JPS60224051A - Air-fuel ratio detecting device - Google Patents

Air-fuel ratio detecting device

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JPS60224051A
JPS60224051A JP59080124A JP8012484A JPS60224051A JP S60224051 A JPS60224051 A JP S60224051A JP 59080124 A JP59080124 A JP 59080124A JP 8012484 A JP8012484 A JP 8012484A JP S60224051 A JPS60224051 A JP S60224051A
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JP
Japan
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air
fuel ratio
oxygen
partial pressure
current
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JP59080124A
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Japanese (ja)
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Takeshi Kitahara
剛 北原
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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    • 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
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/4065Circuit arrangements specially adapted therefor

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Abstract

PURPOSE:To heighten the accuracy of detection over a wide range by detecting a current value and air-fuel ratio supplied to make an output of the oxygen partial pressure ratio detecting section of an oxgen sensor coincides with a target value, and judging abnormality of the sensor from the result and result of detection of voltage between two poles of a controlling section. CONSTITUTION:An atmosphere introducing section 15 is formed by laminating the first solid electrolyte 14 on an atmosphere introducing plate 13, and a gas introducing section 18 is formed by laminating the second solid electrolyte 17 on the electrolyte 14 through a spacer plate 16. An anode 20 and cathode 21 of a sensor cell, and a cathode 22 and anode 23 of a pump cell are provided on both faces of electrolytes 14, 17 opposite to each other. Current IP is supplied from a pump current supply circuit 37 of an air-fuel ratio detecting circuit 33 to make potential VS between sensor cells 20, 21 a target voltage Va, and air fuel ratio detection output V1 from the current IP and current VP between pump cells 23, 22 are outputted to an abnormality judging circuit 34 to detect the abnormality of the sensor 11 due to adhesion of carbon particles. At the same time, an output Vi is made monotonous and continuous over whole range of air fuel ratio.

Description

【発明の詳細な説明】 1術分野 この発明は、空気と燃料との混合気の燃焼による排気ガ
ス中の酸素濃度により混合気の空燃比を検出する空燃比
検出装置に関し、特に内燃機関における吸入混合気の空
燃比を検出するのに適した空燃比検出装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an air-fuel ratio detection device for detecting the air-fuel ratio of an air-fuel mixture based on the oxygen concentration in exhaust gas resulting from combustion of the air-fuel mixture, and particularly relates to an air-fuel ratio detection device for detecting an air-fuel ratio of an air-fuel mixture based on the oxygen concentration in exhaust gas from combustion of the air-fuel mixture. The present invention relates to an air-fuel ratio detection device suitable for detecting the air-fuel ratio of an air-fuel mixture.

良米弦亙 一般に、内燃機関においては、吸入混合気の空燃比を高
精度に目標値に制御するために、空燃比と相関関係をも
つ排気カス中の酸素濃度を検出することにより混合気の
空燃比を検出して、燃料供給量をフィードバック制御す
るようにしている。
In general, in internal combustion engines, in order to control the air-fuel ratio of the intake air-fuel mixture to a target value with high precision, the air-fuel mixture is controlled by detecting the oxygen concentration in the exhaust gas, which has a correlation with the air-fuel ratio. The air-fuel ratio is detected and the fuel supply amount is feedback-controlled.

従来、このような空燃比検出装置に使用されている酸素
センサとして1例えは特開昭57−76450号公報に
記載されているようなものがあり、このような酸素セン
サを第1図を参照して説明する。
An example of an oxygen sensor conventionally used in such an air-fuel ratio detection device is the one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 76450/1983. and explain.

この酸素センサ1は、酸素濃度に応じて起電力を発生す
る一種の濃淡電池の原理を応用したものであり、酸素イ
オン伝導性の固体電解質2の両面に、白金を主成分とす
る基準電極3と、金と白金の合金からなる酸素電極4と
を対向させて形成して、その基準電極乙を多孔質保護層
(コーティング層)5によって被覆し、酸素電極4を酸
素の流入、拡散を制限する多孔質保護層(コーティング
層)6によって被覆したものである。
This oxygen sensor 1 applies the principle of a kind of concentration battery that generates an electromotive force according to the oxygen concentration, and has a reference electrode 3 mainly composed of platinum on both sides of an oxygen ion conductive solid electrolyte 2. and an oxygen electrode 4 made of an alloy of gold and platinum are formed facing each other, and the reference electrode B is covered with a porous protective layer (coating layer) 5 to restrict the inflow and diffusion of oxygen. It is coated with a porous protective layer (coating layer) 6.

この酸素センサ1にあっては、被測定ガス、例えば排気
カス中において、基準電極乙に所定の大きさの流し込み
電流Tsを供給すると、電流Isの大きさに応じた量の
酸素イオン02−が電流Isと逆の方向に固体電解質2
を通じて移動するので。
In this oxygen sensor 1, when a predetermined magnitude of current Ts is supplied to the reference electrode B in a gas to be measured, for example, exhaust gas, oxygen ions 02- are produced in an amount corresponding to the magnitude of the current Is. Solid electrolyte 2 in the direction opposite to the current Is
Because it moves through.

基準電極6に基準酸素分圧Paが発生し、このとき酸素
電極4に被測定カスの有する酸素分圧による酸素分圧P
bが発生している。
A reference oxygen partial pressure Pa is generated at the reference electrode 6, and at this time, an oxygen partial pressure P due to the oxygen partial pressure possessed by the dregs to be measured is generated at the oxygen electrode 4.
b is occurring.

それによって、基準電極乙と酸素電極4との間には、酸
素分圧Pa、Pbに基づいて、E =RT/4 F−#
n (P a/ P b) ・・=・・■但し、R:気
体定数、 T:絶対温度 F:ファラデイ定数 なるネルンストの式によって表わされる起電力Eが発生
し、この起電力Eは被測定カスの酸素感度によ、変化す
、。1、ユj1を酸素ヤッケ1゜8カVsとして外部に
取出すことができる。
Thereby, between the reference electrode B and the oxygen electrode 4, E = RT/4 F-# based on the oxygen partial pressures Pa and Pb.
n (P a / P b) ... = ... ■ However, an electromotive force E expressed by the Nernst equation where R: gas constant, T: absolute temperature F: Faraday constant is generated, and this electromotive force E is It changes depending on the oxygen sensitivity of the dregs. 1. Yuj1 can be taken out to the outside as an oxygen jacket of 1°8ka Vs.

この出力Vsの変化を各流し込み電流値ごとに示したの
が第2図である。なお、この場合、被測定カスとして内
燃機関の排気カスを用いており、その酸素濃度は内燃機
関に供給される混合気の空燃比(当量比λ、但しλ=現
全空燃比/理論空燃比に換算して示しである。
FIG. 2 shows the change in the output Vs for each injected current value. In this case, the exhaust gas from the internal combustion engine is used as the gas to be measured, and the oxygen concentration is determined by the air-fuel ratio (equivalent ratio λ, where λ = current total air-fuel ratio / stoichiometric air-fuel ratio) of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine. The figure is converted to .

しかしなから、この酸素センサ1の出力Vsは。However, the output Vs of this oxygen sensor 1 is.

流し込み電流Isを固定した場合、出力Vsの変化する
空燃比の幅が小さいので、広範囲に亘る空燃比の検出を
することは難しい。
When the inflow current Is is fixed, the air-fuel ratio range in which the output Vs changes is small, so it is difficult to detect the air-fuel ratio over a wide range.

そこで、この酸素センサ1の出力Vsを目標電圧Va(
例えば、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がこの目標値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Isの値は、
第3図に示すように現在の空燃比に応じて連続的に変化
する。
Therefore, the output Vs of this oxygen sensor 1 is set to the target voltage Va(
For example, if the oxygen sensor output Vs is set as approximately the middle value between the upper and lower limits of the oxygen sensor output Vs which changes suddenly at the switching air-fuel ratio, and the inflow current IS is supplied so that the oxygen sensor output Vs becomes this target value Va, then this inflow current Is The value of
As shown in FIG. 3, it changes continuously according to the current air-fuel ratio.

したがって、その酸素センサ1への流し込み電流Isの
値を検出することによって実際の空燃比を広範囲に検出
することができる。
Therefore, by detecting the value of the current Is flowing into the oxygen sensor 1, the actual air-fuel ratio can be detected over a wide range.

