JPS6319548A - 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丘豆１ 本発明は内燃エンジン用酸素ｉ１度検出装置にｊ』ずる
。

九旦且韮 一般に、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υＮｌｌする空燃比制御が行なわれ
ている。

このような空燃比制御に用いられる酸素濃度検出装置と
して、２つの平板状のｌｌｉ！２素イオン伝導性固体電
解質部材の各々に電極対を設けて２つの固体電解質部材
の一方の電極面に被測定気体が滞留し、一方の固体電解
質部材の他方の電極面が大気に連通するように構成して
被測定気体中の酸素濃度に比例した出力を発生する装置
がある（例えば、特開昭５９−１９２９５５号公報）。

かかる酸素濃度検出装置においては、一方の酸素イオン
伝導性固体電解質部材と°電極対とが￥Ｉｉ素Ｓ度比検
出電池素子として作用し他方の［６イオン伝導性固体電
解質材と°電極対とが酸素ポンプ素子として作用するよ
うになっている。酸素１ｉ１［１１比検出゛市池素子の
電極間の発生電圧が基準電圧以上のとき酸素ポンプ素子
内を酸素イオンが被測定気体滞留側電極に向って移動す
るように電流を供給し、酸素濃度比検出電池素子の電極
間の発生電圧が基準゛重圧以下のとぎ酸素ポンプ素子内
を酸素イオンが被測定気体滞留側とは反対側の電極に向
って移動するように電流を供給することによりり一部及
びリッチ領域において酸素ポンプ素子に流れるポンプ電
流値１ｐは第１図に示すように酸素濃度（空燃比）に比
例するのである。このポンプ電流値［ｐは、通常、酸素
ポンプ素子に直列に電流検出用抵抗を接続することによ
り電流検出用抵抗の両端電圧として検出される。

また、かかる酸素濃度検出装置においては、酸素ポンプ
素子及び電池素子の温度をかなり高温にしなければ所望
の比例した酸Ｎ濃度検出特性が得られないので酸素イオ
ン伝導性固体電′ｔＲ，質部材にヒータ素子を固着して
ヒータ素子によって酸素ポンプ素子及び電池素子を加熱
することが行なわれている。通常、酸素ポンプ素子の一
方の電極がアースされ他方の電極に電流検出用抵抗を介
して電圧が印加される構成によりヒータ素子にヒータ電
流が供給されている。しかしながら、ヒータ素子に供給
されるヒータ電流の一部が固体電解質部材等を介してリ
ークして本来の供給ポンプ電流と共に′Ｐｉ素ポンプ素
子に流れ込み酸素イオンの移動へ１に影響を与えるので
電流検出用抵抗からは酸素ポンプ集子に流れるボンゾ°
占流値、すなわち被測定気体中の酸素濃度を正確に検出
できないという問題点があった。

ｌ且夏且１ そこで、本発明の目的は、被測定気体中の酸素濃度を検
出精度の向上を図ったＭ　Ｍ　ｆ、１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装置は、ポンプ素子と電流検出用
抵抗との直列回路の゛心火検出用抵抗側の一端の電位を
基準電位に等しくしてヒータ素子への供給電流からのリ
ーク電流も電流検出用抵抗に流れるようにしたことを特
徴としている。

支−Ｕ 以ド、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Ｍ素濃度検出装ｍを備えた内燃
エンジンの電ｆ制御燃料噴射装置を示している。本装置
にＪ３いて、酸素濃度検出装置の検出部１０は内燃］こ
ンジン３１の排気管３２の三元触！ｉ！ｌｊ］ンバータ
３３よりも上流に配設されており、この検出部１０の検
出出力はＥ　ＣＬＪ　（Ｅ　Ｉｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｎ
ｔｒｏｌ　　Ｌｌｎｉｔ）３４に供給される。

酸素濃度検出装置の検出部１０の保護ケース３５内には
、第３図に示すように、はぼ立り体状の酸素イオン伝導
性固体電解質部材１をイｊしており、この酸素イオン伝
導性固体電解質部材１内には気体滞留室２が形成されて
いる。気体滞留室２は被測定気体である排気ガスを導入
する導入孔４を介して外部に連通し、導入孔４はエンジ
ン３１の排気管３２内においで排気ガスが気体滞留室２
内に流入し易いように位置される。また酸素イオン伝導
性固体電解質部材１には大気を導入する大気基準室５が
気体滞留室２と壁を隔てるように形成されている。気体
滞留室２と大気１ｔｌ！亨５との間の壁部及び大気基準
室５とは反対側の壁部には電極対７ａ、７ｂ、６ａ、６
ｂが各々設けられている。

