。また、本装置を用いてエンジンの空
燃比制御を行えば、リンチ域をも含めた広範囲な空燃比
に精度よく制御することが可能である。
維持するように流し込み電流Ｉｓが供給されている。し
たがって、この流し込み電流Ｉｓの値を検出している電
流値検出回路３１の出力Ｖｉは第６図にＶｉ −Ａ／Ｆ
特性として示すように現空燃比に一義的に対応したもの
となる。その結果、空燃比判断を正確なものとして、リ
ンチ域からリーン域に亘る広範囲な空燃比を正確に検出
することができる。また、本装置を用いてエンジンの空
燃比制御を行えば、リンチ域をも含めた広範囲な空燃比
に精度よく制御することが可能である。
第７．８図は本発明の第２実施例を示す図である。本実
施例では空燃比検出手段の構成が第１実施例と異なり、
ポンプ部２６に所定の流し込み電流Ｉｓを供給するとと
もにセンザ部乙の出力電圧Ｖｓを検出して空燃比を検出
している。
施例では空燃比検出手段の構成が第１実施例と異なり、
ポンプ部２６に所定の流し込み電流Ｉｓを供給するとと
もにセンザ部乙の出力電圧Ｖｓを検出して空燃比を検出
している。
すなわち、第７図において、４１は空燃比検出手段であ
り、空燃比検出手段４１は電流供給回路４２およびバン
ファアンプ４３により構成されている。電流供給回路４
２は所定の流し込み電流ＩＳ （向きは第１実施例と同
様）をポンプ部２６に供給しており、この流し込み電流
Ｉｓの値に対応して排気導入部２９の酸素濃度が決定さ
れる。
り、空燃比検出手段４１は電流供給回路４２およびバン
ファアンプ４３により構成されている。電流供給回路４
２は所定の流し込み電流ＩＳ （向きは第１実施例と同
様）をポンプ部２６に供給しており、この流し込み電流
Ｉｓの値に対応して排気導入部２９の酸素濃度が決定さ
れる。
したがって、センサ部６の出力電圧Ｖｓは流し込み電流
Ｉｓの値に対応した切り換り空燃比で急変することとな
り、この出力電圧Ｖｓの急変点を検出すれば空燃比を判
断することができる。
Ｉｓの値に対応した切り換り空燃比で急変することとな
り、この出力電圧Ｖｓの急変点を検出すれば空燃比を判
断することができる。
そして、出力電圧Ｖｓの急変点は第７図にＶｓ−Ａ／Ｆ
特性として示すように流し込み電流■Ｓの値およびその
向きを変化させることにより、リッチ域からリーン域ま
での広範囲な空燃比に一義的に対応したものとなる。そ
の結果、リッチ域をも含めた広範囲な空燃比を正確に検
出することができる。
特性として示すように流し込み電流■Ｓの値およびその
向きを変化させることにより、リッチ域からリーン域ま
での広範囲な空燃比に一義的に対応したものとなる。そ
の結果、リッチ域をも含めた広範囲な空燃比を正確に検
出することができる。
なお、本実施例ではセンサ部出力Ｖｓの急変点を検出し
て空燃比判断を行っているため、現空燃比が切り換り空
燃比よりリンチであるかリーンであるかを判断する、い
わゆる２値判断には好都合であるが、空燃比を連続的に
判断する場合若干不便である。しかしながら、例えば１
つあるいは複数の所定空燃比に制御するとき使用される
検出装置としては、センサ部出力ＶＳが０Ｎ１０ＦＦ的
となるため制御性が良いという利点がある。
て空燃比判断を行っているため、現空燃比が切り換り空
燃比よりリンチであるかリーンであるかを判断する、い
わゆる２値判断には好都合であるが、空燃比を連続的に
判断する場合若干不便である。しかしながら、例えば１
つあるいは複数の所定空燃比に制御するとき使用される
検出装置としては、センサ部出力ＶＳが０Ｎ１０ＦＦ的
となるため制御性が良いという利点がある。
（効果）
本発明によれば、流し込み電流の値あるいはセンサ部の
急変点出力をリッチ域からリーン域までの広範囲な空燃
比に一義的に対応させることができ、空燃比判断を正確
なものとして、リッチ域からリーン域に亘る広範囲な空
燃比を正確に検出することができる。
急変点出力をリッチ域からリーン域までの広範囲な空燃
比に一義的に対応させることができ、空燃比判断を正確
なものとして、リッチ域からリーン域に亘る広範囲な空
燃比を正確に検出することができる。
第１．２図は従来の空燃比検出装置を示す図であり、第
１図はその酸素センサの断面図、第２図はそのｌ５−Ａ
／Ｆ特性を示す図、第３〜６図は本発明の第１実施例を
示す図であり、第３図はその酸素センサの組立要領を示
す斜視図、第４図はその酸素センサの断面図、第５図は
その回路構成図、第６図はそのＶｉ−Ａ／Ｆ特性を示す
図、第７．８．図は本発明の第２実施例を示す図であり
、第７図はその回路構成図、第８図はそのＶｓ−Ａ＜Ｆ
特性を示す図である。 ５−・・−センサ部、 ルー・・−ポンプ部、。 ２７・−・・−酸素センサ、 、 ３３．４２−−−−−一空燃比検出手段。 特許出願人 日産自動車株式会社 代理人弁理士 有我軍一部 第７図 ／４１ 第８図 空又ケ゛ｔ−ｊ Ｃる黛に 八ｐ