しかしながら、このような空燃比検出装置にあっては、
第3図から分るように、流し込み電流Isの値が、理論
空燃比(λ=1)を最小値としてリーン側に移行する時
のみならす、リッチ側に移行する時にも増加する。
However, in such an air-fuel ratio detection device,
As can be seen from FIG. 3, the value of the inflow current Is increases not only when shifting to the lean side with the stoichiometric air-fuel ratio (λ=1) as the minimum value, but also when shifting to the rich side.

これは、リッチ域では、排気カス中に酸素が殆んどない
ことから、酸素電極4の周囲空間の排気カス中の二酸素
化炭素G O2が一酸素炭素C○と酸素イオンO″−に
分極して、その酸素イオン0″−が固体電解質2を移動
して酸素電極31に移行しているためで、排気がリッチ
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Isの値が増加する。
This is because in the rich region, there is almost no oxygen in the exhaust gas, so carbon dioxide G O2 in the exhaust gas in the space surrounding the oxygen electrode 4 is converted into monooxygen carbon C○ and oxygen ions O''-. This is because the oxygen ions 0''- are polarized and move through the solid electrolyte 2 to the oxygen electrode 31.The more the exhaust gas moves to the rich side, the more oxygen ions move, and the flow rate of the injected current Is increases. value increases.

したがって、理論空燃比付近では、同一の流し込み電流
Isの値に対して空燃比が2値存在することになり、単
に流し込み電流Isの値からだけでは、リッチ域からリ
ーン域までの広範囲に亘る空燃比(酸素濃度)を検出す
ることができないという問題がある。
Therefore, near the stoichiometric air-fuel ratio, two values of air-fuel ratio exist for the same value of injected current Is, and simply based on the value of injected current Is, the air-fuel ratio can be calculated over a wide range from the rich region to the lean region. There is a problem that the fuel ratio (oxygen concentration) cannot be detected.

■一度 この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、リッ
チ域からり−ン域までの広範囲の空燃比を高精度に検出
できると共に、検出結果が正確でなくなる異常の発生を
も検出できるようにすることを目的とする。
■Once this invention was made in view of the above points, it is possible to detect a wide range of air-fuel ratios from the rich region to the lean region with high precision, and also detect the occurrence of abnormalities that make the detection results inaccurate. The purpose is to make it possible.

監−腹 そのため、この発明による空燃比検出装置は、空気と燃
料との混合気の燃焼による排気ガスがガスの拡散を制限
する手段を介して導入されるカス導入部と、酸素イオン
伝導性の固体電解質を挟んで対向する前記カス導入部の
ガス及び所定酸素濃度のガスに晒される電極を有し両電
極間酸素分圧比に応じた電圧を出力する酸素分圧比検出
部と、酸素イオン伝導性の固体電解質を挟んで対向する
電極を有し両電極間に供給される電流量に応じて前記ガ
ス導入部の酸素分圧を制御する酸素分圧制御部とによっ
て酸素センサを構成し、この酸素センサの酸素分圧比検
出部の出力が予め定めた目標値と一致するように酸素分
圧制御部に電流を供給して、その供給する電流値を空燃
比を示す出力として検出すると共にご酸素センサの酸素
分圧制御部の両電極間の電圧を検出し、この検出結果と
前記電流の検出結果に基づいて酸素センサの異常を判定
するようにしたものである。
SUPERVISION For this reason, the air-fuel ratio detection device according to the present invention has a waste introduction section in which exhaust gas from combustion of a mixture of air and fuel is introduced through a means for restricting gas diffusion, and an oxygen ion conductive an oxygen partial pressure ratio detection section that has electrodes that are exposed to the gas of the waste introduction section and the gas of a predetermined oxygen concentration that face each other with a solid electrolyte in between, and outputs a voltage according to the oxygen partial pressure ratio between both electrodes; and an oxygen partial pressure control section that has electrodes facing each other with a solid electrolyte in between and controls the oxygen partial pressure of the gas introduction section according to the amount of current supplied between the two electrodes, A current is supplied to the oxygen partial pressure control unit so that the output of the oxygen partial pressure ratio detection unit of the sensor matches a predetermined target value, and the supplied current value is detected as an output indicating the air-fuel ratio, and the oxygen sensor The voltage between both electrodes of the oxygen partial pressure control section is detected, and an abnormality in the oxygen sensor is determined based on the detection result and the current detection result.

夫」[災 以下、この発明の実施例を添付図面の第4図以降を参照
して説明する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to FIG. 4 and subsequent figures of the accompanying drawings.

第4図及び第5図は、この発明で使用する酸素センサの
一例を示す縦断面図及び分解斜視図である。
FIGS. 4 and 5 are a longitudinal sectional view and an exploded perspective view showing an example of an oxygen sensor used in the present invention.

この酸素センサ11は、アルミナからなる基板12上に
、溝13aを形成した大気導入板13を積層し、この大
気導入板13上に平板状の酸素イオン伝導性の第1の固
体電解質14を積層して、これ等の大気導入板13の溝
13a及び第1の固体電解質14によって、所定酸素濃
度のガスである大気が導入される大気導入部15を形成
している。
This oxygen sensor 11 has an air introduction plate 13 with grooves 13a formed on a substrate 12 made of alumina, and a flat oxygen ion conductive first solid electrolyte 14 on this air introduction plate 13. The grooves 13a of the air introduction plate 13 and the first solid electrolyte 14 form an air introduction section 15 into which air, which is a gas having a predetermined oxygen concentration, is introduced.

そして、その第1の固体電解質14上に、厚さL (L
 =O,1mm程度)のスペーサ板16を積層し、この
スペーサ板16上に平板状の第2の固体電解質17を積
層して、これ等の第1の固体電解質14、スペーサ板1
6及び第2の固体電解質17によって、排気ガスが導入
されるカスの拡散を制限する手段を兼ねた幅りの隙間で
あるカス導入部18を形成している。
Then, on the first solid electrolyte 14, a thickness L (L
=O, about 1 mm) spacer plates 16 are laminated, and a flat second solid electrolyte 17 is laminated on this spacer plate 16, and these first solid electrolyte 14 and spacer plate 1 are laminated.
6 and the second solid electrolyte 17 form a waste introduction portion 18 which is a wide gap that also serves as a means for restricting the diffusion of waste into which exhaust gas is introduced.

そして、第1の固体電解質14の両面に、大気導入部1
5の所定酸素濃度のカスである大気に晒される電極であ
るセンサアノード20及びガス導入部18の排気ガスに
晒される電極であるセンサカソード21を対向して設け
、これ等のセンサアノード20とセンサカソード21と
の間の酸素分圧比、すなわち大気導入部15とガス導入
部18との間の酸素分圧比に応じた電圧を出力する酸素
分圧比検出部C以下[センサセルSCJと称す)を構成
している。
Then, air introduction portions 1 are provided on both sides of the first solid electrolyte 14.
A sensor anode 20, which is an electrode that is exposed to the atmosphere, which is scum of a predetermined oxygen concentration in No. The oxygen partial pressure ratio detecting section C and below (referred to as sensor cell SCJ) outputs a voltage according to the oxygen partial pressure ratio between the cathode 21, that is, the oxygen partial pressure ratio between the atmosphere introduction section 15 and the gas introduction section 18. ing.

また、第2の固体電解質17の両面に、ガス導入部18
の排気ガスに晒される電極であるポンプカソード22及
び排気ガスに直接晒される電極であるポンプアノード2
3を対向して設け、これ等のポンプカソード22とポン
プアノード23の間に供給される電流量に応じてカス導
入部18の酸素分圧を制御する酸素分圧制御部(以下[
ポンプセルPCJと称す)を構成している。
Further, gas introduction portions 18 are provided on both sides of the second solid electrolyte 17.
A pump cathode 22 is an electrode exposed to the exhaust gas, and a pump anode 2 is an electrode directly exposed to the exhaust gas.
3 are provided facing each other, and an oxygen partial pressure control unit (hereinafter referred to as [
(referred to as pump cell PCJ).

なお、基板12の大気導入板13側表面には、第1の固
体電解質14及び第2の固体電解質17の活性を保つた
めに、これ等を加熱するヒータ25を印刷形成しである
A heater 25 for heating the first solid electrolyte 14 and the second solid electrolyte 17 is printed on the surface of the substrate 12 on the side of the air introduction plate 13 in order to maintain the activity of the first solid electrolyte 14 and the second solid electrolyte 17.

