JPS6191559A - 空燃比センサ - Google Patents
空燃比センサInfo
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- JPS6191559A JPS6191559A JP59212542A JP21254284A JPS6191559A JP S6191559 A JPS6191559 A JP S6191559A JP 59212542 A JP59212542 A JP 59212542A JP 21254284 A JP21254284 A JP 21254284A JP S6191559 A JPS6191559 A JP S6191559A
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- Japan
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- electrode
- air
- fuel ratio
- electrodes
- voltage
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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
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、自動車など内燃機関に用いる空燃比センサに
係り、特にリッチ領域からり一ン領域までの幅広い空燃
比を高精度に検出可能な空燃比センサに関する。
係り、特にリッチ領域からり一ン領域までの幅広い空燃
比を高精度に検出可能な空燃比センサに関する。
内燃機関はその機関状態に応じて、空気過剰率λがλ〈
１の領域（リッチ領域）、λ＝１（理論空燃比）、λ〉
１の領域（リーン領域）で運転することが望ましい。そ
こで、単一の空燃比センサでリッチ領域からり一ン領域
までの空燃比を幅広く検出することが要求されている。
１の領域（リッチ領域）、λ＝１（理論空燃比）、λ〉
１の領域（リーン領域）で運転することが望ましい。そ
こで、単一の空燃比センサでリッチ領域からり一ン領域
までの空燃比を幅広く検出することが要求されている。
これに対して、排ガス中の酸素濃度や一酸化炭素などの
未然ガス鏝度から各領域の空燃比を個別的に検出する原
理は知られているものの、単一の空燃比センサを用い簡
単な手法で幅広い領域の空燃比を連続的に検出すること
は実現されていない。
未然ガス鏝度から各領域の空燃比を個別的に検出する原
理は知られているものの、単一の空燃比センサを用い簡
単な手法で幅広い領域の空燃比を連続的に検出すること
は実現されていない。
ここで、各領域の空燃比を個別に検出するセンサの基本
原理を第５図を用いて説明する。第５図において、セン
サは同図（ａ）に示すように電極１、ジルコニア固体電
解質２、電極３、保護膜４及び゛成流計５よりなる。こ
の構造は、特開昭５３−６６２９２号公報で知られてい
るように、電極１を陰極、電極３を陽極として両磁極間
に約０．５ボルトの励起電圧Ｅを印加し、λ〈１のリッ
チ領域を検出するものである。すなわち、保護膜４はガ
ス拡散抵抗体として機能し、この保護膜４中を電極３部
へ拡散する一酸化炭素などの未燃ガスと燃焼反応する酸
素ガスは大気ｙ囲気と煮する電極１部から電極３部へと
ジルコニア固体電解質２中を酸素イオンの形で移送され
る。従って、電流計５で計測されるポンプ電流Ｉｐは、
電極１から電極３へ移送される酸素イオンの量と保ａ膜
４中を電極３部へ拡散する未燃ガスの量に対応する。こ
の第５図のセンサは前記ポンプ電流Ｉｐの値からリッチ
領域の空燃比をアナログ的に検出するものである。
原理を第５図を用いて説明する。第５図において、セン
サは同図（ａ）に示すように電極１、ジルコニア固体電
解質２、電極３、保護膜４及び゛成流計５よりなる。こ
