JPS6082955A - 機関の空燃比センサ - Google Patents
機関の空燃比センサInfo
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- JPS6082955A JPS6082955A JP58192889A JP19288983A JPS6082955A JP S6082955 A JPS6082955 A JP S6082955A JP 58192889 A JP58192889 A JP 58192889A JP 19288983 A JP19288983 A JP 19288983A JP S6082955 A JPS6082955 A JP S6082955A
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- pump
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- air
- sensor
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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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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
- F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
- F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
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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】
〔発明の技術分野〕
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方法に関するものであり、特にイオ
ン伝導性固体電解質で構成された酸素ポンプ式の空燃比
センサの改良に関するものである。
て空燃比を検知する方法に関するものであり、特にイオ
ン伝導性固体電解質で構成された酸素ポンプ式の空燃比
センサの改良に関するものである。
従来より、イオン伝導性固体電ｗｆＸ（例えば安定化ジ
ルコニア）で構成された酸素センサを用い、排気ガスの
酸素分圧と空気の酸素分圧との差によって生じる起電力
の変化によって理論空燃比での燃焼状態を検知すること
により、例えば自動車の機関を理論空燃比で運転するよ
うに制御することは衆知の通りである。ところで上記酸
素センサは空気と燃料との重量比率である空燃比”４が
理論空燃比１４．７である時は大きな変化出力が得られ
るが、他の運転空燃比域での変化がほとんどなく、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かできない。
ルコニア）で構成された酸素センサを用い、排気ガスの
酸素分圧と空気の酸素分圧との差によって生じる起電力
の変化によって理論空燃比での燃焼状態を検知すること
により、例えば自動車の機関を理論空燃比で運転するよ
うに制御することは衆知の通りである。ところで上記酸
素センサは空気と燃料との重量比率である空燃比”４が
理論空燃比１４．７である時は大きな変化出力が得られ
るが、他の運転空燃比域での変化がほとんどなく、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かできない。
壕だ、特開昭５６−１３０６４９号で提案されているよ
うな固体電解質酸素ポンプ式の酸素濃度測定装置では理
論空燃比の正確な検知が困難であるという問題があった
。
うな固体電解質酸素ポンプ式の酸素濃度測定装置では理
論空燃比の正確な検知が困難であるという問題があった
。
この発明は、固体電解質酸素ポンプ式の酸素濃度測定装
置を用い、機関運転中に酸素ポンプと酸素センサの極性
を切換える手段を設け、ポンプ電流の方向を切換えて酸
素ポンプの動作を逆転させ、電極１１４１の倣小間隙内
の酸素分圧が間隙外の排気ガス中の酸素分圧より高くし