また、センサアノード20.センサカソード21には夫
々リード線2Ei、27を、ポンプカソード22.ポン
プアノード23には夫々リード線28.29を、ヒータ
25にはリードllA30゜61を接続しである。
Moreover, the sensor anode 20. Lead wires 2Ei and 27 are connected to the sensor cathode 21, respectively, and the pump cathode 22. Lead wires 28 and 29 are connected to the pump anode 23, and leads 11A30.61 are connected to the heater 25, respectively.

さらに、第1.第2の固体電解質14.17としては1
例えば ZrO2t’ Hr02 、Th02 。
Furthermore, the first. 1 as the second solid electrolyte 14.17
For example, ZrO2t' Hr02, Th02.

Bi2O3等の酸化物にC20,MgO,Y2o2゜Y
B203等を固溶させた焼結体を用い、各電極20〜2
4は白金又は金を主成分とする。
C20, MgO, Y2o2゜Y in oxides such as Bi2O3
Using a sintered body containing B203 etc. as a solid solution, each electrode 20-2
4 contains platinum or gold as a main component.

さらにまた、この実施例では、大気導入部15とカス導
入部18との間の隔壁の全体を第1の固体電解質14で
、またカス導入部18と排気カス雰囲気との間の隔壁の
全体を第2の固体電解質17で形成しているが、電極2
0〜24に対応する部分のみを固体電解質で形成しても
よい。
Furthermore, in this embodiment, the entire partition wall between the atmosphere introduction section 15 and the waste introduction section 18 is filled with the first solid electrolyte 14, and the entire partition wall between the waste introduction section 18 and the exhaust gas atmosphere is filled with the first solid electrolyte 14. Although it is formed of the second solid electrolyte 17, the electrode 2
Only the portions corresponding to 0 to 24 may be formed of solid electrolyte.

第6図は、この酸素センサを用いた空燃比検出回路の一
例を示す回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of an air-fuel ratio detection circuit using this oxygen sensor.

この空燃比検出回路は、空燃比を検出する検出回路33
及び酸素センサ11の異常を判定する異常判定回路34
とからなる。
This air-fuel ratio detection circuit includes a detection circuit 33 that detects the air-fuel ratio.
and an abnormality determination circuit 34 that determines whether the oxygen sensor 11 is abnormal.
It consists of

ます、検出回路33において、差動アンプ35は、酸素
センサ11のセンサセルSCのセンサカソード21に対
するセンサアノード20の電位Vsと、電源66からの
目標電圧(目標値)Vaとの差(V a −V s )
を検出して、その差電圧ΔVを出力する。
First, in the detection circuit 33, the differential amplifier 35 calculates the difference (V a - Vs)
is detected and the difference voltage ΔV is output.

ポンプ電流供給回路37は、差動アンプ35からの差電
圧ΔVに応じた大きさ及び方向のポンプ電流Ipを酸素
センサ11のポンプセルPCに供給して、差動アンプ3
5からの差電圧ΔVがΔV=0(Vs=Va)になるよ
うに制御する。なお、このポンプ電流供給回路67の具
体例は後述する。
The pump current supply circuit 37 supplies the pump current Ip of the magnitude and direction according to the differential voltage ΔV from the differential amplifier 35 to the pump cell PC of the oxygen sensor 11.
The voltage difference ΔV from 5 is controlled so that ΔV=0 (Vs=Va). Note that a specific example of this pump current supply circuit 67 will be described later.

つまり、これ等の差動アンプ35及びポンプ電流供給回
路37によって電流供給手段を構成している。
In other words, the differential amplifier 35 and the pump current supply circuit 37 constitute a current supply means.

そして、このポンプ電流供給回路37からポンプアノー
ド23に供給されるポンプ電流Ipを抵抗38で電圧に
変換し、この抵抗38の両端間電圧を差動アンプ3日で
検出して空燃比検出出力Viとして出力する。
Then, the pump current Ip supplied from the pump current supply circuit 37 to the pump anode 23 is converted into a voltage by a resistor 38, and the voltage across this resistor 38 is detected by a differential amplifier 3 days, and the air-fuel ratio detection output Vi Output as .

つまり、これ等の抵抗38及び差動アンプ39によって
電流検出手段を構成している。
In other words, the resistor 38 and the differential amplifier 39 constitute current detection means.

一方、異常判定回路34において、アンプ41は検出回
路33からの空燃比検出出力Viを所定倍に増幅した電
圧vbを出力し、差動アンプ42はこのアンプ41から
の電圧vbと電源43とがらの基準電圧■1どの差電圧
V c (V b−Vl )を検出して出力する。
On the other hand, in the abnormality determination circuit 34, the amplifier 41 outputs a voltage vb obtained by amplifying the air-fuel ratio detection output Vi from the detection circuit 33 by a predetermined time, and the differential amplifier 42 outputs a voltage vb that is amplified by a predetermined times the air-fuel ratio detection output Vi from the detection circuit 33. Reference voltage (1) Which differential voltage V c (V b - Vl) is detected and output.

差動アンプ44は、この差動アンプ42がらの差電圧V
cと酸素センサ11のポンプセルPcのポンプアノード
23とポンプカソード22との間の電圧Vpとの差電圧
Vd (Vp−Vc)を検出して出力する。
The differential amplifier 44 receives a differential voltage V from this differential amplifier 42.
c and the voltage Vp between the pump anode 23 and pump cathode 22 of the pump cell Pc of the oxygen sensor 11 (Vp-Vc) is detected and output.

第1のコンパレータ45は、この差動アンプ44からの
差電圧Vdと電源46からの基準電圧v2とを比較して
、Vd≧v2のときに出力信号S1をハイレベル゛H”
 にする。
The first comparator 45 compares the differential voltage Vd from the differential amplifier 44 with the reference voltage v2 from the power supply 46, and when Vd≧v2, outputs the output signal S1 to a high level (H).
Make it.

また、第2のコンパレータ46は、検出回路33からの
空燃比検出出力Viと基準電圧■3(Vs=O)とを比
較して、V i <V3(7)とき、すなわち空燃比検
出出力Viが負のときに出方信号S2をハイレベル゛H
″にする。
Further, the second comparator 46 compares the air-fuel ratio detection output Vi from the detection circuit 33 with the reference voltage ■3 (Vs=O), and when Vi<V3(7), that is, the air-fuel ratio detection output Vi When the output signal S2 is negative, the output signal S2 is set to high level (H).
”.

そして、アンド回路47は、第1のコンパレータ45か
らの出力信号S1及び第2のコンパレータ46からの出
力信号S2がいずれもハイレベルH”のときに、正(”
H’lの異常信号S3を出力する。
Then, when the output signal S1 from the first comparator 45 and the output signal S2 from the second comparator 46 are both at high level H'', the AND circuit 47 outputs a positive
An abnormal signal S3 of H'l is output.

なお、この空燃比検出回路におけるポンプ電流供給回路
37の一例を第7図に示しである。
An example of the pump current supply circuit 37 in this air-fuel ratio detection circuit is shown in FIG.

このポンプ電流供給回路37は、差動アンプ35からの
差電圧ΔVを積分する負係数積分回路50及びこの負係
数積分回路50からの積分出力Veを電流に変換するV
−I変換回路51からなる。
This pump current supply circuit 37 includes a negative coefficient integrating circuit 50 that integrates the differential voltage ΔV from the differential amplifier 35 and a V that converts the integral output Ve from the negative coefficient integrating circuit 50 into a current.
-I conversion circuit 51.

その負係数積分回路50は、抵抗52.コンデンサ53
及びオペアンプ54からなり、差動アンプ65からの差
電圧ΔVを入力して、この差電圧ΔVを積分した積分出
力VeCVe=−KSΔVdt、に;正の定数〕を出力
する。
The negative coefficient integrating circuit 50 includes a resistor 52 . capacitor 53
and an operational amplifier 54, inputs the differential voltage ΔV from the differential amplifier 65, and outputs an integral output VeCVe=−KSΔVdt, which is a positive constant] by integrating the differential voltage ΔV.

また、V−I変換回路51は、オペアンプ55゜抵抗5
6及び差動アンプ57からなり、負係数積分回路50か
らの積分出力V ’eと、ポンプアノード26に供給す
るポンプ電流I’pに応じた抵抗56の両端電圧を検出
する差動アンプ57の出力とに応じて、オペアンプ55
から積分出力Veに応じた大きさ及び方向のポンプ電流
Ipを供給する。
Further, the V-I conversion circuit 51 includes an operational amplifier 55° and a resistor 5.
6 and a differential amplifier 57, which detects the voltage across the resistor 56 according to the integral output V'e from the negative coefficient integrating circuit 50 and the pump current I'p supplied to the pump anode 26. Depending on the output, the operational amplifier 55
, a pump current Ip of a magnitude and direction corresponding to the integral output Ve is supplied.