の構造は、特開昭５３−６６２９２号公報で知られてい
るように、電極１を陰極、電極３を陽極として両磁極間
に約０．５ボルトの励起電圧Ｅを印加し、λ〈１のリッ
チ領域を検出するものである。すなわち、保護膜４はガ
ス拡散抵抗体として機能し、この保護膜４中を電極３部
へ拡散する一酸化炭素などの未燃ガスと燃焼反応する酸
素ガスは大気ｙ囲気と煮する電極１部から電極３部へと
ジルコニア固体電解質２中を酸素イオンの形で移送され
る。従って、電流計５で計測されるポンプ電流Ｉｐは、
電極１から電極３へ移送される酸素イオンの量と保ａ膜
４中を電極３部へ拡散する未燃ガスの量に対応する。こ
の第５図のセンサは前記ポンプ電流Ｉｐの値からリッチ
領域の空燃比をアナログ的に検出するものである。
また、第５図（ｂ）に示すように保護膜４を介して排気
雰囲気と接する電極３を基準として、両電極間の起電力
ｅ２を検出すると、このｅユ値は理論空燃比で約１ボル
ト、ステップ状に変化する。従って、ｅλ直からλ＝１
をほぼディジタル的に検出できる。このことは特開昭４
７−３７５９９号公報などで知られている。
雰囲気と接する電極３を基準として、両電極間の起電力
ｅ２を検出すると、このｅユ値は理論空燃比で約１ボル
ト、ステップ状に変化する。従って、ｅλ直からλ＝１
をほぼディジタル的に検出できる。このことは特開昭４
７−３７５９９号公報などで知られている。
なお、第５図（Ｃ）に示すように電極３を陰極として両
磁極間に約０．５ボルトの励起電圧Ｅを印加すると、Ｔ
１１．極３から磁極１へ酸素イオンがポンピングされ、
−流計５でポンプ電流Ｉｐが計測される。
磁極間に約０．５ボルトの励起電圧Ｅを印加すると、Ｔ
１１．極３から磁極１へ酸素イオンがポンピングされ、
−流計５でポンプ電流Ｉｐが計測される。
このポンプ電流Ｉｔ Ｉ ｐは保護膜４を介して電極３
部へ拡散する酸素の量に対応する。従って、このＩｐ値
からλ〉１のリーン領域を検出できる。このことは特開
昭５２−６９６９０号公報で知られている。
部へ拡散する酸素の量に対応する。従って、このＩｐ値
からλ〉１のリーン領域を検出できる。このことは特開
昭５２−６９６９０号公報で知られている。
このような従来の空燃比センサの特性は例えば第６図に
示すようなものとなる。第６図において、リーン領域の
特性は一点鎖線、リッチ領域の特性は点線、理論空燃比
点の検出特性は実線で示している。
示すようなものとなる。第６図において、リーン領域の
特性は一点鎖線、リッチ領域の特性は点線、理論空燃比
点の検出特性は実線で示している。
このように、従来においては各領域を個別に検出するこ
とは公知であるが、幅広い空燃比を一貫した手法で円滑
に検出する方法は未だ明らかにされていない。
とは公知であるが、幅広い空燃比を一貫した手法で円滑
に検出する方法は未だ明らかにされていない。
なお、第５図（ｂ）に示したセンサは拡散律速に基づい
た原理でないため、同図Ｑ保護膜４のガス拡散抵抗度合
は第５図（ａ）、 （Ｃ）の場合よシ小さく設計される
。また、第５図（ｂ）の保護膜４の厚さは他に比べて、
薄く作られる。一方、電極間に一定の電流を励起して両
電極間に発生する端子電圧がら空燃比をアナログ的に検
出する技術が特開昭５５−６２３４９号公報などで知ら
れている。しかし、ここでは、両電極間に励起する電流
の向きを変えることによってリッチ及びリーン領域の空
燃比を検出できることが示されているものの、どのよう
な方法で、どの時点で極性を切換えるべきかは示されて
いない。
た原理でないため、同図Ｑ保護膜４のガス拡散抵抗度合
は第５図（ａ）、 （Ｃ）の場合よシ小さく設計される
。また、第５図（ｂ）の保護膜４の厚さは他に比べて、
薄く作られる。一方、電極間に一定の電流を励起して両
電極間に発生する端子電圧がら空燃比をアナログ的に検
出する技術が特開昭５５−６２３４９号公報などで知ら
れている。しかし、ここでは、両電極間に励起する電流
の向きを変えることによってリッチ及びリーン領域の空
