JPS6219700B2 - - Google Patents
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- JPS6219700B2 JPS6219700B2 JP9888179A JP9888179A JPS6219700B2 JP S6219700 B2 JPS6219700 B2 JP S6219700B2 JP 9888179 A JP9888179 A JP 9888179A JP 9888179 A JP9888179 A JP 9888179A JP S6219700 B2 JPS6219700 B2 JP S6219700B2
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- titania
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は酸素濃度に応じて抵抗値を変化させる
チタニア式O2センサを用いて理論空燃比を検出
する信号処理回路に関する。
チタニア式O2センサを用いて理論空燃比を検出
する信号処理回路に関する。
内燃機関において三元触媒を使用し、排ガス中
の有毒ガスを除去することが一般に行なわれてい
るが、三元触媒を効率よく働らかせるためには可
燃混合物の空気対燃料比（空燃比）を常に理論空
燃比の近傍に保つておく必要がある。空燃比の検
出方法には、排ガス中にチタニアセンサを挿入
し、排ガス中の酸素分圧の変化により該センサの
抵抗値が大きく変化する特性を利用するものがあ
る。チタニア（TiO2）センサの抵抗値は、一般に
(1)式で与えられる。
の有毒ガスを除去することが一般に行なわれてい
るが、三元触媒を効率よく働らかせるためには可
燃混合物の空気対燃料比（空燃比）を常に理論空
燃比の近傍に保つておく必要がある。空燃比の検
出方法には、排ガス中にチタニアセンサを挿入
し、排ガス中の酸素分圧の変化により該センサの
抵抗値が大きく変化する特性を利用するものがあ
る。チタニア（TiO2）センサの抵抗値は、一般に
(1)式で与えられる。
ここで、Ｒ＝チタニアセンサの抵抗値
Ａ＝比例定数
Ｅ＝活性化エネルギ
Ｋ＝ボルツマン定数
１／ｍ＝チタニアセンサの格子欠陥に
よる定数 PO2＝チタニアセンサ表面の酸素分圧 ＴS＝排ガス（チタニアセンサ）の温
度 従つて、排ガス中にチタニアセンサを挿入し、
PO2により(1)式のＲを変化させれば、その抵抗Ｒ
の変化を検出することにより、空燃比の状態を知
ることができる。空燃比はエンジン制御の場合は
単にリツチ，リーンを知ればよく、この目的では
理論空燃比を境として抵抗Ｒが急激に変化する様
に構成するのがよい。センサ表面のPO2を理論空
燃比で急激に変化させるには、チタニア表面に多
孔性白金電極を設けたり、或いはチタニア粒子に
白金を担持させたりして過剰空気を白金触媒で燃
やす方法がとられる。第１図は、この原理に基い
て、排ガス中の空燃比を、リーン，リツチに交互
にくり返して測定した排ガス温度対センサ抵抗値
特性の一例を示す。ここでリーン（Lean）とは
理論空燃比に対し燃料僅少、従つて酸素過多の状
態であり、逆にリツチ（Rich）とは理論空燃比
に対し燃料過多、従つて酸素僅少の状態である。
第２図はチタニアセンサの応答速度と排ガス温度
の特性図で、実線特性がリーンＬからリツチＲへ
変化する際の応答速度であり、また１点鎖線がリ
ツチからリーンへ変化する際の応答速度である。
よる定数 PO2＝チタニアセンサ表面の酸素分圧 ＴS＝排ガス（チタニアセンサ）の温
度 従つて、排ガス中にチタニアセンサを挿入し、
PO2により(1)式のＲを変化させれば、その抵抗Ｒ
の変化を検出することにより、空燃比の状態を知
ることができる。空燃比はエンジン制御の場合は
単にリツチ，リーンを知ればよく、この目的では
理論空燃比を境として抵抗Ｒが急激に変化する様
に構成するのがよい。センサ表面のPO2を理論空
燃比で急激に変化させるには、チタニア表面に多
孔性白金電極を設けたり、或いはチタニア粒子に
白金を担持させたりして過剰空気を白金触媒で燃
やす方法がとられる。第１図は、この原理に基い
て、排ガス中の空燃比を、リーン，リツチに交互
にくり返して測定した排ガス温度対センサ抵抗値
特性の一例を示す。ここでリーン（Lean）とは
