JPS63285461A - ガス検出装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、測定ガス室を有する構造のガスセンサを用い
て、各種燃焼機器の排気中の酸素濃度、空燃比等の検出
を行なうガス検出装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、内燃機関や各種燃焼機器等に供給される混合気の
空燃比を排気中の酸素濃度より検出するガス検出装置と
して、例えは、酸素イオン伝導性の固体電解質両面に多
孔質電極が形成された２個の素子を、各素子の一方の多
孔質電極がガス拡散を制限された測定ガス室に接するよ
うに配設してなるガスセンサを用いたものが知られてい
る。

この種のガス検出装置は、空燃比を排気中の酸素濃度よ
り検出するために、以下に述べるセンサ制御回路及び空
燃比検出回路を備えている。

まず、センサ制御回路は、上記ガスセンサを構成する一
方の素子を酸素ポンプ素子、他方の素子を酸素ポンプ素
子として動作させ、酸素濃淡電池素子両端の電極に生ず
る電圧が一定となるよう酸素ポンプ素子に流れる電流を
制御し、この電流（以下ポンプ電流という）の値を出力
するよう構成されている。

次に、空燃比検出回路は、このポンプ電流値がら空燃比
を算出するものであり、予め実験的に求められたポンプ
電流と空燃比との相関関係をＲＯＮｌ等に記憶しておき
、この相関関係に基づいて、センサ制御回路の出力する
ポンプ電流の値から空・燃比を算出するよう構成されて
いる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、ポンプ電流と空燃比との相関関係は、第
５図に示すように、単純な比例関係ではなく、この相関
関係を実験で正確に求めるためには多くの測定点が必要
となる。このため実験に長時間を要し、作業効率が低下
するという問題があった。

そこで、本発明は、予め実験で求められた被測定ガス中
の水素と一酸化炭素との分圧比に基づいて、検出信号が
ら空燃比等を算出するよう構成したガス検出装置を提供
することによって、実験時間を短縮して作業効率を向上
させると共に、空燃比等を精度良く検出できるようにす
ることを目的としてなされたものであって、以下の如き
構成をとった。

［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成するための本発明の構成は、第１図に
示すように、 周囲の被測定ガスの流人が制限された測定ガス室Ｍ１に
接して、該測定ガス室Ｍｌ内の酸素）成度を検出する検
出素子Ｍ２、及び上記測定ガス室Ｍ１と上記被測定ガス
との間で酸素イオンを移動させる酸素ポンプ素子Ｍ３を
設け、少なくとも該酸素ポンプ素子Ｍ３を制御して上記
被測定ガス中の酸素濃度に応じた検出信号を出力する制
御手段Ｍ４を備えたガスセンサＭ５と、 上記検出信号に基づいて、上記被測定ガス中のガス濃度
を算出する演算部Ｍ６と、 を具備したガス検出装置において、 上記演算部Ｍ６は、 予め実験的に求められた上記被測定ガス中の水素と一酸
化炭素との分圧比を記憶する分圧比記憶手段Ｍ７と、 該分圧比に応じて、上記検出信号と被測定ガス濃度との
相関関係を求める相関関係算出手段Ｍ８と、 該相関関係を用いて、上記検出信号から、上記被測定ガ
ス中の酸素濃度、一酸化炭素濃度、水ｔ　濃度、及び空
燃比のうち少なくとも一つを算出するガス濃度算出手段
Ｍ９と、 を備えたことを特徴とするガス検出装置を要旨とする。

ここで、検出素子Ｍ２及び酸素ポンプ素子Ｍ３は、酸素
イオン伝導性固体電解質板の表裏面に一対の名孔質電極
を設けた素子であってもよい。これらの素子に使用され
る酸素イオン伝導性固体電解質としては、ジルコニアと
イツトリアの固溶体、あるいはジルコニアとカルシアの
固溶体等が代表的なものであり、その他二酸化セリウム
、二酸化トリウム、二酸化ハフニウムの各固溶体、ベロ
アスカイト型酸化物固溶体、３価金属酸化物固溶体等も
使用可能である。また、その固体電解質両面に設けられ
る多孔質電極としては・、酸化反応の触媒作用を有する
白金やロジウム等を用いることができ、その形成方法と
しては、これらの金属粉末を主成分としてペースト化し
、厚膜技術を用いて印刷後、焼結して形成する方法、あ
るいはフレーム溶射、化学メッキ、蒸着等の薄膜技術を
用いて形成する方法を用いてもよい。さらに、被測定ガ
スにさらされる多孔質電極はその多孔質に更に、アルミ
ナ、スピネル、ジルコニア、ムライト等の多孔質保護層
を厚膜技術を用いて形成することが好ましい。