次に、このように構成したこの実施例の作用について説
明する。
Next, the operation of this embodiment configured as described above will be explained.

ます、この空燃比検出回路のポンプ電流供給回路37は
、前述したようにセンサセルScのセンサカソード21
とセンサアノード20との間の電位Vsが目標電圧Va
になるように、ポンプセルPCにポンプ電流Ipを供給
している。
First, the pump current supply circuit 37 of this air-fuel ratio detection circuit is connected to the sensor cathode 21 of the sensor cell Sc, as described above.
The potential Vs between the sensor anode 20 and the target voltage Va
A pump current Ip is supplied to the pump cell PC so that.

つまり、カス導入部18の酸素濃度が所定酸素濃度より
も低いときには、第4図に矢示IRで示すように、ポン
プセルPCのポンプカソード22からポンプアノード2
3に向って流れるポンプ電流Ipを供給して、ポンプア
ノード23からポンプカソード22に酸素イオンを移動
させ、ガス導入部18の酸素濃度を所定酸素濃度に制御
する。
That is, when the oxygen concentration in the waste introduction section 18 is lower than the predetermined oxygen concentration, as shown by the arrow IR in FIG.
3, oxygen ions are transferred from the pump anode 23 to the pump cathode 22, and the oxygen concentration in the gas introduction section 18 is controlled to a predetermined oxygen concentration.

また、ガス導入部18の酸素濃度が所定酸素濃度よりも
高いときには、第4図に矢示ILで示すように、ポンプ
セルPCのポンプアノード26からポンプカソードに向
って流れるポンプ電流Ipを供給して、ポンプカソード
22からポンプアノード23に酸素イオンを移動させ、
カス導入部18の酸素濃度を所定酸素濃度に制御する。
Further, when the oxygen concentration in the gas introduction section 18 is higher than a predetermined oxygen concentration, a pump current Ip flowing from the pump anode 26 of the pump cell PC toward the pump cathode is supplied, as shown by the arrow IL in FIG. , transfer oxygen ions from the pump cathode 22 to the pump anode 23,
The oxygen concentration in the waste introduction section 18 is controlled to a predetermined oxygen concentration.

この場合、目標電圧Vaは、センサアノード20に発生
する電位Vsに対応する値であればどのような値でもよ
いが、電位Vsを精度よく目標値に保つためには、好ま
しくはガス導入部18の酸素濃度の変化に対して電位v
sの変化の傾きが最も大きくなるところ、つまり酸素濃
度の変化に対して電位Vsが急変する電圧値の上限と下
限の中間値に設定するのがよい。
In this case, the target voltage Va may be any value as long as it corresponds to the potential Vs generated at the sensor anode 20, but in order to accurately maintain the potential Vs at the target value, it is preferable to The potential v with respect to the change in oxygen concentration of
It is preferable to set the voltage value at a point where the slope of the change in s is the largest, that is, an intermediate value between the upper and lower limits of the voltage value at which the potential Vs suddenly changes in response to a change in oxygen concentration.

そこで、目標電圧Vaを例えばV a = 500m 
Vに設定したとすると、ポンプ電流供給回路37は、セ
ンサアノード20とセンサカソード21との間の電位V
sが、 V s =500m Vになるようにポンプア
ノード電極26にポンプ電流Ipを供給する。
Therefore, the target voltage Va is set to, for example, Va = 500m
When set to V, the pump current supply circuit 37 sets the potential V between the sensor anode 20 and the sensor cathode 21.
A pump current Ip is supplied to the pump anode electrode 26 such that V s =500 mV.

したがって、大気導入部15の酸素分圧をPC。Therefore, the oxygen partial pressure in the atmosphere introduction section 15 is PC.

カス導入部18の酸素分圧をPBとすると、酸素分圧比
PB/PCは、温度を1000 Kとしたとき、前述し
たネルンストの式((11式)より、P B / P 
C= l O” となり、PC+0.206aLmであるので、PR’p
−0,206X10−1′atmとなる。
When the oxygen partial pressure in the waste introduction part 18 is PB, the oxygen partial pressure ratio PB/PC is calculated from the above-mentioned Nernst equation ((Equation 11)) as P B / P when the temperature is 1000 K.
C= l O” and PC+0.206aLm, so PR'p
-0,206X10-1'atm.

ここで、被測定カス、例えば排気ガス中の酸素分圧をP
Aとすると、ガスの拡散を制限する手段を兼ねた隙間で
あるカス導入部18に入ってくる02の量Qは、拡散係
数をDとすると、Q=D (PA−PB) であり、PBBO2ある−ので、 Q中D−PA となる。
Here, the oxygen partial pressure in the gas to be measured, for example, the exhaust gas, is P
Assuming A, the amount Q of 02 entering the waste introduction section 18, which is a gap that also serves as a means for restricting gas diffusion, is Q=D (PA-PB), where D is the diffusion coefficient, and PBBO2 Since there is -, D-PA in Q becomes.

この02の量Qと同等の量の02を、ポンプ電流Ipに
よって第2の固体電解質17を移動させて、カス導入部
18の酸素濃度を所定酸素濃度に維持するので、 IpスQ Ip−に、・PA・・・・・・(@ となる。但し、K、は定数である。
An amount of 02 equivalent to the amount Q of 02 is moved through the second solid electrolyte 17 by the pump current Ip to maintain the oxygen concentration in the waste introduction section 18 at a predetermined oxygen concentration, so that IpsuQ Ip- ,・PA...(@). However, K is a constant.

つまり、ポンプ電流1pの値は、被測定ガスである排気
カス中の酸素分圧に比例したものとなる。
In other words, the value of the pump current 1p is proportional to the oxygen partial pressure in the exhaust gas, which is the gas to be measured.

なお、この場合、空燃比(A/F)のリーン(λ〉1)
側では、カス導入部18から排気ガス中に酸素分子をボ
ンピンクすることになるので。
In this case, the air-fuel ratio (A/F) is lean (λ>1)
On the side, oxygen molecules are pumped into the exhaust gas from the waste introduction section 18.

上のq)式はそのまま妥当する。The above equation q) is valid as is.

これに対して、空燃比のリッチ(λ〈1)側では、排気
カス中の酸素分子の量が極めて少なく。
On the other hand, on the rich (λ<1) side of the air-fuel ratio, the amount of oxygen molecules in the exhaust gas is extremely small.

その酸素分圧PAは、約10−”〜10−”(平衡酸素
分圧)になる。
The oxygen partial pressure PA will be about 10-'' to 10-'' (equilibrium oxygen partial pressure).

このとき排気カス中には二酸化炭素分子C02が多く存
在している。
At this time, there are many carbon dioxide molecules C02 in the exhaust gas.

そして、この排気カス中の酸素分圧が10−”〜10−
”のところを、カス導入部18の酸素分圧を0、206
X 10−”に維持するために、排気ガス雰囲気からカ
ス導入部18に、すなわちポンプアノード23からポン
プカソード22に酸素分子を移動させる方向のポンプ電
流IPを供給している。
Then, the oxygen partial pressure in this exhaust gas is 10-” to 10-
”, the oxygen partial pressure in the waste introduction section 18 is set to 0, 206
In order to maintain X 10-'', a pump current IP is supplied in the direction of moving oxygen molecules from the exhaust gas atmosphere to the waste introduction section 18, that is, from the pump anode 23 to the pump cathode 22.

したがって、特にポンプアノード23の表面においては
、 CO2+ 2 e −+ CO+ O−の反応が生じ、
そのO″−が第2の固体電解質17内を移動してカス導
入部18に移入する。
Therefore, especially on the surface of the pump anode 23, a reaction of CO2+ 2 e −+ CO+ O− occurs,
The O''- moves within the second solid electrolyte 17 and enters the waste introduction section 18.

そ九によって、特にポンプカソード22の表面では、 2 CO+ 02→2CO2 の反応が生じ、ボンピングによって移動させた02が消
費される。
As a result, a reaction of 2 CO+ 02→2CO2 occurs, particularly on the surface of the pump cathode 22, and the 02 transferred by the pumping is consumed.