そして、固体電解質部材１及び電極対６ａ、６ｂが酸素
ポンプ素子８として作用し、固体電解質部材１及び電極
対７ａ、７ｂが電池素子９どして釣用づる。大気基準室
５の外壁面にはヒータ素子３が設けられている。

酸素イオン伝導性固体電解質部材１としてｔよ、Ｚｒ０
ｚ　　（二酸化ジルコニウム）が用いられ、電Ｊ４６　
ａ　、　６　ｂ　、　７　ａ　、　７　ｂとしてはＰｔ
（自分）が用いられる。

Ｅ　ＣＬｌ　３４　ハ、差動増幅器ＩＬｉ；７ｔ￥電圧
源１２、電流検出用抵抗１３及び制御回路１４にｊ；つ
て構成されている。検出部１０１．：おける酸素ポンプ
素子８の電極６ａは差動増幅器１１の出力端に接続され
、電極６ｂは゛ｌｉｆ流検出用抵抗１３を介してアース
されている。また電池素子９の電極７ｂはアースされ、
電極７８にｔよ差動増幅器１１の反転入力端が接続され
でおり、この差動増幅器１１は電池素子９の電極７ａ、
７ｂ間の発生電圧と基準電圧源１２から非反転入力端に
印加される基準電圧ｖｒとの差電圧に応じた電圧を電ｔ
ｉ６ａ、６ｂ間及び電流検出用抵抗１３の直列回路に供
給する。基準゛電圧ｉ［！ｉ１２によって与えられる基
準電圧ｖｒは理論空燃比に相当する電圧（例えば、０゜
４Ｖ）に設定される。電流検出用抵抗１３０両端が酸素
濃度検出装置の出力端となり、この出力端に導出される
°電圧は酸Ｎｍ度検出値として制御回路１４に供給され
る。

制御回路１４には、例えば、ポテンショメータからなり
、絞り弁３７の開度に応じたレベルの出力電圧を発生す
る絞り弁開度センサ１５、吸気管３６内の絞り弁３７の
下流に設けられて吸気管内の絶対１（に応じたレベルの
出力電圧を発生する絶対圧センサ１６、エンジンの冷却
水温に応じたレベルの出力電圧を発生する水温センサ１
７及びエンジンのクランクシャフト（図示せず）の回転
に同期したパルス信号を発生するクランク角センリ１８
の各センサ出力が供給される。

１−制御回路１４は、電流検出用抵抗１３の両端電圧を
ディジタル信号に変換する差動入力のＡ／［）（アナロ
グ／ディジタル）変換器２０と、絞り弁開度センサ１５
、絶対圧セン）Ｔ１６及び水温センサ１７の各出力レベ
ルのレベル変換をわなうレベル変換回路２１と、このレ
ベル変換回路２１を経た各セン勺出力のうちの１つを選
択的に出力するマルチプレクサ２２と、このマルチプレ
クサ２２から出力されるアナログ信号をディジタル信号
に変換するＡ／ｒ）変換器２３と、クランク角しンサ１
８の出力信号を波形整形してパルス信号（例えば、ＴＤ
Ｃパルス）として出力する波形整形回路２４と、波形整
形回路２４から出力されるパルス信号の発生間隔をクロ
ック発生回路（図示せず）からのクロックをカウントす
ることにより計測するカウンタ２５と、インジェクタ１
９を駆動する駆動回路２６と、ヒータ素子３に電流を供
給するヒータ電流供給回路２７と、プログラムに従って
ディジタル演算などを行なうｃｐｕ　＜中央処理回路）
２８と、各種の処理プログラム及びデータが予め書き込
まれたＲＯＭ２９及びＲＡＭ３０からなっている。

インジェクタ１９はエンジン３１の吸気バルブ（図示せ
ず）近傍の吸気管３６に配設されている。

また、ヒータ素子３にはヒータ電源４０から電圧が供給
され、そのヒータ電源４０の出力電圧がヒータ電流供給
回路２７によって制御される。ヒータ素Ｆ３に電圧が印
加されると、ヒータ素子３が発熱して酸素ポンプ素子８
及び電池素子９を排気ガスよりも高い適４１に加熱する
。

