JPS61144563A - 空燃比検出方法 - Google Patents

空燃比検出方法

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Publication number
JPS61144563A
JPS61144563A JP59268130A JP26813084A JPS61144563A JP S61144563 A JPS61144563 A JP S61144563A JP 59268130 A JP59268130 A JP 59268130A JP 26813084 A JP26813084 A JP 26813084A JP S61144563 A JPS61144563 A JP S61144563A
Authority
JP
Japan
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gas
electrode
oxygen
measured
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP59268130A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaaki Uchida
正明 内田
Masao Ishitani
誠男 石谷
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.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS61144563A publication Critical patent/JPS61144563A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/4065Circuit arrangements specially adapted therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、被測定ガス中の酸素濃度あるいは一酸化炭
素濃度を測定することにより空燃比(空気と燃料との比
)の検出を行うのに利用される空燃比検出方法に関する
ものである。
(従来の技術) 空気と燃料との比である空燃比を制御すれば、燃焼機関
や燃焼装置の燃焼効率や出力効率を高めることができる
従来の空燃比検出方法としては、例えば第4図に示すよ
うなものがある。第4図において、10は#素センサで
あり、この酸素センサ10は、酸素イオン伝導性固体電
解質1の表面に大気側電極2と被測定ガス側電極3とが
設けてあり、大気側電極2は大気に接触していると共に
、被測定ガス側電極3は気体の拡散・流動を制御する拡
散層4を介して被測定ガスに接触している構造を有する
ものである。
この酸素センサ10において、被測定ガス側電極3には
定電圧vlが結線してあり、大気側電極2には2次の低
域通過フィルタを構成する演算増幅回路が結線してあり
、電位がv、+6に保たれるようにしである、そして、
演算増幅器5の出力電圧■oは、前記の値V1+eに、
前記両電極間電圧をeに保つために酸素センサ10に供
給される電流iに負帰還抵抗Rを乗じた値iRを加えた
値すなわちV1+e+iRとなる。
ここで、例えば、−酸化炭素の大気に対するポテンシャ
ルは約−1vであり、酸素の大気に対するポテンシャル
は約OVであるので、前記eの値を0.5Vとすると、
空気が過剰であるリーン時には、被測定ガスから拡散層
4を通して被測定ガス側電極3に侵入する酸素の量と、
電流iにより被測定ガス側電極3から酸素イオン伝導性
固体電解質1を通して大気側電極2に運び去られる酸素
の量とがほぼ等しくなり1反対に燃料が過剰であるリッ
チ時には被測定ガスから拡散N4を通して被測定ガス側
電極3に侵入する一酸化炭素の量と、電流iにより1大
気側電極2から酸素イオン伝導性固体電解質1を通して
被測定ガス側電極3に運び込まれる酸素の量とが当量と
なる。
そこで、拡散層4の拡散に関する係数をk[mole/
atm @ sec ]  、被測定ガスの酸素分圧を
Po2  [atllll、−酸化炭素分圧をP c 
o [atmlとすると、被測定ガス側電極3に侵入す
る酸素の量および一酸化炭素の量はそれぞれkP02゜
kPcoとなる。
一方、電流iにより運ばれる酸素の量はi / 4 F
 [mole/sea ]  (Fは77ラデ一定数)
となるので、リーン時にはkPo2=i/4F。
リッチ時にはk P c o = i / 8 Fとな
る。他方、被測定ガス中の酸素分圧および一酸化炭素分
圧は、空気過剰率(λ)に対して第5図に示すような関
係にあるので、第4図に示した回路の出力電圧Vo (
VB +e+Ri)は、空気過剰率(入)に対して第6
図に示すような関係となり、したがって出力電圧Voが
ら空気過剰率(λ)すなわち空燃比(A/F)を検出す
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方法にあっ
ては、酸素センサ10における大気側電極2と被測定ガ