燃比を検出できることが示されているものの、どのよう
な方法で、どの時点で極性を切換えるべきかは示されて
いない。
本発明の目的は、リッチ領域からリーン領域までの幅広
い空燃比を簡単な方法で高精度に検出可能な空燃比セン
サを提供するにある。
い空燃比を簡単な方法で高精度に検出可能な空燃比セン
サを提供するにある。
本発明は、第１と第２の電極を有する袋管状のジルコニ
ア固体電解質の外側へ第３の４極を形成し、さらに前記
第１と第２の電極間の起電力から理論空燃比を検出する
第１の演算を設けると共に、第１の演算器の出力信号と
設定電圧との差電圧に応じた励起電圧Ｅを第３の電極へ
印加する第２の演算器を設け、前記第３の電極とＭ２の
電極間の差電圧、すなわち励起電圧の極性をλ＝１で自
動的に切換えることによシ、幅広い空燃比を円滑に、連
続的に、しかも高精度に検出するものである。
ア固体電解質の外側へ第３の４極を形成し、さらに前記
第１と第２の電極間の起電力から理論空燃比を検出する
第１の演算を設けると共に、第１の演算器の出力信号と
設定電圧との差電圧に応じた励起電圧Ｅを第３の電極へ
印加する第２の演算器を設け、前記第３の電極とＭ２の
電極間の差電圧、すなわち励起電圧の極性をλ＝１で自
動的に切換えることによシ、幅広い空燃比を円滑に、連
続的に、しかも高精度に検出するものである。
以下、実施例により本発明の詳細な説明する。
まず、本発明による空燃比センサの実装状態を第１図に
示す。第１図において、袋管状の検出部ｌＯは孔１１を
有する保護管１２内に配置され、ネジ１３を有する栓体
１４内に固着されている。
示す。第１図において、袋管状の検出部ｌＯは孔１１を
有する保護管１２内に配置され、ネジ１３を有する栓体
１４内に固着されている。
そして、排ガスの流動する排気管１５に装着される。な
お、検出部の各電極は３本のリード線１６を介して空燃
比センサの制御回路と接続される。
お、検出部の各電極は３本のリード線１６を介して空燃
比センサの制御回路と接続される。
次に、本発明による空燃比センサの一実施例を第２図に
示す。この実施例の図は、袋管状ジルコニア固体喝解質
先喘の恢出部とその駆動回路の構成を示している。第２
区において、袋管状ジルコニア固体電解質２０の先端部
に３つの電極を形成しである。すなわち、内側には大気
雰囲気と接する第１の電極２１、外側には保護膜２２を
介して排気８４気と接する第２の電極２３及び第３の電
極２４を形成しである。これらの電極２１，２３゜２４
は白金系の材料から成シ、約１１０ｌ１の厚さである。
示す。この実施例の図は、袋管状ジルコニア固体喝解質
先喘の恢出部とその駆動回路の構成を示している。第２
区において、袋管状ジルコニア固体電解質２０の先端部
に３つの電極を形成しである。すなわち、内側には大気
雰囲気と接する第１の電極２１、外側には保護膜２２を
介して排気８４気と接する第２の電極２３及び第３の電
極２４を形成しである。これらの電極２１，２３゜２４
は白金系の材料から成シ、約１１０ｌ１の厚さである。
″１ｆｃ１保護膜２２は多孔質のセラミックス材料から
なり、第２の電極２３上の厚さは約１００μｍ１第３の
電極２４上の厚さは約数１００μｍである。このように
、第３の電極２４上の保護膜の厚さは厚く、ガス拡散抵
抗の度合が第２の電極２３部よシ第３の電極２４部の方
が大きくなっている。これは、第２の電極２３でλ＝１
を高応答で検出し、第３の電極２４でλ〉ｌを検出する
ためである。
なり、第２の電極２３上の厚さは約１００μｍ１第３の
電極２４上の厚さは約数１００μｍである。このように
、第３の電極２４上の保護膜の厚さは厚く、ガス拡散抵
抗の度合が第２の電極２３部よシ第３の電極２４部の方
が大きくなっている。これは、第２の電極２３でλ＝１
を高応答で検出し、第３の電極２４でλ〉ｌを検出する
ためである。
次に、第１の電極２１と第３の電極２４間には第１の差
動増幅器２５と第２の差動増幅器２６が接続される。そ