また、検出素子Ｍ２として、遷移金属酸化物を主成分と
し、周囲の酸素ガス分圧に応じて抵抗の変化する酸素ガ
ス検出素子を用いてもよく、その遷移金属酸化物として
は、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、Ｃｏ０１ＺｎＯ５Ｎｂ２０ｓ
及びＣｒ２Ｏ３から選ばれた、１種又は２種以上の物質
が使用可能である。

測定ガス室Ｍ１は、ガスの拡散を制限するガス拡散制限
部を介して、周囲の被測定ガスを拡散制限的に導入する
ガス室であってもよい。例えばこのガス室は、検出素子
Ｍ２と酸素ポンプ素子Ｍ３との間に、八〇２０３、スピ
ネル、フォルステライト、ステアタイト、ジルコニア等
からなる層状中間部材としてのスペーサを挟むことによ
って、検出素子Ｍ２の多孔質電極と酸素ポンプ素子Ｍ３
の多孔質電極との間に形成される偏平な閉鎖状のガス室
であってもよい。そして、ガス拡散制限部として、この
スペーサの一部に周囲被測定ガス雰囲気と測定ガス室Ｍ
１とを連通させる、孔を設けてもよい。このガス拡散制
限部は、周囲被測定ガス雰囲気と測定ガス室Ｍ１とを拡
散制限的に連通させるものであって形状は制限されなく
、例えば上記スペーサの一部あるいは全部を多孔質体で
置き換えたり、スペーサ（厚■莫コートを含む）に孔を
設けたり、更には、スペーサを検出素子Ｍ２の端子側と
酸素ポンプ素子Ｍ３の端子側との間のみに設けて検出素
子Ｍ２と酸素ポンプ素子Ｍ３との間に空隙を形成し、こ
の空隙を測定ガス室と一体のガス拡散制限間隙として設
けることもできる。また、測定ガス室全体に電気絶縁性
であることが望ましい多孔質材を配してもよい。

ガスセンサＭ５は、検出素子Ｍ２の酸素ポンプ素子Ｍ１
に対向しない面に接して基準酸素室を設け、測定ガス室
Ｍｌ内の酸素濃度を検出素子Ｍ２で検出する場合の基準
としてもよい。この基準酸素室は、外部から大気を導入
・するように形成されたガス室、または測定ガス室Ｍ１
と漏出抵抗部を介して連通ずるよう形成されたガス室等
であれはよい。また、このようなガス室を設けずに、検
出素子Ｍ２の酸素ポンプ素子Ｍ１に対向しない面に設け
られた多孔質電極の連通孔自体を上記基準酸素室として
使用することも可能である。

制御手段Ｍ４は、ディスクリートな回路により、容易に
実現することができるが、検出素子Ｍ２の電極間電圧を
−Ｈデイジタル値に変換して読み込み、周知のマイクロ
プロセッサを用いた論理回路によって酸素ポンプ素子Ｍ
３のポンプ電流（検出電流）を制御するような構成とす
ることもできる。

この場合、制御手段Ｍ４は演算部Ｍ６と一体に構成する
ことも可能である。

演算部Ｍ６は、周知のマイクロプロセッサを用いた論理
回路によって構成してもよく、この場合、相関関係算出
手段Ｍ８及びガス濃度算出手段Ｍ９は、分圧比記・憶手
段Ｍ７としてのＲＯＭ等から読み出した水素と一酸化炭
素との分圧比に基づいて、制御Ｉ手段Ｍ４の出力する検
出信号がら空燃比等を算出する処理を実行する。

尚、相関関係算出手段Ｍ８及びガス濃度算出手段Ｍ９は
、分圧比記憶手段Ｍ７から読み出した水素と一酸化炭素
との分圧比に基づいて、制御手段Ｍ４の出力する検出信
号から酸素濃度、水素濃度、一酸化炭素濃度を算出する
ように働くものであってもよい。

さらに、高速処理及び装置構成の簡素化を実現するため
には、演算部Ｍ６全体をＲＯＭ等を用いて構成すること
も可能である。この場合、予め実験的に求められた被測
定ガス中の水素と一酸化炭素との比に基づいて別途算出
しておいた検出信号と空燃比等との相関関係（検出信号
を空燃比等へ変換するための変換テーブル）が上記ＲＯ
Ｍ等の記憶内容である。このような構成では、検出信号
をディジタル化して上記ＲＯＭ等のアドレス入力端子に
人力すると、データ出力端子がら空燃比等に相当するデ
ィジタル信号が出力されるので、空燃比等の算出に要す
る時間を短縮でき、高速化が可能である。

尚、周知のマイクロプロセッサを用いた論理回路で演算
部Ｍ６を構成した場合にも、上記変換テーブルを用いる
方法は有効である。すなわち、上記変換テーブルをガス
検出装置の始動時（ガスセンサの暖機時間中など）に作
成してＲＡＭ等に記憶させることによって、同様に高速
化を実現することができる。

さらに、本発明のガス検出装置は、複数のガスセンサＭ
５を備え、各ガスセンサの出力する検出信号を演算部Ｍ
６に設けたマルチプレクサで逐次選択して、各ガスセン
サの置かれたガス雰囲気中の酸素濃度、空燃比等を算出
するように構成してもよい。このように構成したガス検
出装置を、例えは内燃機関に用いて、各気筒の排気中に
ガスセンサ（検出素子、酸素ポンプ素子、及び測定ガス
室等からなるセンサ素子部）を配置することによって、
気筒毎の燃焼状態を検知することも可能である。

［作用コ 以上の如く構成された本発明のガス検出装置は、ガスセ
ンサＭ５が被測定ガス中の酸素濃度に応じた検出信号を
出力し、演算部Ｍ６がこの検出信号に基づいて被測定ガ
ス中の酸素濃度、一酸化炭素濃度、水素濃度、及び空燃
比のうち少なくとも一つを算出するよう働く。

まず、ガスセンサＭ５は、検出素子Ｍ２によって拡散制
限部を有する測定ガス室Ｍ１の酸素濃度を検出し、この
酸素濃度が所定の１直となるように、制御手段Ｍ４によ
って酸素ポンプ素子Ｍ４のポンプ電流（即ち、測定ガス
室Ｍ１と周囲の被測定ガスとの間で移動させる酸素分子
の量）をフィードバック制御する。そして、制御手段Ｍ
４はこのポンプ電流に相当する信号を検出信号として出
力する。

次に、演算部Ｍ６は、相関関係算出手段Ｍ８によって、
分圧比記憶手段Ｍ７に記憶されている被測定ガス中の水
素と一酸化炭素との分圧比を読み出し、この分圧比に応
じて検出信号と被測定ガス濃度との相関関係を求めた後
、この相関関係を用いて、ガス）成度算出手段Ｍ９によ
って、検出信号から、被測定ガス中の酸素濃度、一酸化
炭素濃度、水素）成度、及び空燃比のうち少なくとも一
つを算出するよう働く。

ここで、本発明のガス検出装置におけるガス濶度検出の
原理について説明する。まず、上述した構造、すなわち
拡散制限部を有する測定ガス室を備えた構造のガスセン
サの検出信号であるポンプ電流Ｉｐは、次式で与えられ
る（米国自動車技術会予稿集第８４１２５０号、ＳＡＥ
　　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　　Ｐａｐｅｒ　　Ｎｏ、８４
１２５０）。

リーン時： Ｉｐ＝４ｅＤｏ２Ｐｏ２　＋”（１） リッチ時： Ｉｐ＝２ｅＤｃｏＰｃｏ＋２ｅＤ＋２ＰＨ２φφ令　（
２）但し、 ｅ：電子の電荷 ＤＯ２，［）ｃｏ、　Ｄ）＋２ ：各々０２．Ｃｏ、Ｈ２の拡散係数（センサの寸法、温
度等の比例係数も含む） ＰＯ２，ＰＣＯ，ＰＨ２ ：各々被測定ガス中の０２．Ｃｏ、Ｈ２の分圧である。

、　　ここで、 Ｋａ＝　１　／　（４ｅ　ＤＯ２） Ｄ　１＝　Ｄｃｏ／　Ｄ　０２ Ｄ２＝ＤＨ２／ＤＯ２ ｍ　＝　Ｐ　Ｈ２／　Ｐ　ｃ。

とおくと、リーン時の酸素分圧ＰＯ２は（１）式より、 ＰＯ２＝Ｋ［ｌ　Ｉ　ｐ　　”・（３）となる。

一方、リッチ時のＣＯ分圧ｐｃｏは（２）式より、Ｐｃ
ｏ＝に１！　Ｉｐ中１／　　（Ｄ＋／２＋ｍＤ２／２）
・・・（４） となる。また、被測定ガス中の未燃焼成分（Ｃｏ。

８２）を燃焼させるのに必要な０２量より、ＰＯ２は、
ＰＯ２：ＰＣＯ／２＋ＰＨ２／２ ”　（１／２＋ｍ／２）Ｐｃｏ　　”・（５）となる。

ここで、　（４）式を（５）式に代入すると、 ＰＯ２＝Ｋ［ｌ　Ｉｐ−（１＋ｍ）／　（Ｄ＋＋ｍＤ２
）・・・（６） となる。

尚ＳＰＨ２＝ｍＰＣＯの関係があるので、Ｈ２分圧ＰＨ
２は、　（４）式より、 Ｐｌ、＋２＝ＫｇＩｐφｍ／　（Ｄ＋／２＋ｍＤ２／２
）・・・（７） で表される。

従って、　（３）、　　（６）式によって、ポンプ電流
Ｉｐから過不足酸素量に応じ九酸素分圧ＰＯ２を求める
ことができる。また、　（４）、　　（７）式によって
、各々一酸化炭素分圧ｐｃｏ、水素分圧ＰＨ２を求める
こともできる。そこで、（３）、　　（６）。

（４）、（７）式より、ガス分圧ＰＸとポンプ電流ＩＰ
との相関関係を一般式として次のように表すことができ
る。

ＰＸ＝Ｋｃ＋ＫｍＩｐ ここで、Ｋ２は前述したように に９＝　１　／　（４ｅ　ＤＯ２） で表される基本相関係数であり、また、Ｋ、は酸素分圧
ＰＯ２算出の場合（リーン時）：Ｋｍ＝１ 酸素分圧ＰＯ２算出の場合（リッチ時）：Ｋｍ＝　（１
＋ｍ）／　（Ｄ＋＋ｍＤ２）一酸化炭素分圧ｐｃｏ算出
の場合： に−＝１／　（Ｄ１／２＋ｍＤ２／２）水素分圧ＰＨ２
算出の、場合： Ｋｍ＝ｍ／　（Ｄ＋／２＋ｍＤ２／２）で表される補正
相関係数である。

そして、以上のようにして求めたガス分圧から、過不足
酸素濃度ＣＯ２，一酸化炭素濃度（：ｃｏ、及び水素濃
度ＣＨ２を、次のようにして容易に算出することができ
る。

Ｃ０２＝（ＰＯ２／Ｐ）Ｘ１００　　　　［％コＣｃｏ
＝（Ｐｃｏ／Ｐ）Ｘ１００　　［％］ＣＨ２＝　（ＰＨ
２／Ｐ）　Ｘ　１００　　［％］ここで、Ｐは被測定ガ
スの全圧である。

さらに、この過不足酸素）農産ＰＯ２から、燃焼反応に
おける当量比λ及び混合気の空燃比Ａ／Ｆを周知の当量
計算によって求めることができる。炭化水素系、アルコ
ール系燃料の燃焼の場合、入及びＡ／Ｆは次のようして
算出できる。

ｎ＋２ｙ □　）・・・（８） ４．７８　（４＋ｎ−２ｙ） ここで、 ｎ：燃料中のＨ／Ｃ（水素／炭素）比 ｙ：燃料中の０／Ｃ（酸素／炭素）比 である。また、 Ａ／Ｆ＝Ａ／Ｆ９Ｘ入　・・・（９） である。ここで、Ａ／Ｆｌａは、理論空燃比に相当する
Ａ／Ｆ値であり、 である。