ス側電極3との電位差を一定に保つために供給する電流
iの大きさから空気過剰率すなわち空燃比を検出する方
法となっていたため、電流iが大きい場合に、酸素セン
サ10の内部抵抗rによる電圧降下ir分の電位が両電
極間電位差にしめる割合も大きくなり、酸素センサ10
の起電力Eと前記値eとの差が無視できなくなり、空気
過剰率(入)が1(すなわち理論空燃比)からはなれる
にしたがって出力電圧vOが飽和状態となってしまうと
いう問題点があった。
(発明の目的) この発明は、上記した従来の問題点に着目してなされた
もので、酸素センサの内部抵抗による影響を小さくする
ことが可能であり、したがって、酸素センサの温度が変
化してその内部抵抗が変化したとしても、この内部抵抗
の変化に影響されることなく空燃比の検出を精度良く行
うことが可能である空燃比検出方法を提供することを目
的としている。
(発明の構成) この発明による空燃比検出方法は、酸素イオン伝導性固
体電解質の表面に、一方が大気に接触しかつ他方が気体
の拡散・流動を制御する制御部を介して被測定ガスに接
触する一対の多孔性電極を有する酸素センサを用い、前
記一対の電極間に電流iを供給して、前記電極間電圧を
所定電圧eと電流iに酸素センサの内部抵抗値にほゞ等
しい所定係数rを乗じた値irとの和e+irに保ち、
前記電流iの値から被測定ガス中の酸素濃度あるいは一
酸化炭素濃度を測定することにより空燃比を検出するよ
うにしたことを特徴としている。
この発明において使用される酸素センサの構造は特に限
定されず、酸素イオン伝導性固体電解質、一対の多孔性
電極、気体の拡散・流動を制御する制御部等を構成する
材質においても、従来よりこの種の酸素センサにおいて
使用される各種の素材の中から適宜選んで採用されるも
のである。
また、この発明においては、前記のように、電極間電圧
を所定電圧eと電流iに所定係数rを乗じた値irとの
和e−pi rに保つようにしているが、この発明の一
実施態様においては、この場合の所定係数rを前記酸素
イオン伝導性固体電解質の抵抗値により決定するように
なすこともでき、その場合に1例えば斂素イオン伝導性
固体電解質の抵抗値を検知するための電極を前記一対の
多孔性電極とは別に設けるようになすこともできる。
(実施例) 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
害mat 第1図はこの発明の一実施例を示す図である。
第1図において、10は酸素センサであり、この酸素セ
ンサ10は、酸素イオン伝導性固体電解質1の表面に大
気側電極2と被測定ガス側電極3とが設けてあり、大気
側電極2は大気に接触していると共に、被測定ガス側電
極3は気体の拡散◆流動を制御する制御部としての拡散
層4を介して被測定ガスに接触している構造を有するも
のである。
この酸素センサ10において、被測定ガス側電極3には
定電圧v1が結線してあり、大気側電極2には2次の低
域通過フィルタを構成する演算増幅回路が結線しである
。この場合、大気側電極2は演算増幅器5の反転入力端
子(−)に結線しであると共に、出力電圧vOが抵抗R
を介して結線してあって、電流iが一対の電極2.3間
に供給されるようにしである。一方、演算増幅器5の非
反転入力端子(+)にはV1+eが抵抗R2を介して入
力しであると共に、出力電圧Voが抵抗R,を介して入
力してあって正帰還がなされている。
次に上記実施例1による回路の作用を説明する。
演算増幅器5の非反転入力端子(+)にはV1+eが抵
抗R2を介して入力されると共に、出力電圧Voが抵抗
R1を介して入力されるので、その電圧は、 ((Vl + e) R1+V o R2)/(R1+
R2)となるが、 これはVo−Riに等しいので、結局、Vl +e+ 
(RR2/R1)iとなる。
ここで、酸素センサ10の内部抵抗rが一定であるとし
て、各抵抗RI  + R2の値をR2/R1= r 
/ Rとなるように選べば、前述の非反転入力端子(+
)の電圧はV1+e+irとなり、大気側電極2と被測
定ガス側電極3との電位差はemirに保たれるので、
酸素センサ10の起電力Eは前記電圧eに常に対応し、
出力電圧VOと空気過剰率入との関係は第2図に示すよ
うにほぼリニアな関係となる。したがって、出力電圧v
Oがら空気過剰率λすなわち空燃比(A/F)を精度よ
く検出することができる。
実施例2 第3図はこの発明の他の実施例を示す図である。第3図
において、10は酸素センサであり、この酸素センサ1
0は、酸素イオン伝導性固体電解質1の表面に大気側電
極2と被測定ガス側電極3とが設けてあり、大気側電極
2は大気に接触していると共に、被測定ガス側電極3は
気体の拡散拳流動を制御する制御部としての拡散層4を
介して被測定ガスに接触しており、さらに酸素イオン伝
導性固体電解質1の片面に、当該酸素イオン伝導性固体
電解質1の抵抗値を検知するための一対の抵抗測定用電
極6.7を設けた構造を有するものである。
この酸素センサ10において、被測定ガス側電極3には
定電圧v1が結線してあり、大気側電極2には2次の低
域通過フィルタを構成する演算増幅回路が結線しである
。この場合、大気側電極2は演算増幅器5の反転入力端