して、各差動増幅器２５．２６には複数の抵抗が接続さ
れ、その増幅率を決めている。この実施例の場合、第１
の増幅器２５及び第２の増幅器２６の増幅率はそれぞれ
２倍と１倍に設定しである。第１の増幅器２５は第１の
電極２１と第２の′成極２３間の起電力ｅ、から理論空
燃比すなわちλ＝１を・演出し、２ｅｉなる出力信号を
第２の差動増幅器２６に送る。すると、第２の瑠φ■ル
２６は、設定電圧をｅｌｌとすると、２ｅλ−ｅＢなる
出力１４圧を発生する。そこで、ジルコニア固体電解質
２０のポンピング電流Ｉｐを検出する電流検出抵抗２７
を介して第２０差動増幅器２６の出力端子を第３の電極
２４と接続する。
動増幅器２５と第２の差動増幅器２６が接続される。そ
して、各差動増幅器２５．２６には複数の抵抗が接続さ
れ、その増幅率を決めている。この実施例の場合、第１
の増幅器２５及び第２の増幅器２６の増幅率はそれぞれ
２倍と１倍に設定しである。第１の増幅器２５は第１の
電極２１と第２の′成極２３間の起電力ｅ、から理論空
燃比すなわちλ＝１を・演出し、２ｅｉなる出力信号を
第２の差動増幅器２６に送る。すると、第２の瑠φ■ル
２６は、設定電圧をｅｌｌとすると、２ｅλ−ｅＢなる
出力１４圧を発生する。そこで、ジルコニア固体電解質
２０のポンピング電流Ｉｐを検出する電流検出抵抗２７
を介して第２０差動増幅器２６の出力端子を第３の電極
２４と接続する。
ここで、電流検出抵抗２７の抵抗値をｒ１第３の電極２
４へ励起される電圧をＥとするとＥ＝ （２ｅ、−ｅｓ
）−ｒＩｐ ・−・＝（１）となる。Ｉｐ＃′ｉ
数ｍＡオーダであるため、電流検出抵抗２７の抵抗値ｒ
を１０Ωとすると、電流検出抵抗２７部における電圧ド
ロップｒＩｐは数十ｍＶになる。このｒＩｐは数十ｍＶ
と小さいため、第３の電極２４へ励起される電圧Ｅは Ｅ＝＝２ｅλ−ｅｌｌ ・・・・・・・・・
・・・偉）と考えて良い。
４へ励起される電圧をＥとするとＥ＝ （２ｅ、−ｅｓ
）−ｒＩｐ ・−・＝（１）となる。Ｉｐ＃′ｉ
数ｍＡオーダであるため、電流検出抵抗２７の抵抗値ｒ
を１０Ωとすると、電流検出抵抗２７部における電圧ド
ロップｒＩｐは数十ｍＶになる。このｒＩｐは数十ｍＶ
と小さいため、第３の電極２４へ励起される電圧Ｅは Ｅ＝＝２ｅλ−ｅｌｌ ・・・・・・・・・
・・・偉）と考えて良い。
第３図に外側電極の概略形状を示す。第３図において、
袋管状ジルコニア固体゛心解質２０上の一部に第３の電
極２４が形成されており、引出しリード部２８を介して
外部回路と接続される。なお、第２の電極２３について
も同様であるが、両電極は同一のイオン導電体であるジ
ルコニア固体電痔質２０上に形成されるため、両電極の
干渉をさけるうえで互いに雅゛シた位置に配置される。
袋管状ジルコニア固体゛心解質２０上の一部に第３の電
極２４が形成されており、引出しリード部２８を介して
外部回路と接続される。なお、第２の電極２３について
も同様であるが、両電極は同一のイオン導電体であるジ
ルコニア固体電痔質２０上に形成されるため、両電極の
干渉をさけるうえで互いに雅゛シた位置に配置される。
第４図に上記実施例で示した空燃比センサの特性を示し
ている。この第４図においては空気過剰率λに対する起
電力ｅ□の特性を実線で示している。図に示すように、
第２の電極２３の触媒反応によシ、起電力ｅよはλ＝１
近傍で急激に変化する。従って、第２の差動増幅器２６
の出力゛電圧（ｚｅＪ−ｅｆＩ）、すなわち第３の電極
２４に印加される励起電圧Ｅは破線で示すような特性に
なる。そのため、第３の電極２４と第１の電極２１間に
作用する電圧は、第４図中に破線と実線で示した電圧の
差電圧になる。この結果、λ〉１のリーン領域では第３
の電極２４に対して第１の電極２１の４圧値が約０．５
ボルトだけ高くなシ、保護膜２２を介して第３の′ｄＬ
極２４へ拡散で流入するｂｌ素をジルコニア固体電解質
２ｏを介して大気側にボンピングする。これによシ、電
流検出抵抗２７には正方向のボンピング電流Ｉｐが流れ