つまり、リッチ側では、上記の反応により消費される0
2の量をポンプ電流によって計っていることになる。
In other words, on the rich side, the 0 consumed by the above reaction
This means that the amount of 2 is measured by the pump current.

そして、上記の反応は、ガス導入部1日内に拡散してく
るCOの量に比例する。すなわち、カス導入部18内で
は、上記の反応によってCOも消費され、60分圧は略
セロになってくるので、ガス導入部18に入ってくるC
Oの量Qcoは、排気カス中の00分圧をPco、拡散
係数をD′とすると、 Qco”D’ CPco 0) =D’ ・Pc。
The above reaction is proportional to the amount of CO that diffuses within one day from the gas introduction section. That is, in the gas introduction section 18, CO is also consumed by the above reaction, and the 60% partial pressure becomes approximately zero, so that the CO entering the gas introduction section 18 is
The amount of O, Qco, is calculated as follows, where Pco is the 00 partial pressure in the exhaust gas and D' is the diffusion coefficient.

となる。becomes.

したがって、リッチ側でガス導入部18内の酸素分圧を
0.206X10−”に維持するのに必要な02の量、
すなわちポンプ電流によって排気カス雰囲気からボンピ
ンクする02の量は、排気カス中のCOの濃度に比例し
た値となる。
Therefore, the amount of 02 necessary to maintain the oxygen partial pressure in the gas introduction part 18 at 0.206X10-'' on the rich side,
That is, the amount of 02 that is pumped out of the exhaust gas atmosphere by the pump current is proportional to the concentration of CO in the exhaust gas.

リッチ側では、このCO(あるいはCO+HC)の濃度
が空燃比と良い相関関係にあるので、ポンプ電流Ipは
リッチ側でも空燃比に対して連続的に変化する。
On the rich side, the concentration of CO (or CO+HC) has a good correlation with the air-fuel ratio, so the pump current Ip continuously changes with the air-fuel ratio even on the rich side.

したがって、検出回路33から出力される空燃比検出出
力Viは、第8図に示すようにリッチ域(λく1)から
リーン域(λ>l)までの空燃比に対して連続的に変化
する。
Therefore, the air-fuel ratio detection output Vi output from the detection circuit 33 changes continuously with respect to the air-fuel ratio from the rich region (λ×1) to the lean region (λ>l), as shown in FIG. .

ところか、リッチ域の空燃比を検出中に酸素センサ11
のポンプセルPCの表面にカーボン粒子が付着すると、
ポンプ電流IPがその表面のカーボンを伝ってリークす
るため、カス導入部18の酸素濃度を所定酸素濃度に制
御するためにボンピンク作用を果す有効電流量が減少す
る。
However, while detecting the air-fuel ratio in the rich range, the oxygen sensor 11
When carbon particles adhere to the surface of the pump cell PC,
Since the pump current IP leaks through the carbon on the surface, the amount of effective current that performs the pumping action to control the oxygen concentration in the waste introduction section 18 to a predetermined oxygen concentration decreases.

その結果、ガス導入部18の酸素濃度を所定酸素濃度に
維持するために検出回路33からポンプセルPCに供給
するポンプ電流Ipの値、すなわち空燃比検出出力Vi
の値は第8図に点線で示すように負の方向に大きくなる
As a result, the value of the pump current Ip supplied from the detection circuit 33 to the pump cell PC in order to maintain the oxygen concentration in the gas introduction part 18 at a predetermined oxygen concentration, that is, the air-fuel ratio detection output Vi
The value increases in the negative direction as shown by the dotted line in FIG.

したがって、このような場合には、空燃比検出出力Vi
は、実際の空燃比に正確に対応したものとならないので
、この空燃比検出出力Viによって内燃機関の空燃比を
フィードバック制御する場合には正確な空燃比に制御す
ることができなくなる。
Therefore, in such a case, the air-fuel ratio detection output Vi
does not correspond accurately to the actual air-fuel ratio, so when the air-fuel ratio of the internal combustion engine is feedback-controlled using this air-fuel ratio detection output Vi, it becomes impossible to control the air-fuel ratio to an accurate air-fuel ratio.

そこで、この空燃比検出装置にあっては、異常判定回路
34によって酸素センサ11にカーホン粒子が付着して
空燃比の検出結果が正確でなくなったことを検出するよ
うにしている。
Therefore, in this air-fuel ratio detection device, the abnormality determination circuit 34 detects that carbon particles have adhered to the oxygen sensor 11 and the air-fuel ratio detection result is no longer accurate.

次に、この異常判定回路34の作用について説明する。Next, the operation of this abnormality determination circuit 34 will be explained.

ます、この異常判定回路34に入力される酸素センサ1
1のポンプセルPCのポンプアノード23とポンプカソ
ード2−2との間の電圧VPについて述べる。
First, the oxygen sensor 1 input to this abnormality determination circuit 34
The voltage VP between the pump anode 23 and the pump cathode 2-2 of the first pump cell PC will be described.

そのポンプセルPCの等価回路は、第9図に示すように
、自己起電力EPと内部抵抗Rpとに分けることができ
る。
The equivalent circuit of the pump cell PC can be divided into a self-electromotive force EP and an internal resistance Rp, as shown in FIG.

したがって、ポンプセルPCのポンプカソード22に対
するポンプアノード23の電位Vpは。
Therefore, the potential Vp of the pump anode 23 with respect to the pump cathode 22 of the pump cell PC is.

Vp=Ep十Ip−Rp・・・・・・■となる。Vp=Ep×Ip−Rp...■.

ところで、この自己起電力Epは、前述したように排気
カス中の酸素分圧をPA、ガス導入部18の酸素分圧を
PBとすると、前述したネルンストの式より、 EP=RT/4F−j2n(PA/pB)+++■で表
わされる。
By the way, as mentioned above, this self-electromotive force Ep is calculated from the Nernst equation mentioned above, where PA is the oxygen partial pressure in the exhaust gas and PB is the oxygen partial pressure in the gas introduction part 18. EP=RT/4F-j2n It is expressed as (PA/pB)+++■.

そして、目標電圧Vaを500mVに設定したときには
、前述したように、カス導入部18の酸素分圧PBは、
約10 ”aシmに維持されている。
When the target voltage Va is set to 500 mV, as described above, the oxygen partial pressure PB of the waste introduction section 18 is
It is maintained at approximately 10" a shim.

一方、排気カス中の酸素分圧(平衡酸素分圧)PAは、
理論空燃比(λ=i)を境にして、リッチ側では約10
−”atmに、リーン側では約10−′atmになる。
On the other hand, the oxygen partial pressure (equilibrium oxygen partial pressure) PA in the exhaust gas is
On the rich side, approximately 10
-"atm, and on the lean side it becomes about 10-'atm.

それによって、自己起電力Epは、前述した■式から分
るように、空燃比(当量比λ)に対して第10図に示す
ように変化する。
As a result, the self-electromotive force Ep changes as shown in FIG. 10 with respect to the air-fuel ratio (equivalence ratio λ), as can be seen from the above-mentioned equation (2).

一方、温度が一定であれば、内部抵抗Rpはリッチ側、
リーン側のいずれでもそれぞれ略一定であり、ポンプ電
流1pは前述したようにリッチ側からリーン側までの空
燃比に比例した値となるので、前述した(ル式における
Ip−Rpは、空燃比(当量比λ)に対して前述した第
8図に示す特性と同じように変化する。
On the other hand, if the temperature is constant, the internal resistance Rp is on the rich side,
They are substantially constant on both lean sides, and the pump current 1p has a value proportional to the air-fuel ratio from the rich side to the lean side, as described above. The characteristics change with respect to the equivalence ratio λ) in the same manner as the characteristics shown in FIG. 8 described above.

したがって、ポンプセルPCのポンプカソード22とポ
ンプアノード23との間の電位Vpは、前述した+11
式より、自己起電力Epとポンプ電流Ipによる内部抵
抗RPの電圧降下分(I p−Rp)とを加えたもので
あるので、空燃比(当量比λ)に対して第11図に示す
ように変化する。
Therefore, the potential Vp between the pump cathode 22 and the pump anode 23 of the pump cell PC is +11 as described above.
From the formula, it is the sum of the self-electromotive force Ep and the voltage drop of the internal resistance RP due to the pump current Ip (I p - Rp), so the air-fuel ratio (equivalence ratio λ) is as shown in Figure 11. Changes to

ここで、第8図及び第11図から空燃比検出出力Viを
パラメータとする電位VPの特性をめると、第12図に
実線で示すようにリッチ域及びリーン域で略リニアな特
性になる。
Here, when considering the characteristics of the potential VP with the air-fuel ratio detection output Vi as a parameter from FIGS. 8 and 11, the characteristics are approximately linear in the rich and lean regions, as shown by the solid line in FIG. 12. .