１図はその酸素センサの断面図、第２図はそのｌ５−Ａ
／Ｆ特性を示す図、第３〜６図は本発明の第１実施例を
示す図であり、第３図はその酸素センサの組立要領を示
す斜視図、第４図はその酸素センサの断面図、第５図は
その回路構成図、第６図はそのＶｉ−Ａ／Ｆ特性を示す
図、第７．８．図は本発明の第２実施例を示す図であり
、第７図はその回路構成図、第８図はそのＶｓ−Ａ＜Ｆ
特性を示す図である。 ５−・・−センサ部、 ルー・・−ポンプ部、。 ２７・−・・−酸素センサ、 、 ３３．４２−−−−−一空燃比検出手段。 特許出願人 日産自動車株式会社 代理人弁理士 有我軍一部 第７図 ／４１ 第８図 空又ケ゛ｔ−ｊ Ｃる黛に 八ｐ
Claims (1)
- 酸素イオン伝導性の固体電解質を挾んで排気に接する酸
素電極と大気に接する基準電極を有し、排気中の酸素濃
度に対応した空燃比で出力電圧の急変するセンサ部と、
該センサ部に所定間隔を隔てて対向して配設され、流し
込み電流によりセンサ部の酸素電極雰囲気を所定酸素濃
度に維持するポンプ部と、からなる酸素センサと、前記
センサ８１；の出力電圧が所定値となるように前記ポン
プ部に流し込め電流を供給するとともに、この流し込み
電流の値を検出することにより、あるいはポンプ部に所
定の流し込み電流を供給するとともにセンサ部の出力電
圧を検出することにより空燃比を検出する空燃比検出手
段と、を備えたごとを特徴とする空燃比検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59000670A JPH061258B2 (ja) | 1984-01-05 | 1984-01-05 | 空燃比検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59000670A JPH061258B2 (ja) | 1984-01-05 | 1984-01-05 | 空燃比検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60144655A true JPS60144655A (ja) | 1985-07-31 |
| JPH061258B2 JPH061258B2 (ja) | 1994-01-05 |
Family
ID=11480176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59000670A Expired - Lifetime JPH061258B2 (ja) | 1984-01-05 | 1984-01-05 | 空燃比検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH061258B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62104152U (ja) * | 1985-12-20 | 1987-07-02 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59190652A (ja) * | 1983-04-12 | 1984-10-29 | Mitsubishi Electric Corp | リツチバ−ンセンサ |
| JPS60128352A (ja) * | 1983-12-15 | 1985-07-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 空燃比検知装置 |
-
1984
- 1984-01-05 JP JP59000670A patent/JPH061258B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59190652A (ja) * | 1983-04-12 | 1984-10-29 | Mitsubishi Electric Corp | リツチバ−ンセンサ |
| JPS60128352A (ja) * | 1983-12-15 | 1985-07-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 空燃比検知装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62104152U (ja) * | 1985-12-20 | 1987-07-02 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH061258B2 (ja) | 1994-01-05 |
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