、図中に実線で示すように空気過剰率λに対して線匿の
特性が得られる。
ている。この第４図においては空気過剰率λに対する起
電力ｅ□の特性を実線で示している。図に示すように、
第２の電極２３の触媒反応によシ、起電力ｅよはλ＝１
近傍で急激に変化する。従って、第２の差動増幅器２６
の出力゛電圧（ｚｅＪ−ｅｆＩ）、すなわち第３の電極
２４に印加される励起電圧Ｅは破線で示すような特性に
なる。そのため、第３の電極２４と第１の電極２１間に
作用する電圧は、第４図中に破線と実線で示した電圧の
差電圧になる。この結果、λ〉１のリーン領域では第３
の電極２４に対して第１の電極２１の４圧値が約０．５
ボルトだけ高くなシ、保護膜２２を介して第３の′ｄＬ
極２４へ拡散で流入するｂｌ素をジルコニア固体電解質
２ｏを介して大気側にボンピングする。これによシ、電
流検出抵抗２７には正方向のボンピング電流Ｉｐが流れ
、図中に実線で示すように空気過剰率λに対して線匿の
特性が得られる。
逆に、λ〈１のリッチ領域では第１の電極２１に対して
第３の電極２４０雇圧値が約０．５ボルトだけ高くなり
、大気雰囲気中よシジルコニア固体電解質２０を介して
第３の電極２４へ酸素をボンピングし、保護膜２２を介
して第３の電極２４部へ拡散で流入する未燃ガスを燃焼
させる。この結果、電流検出抵抗２７部で検出されるボ
ンピング電流工やは負方向となり、図中に実線で示すよ
うに空気過剰率λに対して線型の特性が得られる。
第３の電極２４０雇圧値が約０．５ボルトだけ高くなり
、大気雰囲気中よシジルコニア固体電解質２０を介して
第３の電極２４へ酸素をボンピングし、保護膜２２を介
して第３の電極２４部へ拡散で流入する未燃ガスを燃焼
させる。この結果、電流検出抵抗２７部で検出されるボ
ンピング電流工やは負方向となり、図中に実線で示すよ
うに空気過剰率λに対して線型の特性が得られる。
このように、第３の電極２４と第１の電極２１間に作用
する電圧の向きは起電力ｅ２を利用することにより、λ
＝１で円滑に切り換えられる。そして、リッチ領域から
リーン領域までの広い範囲の空燃比を線形に検出するこ
とができる。なお、λ；１におけるポンプ電流はＩ ｐ
＝ ０であった。
する電圧の向きは起電力ｅ２を利用することにより、λ
＝１で円滑に切り換えられる。そして、リッチ領域から
リーン領域までの広い範囲の空燃比を線形に検出するこ
とができる。なお、λ；１におけるポンプ電流はＩ ｐ
＝ ０であった。
なお、ジルコニア固体電解質２０は、袋管状でなく内側
に大気を導入できるならば板状のものでもよい。
に大気を導入できるならば板状のものでもよい。
また、外側電極の配置は種々考えられるが、起電力ｅよ
を検出するためのものは必ずしも高温部に配置する必要
はなく、栓体１４側に近い方に配置してもよい。
を検出するためのものは必ずしも高温部に配置する必要
はなく、栓体１４側に近い方に配置してもよい。
また、第１及び第２の差動増幅器からなるアナログ回路
の機能をディジタル回路で代用するか、あるいはマイク
ロコンピュータに置換するものでもよい。
の機能をディジタル回路で代用するか、あるいはマイク
ロコンピュータに置換するものでもよい。
以上の説明から明らかなように本発明によれば、リッチ
領域からり一ン領域までの広い範囲の空燃比を簡単な構
成で円滑に、しかも線形に高精度で応答性を損うことな
く検出できるという極めて浸れた効果が得られる。
領域からり一ン領域までの広い範囲の空燃比を簡単な構
成で円滑に、しかも線形に高精度で応答性を損うことな
く検出できるという極めて浸れた効果が得られる。
第１１図は本発明による空燃比センサの実装状態図、第
２図は本発明によるｌ燃比セ／すの一実施例を示す図、
第３図は本発明による空燃比センサにおける外側４極の
形状を示す図、第４図は本発明における空燃比センサの
特性を示す図、第５図は各領域の止燃比を個別に検出す
る公知の空燃比センサの基本原理を示す図、第６図は従
