JPS6039549A - 機関の空燃比センサ - Google Patents

機関の空燃比センサ

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JPS6039549A
JPS6039549A JP58148574A JP14857483A JPS6039549A JP S6039549 A JPS6039549 A JP S6039549A JP 58148574 A JP58148574 A JP 58148574A JP 14857483 A JP14857483 A JP 14857483A JP S6039549 A JPS6039549 A JP S6039549A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxygen
sensor
fuel ratio
pump
air
Prior art date
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Pending
Application number
JP58148574A
Other languages
English (en)
Inventor
Setsuhiro Shimomura
下村 節宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP58148574A priority Critical patent/JPS6039549A/ja
Publication of JPS6039549A publication Critical patent/JPS6039549A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/417Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes

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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、内燃機関等の排気ガス中の酸素濃度を測定
して空燃比を検知する装置に関するもので、特にイオン
伝導性固体電解質で構成された酸素ポンプ式の空燃比セ
ンサの改良に関するものである〇 従来より、イオン伝導性固体電解質(たとえば安定化ジ
ルコニア)で構成された酸素センサを用い、排気ガスの
酸素分圧と空気の酸素分圧との差によって生じる起電力
の変化によって理論空燃比での燃焼状態を検知すること
によ)、たと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周知である。ところで、上記酸素
センサは空気と燃料との重量比率である空燃比〜争が理
論空燃比14.7である時は大きな変化出力が得られる
が、他の運転空燃比域では出力変化が殆んどなく、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。かかる不都合
を解消し任意の空燃比で機関を運転可能にする酸素ポン
プ式空燃比センサが提案されているが、特性の温度によ
る変化が著しく実用に至らない。
第1図は従来の酸素ポンプ式空燃比センサの構成図、第
2図は第1図の■−■線に沿う断面図である。図におい
て、1は機関の排気管、2は排気管1内に配設された空
燃比センサである。とのセンサ2は厚さが約0.5朋の
平板状のイオン伝導性固体電解質(安定化ジルコニア)
3の両側面にそれぞれ白金電極4,5を設けて構成され
た固体電解質酸素ポンプ6と、このポンプ6と同じよう
に平板状のイオン伝導性固体電解質70両側面にそれぞ
れ白金電極8および9を設けて構成された固体電解質酸
素センサ10と、上記酸素ポンプ6と酸素センサ10を
0.1朋程度の微小間隙dを介して対向配置するための
支持台11で構成されている。12は制御装置であり、
酸素センサ10が電極8,9間に発生する起電力eを抵
抗R1を介して演算増幅器Aの反転入力端子に印加し、
上記増幅器Aの非反転入力端子に印加されている基準電
圧Vと上記起電力eの差異に比例した上記演算増幅器A
の出力によシトランジスタTRを駆動して上記酸素ポン
プ6の電極4,5間に流すポンプ電流Ipを制御する機
能を備えている。すなわち上記起電力eを所定値Mに保
つのに必要なポンプ電流Ipを供給する作用を行なう。
またポンプ電流供給手段である直流電源Bから供給され
るポンプ電流Ipに対応した出力信号を得るための抵抗
Roを備えている。この抵抗Roは直流電源Bと対応し
てポンプ電流1pが過大に流れないような所望の抵抗値
が選ばれている。Cはコンデンサであって、演算増幅器
Aとで積分器を構成し起電力eを所定値(Vlに正確に
一致させるように作用する。
上記のように構成した従来の酸素ポンプ式空燃比センサ
の特性例を第3図に示す。この図において実線は空燃比
センサの温度がたとえば600°Cのときの空燃比と酸
素ポンプ6の電流の関係を示しておシ、破線はたとえば
800℃のときの上記と同様の関係を示している。この
ような特性変動は酸素ポンプ6および酸素センサ10を
構成するイオン伝導性固体電解質3,7の温度が変化す
ると、イオン伝導度が変化することによって生じるもの
と考えられる。実験によると空燃比センサの温度を機関
排気の温度範囲に亘って変化させると同一の空燃比に対
応する酸素ポンプ6の電流は数10%に及ぶことが判明
しておシ、空燃比センサとしての実用には耐えられない
。第4図は第1図の空燃比センサのイオン伝導性固体電
解質3または7に有する電気抵抗の温度依存性を示す図
であって、各種固体電解質に共通の特性である。
この発明は第4図の特性を応用し、温度による特性の変
化を空燃比センサ自身の内部抵抗によシ検出して補正を
行なうようにした空燃比センサを提供することを目的と
している。
以下この発明の一実施例を図について説明する。
第5図において、13は2チヤンネルのA/b変換器、
14はポンプ電流ipおよび酸素ポンプ6の内部抵抗r
eを算出する演算部、15はポンプ電流ipおよび内部
