JPS6258155A - 酸素濃度検出装置 - 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】 １里立１ 本発明はエンジン排気ガス等の気体中の酸素濃度を検出
する酸素濃度検出装置に関する。

１１汰盟 内燃エンジンの排気ガス浄化、燃費改善等を目的として
、排気ガス中の酸素濃度を検出し、この検出結果に応じ
てエンジンへの供給混合気の空燃比を目標空燃比にフィ
ードバック制御する空燃比制御装置がある。

このような空燃比制御装置に用いられる酸素濃度検出装
置として被測定気体中の酸素濃度に比例した出力を発生
するものがある（特開昭５８−１５３１５５号）。かか
る酸素濃度検出装置においては、一対の平板状の酸素イ
オン伝導性固体電解質材を有する酸素濃度検出器が段け
られている。

その固体電解質材は被測定気体中に配置されるようにな
され、固体電解質材の各表裏面には電極が各々形成され
かつ固体電解質材が所定の間隙部を介して対向するよう
に平行に配置されている。固体電解質材の一方が酸素ポ
ンプ素子として、他方が酸素ｍ度比測定用電池素子とし
て作用するようになっている。被測定気体中において間
隙部側電極が負極になるように酸素ポンプ素子の電極間
に電流を供給すると、Ｍ素ポンプ素子のｆ１電極側にて
間隙部内気体中の酸素ガスがイオン化して酸素ポンプ素
子内を正極面側に移動し正極面から酸素ガスとして放出
される。このとき、間隙部中の酸素ガスの減少により間
隙部内の気体と電池素子外側の気体との間に酸素濃度差
が生ずるのでその電圧を一定値にするように酸素ポンプ
素子に供給する電流値を変化させると、定温においてそ
の電流値が被測定気体中の酸素濃度にほぼ直線的に比例
することになる。

かかる酸素濃度検出装置においては、酸素ポンプ素子に
過剰の電流を供給すると、固体電解質材から酸素を奪う
ブラックニング現象が発生する。

例えば、固体電解質材としてＺｒＯ２（二酸化ジルコニ
ウム）が用いられた場合、酸素ポンプ索子への過剰電流
供給によりＺｒＯ２から酸素０２が奪われてジルコニウ
ムＺｒが析出される。このブラックニング現象は酸素ポ
ンプ素子の劣化を急速に進め酸素濃度検出器としての性
能を態化させる原因となる。

かかる酸素濃度検出装置を用いた空燃比制御装置におい
ては、酸素ポンプ索子への供給電流値はブラックニング
現象を防止するためにブラックニング現象発生境界値以
下の値に設定されており、酸素ポンプ素子への供給電流
値と基準値とを比較することにより供給混合気の空燃比
が目標空燃比よりリッチ及びリーンのいずれであるか判
別される。空燃比を２次空気によって制御する方式の場
合、リッチと判別されたならば、２次空気をエンジンに
供給し、リーンと判別されたならば２次空気の供給を停
止することにより空燃比が目標空燃比に制御される。し
かしながら、第１図に示づように酸素濃度が小さくなる
ほど、すなわち空燃比がリッチになるほど酸素ポンプ素
子への供給電流値Ｉｐのブラックニング現象発生境界値
は小さくなるので絞り弁の変動のために供給混合気の空
燃比が急に目標空燃比付近から大きくリッチとなった場
合には２次空気等が直ちに供給されてもその制御結果が
排気側に現われるまでの時間遅れにより酸素ポンプ素子
への供給電流値からはリッチと判別される状態がしばら
く継続して酸素ポンプ素子への供給電流値がそのときの
ブラックニング現象発生境界値以上となってブラックニ
ング現象を発生ずることがあるという問題点があった。

ｌ匪り嵐Ｉ そこで、本発明の目的はブラックニング現象を確実に防
止することができる酸素濃度検出装置を提供することで
ある。

本発明の酸素濃度検出検出装置は検出した酸素濃度に応
じた電流値以下に酸素ポンプ索子への供給電流を制限す
るリミッタ手段を有することを特徴としている。

丈−１−里 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第２図は本発明による酸素ｔａ度検出装置を用いた空燃
比制御装置を示している。本装置において、互いに平行
な一対の平板状素子の酸素ポンプ素子１及び電池素子２
からなる酸素濃度検出器は排気管（図示せず）内に配設
される。ｌ素ポンプ素子１及び電池素子２の主体は酸素
イオン伝導性固体電解質材からなり、その一端部間には
間隙部３が形成され、他端部はスペーサ４を介して互い
に結合されている。また酸素ポンプ素子１及び電池素子
２の一端部の表裏面に多孔質の耐熱金属からなる方形状
の電極板５ないし８が設【プられ、他端部面には電極板
５ないし８の引き出し線５ａないし８ａが形成されてい
る。

酸素ポンプ素子１のミル板５，６間には電流供給回路１
１よって電流が供給される。電流供給回路１１はオペア
ンプ１２．ＮＰＮトランジスタ１３及び抵抗１４．１５
からなる。オペアンプ１２の出力端は抵抗１４を介して
トランジスタ１３０ベースに接続されている。またトラ
ンジスタ１３のエミッタは抵抗１５を介してアースされ
ている。

抵抗１５は酸素ポンプ素子１の電極板５．６間に流れる
ポンプ電流値Ｉｐを検出するために設けられており、そ
の端子電圧がポンプ電流値１ｐとして制御回路３１のＩ
ｐ入力端に供給される。トランジスタ１３のコレクタは
酸素ポンプ素子１の内側電極板６に引ぎ出し線６ａを介
して接続され、外側電極板５には電圧Ｖａが引き出し線
５ａを介して供給されるようになっている。

一方、電池素子２の内側電極板７は引き出し線７ａを介
してアースされ、外側電極板８は引ぎ出し線８ａを介し
てフィルタ回路１９に接続されている。フィルタ回路１
９は抵抗２０．コンデンサ２１からなり、電池素子２の
電極板７．８間に発生した電圧信号のノイズ成分を除去
するようになっている。フィルタ回路１９の出力端には
オペアンプ２６．抵抗２７ないし２９からなる非反転増
幅器３０を介してオペアンプ１２の反転入力端に接続さ
れている。制御回路３１のＩｃ制御出力端にはＤ／Ａ変
換器３２が接続され、Ｄ／Ａ変換器３２は制御回路３１
のＩｃ制御出力端から出力されるディジタル信号に応じ
た電圧を発生する。Ｄ／Ａ変換器３２の出力端はオペア
ンプからなる電圧ホロワ回路３３、そして抵抗３４を介
してオペアンプ１２の非反転入力端に接続されている。

制御回路３１は好ましくはマイクロコンピュータからな
り、上記したＩｃ出力端、Ｉｐ入力端の他にＡ／Ｆ駆動
端を有し、Ａ／Ｆ駆動端には２次空気供給調整用の電磁
弁４４に接続されている。

電磁弁４４はエンジンの気化器絞り弁下流の吸気通路に
連通ずる吸気２次空気供給通路に設けられている。

かかる構成においては、制御回路３１のＩｃ出力端から
ディジタル信号がＤ／Ａ変換器３２に出力されると、Ｄ
／Ａ変換器３２によってディジタル信号が電圧に変換さ
れ、そして電圧ホロワ回路３３に供給される。電圧ホロ
ワ回路３３の出力電圧は基準電圧Ｖｒ＋　とじて抵抗３
４を介してオペアンプ１２の非反転入力端に供給される
。このとき、オペアンプ１２の反転入力端の電圧レベル
は基準電圧Ｖｒ＋より小であるのでオペアンプ１２の出
力レベルは高レベルとなりトランジスタ１３がオンとな
る。トランジスタ１３のオンにより酸素ポンプ素子１の
電極板５，６間にポンプ電流が流れる。

ポンプ電流が流れると、電池素子２の電極板７゜８間に
は電圧Ｖｓが発生し、電圧Ｖｓはフィルタ回路１９を介
して非反転増幅器３０に供給される。

非反転増幅器３０はフィルタ回路１９の出力電圧を電圧
増幅してオペアンプ１２の反転入力端に供給する。電圧
Ｖｓが上昇すると、非反転増幅器３０の出力電圧Ｖｓ−
も上昇する。出力電圧Ｖｓ′が基準電圧Ｖｒ＋を越える
とオペアンプ１２の出力レベルが低レベルに反転し、ト
ランジスタ１３がオフとなる。トランジスタ１３のオフ
によりポンプ電流が減少するので電池素子２の電極板７
゜８間の発生電圧Ｖｓが低下し、非反転増幅器３０から
オペアンプ１２の反転入力端に供給される電圧Ｖｓ−も
低下する。電圧Ｖｓ＝が基準電圧Ｖｒ１を下回ると再び
オペアンプ１２の出力レベルが高レベルとなり、ポンプ
電流を増加せしめる。この動作が高速にて繰り・返され
るので電圧Ｖｓは一定値に制御されると共にディジタル
制御信号が表わす値に応じた電圧となる。

基準電圧Ｖ　ｒ　＋のオペアンプ１２への供給時に酸素
ポンプ素子１の電極板５，６間を流れるポンプ電流値Ｉ
ｐは抵抗１５の端子電圧Ｖｐによって検出され、その端
子電圧Ｖｐは制御回路３１のＩＰ入力端に供給される。

制御回路３１はエンジン回転に同期して次の如く動作す
る。第３図に示すように先ず、制御回路３１はポンプ電
流値１ｐとして端子電圧Ｖｐを読み込み（ステップ５１
）、そのときの電圧Ｖｓに対応するポンプ電流１ｐの制
限電流値ＩＰＬを算出する（ステップ５２）、？ｆｆ圧
ＶｓはＩ　ｃ　Ｉｌｌ　ａｌｌ出力端から出力されるデ
ィジタル信号、すなわち基準電圧Ｖｒ＋に応じて予め設
定される。ちり成型流値ＩＰＬはブラックニング現象発
生領域の値より若干小ざい値でかつ酸素濃度が小なるほ
ど小さく設定される。制限電流値ＩｐＬの算出後、ポン
プ電流ＩＰが制限電流値ＩＰＬより大であるか否かを判
別する（ステップ５３）。Ｉｐ　＞　Ｉｐ　Ｌならば、
ブラックニング現象の発生の可能性があるのでポンプ電
流の供給を停止すべく基ｒ￥雷電圧ｒ＋を０（Ｖ）にす
るようにＩｃ制御出力端から出力されるディジタル信号
の内容が例えば、４ビツトのディジタル信号の場合、“
’　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　”に変更される（ステップ５４）
。基準電圧Ｖ　ｒ　１を０（Ｖ）にするとオペアンプ１
２の出力レベルが低レベルとなるのでトランジスタ１３
がオフになり、酸素ポンプ素子７の電極板５．６間にポ
ンプ電流が流れなくなる。制御回路３１はステップ５５
の実行後、２次空気のエンジンへの供給を停止するため
に電磁弁４４の開弁駆動を停止する（ステップ５５）。

一方、Ｉｐ≦ＴＰＬならば、ポンプ電流を供給するため
にディジタル信号を予め定められた酸素濃度検出用の値
にしくステップ５６）、読み込んだポンプ電流値１ｐが
目標空燃比に対応する基準値１ｒ＋より小であるか否か
を判別する（ステップ５７）。Ｉｐ＜Ｉｒ＋ならば、エ
ンジンに供給された混合気の空燃比がリッチであるとし
て制御回路３１は電磁弁４４を開弁駆動して２次空気を
エンジンに供給せしめる（ステップ５８）。

Ｔｐ≧Ｉｒ＋ならば、供給況合気の空燃比がリーンであ
るとしてステップ５５を実行して２次空気のエンジンへ
の供給を停止させる。

なお、上記した本発明の実施例においては、ＩＰ＞ＩＰ
Ｌのときにはディジタル信（）の内容を変更することに
よりポンプ電流の供給が停止されるが、これに限らず、
例えばオペアンプ１２の非反転入力端の電圧を強制的に
０（Ｖ）にするようにしてもよいのである。

１１匹鬼盟 以上の如く、本発明の酸素濃度検出装置においては、検
出された酸素濃度に応じた電流値以下に酸素ポンプ素子
への供給電流値を制限するのでブラックニング現象の発
生を確実に防止することができる。また電圧Ｖｓを一定
値に制御するためにポンプ電流を過剰に供給することも
防止することができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸素濃度−ボンブ電流特性及びブラックニング
現象発生領域を示す図、第２図は本発明による酸素８力
度検出装置を適用した空燃比制御装置を示す回路図、第
３図は第２図の装置中の制御回路の動作を示すフロー図
である。 主要部分の符号の説明 １・・・・・・酸素ポンプ索子 ２・・・・・・電池素子 ３・・・・・・間隙部 ４・・・・・・スペーサ ５ないし８・・・用型極板 １１・・・・・・電流供給回路 ３０・・・・・・非反転増幅器 出願人　　　本田技研工業株式会社 代理人　　　弁理士　　藤村元彦 第１図 陵素濃度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定気体中に配設される一対の酸素イオン伝導
   性固体電解質材を有しその各固体電解質材に一対の電極
   が形成されかつ前記一対の固体電解質材が所定の間隙部
   を介して対向するように配置され前記一対の固体電解質
   材の一方が酸素ポンプ素子として他方が酸素濃度比測定
   用電池素子として各々作用する酸素濃度検出器と、前記
   酸素ポンプ素子の電極間に電流を供給し前記電池素子の
   電極環に発生した電圧を一定値にするように供給電流値
   を変化させる電流供給手段とを含み、前記電流供給手段
   の供給電流値を酸素濃度検出値とする酸素濃度検出装置
   であつて、前記電流供給手段は検出酸素濃度に応じた電
   流値以下に前記酸素ポンプ素子への供給電流を制限する
   リミッタ手段を有することを特徴とする酸素濃度検出装
   置。
2. （２）前記リミッタ手段は被測定気体中の酸素濃度が小
   なるほど制限電流値を小さく設定することを特徴する特
   許請求の範囲第１項記載の酸素濃度検出装置。