来の空燃比センサの特性を示すスである。
２図は本発明によるｌ燃比セ／すの一実施例を示す図、
第３図は本発明による空燃比センサにおける外側４極の
形状を示す図、第４図は本発明における空燃比センサの
特性を示す図、第５図は各領域の止燃比を個別に検出す
る公知の空燃比センサの基本原理を示す図、第６図は従
来の空燃比センサの特性を示すスである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、袋管状の固体電解質、大気雰囲気に接し前記固体電
解質の内側に形成された第１の電極、保護膜を介して排
気雰囲気に対し前記固体電解質の弁側に形成された第２
の電極及び第３の電極、前記第１の電極と第２の電極間
の起電力を検出する第１の演算器、第記第１の演算器の
出力信号と設定電圧信号とを入力とする第２の演算器か
ら成り、前記第２の演算器を介して前記第３の電極へ印
加する励起電圧を制御するように構成した自動車用空燃
比センサ。 ２、第２の電極上の保護膜のガス拡散抵抗度合は第３の
電極上の保護膜のガス拡散抵抗度合より小さいことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の自動車用空燃比セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59212542A JPS6191559A (ja) | 1984-10-12 | 1984-10-12 | 空燃比センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59212542A JPS6191559A (ja) | 1984-10-12 | 1984-10-12 | 空燃比センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6191559A true JPS6191559A (ja) | 1986-05-09 |
| JPH0473550B2 JPH0473550B2 (ja) | 1992-11-24 |
Family
ID=16624400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59212542A Granted JPS6191559A (ja) | 1984-10-12 | 1984-10-12 | 空燃比センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6191559A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009008957A1 (en) * | 2007-07-05 | 2009-01-15 | Greene, Tweed Of Delaware, Inc. | Method of packaging for thin fragile parts |
-
1984
- 1984-10-12 JP JP59212542A patent/JPS6191559A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009008957A1 (en) * | 2007-07-05 | 2009-01-15 | Greene, Tweed Of Delaware, Inc. | Method of packaging for thin fragile parts |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0473550B2 (ja) | 1992-11-24 |
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Legal Events
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |