JPS62265560A - 空燃比検知装置 - Google Patents

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、空燃比検知装置に係り、特に自動軍用内燃
機関の排気ガスよシ空燃比を検知して空燃比制御を行う
ために好適な空燃比検知装置に関するものである。

〔従来の技術〕

例えば特開昭５８−１５８１５５号においては、板状や
酸素イオン伝導性固体電解質（例えば安定化ジルコニア
）の両側に′電極層（例えば白金製多孔質層）を設けた
２個の素子を間隙部を介して平行状に配し、一方の素子
を酸素ポンプ素子とし、他方の素子を排気ガス中と前記
間隙部との酸素濃淡差を検知する酸素濃淡電池素子とし
た酸素センサが提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記し几従来の空燃比検知装置は機関の空燃比をほぼ。

全域にわ７′ｃ、ｉｐ検知することができるが、空燃比
に対するセンサ出力特性が理論窓燃比ｔＫとするＶ字形
特性金示すため出力に対して２つの空燃比が対応するこ
ととなり、空燃比制御が燃料過鑓域あるいは希薄域のい
ずれかがはつきすしている場合にしか適用できないとい
う問題点があった。

又、このような問題点を解決しようとしたものも見られ
るが、前記間隙部に対応する拡散室の酸素磯匣を常に理
論窒燃比状態にする友めに、リッチ側では酸素ポンプで
吸み込み動作をし、リーン側では汲み出し動作全行う必
要があり、ポンプ電流として正負両方向のものが必要と
なシ、回路構成が複雑となった。

この発明は上記のような問題点を解決するために成され
たものであり、実用空燃比のほぼ全域において空燃比を
正しく検出できるとともに、構成を簡単安価にすること
ができる空燃比検知装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決する友めの手段〕

この発明に係る空燃比検知装置は、排気ガスの流入を制
限し友拡散室に面して酸素ポンプ部を設けるとともに、
酸素濃淡電池部を拡散室と大気側との間に設け、かつ拡
散室内の酸素ｔｋＪＫが大気中の酸素法度と同じかより
濃くなるようにポンプ電流を制御するポンプ電流制御手
段を設けたものである。

〔作　用〕

この発明においては、酸素ポンプ部にポンプ電流を流す
と酸素濃淡電池部に起電力が発生し、この起電力が基準
電圧と等しくなるようにポンプ電流を制御する、この際
、拡散室の酸素濃度が大気中の酸素繞度と同じかよＩト
なるようにポンプ電流の範囲を定めているので、空燃比
検知装置の出力は実用上考えられる空燃比範囲では常に
同極性であり、かつ空燃比に対して単調増加となる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面とともに説明する。第１
図において、１は厚さ約０．５　ｔｍの平板状の酸素イ
オン伝導性固体電解買上に一対の多孔性電極１ａ、１ｂ
ｔ−形成させ友酸素濃淡電池部、２は同じく酸素イオン
伝導性固体電解質の厚さ約０．５咽の平板状部材上に一
対の多孔性電極２ａ、２ｂを形成させ友酸素濃淡電池部
、３は排気ガスの流入を制限する拡散室であシ、図では
微小間隔のスリットとした例を示している。４は大気と
連通しｆｃ空気室、５は酸素ポンプ部１および酸素濃淡
ｔル池部２ｆ！−支持し、かつ排気ガス側と大気側を隔
離する支持隔壁部である。又、酸素ポンプ部１の一方の
電極１ｂおよび酸素濃淡電池部２の一方の電極２ｂｉ拡
散室３に面して設けられ、酸素ポンプ部１の他方の電極
１ａは周囲の排気ガス環境に面し、酸素濃淡電池部２の
他方の電極２ａは空気室４に面して設けられておシ、電
極１ｂ、２ｂはセンサ外部で共通に接地されている。又
、６は酸素濃淡電池部２の起電力Ｖｓを検知する起電力
検知手段、７は起電力Ｖｓが所定の基準電圧−と等しく
なるようポンプ電流を制御するポンプ電流制御手段、８
は基準電圧上を発生する基準電圧発生手段、９は酸素ポ
ンプ部１に流入するポンプ′成流工ｐを測定するポンプ
電流測定手段である。

上記構成において、拡散室３と空気室４．！：の酸素濃
淡差により、酸素濃淡′眠池部２には空気室４側の電極
２ａを通常は正極とする、よく知られたネルンストンの
式で与えられる起′シカＶｓが発生する。今、酸素ポン
プ部１に電極１ａから電極１ｂの向きにポンプ電流Ｉｐ
’ｉ＝流すと、拡散室３内の酸素が電極１ｂより電極１
ａの方向に酸素イオンとして吸み出される結果、拡散室
３内の酸素分圧は低下し、酸素ｍｌ淡電池部２の起電力
Ｖｓは増大する。

この起電力Ｖｓは起電力検知手段６により検知され、所
定の基準電圧上と比較されてＶＳ＜ＶＲＥＦならばポン
プ電流工ｐｔ−増加させて汲み出し酸素量を増加させ、
起電力Ｖｓが大となるよう動作させ、Ｖｓ　＞　ＶＲＥ
Ｆならばポンプ電流工、を減少させ汲み出し酸素量分減
少させて起電力Ｖｓが小となるように動作させ、常にＶ
ｓ＝七となるようにポンプ′屯流Ｉ、を制御する。制御
されたポンプ電流工ｐはポンプ電流測定手段９で測定さ
れ、検知装置の出力として′ば流あるいは電圧出力の形
で出力される。

第２図は第１図に示した構成の空燃比検知装置′ｆ：国
産乗用車用２０００　ｃｃガソリン機関に装着して得ら
れた特性図であり、機関の空燃比Ａ／’Ｆを１１から２
０および空気のみの場合まで友階的に変化させた場合の
各々の空燃比において基準寛圧兎］即ち酸素濃淡電池部
２の起電力Ｖｓを変化させて、酸素ポンプ部１に流すポ
ンプ電流■ｐを測定しｔものである。図から明らかなよ
うに、空燃比が理論〆 空燃比１４．７以下の燃料過濃側でかつ起電力Ｖｓが１
ｖ以下の領域ではポンプ電流工、の方向を逆転させて即
ち酸素を拡散室３に汲み込むようにして図の特性を得て
いる。又、第３因は基準電圧■ｙ即ち起電力Ｖｓを各々
０．５ｖ、　　１５　ｍＶ、　−３０ｍＶとした場合に
、空燃比ん４゛に対するポンプ軍流工。

を示した出力特性図である。

上記しｆｃ第２図および第３図に示すように、基準電圧
″ＶＲＥＦｋ理論空燃比における排気ガスと大気との酸
素濃淡差による起電力約０．８〜１．０ｖ以下とした場
合には、理論空燃比１４．７以下の空燃比全検知する友
めにポンプ箪流工ｐを逆転する必要があシ、ポンプ電流
制御回路に正負側電源金持たねばならない等、ポンプ電
流制御手段７およびポンプ電流測定手段９を構成する電
気回路が複雑になる。そこで、この実施例では、拡散室
３内の酸素濃度を大気中の酸素濃度と同じか濃くするよ
うにポンプ電流Ｉ、を制御する。拡散室３は排気ガス側
にある念め、本来は大気より酸素１度は薄いはずである
から、ポンプ電流■、は常に逆方向即ち負方向に流すこ
とになり、これにより拡散室３内に酸素を汲み込むこと
になる。又、酸素濃淡電池部２の起電力Ｖｓも常に負に
なる。このように、この実施例では第２図の第■象限の
特性を利用するものであシ、実用に供される空燃比の全
範囲でポンプ電流工、は負でしかも空燃比ｆに対し単純
増加（絶対値は減少）する特性となるため、ポンプ′Ｅ
に流制御手段７およびポンプ’Ｏｆ、ｍ、測定手段９　
ｆ　構成する′−電気回路単純となり、また該検知装置
の出力を用いることにより、空燃比が燃料過濃側と希薄
側とにかかわらず、所定の空燃比に容易にフィードバッ
ク制御を行うことができる。

尚、上記実施例では、この発明を自動車用同燃機関の空
燃比検知装置に利用する場合について述べたが、他の内
燃機関あるいは燃焼機器等の空燃比検知装置としても利
用できる。

〔発明の効果〕

以上のようＫこの発明によれば、酸素ポンプ部を拡散室
に面して配置するとともに、酸素濃淡電池部を拡散室と
大気側との間に設け、拡散室の酸素濃度が大気中の酸素
り度と同じかよりｅくなるようにポンプ′祇流を制御し
ている。このため、ポンプ’ｃｒｆ、流は全空燃比範囲
で同極性でかつ空燃比に対して単調な変化全示すものと
なる。従って、ポンプ電流が空燃比に対して一義的に足
まり、空燃比を正しく検知することができるとともに、
回路構成も簡単安価にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る空燃比検知装置の構成図、第２
図はこの発明に係る酸素濃淡電池部の起電力に対するポ
ンプ′亀流の特性図、第３図はこの発明に係る空燃比に
対するポンプ′屯ω℃の特性図である。 １・・・酸素ポンプ部、２・・・ば素濃淡電池部、３・
・・拡散室、４・・・空気室、６・・・起電力検知手取
、７・・・ポンプ゛［に流：１ｉｌＪ御手段、９・・・
ポンプ′直流υ）１］定手段。 代理人　　　　大　　岩　　増　　雄 第１図 ３　　ぞ　２ｂ １、　　　＼　　　・、　　７′ ４　　？↑Ｕ＝ 第２　図 第３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素イオン伝導性固体電解質からなり、一部を排
   気ガスの流入を制限した拡散室に面して形成させ、該拡
   散室より酸素を吸み出しあるいは吸み込む酸素ポンプ部
   と、同じく酸素イオン伝導性固体電解質からなり、拡散
   室と大気側との間に形成された酸素濃淡電池部と、酸素
   濃淡電池部の起電力を検知する起電力検知手段と、拡散
   室内の酸素濃度が大気中の酸素濃度と同じかより濃くな
   るように酸素ポンプ部に印加するポンプ電流を制御する
   ポンプ電流制御手段と、ポンプ電流を測定するポンプ電
   流測定手段を備え、ポンプ電流により排気ガスの空燃比
   を検知するようにしたことを特徴とする空燃比検知装置
   。