理論空燃比に対し燃料僅少、従つて酸素過多の状
態であり、逆にリツチ（Rich）とは理論空燃比
に対し燃料過多、従つて酸素僅少の状態である。
第２図はチタニアセンサの応答速度と排ガス温度
の特性図で、実線特性がリーンＬからリツチＲへ
変化する際の応答速度であり、また１点鎖線がリ
ツチからリーンへ変化する際の応答速度である。
チタニアセンサを用いて空燃比の状態を検出す
れば、キヤブレタへ入る空気量（又は、燃料量）
を増減したり、又はキヤブレータへ入る空燃比を
リツチ状態に保つておいて２次空気量を制御した
りして三元触媒の効率を高めることができる。し
かし、このセンサを用いる際には第１図、第２図
の特性から明らかなように次の様な問題がある。
れば、キヤブレタへ入る空気量（又は、燃料量）
を増減したり、又はキヤブレータへ入る空燃比を
リツチ状態に保つておいて２次空気量を制御した
りして三元触媒の効率を高めることができる。し
かし、このセンサを用いる際には第１図、第２図
の特性から明らかなように次の様な問題がある。
(1) 抵抗値Ｒの変化は、指数関数的でダイナミツ
ク範囲が広い（100Ω〜100MΩ）ため、単なる
定電圧、定電流による電気信号の変換では、そ
の後の信号処理が困難である。
ク範囲が広い（100Ω〜100MΩ）ため、単なる
定電圧、定電流による電気信号の変換では、そ
の後の信号処理が困難である。
(2) 排ガス温度ＴSにより、抵抗値Ｒ及び応答速
度も大きく変化するため、何らかの補正が必要
である。
度も大きく変化するため、何らかの補正が必要
である。
(3) センサが異なる抵抗値も大きく異なる。この
ため、理論空燃比で抵抗値が急変する特性を有
する点に差はなくとも、その抵抗の絶対値が
個々のセンサで異なるために、リツチ，リーン
を判定する基準レベル（抵抗値）がセンサによ
つて異なる。
ため、理論空燃比で抵抗値が急変する特性を有
する点に差はなくとも、その抵抗の絶対値が
個々のセンサで異なるために、リツチ，リーン
を判定する基準レベル（抵抗値）がセンサによ
つて異なる。
本発明は、これらの問題点を解決してチタニア
式センサを用いた空燃比制御の実用性を高めよう
とするものであり、特徴とする所は酸素濃度およ
び温度に応じて抵抗値を指数関数的に変化させる
チタニア式センサの該抵抗値変化をリニアな電圧
変化に変換する対数変換部と、該対数変換部の出
力の極大値および極小値をそれぞれ検出し保持す
る極大値検出回路および極小値検出回路と、これ
ら検出回路の出力の平均値を算出する平均値算出
回路と、該算出回路の出力と前記対数変換部の出
力を比較して判定出力を出す比較回路とを備える
点にある。
式センサを用いた空燃比制御の実用性を高めよう
とするものであり、特徴とする所は酸素濃度およ
び温度に応じて抵抗値を指数関数的に変化させる
チタニア式センサの該抵抗値変化をリニアな電圧
変化に変換する対数変換部と、該対数変換部の出
力の極大値および極小値をそれぞれ検出し保持す
る極大値検出回路および極小値検出回路と、これ
ら検出回路の出力の平均値を算出する平均値算出
回路と、該算出回路の出力と前記対数変換部の出
力を比較して判定出力を出す比較回路とを備える
点にある。
以下、図示の実施例を参照しながら本発明を詳
細に説明する。第３図は本発明の一実施例を示す
回路図で、Ｒθがチタニア式O2センサである。
センサＲθは一般にイクゾーストマニホルド内に
設置されて排ガスに接触する。センサＲθに直列
接続されたシリコンダイオードD1は簡易な対数
変換部１を構成する。即ち、pn接合ダイオード
D1の順方向の電流対電圧特性はセンサＲθの抵
抗値変化と同様に指数関数的であるから、酸素濃
度および温度に応じるセンサＲθの抵抗値変化で
ダイオードD1に流れる順方向電流が大きく変化
しても、その順方向電圧V1は狭いダイナミツク
範囲でしか変化しない。これを一般式で表わせば
｜V1｜＝logRとなる。第４図ａは定電流電圧Vc
＝5.1Vとした対数変換部１の変換特性の一例で
ある。実際の出力V1は空燃比のフイードバツク
制御によつて脈動し、且つ経時的に変化する排ガ
ス温度ＴSで直流分が変化する。従つて、これを
差動増幅器（オペアンプ）で増幅するとその出力
V2は第４図ｂのように変化する。Riはリツチ、
Leはリーンである。増幅器OP1はインピーダンス