ところが、前述したようにリッチ域において酸素センサ
11にカーボン粒子が付着してポンプ電流Ipがリーク
した場合には、見かけ上のポンプ電流Ipが第8図に点
線で示したように増加する(第11図の特性は変化しな
い)。
However, as described above, if carbon particles adhere to the oxygen sensor 11 in the rich region and the pump current Ip leaks, the apparent pump current Ip increases as shown by the dotted line in FIG. (The characteristics in Figure 11 do not change).

そのため、電位Vpは第12図に点線で示すように実際
よりもすれた特性になる。
As a result, the potential Vp has characteristics that are erroneous than the actual ones, as shown by the dotted line in FIG.

そこで、異常判定回路34は、第12図の実線に相当す
る特性を生成して、実際の電位VPと比較して酸素セン
サ11の異常を判定する。
Therefore, the abnormality determination circuit 34 generates a characteristic corresponding to the solid line in FIG. 12 and compares it with the actual potential VP to determine whether the oxygen sensor 11 is abnormal.

つまり、異常判定回路34は、ます差動アンプ42によ
って検出回路33からの空燃比検出出力Viをアンプ4
1で所定倍に増幅した電圧vbから基準電圧■1を減じ
る。
That is, the abnormality determination circuit 34 uses the differential amplifier 42 to convert the air-fuel ratio detection output Vi from the detection circuit 33 into the amplifier 4.
The reference voltage (1) is subtracted from the voltage vb which has been amplified by a predetermined factor in (1).

それによって、差動アンプ42から出力される電圧Vc
は、第12図に一点鎖線で示すように、空燃比検出出力
Viの負側(リッチ域)で酸素センサ11が正常なとき
の電位VPと略一致する特性になる。
As a result, the voltage Vc output from the differential amplifier 42
As shown by the dashed line in FIG. 12, on the negative side (rich range) of the air-fuel ratio detection output Vi, the potential VP has a characteristic that substantially matches the potential VP when the oxygen sensor 11 is normal.

そこで、差動アンプ44によって酸素センサ11のポン
プセルPCからの電位Vpと差動アンプ42から出力さ
れる電圧Vcとの差電圧Vd(VP Vc)をめて、第
1のコンパレータ45によってその差電圧Vdが基準電
圧72以上か否か、すなわち実際の電位VPか正常な電
位VPに対して所定値72以上ずれたか否かを判別する
Therefore, the difference voltage Vd (VP Vc) between the potential Vp from the pump cell PC of the oxygen sensor 11 and the voltage Vc output from the differential amplifier 42 is determined by the differential amplifier 44, and the first comparator 45 calculates the difference voltage. It is determined whether Vd is equal to or higher than the reference voltage 72, that is, whether or not the actual potential VP deviates from the normal potential VP by a predetermined value 72 or more.

このとき、酸素センサ11からの電位VPのすれ量が所
定値以上(Vd≧■2)、例えば第12図に点線で示す
値であれば、つまり酸素センサ11にカーホン粒子が付
着して正確な空燃比検出出力Viが得られないときには
、第1のコンパレータ45は出力信号S、を” H”に
する。
At this time, if the amount of deviation of the potential VP from the oxygen sensor 11 is more than a predetermined value (Vd≧■2), for example, the value shown by the dotted line in FIG. When the air-fuel ratio detection output Vi cannot be obtained, the first comparator 45 sets the output signal S to "H".

一方、リッチ空燃比域であれば、空燃比検出出力Viは
負になっているので、第2のコンパレータ46の出力信
号S2もH”になっている。
On the other hand, in the rich air-fuel ratio range, the air-fuel ratio detection output Vi is negative, so the output signal S2 of the second comparator 46 is also H''.

したがって、アンド回路47からの出力信号S3がH″
になり、空燃比検出出力Viが正確でないこと、つまり
酸素センサ11の異常が検出される。
Therefore, the output signal S3 from the AND circuit 47 is H''
Therefore, it is detected that the air-fuel ratio detection output Vi is not accurate, that is, an abnormality in the oxygen sensor 11 is detected.

それによって、その空燃比検出出力Viに基づいて内燃
機関の空燃比をフィードバック制御する場合に、異常判
定回路34からの出力信号S3がHになったときには、
フィードバック制御を中止してオーブン制御に移行する
ことに−よって、異常な空燃比に誤まって制御するよう
なことがなくなる。
As a result, when the air-fuel ratio of the internal combustion engine is feedback-controlled based on the air-fuel ratio detection output Vi, when the output signal S3 from the abnormality determination circuit 34 becomes H,
By discontinuing feedback control and shifting to oven control, it is possible to avoid erroneously controlling an abnormal air-fuel ratio.

なお、この実施例においては、リッチ域でのみカーボン
(−1着による酸素センサ11の異常を判定しているが
、例えばリッチ域で運転した後のり−ン域でもカーボン
付着の影響が残ることかある。
In addition, in this example, the abnormality of the oxygen sensor 11 due to carbon (-1 adhesion) is determined only in the rich region, but for example, the influence of carbon adhesion may remain even in the down region after driving in the rich region. be.

この場合には、差動アンプ42からの出力する電圧Vc
として、例えば第13図に示すように空燃比検出出力V
iをパラメータとするポンプセルPCの電極間電位VP
と略同−の特性のものを生成するようにすればよい。
In this case, the voltage Vc output from the differential amplifier 42
For example, as shown in FIG. 13, the air-fuel ratio detection output V
Interelectrode potential VP of pump cell PC with i as a parameter
What is necessary is to generate one with approximately the same characteristics as -.

このようにすることによって、リッチ域からり一ン域の
全域に亘る酸素センサ11の異常を判定することかでき
る。
By doing so, it is possible to determine the abnormality of the oxygen sensor 11 over the entire region from the rich region to the rich region.

第14図は、このような空燃比検出装置を使用した内燃
機関の空燃比制御装置の一例を示すブロック図である。
FIG. 14 is a block diagram showing an example of an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine using such an air-fuel ratio detection device.

この空燃比制御装置は、電子制御燃料噴射装置(EGI
)によって燃料を供給する内燃機関の空燃比を制御する
ものである。
This air-fuel ratio control device is an electronically controlled fuel injection device (EGI).
) controls the air-fuel ratio of the internal combustion engine that supplies fuel.

先ず、EGIによる燃料供給系における基本噴射量算出
部61は、吸入空気流量Qとエンジン回転数Nにより1
回転ごとの燃料の基本噴射量Tpを計算する。
First, the basic injection amount calculation unit 61 in the fuel supply system using EGI calculates 1 based on the intake air flow rate Q and the engine rotation speed N.
The basic injection amount Tp of fuel per rotation is calculated.

各種増量補正部62は、エンジン冷却水温Tw。The various increase correction units 62 adjust the engine coolant temperature Tw.

スロットルスイッチのオン・オフ信号等により、基本噴
射量Tpに各種増量補正(水温増量補正。
Various increase corrections (water temperature increase correction) are made to the basic injection amount Tp by the on/off signal of the throttle switch, etc.

始動及び始動後増量補正、アイドル後増量補正。Starting and after-start increase correction, after idling increase correction.

混合比増量補正等)を行ない補正噴射量T1とする。(mixture ratio increase correction, etc.) to obtain a corrected injection amount T1.

フューエルカット補正部63は、スロットルスイッチの
オン・オフ、機関回転数、車速等に基づいてフューエル
カット条件か満足されたときに、フューエルカットのた
めに補正噴射MTsにフューエルカット係数乗じて補正
噴射量T2をゼロにする。
The fuel cut correction unit 63 multiplies the correction injection MTs by a fuel cut coefficient to produce a correction injection amount when a fuel cut condition is satisfied based on on/off of the throttle switch, engine speed, vehicle speed, etc. Set T2 to zero.