たり低くし７たすして、正確な理論空燃比の検知はもち
ろん、他の位燃比をも検知することができるようにした
ものである。
置を用い、機関運転中に酸素ポンプと酸素センサの極性
を切換える手段を設け、ポンプ電流の方向を切換えて酸
素ポンプの動作を逆転させ、電極１１４１の倣小間隙内
の酸素分圧が間隙外の排気ガス中の酸素分圧より高くし
たり低くし７たすして、正確な理論空燃比の検知はもち
ろん、他の位燃比をも検知することができるようにした
ものである。
以下、この発ψｊの一実施例について断切する。
第１図はこの発ψ］の一実施例を示す構成図であり、第
２図は第１図のローｎ線に沿う断面図である。図中、（
］］はイ幾関の排気管、（２）は該排気管（１）内に配
設された空燃比センサである０該窒燃比センザ（２）は
厚さが約０．５ｍｍの平板状のイオン伝導性固体氾解質
（安定化ジルコニア）（３）の両側面にそれぞれ８金嶌
ｇ目４）および（５１を設けて構成でれた固体電解質し
累ポンプ（６）と、該酸素ポンプ（６）と同じように平
板状のイオン伝導性固体電解ｆｊＭ、（７）の両側面に
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（１ｏ）と、上記酸素ポンプ（
６）と上記削累センサ（１０）をＯ、ｌｒａｍ程度の微
小間隙ｄを介して対向配置するための支持台（ＩＩ）で
構成されている。（１２１は電子制御装置であシ、上記
酸素センサ（１０）が電極（８） 、 （９１間に発生
する起電力ｅを酸素ポンプ酸素センザ極住切シ換えスイ
ッチＳ Ｗ 、抵抗Ｒ１を介して演算増幅器Ａの反転入
力端子に印加し、上記演算増幅器Ａの非反転入力端子に
印加されている任意に変化できる基準電圧” Ｒｅ ｆ
と上記起電力θの差に比例した上記演算増幅器Ａの出力
によりトランジスタＴＲを駆動して上記酸素ポンプ（６
）の電極１４Ｈ５１間に流れるポンプ電流工Ｐを制御す
る機能を備えている。すなわち上記起電力θを一定値Ｖ
Ｉｌｌ、。
２図は第１図のローｎ線に沿う断面図である。図中、（
］］はイ幾関の排気管、（２）は該排気管（１）内に配
設された空燃比センサである０該窒燃比センザ（２）は
厚さが約０．５ｍｍの平板状のイオン伝導性固体氾解質
（安定化ジルコニア）（３）の両側面にそれぞれ８金嶌
ｇ目４）および（５１を設けて構成でれた固体電解質し
累ポンプ（６）と、該酸素ポンプ（６）と同じように平
板状のイオン伝導性固体電解ｆｊＭ、（７）の両側面に
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（１ｏ）と、上記酸素ポンプ（
６）と上記削累センサ（１０）をＯ、ｌｒａｍ程度の微
小間隙ｄを介して対向配置するための支持台（ＩＩ）で
構成されている。（１２１は電子制御装置であシ、上記
酸素センサ（１０）が電極（８） 、 （９１間に発生
する起電力ｅを酸素ポンプ酸素センザ極住切シ換えスイ
ッチＳ Ｗ 、抵抗Ｒ１を介して演算増幅器Ａの反転入
力端子に印加し、上記演算増幅器Ａの非反転入力端子に
印加されている任意に変化できる基準電圧” Ｒｅ ｆ
と上記起電力θの差に比例した上記演算増幅器Ａの出力
によりトランジスタＴＲを駆動して上記酸素ポンプ（６
）の電極１４Ｈ５１間に流れるポンプ電流工Ｐを制御す
る機能を備えている。すなわち上記起電力θを一定値Ｖ
Ｉｌｌ、。
に保つのに必要な上記ポンプ電流工、を供給する作用を
する。また、直流電源Ｂから供給される上記ポンプ電流
工、に対応した出力信号を得るための抵抗Ｒ６は上記直
流電源Ｂと対応して上記ポンプ電流■２が過大に流れな
いような所望の抵抗値が選ばれている。Ｃはコンデンサ
である。なお、切り換えスイッチＳＷは酸素センサ（１
０１の出力の極性切換と酸素ポンプ（６）のポンプ電流
工、の電流方向の切換とが連動して行なえるよう構成さ
れている。
する。また、直流電源Ｂから供給される上記ポンプ電流
工、に対応した出力信号を得るための抵抗Ｒ６は上記直
流電源Ｂと対応して上記ポンプ電流■２が過大に流れな
いような所望の抵抗値が選ばれている。Ｃはコンデンサ
である。なお、切り換えスイッチＳＷは酸素センサ（１
０１の出力の極性切換と酸素ポンプ（６）のポンプ電流
工、の電流方向の切換とが連動して行なえるよう構成さ
れている。
以上のように構成されたこの発明の空燃比センサを国産
乗用車用２０００ ｃｃのガソリン機関に装着して試験
した結果を第３図、第４図に示す。なお、過大なポンプ
電流工、が流れると上記酸素ポンプ（６）が破壊するの
で上記ポンプ電流工、は１５０ｍＡ以上流れないように
上記直流電源Ｂによシ制御した。
乗用車用２０００ ｃｃのガソリン機関に装着して試験
した結果を第３図、第４図に示す。なお、過大なポンプ
電流工、が流れると上記酸素ポンプ（６）が破壊するの
で上記ポンプ電流工、は１５０ｍＡ以上流れないように
上記直流電源Ｂによシ制御した。
第３図は上記切シ換えスイッチＳＷによシ酸素ポンプ（
６）の電極（５）から電極（４）ヘボンブ電流■１を流
して上記微小間隙ｄ内の酸素分圧が間隙外の排気ガスの
酸素分圧より高くなるようにした場合の実験結果を示し
ている。この場合、上記酸素センサ（１０）の発生する
起電力ｅは電極（８）を接地極とすると、電極（９）に
正電圧が発生する。上記起電力ｅを２０ｍＶ一定とした
場合、ポンプ電流工、は空燃比Ａ７６の変化に従って７
字形の特性を示すが、上記電力ｅを２００ｍＶ一定とす
ると理論空燃比１４．７でポンプ電流工、は急激に変化
し、空燃比Ａ４が上記理論空燃比よシ小さい範囲では空
燃比の変化に比例して上記ポンプ１Ｌ流工、が変化する
特性が得られた。上記起電力θを２０ Ｏｎ＋ Ｖ一定
とした場合、理論空燃比でのポンプ電流エアが大きく変
化するので正確に理論空燃比を検知することができると
ともに、理論空燃比より小さい空燃比も上記ポンプ電流
■。
６）の電極（５）から電極（４）ヘボンブ電流■１を流
して上記微小間隙ｄ内の酸素分圧が間隙外の排気ガスの
酸素分圧より高くなるようにした場合の実験結果を示し
ている。この場合、上記酸素センサ（１０）の発生する
起電力ｅは電極（８）を接地極とすると、電極（９）に
正電圧が発生する。上記起電力ｅを２０ｍＶ一定とした
場合、ポンプ電流工、は空燃比Ａ７６の変化に従って７
字形の特性を示すが、上記電力ｅを２００ｍＶ一定とす
ると理論空燃比１４．７でポンプ電流工、は急激に変化
し、空燃比Ａ４が上記理論空燃比よシ小さい範囲では空
燃比の変化に比例して上記ポンプ１Ｌ流工、が変化する
特性が得られた。上記起電力θを２０ Ｏｎ＋ Ｖ一定
とした場合、理論空燃比でのポンプ電流エアが大きく変
化するので正確に理論空燃比を検知することができると
ともに、理論空燃比より小さい空燃比も上記ポンプ電流
■。
に対応した出力化°号により検知することができる。
上記のように理論空燃比近傍でポンプ電流■、の変化を
大きくし理論空燃比の検知を正確にするには第３図の特
性が示すように起ｎ（力ｅを２００ｍＶにすれはよいが
、５０ｍＶ以上になれは理論空燃比でのポンプ電流１．
の変化が大きくなるので、５０ｍＶ以上とすれば実用的
には充分であることか分った。第４図は上記切シ換えス
イッチＳＷにより酸素ポンプ（６）の電板（４）から’
ｉｆ ｔｋ ＋５ｉヘホンプ電流工、電流して上記微小
間隙ｄ内のし累分圧か間隙外の排気ガスの酸素分圧より
低くなるようにした場合の実験結果を示す。この場合、
上記酸鼻センサ（１０・の発生する起電力ｅは電極（９
）を接地柾（とするとηｉ ＄９＋ （８１に正電圧か
発生ずる。上記起電力Ｏを５０ ｍＶ一定とじた場合、
ポンプ電流エアは空燃比等の変化に従って７字形の特性
を示すが、上記起電力θを２００ｍＶ一定とすると理論
空燃比１４．７でポンプ電流しは急激に変化し空燃比Ａ
６が理論空燃比よシ大きい範囲では空燃比の変化に比例
して上記ポンプ電流工。
大きくし理論空燃比の検知を正確にするには第３図の特
性が示すように起ｎ（力ｅを２００ｍＶにすれはよいが
、５０ｍＶ以上になれは理論空燃比でのポンプ電流１．
の変化が大きくなるので、５０ｍＶ以上とすれば実用的
には充分であることか分った。第４図は上記切シ換えス
イッチＳＷにより酸素ポンプ（６）の電板（４）から’
ｉｆ ｔｋ ＋５ｉヘホンプ電流工、電流して上記微小
間隙ｄ内のし累分圧か間隙外の排気ガスの酸素分圧より
低くなるようにした場合の実験結果を示す。この場合、
上記酸鼻センサ（１０・の発生する起電力ｅは電極（９
）を接地柾（とするとηｉ ＄９＋ （８１に正電圧か
発生ずる。上記起電力Ｏを５０ ｍＶ一定とじた場合、
ポンプ電流エアは空燃比等の変化に従って７字形の特性
を示すが、上記起電力θを２００ｍＶ一定とすると理論