子(−)K結線しであると共に、出力電圧vOが抵抗R
を介して結線してあって、電流iが一対の電極2,3間
に供給されるようにしである。一方、演算増幅器5の非
反転入力端子(+)にはy、+eが前記抵抗測定用電極
6.7を介して入力しであると共に、出力電圧vOが抵
抗R3を介して入力してあって正帰還がなされている。
次に上記実施例2による回路の作用を説明する。
抵抗測定用電極6.7における電極間抵抗をr′とする
と、演算増幅器5の非反転入力端子(+)にはV1+e
が抵抗r′を介して入力されると共に、出力電圧VOが
抵抗R3を介して入力されるので、その電圧は、 ((V+ +e)R3+Vor’ )/ (R3+” 
)となるが、 これはVo−Riに等しいので、結局。
Vl + e + (Rr’ / Ra )  iとな
る。
ここで、酸素センサ10の内部抵抗rが温度により変化
したとしても、前記電極間抵抗r′も同じ比率で変化す
るので、各抵抗の値がR3=Rr’/rとなるように選
べば、前述の非反転入力端子(+)の電圧はVl +e
+i rとなり、大気側電極2と被測定ガス側電極3と
の電位差はe+irに保たれるので、酸素セゾサ10の
起電力Eは前記電圧eに常に対応し、酸素センサ10の
温度変化により内部抵抗rが変化したとしても、出力電
圧vOと空気過剰率λとの関係は第2図に示したように
ほぼリニアな関係となる。したがって、出力電圧VOが
ら空気過剰率入すなわち空燃比(A/F)を精度よく検
出することができる。
(発明の効果) 以上説明してきたように、この発明による空燃比検出方
法では、酸素イオン伝導性固体電解質の表面に、一方が
大気に接触しかつ他方が気体の拡散・流動を制御する制
御部を介して被測定ガスに接触する一対の多孔性電極を
有する酸素センサを用い、前記一対の電極間に電流iを
供給して、前記電極間電圧を所定電圧eと電流iにはゾ
酸素センサの内部抵抗値に等しい所定係数rを乗じた値
irとの和e+irに保ち、前記電流iの値から被測定
ガス中の酸素濃度あるいは一酸化炭素濃度を測定するこ
とにより空燃比を検出するようにしたから、酸素センサ
の内部抵抗による空燃比検出への影響を小さくすること
が可能であり、したがって酸素センサの温度変化による
内部抵抗変化による影響をほとんどなくすことができ、
空燃比の検出を精度良く行うことが可能であるという非
常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例1において空燃比の検出に使
用した回路の説明図、第2図は第1図の回路を使用した
場合の空気過剰率と出力電圧との関係を示すグラフ、第
3図はこの発明の実施例2において空燃比の検出に使用
した回路の説明図、第4図は従来の空燃比検出に使用し
た回路の説明図、第5図は空気過剰率と被測定ガス中の
COおよび02分圧との関係を説明するグラフ、f:j
S6図は従来における空気過剰率と出力電圧との関係を
示すグラフである。 1・・・酸素イオン伝導性固体電解質、2.3・・・一
対の多孔性電極、 4・・・多孔質拡散層(気体の制御部)、5・・・演算
増幅器、 6.7・・・一対の抵抗測定用電極。 R,、R3・・・正帰還用抵抗。 特許出願人  日産自動車株式会社 代“短大弁理士 小 ta    毫 !仮通刺傘(功 第5図 第6図 v!l涛α)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)酸素イオン伝導性固体電解質の表面に、一方が大
    気に接触しかつ他方が気体の拡散・流動を制御する制御
    部を介して被測定ガスに接触する一対の多孔性電極を有
    する酸素センサを用い、前記一対の電極間に電流iを供
    給して、前記電極間電圧を所定電圧eと電流iにほゞ酸
    素センサの内部抵抗値rを乗じた値irとの和e+ir
    に保ち、前記電流iの値から被測定ガス中の酸素濃度あ
    るいは一酸化炭素濃度を測定することにより空燃比を検
    出することを特徴とする空燃比検出方法。
  2. (2)内部抵抗値rを酸素イオン伝導性固体電解質の抵
    抗値により決定するようにした特許請求の範囲第(1)
    項記載の空燃比検出方法。
JP59268130A 1984-12-18 1984-12-18 空燃比検出方法 Pending JPS61144563A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61180131A (ja) * 1985-02-06 1986-08-12 Hitachi Ltd 自動車用空燃比センサ
JPH05240829A (ja) * 1992-12-04 1993-09-21 Hitachi Ltd 空燃比センサ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61180131A (ja) * 1985-02-06 1986-08-12 Hitachi Ltd 自動車用空燃比センサ
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