空燃比補正部64は、後述する空燃比補正係数決定部7
4からの空燃比補正係数αを補正噴射量T2に乗して補
正噴射量T3として出力する。
The air-fuel ratio correction section 64 includes an air-fuel ratio correction coefficient determination section 7, which will be described later.
The corrected injection amount T2 is multiplied by the air-fuel ratio correction coefficient α from 4 and output as the corrected injection amount T3.

バッテリ電圧補正部65は、バッテリ電圧VBに応じて
補正噴射量T3を補正して燃料噴射量に応じたパルス幅
のへ″ルス信号Tiを出力する。
The battery voltage correction unit 65 corrects the corrected injection amount T3 according to the battery voltage VB and outputs a health signal Ti having a pulse width corresponding to the fuel injection amount.

それによって、パワートランジスタ66かインジェクタ
67を駆動してパルス信号Tiのパルス幅に応した時間
たけ燃料を噴射させる。7このインジェクタ67によっ
て噴射された燃料(例えばガソリン)が吸入空気と混合
さオし、その混合気がエンジンの気筒内に供給されて燃
焼する。
Thereby, the power transistor 66 or the injector 67 is driven to inject fuel for a time corresponding to the pulse width of the pulse signal Ti. 7. The fuel (for example, gasoline) injected by the injector 67 is mixed with intake air, and the mixture is supplied into the cylinders of the engine and combusted.

次に、空燃比のフィードバック制御系にかかわる部分に
ついて説明する。
Next, parts related to the air-fuel ratio feedback control system will be explained.

まず、前述したようにエンジン排気管内に取付けた酸素
センサ(空燃比センサ)11及び第6図に示す空燃比検
出回路70からなる空燃比検出装置71によって、リッ
チ域からリーン域の広範囲に亘る空燃比が連続的に検出
され、その空燃比検出口路70は各時点の空燃比(A/
F)を示す電圧信号(検出出力)■iを出力すると共に
、酸素センサ11の異常時には出力信号(異常信号)S
3を出力する。
First, as mentioned above, the air-fuel ratio detection device 71 consisting of the oxygen sensor (air-fuel ratio sensor) 11 installed in the engine exhaust pipe and the air-fuel ratio detection circuit 70 shown in FIG. The fuel ratio is continuously detected, and the air-fuel ratio detection port 70 detects the air-fuel ratio (A/
In addition to outputting a voltage signal (detection output) ■i indicating F), an output signal (abnormal signal) S is output when the oxygen sensor 11 is abnormal.
Outputs 3.

目標値決定部72は、制御目標空燃比を空燃比検出回路
70からの電圧信号VNに相当する値として目標値TL
を決定する。
The target value determination unit 72 sets the control target air-fuel ratio to a target value TL as a value corresponding to the voltage signal VN from the air-fuel ratio detection circuit 70.
Determine.

差動アンプ73は、この目標値決定部72からの目標値
TLと空燃比検出回路70から入力する実際の空燃比の
検出値である電圧信号Viとの偏差ΔVi (ΔV i
 =V i −T L)を検出して出力する。
The differential amplifier 73 calculates the deviation ΔVi (ΔV i
=V i −T L) is detected and output.

空燃比補正係数決定部64は、差動アンプ76で検出さ
れた偏差ΔViを、予め定めた積分係数で積分処理して
空燃比補正係数αを決定し、この空燃比補正係数αを空
燃比フィードバック補正部64へ出力する。
The air-fuel ratio correction coefficient determination unit 64 determines an air-fuel ratio correction coefficient α by integrating the deviation ΔVi detected by the differential amplifier 76 using a predetermined integral coefficient, and uses this air-fuel ratio correction coefficient α as an air-fuel ratio feedback. It is output to the correction section 64.

それによって、前述のように空燃比フィードバック補正
部64がこの空燃比補正係数αを予め決定されていた燃
料供給量に相当する補正噴射量T2に乗じて燃料供給量
を補正し、空燃比が目標空燃比にフィードバック制御さ
れる。
Thereby, as described above, the air-fuel ratio feedback correction section 64 multiplies the air-fuel ratio correction coefficient α by the corrected injection amount T2 corresponding to the predetermined fuel supply amount to correct the fuel supply amount, so that the air-fuel ratio becomes the target. Feedback control is applied to the air-fuel ratio.

それと共に、空燃比補正係数決定部74は空燃比検出装
置71から異常信号S3が入力されたときには、空燃比
補正係数αを予め定めた所定値に固定する。
At the same time, when the abnormality signal S3 is input from the air-fuel ratio detection device 71, the air-fuel ratio correction coefficient determination unit 74 fixes the air-fuel ratio correction coefficient α to a predetermined value.

それによって、この空燃比制御装置はフィードバック(
クローズド)制御を中止して、オーブン制御で空燃比を
制御するので、誤まった空燃比に制御するようなことが
なく、運転性が損なわれることがない。
As a result, this air-fuel ratio control device receives feedback (
Since the closed) control is stopped and the air-fuel ratio is controlled by oven control, the air-fuel ratio will not be controlled to an incorrect air-fuel ratio, and drivability will not be impaired.

第15図は、この発明で使用する酸素センサの他の例を
示す断面図である。
FIG. 15 is a sectional view showing another example of the oxygen sensor used in the present invention.

この酸素センサ81は、第1の固体電解質14と第2の
固体電解質17との間に貫通孔82.を穿設したスペー
サ板82を挟んで積層して、カス導入部18を形成する
と共に、このガス導入部18に、第2の固体電解質17
とポンプカソード22及びポンプアノード23とに穿設
したカスの拡散を制限する手段である小孔83を介して
、排気カスを導入するようにしたものである。なお、そ
の他の構成は、前記実施例と同様である。
This oxygen sensor 81 has a through hole 82. between the first solid electrolyte 14 and the second solid electrolyte 17. are stacked across a spacer plate 82 having perforations therebetween to form a waste introduction section 18, and a second solid electrolyte 17 is placed in this gas introduction section 18.
The exhaust sludge is introduced through small holes 83, which are formed in the pump cathode 22 and the pump anode 23, and are means for restricting the diffusion of scum. Note that the other configurations are the same as those in the previous embodiment.

この酸素センサ81を使用した場合でも、前記実施例と
同様な空燃比検出回路を使用することによって、第8図
に示したような空燃比検出出力VP及び第11図に示し
たような電位Vpを得ることができる。
Even when this oxygen sensor 81 is used, by using an air-fuel ratio detection circuit similar to that of the previous embodiment, the air-fuel ratio detection output VP as shown in FIG. 8 and the potential Vp as shown in FIG. can be obtained.

なお、上記実施例においては、所定酸素濃度のカスとし
て大気を使用する酸素センサにいて述べたが、これに限
るものではなく、例えばキャリブレーションカスとして
予め酸素濃度を所定値に調整したものを用いてもよい。
In the above embodiment, an oxygen sensor that uses the atmosphere as a scum with a predetermined oxygen concentration is described, but the present invention is not limited to this. For example, an oxygen sensor whose oxygen concentration has been adjusted to a predetermined value as a calibration scum may be used. You can.

さらに、酸素センサとしては、上記実施例のようにカス
の拡散を制限する手段を隙間や小孔として形成したもの
でなく、他にも多孔質体などを用いることができる。
Furthermore, the oxygen sensor is not one in which the means for restricting the diffusion of scum is formed as gaps or small holes as in the above embodiments, but other porous bodies or the like may be used.

さらにまた、この発明による空燃比検出装置は、車両用
、定置プラント用、産業用、あるいは船舶用城の各種内
燃機関の空燃比の検出、あるいは溶鉱炉等における燃焼
カスの空燃比検出等にも使用できる。
Furthermore, the air-fuel ratio detection device according to the present invention can also be used to detect the air-fuel ratio of various internal combustion engines for vehicles, fixed plants, industries, or ships, or to detect the air-fuel ratio of combustion scum in blast furnaces, etc. can.