空燃比１４．７でポンプ電流しは急激に変化し空燃比Ａ
６が理論空燃比よシ大きい範囲では空燃比の変化に比例
して上記ポンプ電流工。
が変化する特性が得られた。上記起電力ｅを２００ｍＶ
一定とした場合の特性ではポンプ電流工、が理論空燃比
で大きく変化するので理論空燃比を検知することができ
ると同時に理論空燃比よシ大きい空燃比も上記ポンプ電
流工、に対応した出力信号によシ検知することができる
。
一定とした場合の特性ではポンプ電流工、が理論空燃比
で大きく変化するので理論空燃比を検知することができ
ると同時に理論空燃比よシ大きい空燃比も上記ポンプ電
流工、に対応した出力信号によシ検知することができる
。
上記のように理論空燃比近傍でポンプ電流工、の変化を
大きくし理論空燃比の検知を正確にするには第４図の特
性が示すように起電力ｅを２００ｍＶ程度以上とする８
侠があるのがわかった。
大きくし理論空燃比の検知を正確にするには第４図の特
性が示すように起電力ｅを２００ｍＶ程度以上とする８
侠があるのがわかった。
上記のことから、機関のあらゆる運転状態での空燃比を
安定に検出するために、空燃比が理論空燃比より小さい
ときは上記微小間隙ｄ内の酸素分圧が間隙外の排気ガス
中の酸素分圧よシ高くなるように上記酸素ポンプのポン
プ電流の向きを特定方向として動作させてポンプ電流の
変化で空燃比を検出し、理論空燃比よシ空燃比が大きい
場合には逆に上記微小間隙ｄ内の酸素分圧が間隙外の排
気ガス中の酸素分圧より低くなるように上記酸素ポンプ
のポンプ電流の向きを上記特定方向と逆にして動作させ
てポンプ電流の変化で空燃比を検出するというように理
論空燃比を境として第３図。
安定に検出するために、空燃比が理論空燃比より小さい
ときは上記微小間隙ｄ内の酸素分圧が間隙外の排気ガス
中の酸素分圧よシ高くなるように上記酸素ポンプのポン
プ電流の向きを特定方向として動作させてポンプ電流の
変化で空燃比を検出し、理論空燃比よシ空燃比が大きい
場合には逆に上記微小間隙ｄ内の酸素分圧が間隙外の排
気ガス中の酸素分圧より低くなるように上記酸素ポンプ
のポンプ電流の向きを上記特定方向と逆にして動作させ
てポンプ電流の変化で空燃比を検出するというように理
論空燃比を境として第３図。
第４図に示す特性を任意に選択して空燃比を検知するこ
とができるので、大変有用である。
とができるので、大変有用である。
なお、酸素ボンダと酸素センサの極性切り換え手段は上
記酸素ポンプ酸素センサ極性切り換えスイッチに限らず
、トランジスタスイッチや又は他の手段であってもなん
らさしつかえない。
記酸素ポンプ酸素センサ極性切り換えスイッチに限らず
、トランジスタスイッチや又は他の手段であってもなん
らさしつかえない。
また、上記起電力の値によっては過大なポンプ電流が流
れることがあるのでポンプ電流は所望値以上流れないよ
うにする手段を備えるのが好ましい。
れることがあるのでポンプ電流は所望値以上流れないよ
うにする手段を備えるのが好ましい。
〔発明の効果〕
この発明は、上記ポンプ電流の方向を切ｐ換えて酸素ポ
ンプの動作を逆転させ、上記間隙内の酸素分圧が間隙外
の排気ガス中の酸素分圧よシ高くしたり低くしたりなる
ように構成するようにしたので、いままで困離であった
空燃比全域と理論空燃比を正確に検知することが容易に
できるようになった。
ンプの動作を逆転させ、上記間隙内の酸素分圧が間隙外
の排気ガス中の酸素分圧よシ高くしたり低くしたりなる
ように構成するようにしたので、いままで困離であった
空燃比全域と理論空燃比を正確に検知することが容易に
できるようになった。
第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は第
１図の■−■線に沿う断面図、第３図。 第４図は２ｏｏｏｃｃのガソリン機関を用いて試験して
得られた特性図である。 ｉｌ＋は機関の排気管、（６）は固体電解質酸素ポンプ
、（１０）は固体電解質酸素センサ、（１２）は電子制
御装置である。 代理人 大岩増雄 第１図 第２図 （′ 第３［４ 層 第１１図 ｎＡ ６Ｏ−Ｊｌ １Ｑ−−０−か−Ｃ＋喧 ＝Ｉ４０ｉ１ □
１図の■−■線に沿う断面図、第３図。 第４図は２ｏｏｏｃｃのガソリン機関を用いて試験して
得られた特性図である。 ｉｌ＋は機関の排気管、（６）は固体電解質酸素ポンプ
、（１０）は固体電解質酸素センサ、（１２）は電子制