抵抗reによって補正したポンプ電流ip/を算出する
補正部である。なおその他の構成要素は第1図と同一で
あるので説明は省略する。
次にこの発明の作用について説明する。抵抗ROの各々
の端子電圧vl + V2は次の式で与えられる。
v、 = ip ・(Ro + re)7、= tp 
@ re とこでipは酸素ポンプ6のポンプ電流、reは酸素ポ
ンプ6の内部抵抗である。
端子電圧vl r v2は演算処理を容易にするためA
ろ変換器13によってディジタル信号に変換されている
。ディジタル化された端子電圧vl l v2は演算部
14に与えられる。そして演算部では、ip −(v+
 −v2)÷RO re = v2÷ip の演算が行なわれ、両端子電圧vI + v2から酸素
ポンプ6のポンプ電流ipおよび内部抵抗reが算出さ
れ、そしてipおよびreは補正部15に与えられる。
補正部15は上記ポンプ電流ipを内部抵抗reで補正
しip/とじて出力する。この補正方法を第6,7図を
用いて説明する。第6図はil)’1tl)およびre
各々の変数の相関を示している。この相関は内部抵抗r
eとセンサ温度の相関(第4図)およびセンサ温度と空
燃比を指示するポンプ電流ipの相関(第3図)を考慮
したものであって、測定時の内部抵抗reを知ることに
よってポンプ電流ipを温度補正したip/をめること
ができる。そこで補正部15に第6図の特性ip’= 
f (1p−re)を予め記憶させておき、ポンプ電流
ipおよび内部抵抗reから温度補正したip′を演算
し出力することが可能である。
ところで関数形ip’= f (1p−re)を予め規
定するのが困難な場合もあるが、その場合は第7図に示
すようなマツプデータによる補正が実用的である。
第7図に示したマツプはマイクロプロセッサKjつて制
御システムを構成する際によく使用される公知のもので
あるので詳述はしないが、内部抵抗Tel 、 re2
 、 re3・・・に対応してポンプ電流ipを正しく
空燃比を指示するよう読み換えた値ip′が表記されて
いる。この表は予めテストをして実測データを元に作成
するので関数形が不明であっても容易に作成可能である
。補正方法は補正部15に予めこの表を記憶させておき
、ポンプ電流ipと内部抵抗reの値から温度補正した
ip′を検索し出力する。
なお、第7図の表はip 、 reを適度に区分して代
表点で作成しであるが、実際に演算部14が出力する実
データip 、 reは代表点とは限らないので、たと
えば四捨五入によって最寄の代表点の数値を使うか、あ
るいはデータip 、 reをはさむ両側の代表点の数
値を使用して補間演算する方法などが実用的である。
以上説明したようにこの発明によれば、酸素ポンプ式空
燃比センサの内部抵抗を検出し、この内部抵抗値がセン
サ温度に対応していることを利用して酸素ポンプ電流を
温度補正するようにしたので、酸素ポンプ式空燃比セン
サの実用化が可能となった。温度を検出する手段として
酸素ポンプまたは酸素センサを構成するイオン伝導性固
体電解質の電気抵抗値を用いたので、特別な測温センサ
を必要としないですむ。また酸素ポンプ側の内部電気抵
抗値を利用する場合にあっては、電流値を元に測定して
いるため、酸素ポンプの端子電圧のみを追加的に計測す
れば容易に内部抵抗を演算可能である。さらに演算部や
補正部の構成要素は、マイクロプロセッサによる処理が
可能であジ、機関の空燃比を制御するシステムをマイク
ロプロセッサで構成している場合にあっては機能を流用
できるのでハードウェアの追加が殆んど無用である。
このようにこの発明では構成を複雑化せず、かつ高コス
トになることなく優れた特性を有する空燃比センサが得
られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の酸素ポンプ式の空燃比センサの構成図、
第2図は第1図の■−■線に沿う断面図、第3図は第1
図におけるセンサの特性図、第4図は同じく温度と内部
抵抗の関係を示す特性図、第5図はこの発明による空燃
比センサの構成図、第6図は補正部に付寄する特性図、
第7図は同じくマツプ図である。 l・・・排気管、6・・・酸素ポンプ、10・・・酸素
センサ、12 、12’・・・制御装置、13・・・〜
を変換器、14・・・演算部、15・・・補正部。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す0 代理人 大岩増雄 第 1 図 第3図 第4図 ] 第6図 t

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)機関の排気ガスを導入する間隙部と、この間隙部
    内の酸素分圧を制御する固体電解質酸素ポンプと、上記
    間隙部内の酸素分圧と上記間隙部外の排気ガス中の酸素
    分圧に対応した起電力を発生する固体電解質酸素センサ
    とを備え、この酸素センサが発生する起電力を所定値に
    保つのに必要な上記酸素ボンダのポンプ電流に対応した
    出力信号により上記機関の空燃比を検知するようにした
    空燃比センサにおいて、上記酸素ポンプまたは酸素セン
    サの少なくとも一方の内部抵抗値を検出し、この内部抵
    抗値に応じて酸素ポンプのポンプ電流に対応した出力信
    号に補正を与える手段を備えた機関の空燃比センサ。
  2. (2)上記補正手段は酸素ポンプのポンプ電流に対応し
    た出力信号および内部抵抗をパラメータとしたマツプ値
    によシ演算して行なうことを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の機関の空燃比センサ。
JP58148574A 1983-08-12 1983-08-12 機関の空燃比センサ Pending JPS6039549A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61294359A (ja) * 1985-09-03 1986-12-25 Honda Motor Co Ltd 酸素濃度検出装置
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