変換機能も有するが、その増幅度Ａは帰還抵抗
R1，R2でほゞ定まり、 Ａ≒１＋Ｒ２／Ｒ１ と表わされる。従つて、 V2＝V1（１＋Ｒ２／Ｒ１） である。この電圧V2は電源Vcと増幅器出力端と
の間の抵抗R3，R4からなる分圧回路によつて V3＝（Ｖｃ−Ｖ２）Ｒ４／Ｒ３＋Ｒ４ に変換されて極小値検出回路２へ導びかれると共
に、アースと増幅器出力端との間の抵抗R5，R6
からなる分圧回路によつて V5＝Ｖ２・Ｒ６／Ｒ５＋Ｒ６ に変換され、極大値検出回路３へ導びかれる。極
小値検出回路２は演算増幅器OP2、図示極性のダ
イオードD2およびコンデンサC1からなり、R7−
C1―アースの経路で充電されるコンデンサC1の
電圧を増幅器OP2の出力電圧の最低値で制限し、
その値V4を保持する。実際には長い時定数
（C1R7）で充電されるので、その出力V4は第５図
のように徐々に上昇する。極大値検出回路３は演
算増幅器OP3、図示極性のダイオードD3およびコ
ンデンサC2からなり、コンデンサC2をD3→C2→
アースの経路で速やかに入力V5の極大値まで充
電する。コンデンサC2の電荷は放電時定数に
C2R8に従つて放電されるので、その出力V6は第
５図のように徐々に低下する。抵抗R7，R8から
なる平均値算出回路４は検出回路２，３の出力
V4，V6の和を求めて平均値V7を算出し、これを
比較回路OP4の基準レベルとする。比較回路OP4
には増幅器OP1の出力V2が導びかれているので、
これらの大小関係に応じてリツチ，リーンの判定
がなされる。V8は比較回路の出力であり、これ
らの波形を第６図に示す。
細に説明する。第３図は本発明の一実施例を示す
回路図で、Ｒθがチタニア式O2センサである。
センサＲθは一般にイクゾーストマニホルド内に
設置されて排ガスに接触する。センサＲθに直列
接続されたシリコンダイオードD1は簡易な対数
変換部１を構成する。即ち、pn接合ダイオード
D1の順方向の電流対電圧特性はセンサＲθの抵
抗値変化と同様に指数関数的であるから、酸素濃
度および温度に応じるセンサＲθの抵抗値変化で
ダイオードD1に流れる順方向電流が大きく変化
しても、その順方向電圧V1は狭いダイナミツク
範囲でしか変化しない。これを一般式で表わせば
｜V1｜＝logRとなる。第４図ａは定電流電圧Vc
＝5.1Vとした対数変換部１の変換特性の一例で
ある。実際の出力V1は空燃比のフイードバツク
制御によつて脈動し、且つ経時的に変化する排ガ
ス温度ＴSで直流分が変化する。従つて、これを
差動増幅器（オペアンプ）で増幅するとその出力
V2は第４図ｂのように変化する。Riはリツチ、
Leはリーンである。増幅器OP1はインピーダンス
変換機能も有するが、その増幅度Ａは帰還抵抗
R1，R2でほゞ定まり、 Ａ≒１＋Ｒ２／Ｒ１ と表わされる。従つて、 V2＝V1（１＋Ｒ２／Ｒ１） である。この電圧V2は電源Vcと増幅器出力端と
の間の抵抗R3，R4からなる分圧回路によつて V3＝（Ｖｃ−Ｖ２）Ｒ４／Ｒ３＋Ｒ４ に変換されて極小値検出回路２へ導びかれると共
に、アースと増幅器出力端との間の抵抗R5，R6
からなる分圧回路によつて V5＝Ｖ２・Ｒ６／Ｒ５＋Ｒ６ に変換され、極大値検出回路３へ導びかれる。極
小値検出回路２は演算増幅器OP2、図示極性のダ
イオードD2およびコンデンサC1からなり、R7−
C1―アースの経路で充電されるコンデンサC1の
電圧を増幅器OP2の出力電圧の最低値で制限し、
その値V4を保持する。実際には長い時定数
（C1R7）で充電されるので、その出力V4は第５図
のように徐々に上昇する。極大値検出回路３は演
算増幅器OP3、図示極性のダイオードD3およびコ
ンデンサC2からなり、コンデンサC2をD3→C2→
アースの経路で速やかに入力V5の極大値まで充
電する。コンデンサC2の電荷は放電時定数に
C2R8に従つて放電されるので、その出力V6は第
５図のように徐々に低下する。抵抗R7，R8から
なる平均値算出回路４は検出回路２，３の出力
V4，V6の和を求めて平均値V7を算出し、これを
比較回路OP4の基準レベルとする。比較回路OP4
には増幅器OP1の出力V2が導びかれているので、
これらの大小関係に応じてリツチ，リーンの判定
がなされる。V8は比較回路の出力であり、これ
らの波形を第６図に示す。
第４図ａに示す変換特性はチタニアセンサＲθ