御装置である。 代理人 大岩増雄 第１図 第２図 （′ 第３［４ 層 第１１図 ｎＡ ６Ｏ−Ｊｌ １Ｑ−−０−か−Ｃ＋喧 ＝Ｉ４０ｉ１ □
Claims (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止する固体電解質酸素センサを備え
、該酸素センサが発生する起電力を所定値に保つのに必
要な上記酸素ポンプのポンプ電流に対応した出力信号に
より上記機関の空燃比を検知するようにした空燃比セン
サにおいて、機関運転中に上記酸素ポンプと上記酸素セ
ンサの絵性を切り挨える手段を備えた機関の空燃比セン
サ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58192889A JPS6082955A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 機関の空燃比センサ |
| KR1019840005981A KR880000160B1 (ko) | 1983-10-14 | 1984-09-28 | 기관의 공연비 제어 장치 |
| EP84111936A EP0138170B1 (en) | 1983-10-14 | 1984-10-05 | Air-to-fuel ratio detector for engines |
| DE8484111936T DE3475961D1 (en) | 1983-10-14 | 1984-10-05 | Air-to-fuel ratio detector for engines |
| US06/660,274 US4586476A (en) | 1983-10-14 | 1984-10-12 | Air-to-fuel ratio detector for engines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58192889A JPS6082955A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 機関の空燃比センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6082955A true JPS6082955A (ja) | 1985-05-11 |
| JPH0412423B2 JPH0412423B2 (ja) | 1992-03-04 |
Family
ID=16298658
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58192889A Granted JPS6082955A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 機関の空燃比センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6082955A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56130649A (en) * | 1980-03-03 | 1981-10-13 | Ford Motor Co | Method of measuring oxygen partial pressure and electrochemical apparatus therefor |
-
1983
- 1983-10-14 JP JP58192889A patent/JPS6082955A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56130649A (en) * | 1980-03-03 | 1981-10-13 | Ford Motor Co | Method of measuring oxygen partial pressure and electrochemical apparatus therefor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0412423B2 (ja) | 1992-03-04 |
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