かかる構成において、Ａ／Ｄ変換器２０から酸素ポンプ
素子８を流れるボンノミ流値ＩＰが、Ａ／Ｄ変換器２３
から絞り弁開度θｔｈ、吸気管内絶対圧ＰＢＡ及び冷却
水ｎｊ　Ｔ　Ｗの情報が択一的に、またｈウンタ２５か
ら回転パルスの発生周期内における計数値を表わす情報
がＣＰＬＪ２８に入出力バス３８を介して各々供給され
る。ＣＰＬＪ２８はＲＯＭ２９に記憶された演粋ブ［１
グラムに従って上記の各情報を読み込み、これら情報を
基にしてＴＤＣパルスに同期した燃料供給ルーチンにお
いて所定の算出式からエンジン３１への燃料供給最に対
応するインジェクタ１９の燃料噴射時間Ｔ。

ＵＴを演算する。そして、その燃料噴射時間Ｔ。

ＬＩＴだけ駆動回路２６がインジェクタ１９を駆動して
エンジン３１へ燃料を供給せしめるのである。

燃料噴射時間ＴＯＵ、’Ｔは例えば次式から導出される
。

Ｔｏｕｖ＝Ｔｉ　　・Ｋｏｚ　φＫｗｏＴ争Ｋｖｗ・・
・・・・（１） ここで、Ｔ１はエンジン回転数Ｎｏと吸気管内絶対圧Ｐ
Ｒ八とから決定されるり水噴射時間を表わす基本供給耐
、Ｋｏｚは酸素濃度センサの出力レベルに応じて設定さ
れる空燃比のフィードバック補正係数、Ｋｗｏ＋・は高
負荷時の燃料増最補正係数、ＫＴＷは冷却水温係数であ
る。これらＴｉ。

ＫＯ２、ＫＷＯＴ、ＫＴＷは燃料供給ルーゾンのサブル
ーチンにおいで設定される。

今、酸素ポンプ素子８へのポンプ電流の供給が開始され
、そのときエンジンに供給された混合気の空燃比がリー
ン領域にあれば、電池素子９の電極７ａ、７ｂ間に発生
する゛電圧が基準電圧源１２の基準電圧よりも低くなる
ので、差動増幅３１１の出力レベルが正レベルになり、
この正レベルの電圧が酸素ポンプ素子８の電極６ａに印
加される。

これにより、酸素ポンプ素子８には電極６ａから電極６
ｂに向ってポンプ電流が流れるので、気体滞留室２内の
酸素が電極６ｂにてイオン化し酸素ポンプ素子８内を移
動して電＆６ａから酸素ガスとして放出され、よって気
体滞留室２内の酸素が汲み出されることになる。

気体滞留室２内の酸素の汲み出しにより気体滞留室２内
の排気ガスと大気基準室５内の大気との間に酸素８１度
若が生ずる。この酸素濃度差に応じた電圧■Ｓが電池素
子９の電極７ａ、７ｂ間に発生し、この電圧Ｖｓは差動
増幅器１１の反転入力端に供給される。差動増幅器１１
の出力電圧は゛電圧ＶＳと阜”Ｆ　’ｉ！ｉ　Ｉ−ｆ　
Ｖ　ｒとの停電１（に比例した値となり酸素ボンシタ名
子８と゛ぬ流検出用抵抗１３との直列回路に印１１１１
される。

一方、リッチ領域の空燃比のときには、電圧■Ｓが基準
電圧■ｒを越えるので、差動増幅器１１の出力レベルが
正レベルから負レベルに遷移する。

この負レベルにより酸素ポンプ素子８の電１１１ｉ６ａ
。

６ｂ間に流れるポンプ電流の方向が反転する。りなわら
、ポンプ電流は電極６ｂから電極６εｌのｊ）向に流れ
るので、外部の′Ｆｉ累が電極６ａにてイオン化し酸素
ポンプ素子８内を移動して電極６ｂから酸素ガスとして
気体滞留室２内に放出され、酸素が気体滞留室２内に汲
み込まれる。

次に、ヒータ素子３に供給されるヒータ゛電流の一部が
リークして酸素ポンプ素子８に流れる場合について説明
する。空が比がリーン領域にあるときには、ヒータ素子
３にヒータ電源４０から供給される電流の一部が第３図
に破線ａで示したようにヒータ素子３から固体電解質部
材１内を通過して酸素ポンプ素子８の電極５ａ、５ｂ間
に到達し、そして差動増幅器１１の正出力レベルによる
ポンプ電流と合流して電極６ｂに向って流れ、更に電流
検出用抵抗１３を介してアースに流れ込む。このリーク
電流によっても気体間’６４　室２内の酸素が汲み出さ
れ、それに応じて°電池素子９の電極７ａ。

７ｂ間に電圧が発生し、差動増幅器１１の出力電圧が制
御される。よって、゛電流検出用抵抗１３からはリーク
電流を含んだポンプ電流を表わす電圧が酸素ａ度検出値
として制御回路１４に供給される。第４図は空燃比がリ
ーン領域における本発明の酸素ａ度検出装置の出力特性
を示しており、破線Ａの特性が差動増幅器１１の出力電
圧によって酸素ポンプ索子８を流れる電流、リーなわも
従来の装置においてポンプ電流値として電流検出用抵抗
によって検出された電流を表わしている。実線８の特性
が電流検出用抵抗１３によって検出されるリーク電流を
含んだポンプ市流を表わしている。

また、空燃比がリッチ領域にあるときに（ま、ヒータ素
子３にヒータ電源４０から供給される電流のリーク電流
は°電極６ｂ、°１を流検出抵抗１３ヘボンブ電流を低
下させるように流れるので電流検出用抵抗１３からは差
動増幅器１１の出力電圧による電流からリーク電流を差
し引いたポンプ電流を表わす電圧が酸素濃度検出賄とし
てυｌｌ７ｆｔ回路１４に供給される。

従って、かかるリーク電流が生じても気体間６イ亨２内
の酸素温度が常に一定に、すなわち平衡状態になるよう
になるようにリーク電流を含んだポンプ電流が！ｌ！２
累ポンプ累子８を流れ゛Ｃ酸素を汲み込んだり、汲み出
したりするので、電流検出用抵抗１３によって検出され
るポンプ電流値ＩＰはリーン及びリッチ領域にて排気ガ
ス中の酸素＆１度に各々比例づるのである。このポンプ
電流値ＩＰに応じて上記フィードバック補正係数ＫＯ２
が設定される。

ｌ粧五匁課 以上の如く、本発明のＭ素淵度検出装置によりいては、
ポンプ素子と°ｆｕ流検比検出用抵抗直列回路の電流検
出用抵抗側の一端の電位を基準電位に等、シくシてヒー
タ素子への供給電流からのリーク電流も電流検出用抵抗
に流れるようにしたので酸素濃度検出値を正確に検出す
ることができ、この酸素濃度検出値に応じて供給混合気
の空燃比を制御することにより空燃比制御精度の向上を
図ることかできるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸素濃度検出装置の出力特性を示す図、第２図
は本発明による酸素濃度検出装置を備えた゛重子制御燃
料噴射装置を示す構成図、第３図は第２図における酸素
濃度検出装置検出部及びＥＣＵの具体的構成を示す回路
図、第４図は第２図の装置の出力特性を示す図である。 主要部分の符号の説明 １・・・・・・酸素イオン伝導性固体電解質部材２・・
・・・・気体滞留室 ４・・・・・・導入孔 ５・・・・・・大気基準室 ８・・・・・・酸素ポンプ素子 ９・・・・・・′宙池県子 １０・・・・・・検出部 １１・・・・・・差動増幅器 １３・・・・・・電流検出用抵抗 １４・・・・・・制御回路 １５・・・・・・絞り弁開度センサ １６・・・・・・絶対圧センサ １７・・・・・・水温センナ １８・・・・・・クランク角セン奮す １９・・・・・・インジェクタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）各々が酸素イオン導電性固体電解質部材と該固体
   電解質部材を挟んで対向する電極対とからなる電池素子
   及びポンプ素子と、前記固体電解質部材に固着され電流
   が供給されると発熱するヒータ素子と、前記電池素子及
   びポンプ素子各々の電極対の一方を液測定気体と連通さ
   せる気体拡散制限手段と、前記ポンプ素子の電極と直列
   に接続された電流検出用抵抗と、前記電池素子の電極対
   間の電圧と基準電圧との差電圧に応じた電圧を前記ポン
   プ素子と電流検出用抵抗との直列回路に印加する電圧供
   給手段とを含み、前記電流検出用抵抗の両端電圧を酸素
   濃度検出値として出力する酸素濃度検出装置であって、
   前記直列回路の前記電流検出用抵抗側の一端の電位を基
   準電位に等しくすることを特徴とする酸素濃度検出装置
   。
2. （２）前記基準電位はアース電位であることを特徴とす
   ること特許請求の範囲第１項記載の酸素濃度検出装置。