の指数関数的変化がリニアな電圧変化に変換され
ることを意味するので、前記(1)の問題点は簡易な
構成で解決される。また第５図の波形から分るよ
うに検出回路２，３の出力V4，V6の平均値は入
力V2（V1）の中間値に相当しており、従つて第４
図ｂのようにV2の直流分排ガス温度ＴSで変化し
ても平均値V7はその時点のV2に対するリツチ，
リーン判定に最適な基準レベルを与えることにな
る。センサＲθの個々のバラツキもV2のレベル
変化として現われるがその平均値（中央値）を基
準レベルとする限りこれも問題とはならない。ま
たダイオードD1の温度特性についても同様であ
る。従つて、前記(2)の問題点の前半および(3)の問
題点が解決される。前記(2)の問題点の後半、つま
り応答速度の温度依存性は充放電時定数C1R7，
C2R8を適当に選ぶことで解決される。つまり、
基準レベルV7を単にV2の極大値と極小値の中間
におけば出力V8の変化点は立上り、立下り共に
V2の同一レベルということになるが、充放電時
定数を適当に選択すればV2の中間値より低いレ
ベルでV8を立下らせ、またV2の中間値より高い
レベルでV8を立上らせることが可能となる。従
つて、これによつて低温時のセンサＲθの応答遅
れを補償し、制御周波数を高めることができる。
尚、比較回路OP4の出力V8は空燃比の制御信号と
して用いられ、リツチで空燃比（Ａ／Ｆ）を増加
し、リーンでそれを減少する。
の指数関数的変化がリニアな電圧変化に変換され
ることを意味するので、前記(1)の問題点は簡易な
構成で解決される。また第５図の波形から分るよ
うに検出回路２，３の出力V4，V6の平均値は入
力V2（V1）の中間値に相当しており、従つて第４
図ｂのようにV2の直流分排ガス温度ＴSで変化し
ても平均値V7はその時点のV2に対するリツチ，
リーン判定に最適な基準レベルを与えることにな
る。センサＲθの個々のバラツキもV2のレベル
変化として現われるがその平均値（中央値）を基
準レベルとする限りこれも問題とはならない。ま
たダイオードD1の温度特性についても同様であ
る。従つて、前記(2)の問題点の前半および(3)の問
題点が解決される。前記(2)の問題点の後半、つま
り応答速度の温度依存性は充放電時定数C1R7，
C2R8を適当に選ぶことで解決される。つまり、
基準レベルV7を単にV2の極大値と極小値の中間
におけば出力V8の変化点は立上り、立下り共に
V2の同一レベルということになるが、充放電時
定数を適当に選択すればV2の中間値より低いレ
ベルでV8を立下らせ、またV2の中間値より高い
レベルでV8を立上らせることが可能となる。従
つて、これによつて低温時のセンサＲθの応答遅
れを補償し、制御周波数を高めることができる。
尚、比較回路OP4の出力V8は空燃比の制御信号と
して用いられ、リツチで空燃比（Ａ／Ｆ）を増加
し、リーンでそれを減少する。
以上述べたように本発明によれば、チタニア式
センサの特性上の欠点を補なうことができるの
で、これを用いる空燃比制御を一層実用的なもの
とすることができる利点がある。
センサの特性上の欠点を補なうことができるの
で、これを用いる空燃比制御を一層実用的なもの
とすることができる利点がある。
第１図はチタニアセンサの抵抗値対排ガス温度
の特性図、第２図は同センサの応答速度対排ガス
濃度の特性図、第３図は本発明の一実施例を示す
回路図、第４図ａ，ｂは第３図における対数変換
部の変換特性図および増幅器の出力波形図、第５
図は第３図の極大値および極小値検出回路の各入
出力波形図、第６図ａ，ｂは第３図の比較回路の
入出力波形図である。 図中、Ｒθはチタニア式O2センサ、D1は電圧
変換用シリコンダイオード、１は対数変換部、２
は極小値検出回路、３は極大値変換回路、４は平
均値算出回路、OP4は比較回路である。
の特性図、第２図は同センサの応答速度対排ガス
濃度の特性図、第３図は本発明の一実施例を示す
回路図、第４図ａ，ｂは第３図における対数変換
部の変換特性図および増幅器の出力波形図、第５
図は第３図の極大値および極小値検出回路の各入
出力波形図、第６図ａ，ｂは第３図の比較回路の
入出力波形図である。 図中、Ｒθはチタニア式O2センサ、D1は電圧
変換用シリコンダイオード、１は対数変換部、２
は極小値検出回路、３は極大値変換回路、４は平