効果 以上説明したように、この発明による空燃比検出装置は
、空気と燃料との混合気の燃焼による排気ガスがカスの
拡散を制限する手段を介して導入されるガス導入部と、
酸素イオン伝導性の固体電解質を挟んで対向する前記ガ
ス導入部のカス及び所定酸素濃度のガスに晒される電極
を有し両電極間の酸素分圧比に応じた電圧を出力する酸
素分圧比検出部と、酸素イオン伝導性の固体電解質を挟
んで対向する電極を有し両電極間に供給される電流量に
応じて前記ガス導入部の酸素分圧を制御する酸素分圧制
御部とによって酸素センサを構成して、この酸素センサ
の酸素分圧比検出部の出力電圧か予め設定した目標値と
一致するように前記酸素分圧制御部に電流を供給し、こ
の供給される電流値を空燃比を示す出力として検出する
と共に、酸素センサの酸素分圧制御部の両電極間の電圧
の検出結果及び前記電流の検出結果に基づいて酸素セン
サの異常を判定するようにしたので、リッチ域からリー
ン域までの広範囲の空燃比を連続的に検出できると共に
、空燃比の検出が正確でないことを検出でき、クロース
ト制御からオーブン制御に切換えることができるように
なるので、誤まった空燃比に制御するようなことがなく
なって運転性が損なわれることがなくなる。
Effects As explained above, the air-fuel ratio detection device according to the present invention includes a gas introduction section into which exhaust gas from combustion of a mixture of air and fuel is introduced through a means for restricting diffusion of scum;
an oxygen partial pressure ratio detection unit that has electrodes that are exposed to the dregs of the gas introduction unit and gas of a predetermined oxygen concentration, facing each other with an oxygen ion conductive solid electrolyte in between, and outputs a voltage according to the oxygen partial pressure ratio between the two electrodes; and an oxygen partial pressure control section that has electrodes facing each other with an oxygen ion conductive solid electrolyte in between and controls the oxygen partial pressure of the gas introduction section according to the amount of current supplied between both electrodes. A current is supplied to the oxygen partial pressure control unit so that the output voltage of the oxygen partial pressure ratio detection unit of the oxygen sensor matches a preset target value, and the supplied current value is used to determine the air-fuel ratio. In addition to detecting the output of In addition to being able to continuously detect a wide range of air-fuel ratios up to This eliminates the risk of impairing drivability.

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

第1図は、従来の酸素センサの一例を示す模式的断面図
、 第2図は、同じくそのセンサ出力と空燃比との関係を示
す線図。 第3図は、同じくその流し込み電流と空燃比との関係を
示す線図、 第4図及び第5図は、この発明の実施例における酸素セ
ンサの一例を示す縦断面図及び分解斜視図、 第6図は、同じく空燃比検出回路の一例を示す回路図、 第7図は、第6図のポンプ電流供給回路の一例を示す回
路図、 第8図は、空燃比検出出力と空燃比との関係を示す線図
、 第9図は、第4図の酸素センサのポンプセルの等価回路
を示す回路図、 第10図は、同じくボ゛ンブセルの自己起電力と空燃比
との関係を示す線図、 第11図は、同じくポンプセルの電極間電位と空燃比と
の関係を示す線図、 第12図は、同じく空燃比検出出力をパラメータとする
ポンプセルの電極間電位及び第6図の差動アンプ42の
出力電圧Vcを示す線図。 第16図は、空燃比検出出力をバ°ラメータとする第6
図の差動アンプ42の出力電圧Vcの他の例を示す線図
、 第14図は、この発明による空燃比検出装置を使用した
内燃機関の空燃比制御装置の一例を示すブロック図、 第15図は、この発明に使用する酸素センサの他の例を
示す断面図である。 11.81・・・酸素センサ 14・・・第1の固体電解質 15・・・大気導入部1
7・・・第2の固体電解質 18・・・カス導入部20
・・・センサアノード 21・・・センサカソード22
・・・ポンプカソード 23・・・ポンプアノードSC
・・・センサセル(酸素分圧比検出部うPC・・・ポン
プセル(酸素分圧制御部)ろ6・・・検出回路 34・
・・異常判定回路35・・・差動アンプ 36・・・電
源67・・・ポンプ電流供給回路 6S・・・差動アン
プ出願人 日産自動車株式会社 代理人 弁理士 大 澤 敬 ト、[F] k 第5図 3 第7図 第8図 第13図 幅 悟
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a conventional oxygen sensor, and FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the sensor output and the air-fuel ratio. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the injected current and the air-fuel ratio; FIGS. 4 and 5 are a longitudinal sectional view and an exploded perspective view showing an example of an oxygen sensor according to an embodiment of the present invention; FIG. FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of the air-fuel ratio detection circuit, FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of the pump current supply circuit of FIG. 6, and FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the air-fuel ratio detection output and the air-fuel ratio. Figure 9 is a circuit diagram showing the equivalent circuit of the pump cell of the oxygen sensor shown in Figure 4. Figure 10 is a diagram showing the relationship between the self-electromotive force of the bomb cell and the air-fuel ratio. , Fig. 11 is a diagram showing the relationship between the inter-electrode potential of the pump cell and the air-fuel ratio, and Fig. 12 is a diagram showing the inter-electrode potential of the pump cell and the differential amplifier of Fig. 6, similarly using the air-fuel ratio detection output as a parameter. 42 is a diagram showing the output voltage Vc of No. 42. Fig. 16 shows the sixth example using the air-fuel ratio detection output as a parameter.
FIG. 14 is a block diagram showing an example of an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine using the air-fuel ratio detection device according to the present invention; FIG. The figure is a sectional view showing another example of the oxygen sensor used in the present invention. 11.81... Oxygen sensor 14... First solid electrolyte 15... Atmosphere introduction part 1
7... Second solid electrolyte 18... Scrap introduction part 20
... Sensor anode 21 ... Sensor cathode 22
... Pump cathode 23 ... Pump anode SC
...Sensor cell (oxygen partial pressure ratio detection section PC...Pump cell (oxygen partial pressure control section) filter 6...Detection circuit 34.
... Abnormality determination circuit 35 ... Differential amplifier 36 ... Power supply 67 ... Pump current supply circuit 6S ... Differential amplifier Applicant Nissan Motor Co., Ltd. Agent Patent attorney Takato Osawa, [F] k Figure 5 3 Figure 7 Figure 8 Figure 13 Width Satoru

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 空気と燃料との混合気の燃焼による排気ガスがカス
の拡散を制限する手段を介して導入されるカス導入部と
、酸素イオン伝導性の固体電解質を挟んで対向する前記
カス導入部のカス及び所定酸素濃度のガスに晒される電
極を有し両電極間の酸素分圧比に応じた電圧を出力する
酸素分圧比検出部と、酸素イオン伝導性の固体電解質を
挾んで対向する電極を有し両電極間に供給される電流量
に応じて前記カス導入部の酸素分圧を制御する酸素分圧
制御部とからなる酸素センサと、 該酸素センサの酸素分圧比検出部の出力電圧が予め設定
した目標値と一致するように前記酸素分圧制御部に電流
を供給する電流供給手段と、該電流供給手段によって供
給される電流値を空燃比を示す出力として検出する電流
検出手段と、前記酸素センサの酸素分圧制御部の両電極
間の電圧の検出結果及び前記電流検出手段の検出結果に
基ついて前記酸素センサの異常を判定する異常判定手段
とを設けたことを特徴とする空燃比検出装置。
[Scope of Claims] 1 Opposed with an oxygen ion conductive solid electrolyte in between, a waste introduction part into which exhaust gas from combustion of a mixture of air and fuel is introduced via a means for restricting diffusion of waste. An oxygen partial pressure ratio detection part having an electrode exposed to the waste of the waste introduction part and gas of a predetermined oxygen concentration and outputting a voltage according to the oxygen partial pressure ratio between both electrodes, and an oxygen ion conductive solid electrolyte are sandwiched between the oxygen partial pressure ratio detection part and the oxygen ion conductive solid electrolyte. an oxygen sensor comprising an oxygen partial pressure control section that has opposing electrodes and controls the oxygen partial pressure of the waste introduction section according to the amount of current supplied between both electrodes; and an oxygen partial pressure ratio detection section of the oxygen sensor. current supply means for supplying a current to the oxygen partial pressure control unit so that the output voltage of the oxygen partial pressure controller matches a preset target value; and a current for detecting the current value supplied by the current supply means as an output indicating the air-fuel ratio. A detection means and an abnormality determination means for determining an abnormality of the oxygen sensor based on a detection result of a voltage between both electrodes of an oxygen partial pressure control section of the oxygen sensor and a detection result of the current detection means. Characteristic air-fuel ratio detection device.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62190461A (en) * 1986-02-17 1987-08-20 Ngk Spark Plug Co Ltd Activation detecting device for air fuel ratio sensor
JPS62197759A (en) * 1986-02-25 1987-09-01 Ngk Spark Plug Co Ltd Activation detector for air/fuel ratio detector
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