均値算出回路、OP4は比較回路である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 酸素濃度および温度に応じて抵抗値を指数関
数的に変化させるチタニア式センサの該抵抗値変
化をリニアな電圧変化に変換する対数変換部と、
該対数変換部の出力の極大値および極小値をそれ
ぞれ検出し保持する極大値検出回路および極小値
検出回路と、これら検出回路の出力の平均値を算
出する平均値算出回路と、該算出回路の出力と前
記対数変換部の出力を比較して判定出力を出す比
較回路とを備えることを特徴とする、チタニア式
O2センサの信号処理回路。 ２ 対数変換部は、チタニア式センサにシリコン
ダイオードを直列接続し、該ダイオードの順方向
電圧変化を取り出すものであることを特徴とす
る、特許請求の範囲第１項記載のチタニア式O2
センサの信号処理回路。 ３ 極大値および極小値検出回路は、対数変換部
の出力と自己の出力の分圧値を受ける差動増幅器
と、電源と該動作増幅器の出力端との間に接続さ
れた第１の抵抗分圧器およびアースと該差動増幅
器の出力端との間に接続された第２の抵抗分圧器
と、該第１の抵抗分圧器の分圧出力の極小値を検
出、保持するコンデンサ、ダイオードおよび増幅
器からなる回路、および該第２の抵抗分圧器の分
圧出力の極大値を検出、保持するコンデンサ、ダ
イオードおよび増幅器からなる回路とで構成され
たことを特徴とする、特許請求の範囲第１項また
は第２項記載のチタニア式O2センサの信号処理
回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9888179A JPS5622944A (en) | 1979-08-02 | 1979-08-02 | Signal processing circuit of o2 sensor using titania |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9888179A JPS5622944A (en) | 1979-08-02 | 1979-08-02 | Signal processing circuit of o2 sensor using titania |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5622944A JPS5622944A (en) | 1981-03-04 |
| JPS6219700B2 true JPS6219700B2 (ja) | 1987-04-30 |
Family
ID=14231490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9888179A Granted JPS5622944A (en) | 1979-08-02 | 1979-08-02 | Signal processing circuit of o2 sensor using titania |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5622944A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60202344A (ja) * | 1984-03-27 | 1985-10-12 | Yanmar Diesel Engine Co Ltd | 排気検出装置 |
| JP2006252499A (ja) * | 2005-03-11 | 2006-09-21 | Figla Co Ltd | 防犯・防災システム |
| US9772317B2 (en) * | 2012-07-26 | 2017-09-26 | Sensirion Ag | Method for operating a portable electronic device |
-
1979
- 1979-08-02 JP JP9888179A patent/JPS5622944A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5622944A (en) | 1981-03-04 |
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