以上述べたようにように、空燃比Ａ／Ｆは、１）ボンフ
゛電ン禿■ｐ ２）拡散定数の比ＤＩ　（＝ＤＣＯ／ＤＯ２）及びＤ２
（＝　Ｄ　Ｈ２／　Ｄ　０２） ３）被測定ガス中の未燃焼ガス（水素と一酸化炭素）の
分圧比ｍ　（：　Ｐｌ、１２／　ｐｃｏ）４）燃料中の
Ｈ／Ｃ比ｎ及びＯ／Ｃ比ｙから、算出することができる
。このうち、２）の拡散定数の比ＤＩ、　Ｄ２、及び４
）の燃料中のＨ／Ｃ比ｎ及びＯ／Ｃ比ｙは、分析データ
等に基づいて、定数として与えることができる。しかし
、３）の分圧比ｍは燃焼状態によって変動するので、測
定精度を上げるためには、分圧比ｍをポンプ電７Ｍ　Ｉ
ρの関数として与えることが好ましい。発明者は、この
分圧比ｍとポンプ電ＰＲＩ　Ｐとの関係を実験で求め、
第２図に示すように比較的直線的な関係になることを見
いだした。この関係に着目してなされた本発明のガス検
出装置によれば、第２図に示す分圧比ｍとポンプ電流Ｉ
ρとの関係を実験で求めるので、従来のように非直線的
な空燃比Ａ／Ｆとポンプ電流ＩＰとの関係（第５図参照
）を実験で求める場合に比べて、測定点の数が少なくて
済み、実験に要する時間を短縮して作業効率を向上させ
ることが可能である。

尚、簡便な方法として、分圧比ｍは燃料中のＨ７Ｃ比ｎ
に比例する定数としてもよく、例えば標準的なガソリン
エンジンの場合、排ガスの分析データから得られた次の
近似式 ％式％ ［実施例コ 以下本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。

第３図は本発明の一実施例としてのガス検出装置の概略
構成図であり、同図に示すように本実施例のガス検出装
置は、センサ素子部１、センサ制御回路２、及び空燃比
検出回路３から構成されている。

まず、センサ素子部１は、安定化ジルコニア等からなる
酸素イオン伝導性固体電解質板４の両側面に、各々白金
等からなる多孔質電極５，６が設けられた酸素ポンプ素
子７と、この酸素ポンプ素子７と同様に、酸素イオン伝
導性固体電解質板８の両側面に白金等からなる多孔質電
極９，１０が設けられた酸素濃淡電池素子１１とを備え
ている。

そして、酸素ポンプ素子７と酸素濃淡電池素子１１とは
、測定ガス室１２を形成して互いに対向配置させるため
に、その足元部でスペーサ１３を介して固定されている
。また、測定ガス室１２は、その上部で拡散制限部１４
を介して周囲の被測定ガス雰囲気と連通している。さら
に、酸素濃淡電池素子１１の測定ガス室１２と接しない
側には、酸素濃淡電池素子１１と凹型遮蔽体１５とで基
準酸素室１６を形成し、この基準酸素室１６は、酸素イ
オン伝導性固体電解質板８に設けたスルーホール１７を
介して測定ガス室１２と連通している。

尚、スペーサ１３及び遮蔽体１５はジルコニアである。

次に、センサ制御回路２は、演算増幅器１日。

１９．２０を中心に構成され、酸素濃淡電池素子１１の
多孔質電極９，１０間の電圧を演算増幅器１９によって
増幅し、増幅後の電圧Ｖｓと所定（例えば４５０ｍＶ）
の基準電圧Ｖｃとを演算増幅器２０、抵抗、コンデンサ
からなる回路で比較・積分し、その出力電圧Ｖ入により
演算増幅器１日を制御してポンプ電流Ｉρを双方向に制
御することによってＶｓを一定に制御し、このときのポ
ンプ電流■ρに相当する電圧Ｖ入を検出信号として出力
するよう構成されている。すなわち、センサ制御回路２
は、酸素濃淡電池素子１１に一定の小電流■ｃｐを流す
ことによって測定ガス室１２から基準酸素室１６へ酸素
を供給して基準酸素室１６内の酸素分圧を一定に保つと
共に、測定ガス室１２内の酸素分圧が一定となるように
酸素ポンプ素子７に流れるポンプ電流ＩＰを双方向に制
御し、その電流値に相当する電圧Ｖ入を検出信号として
出力するものである。

そして、空燃比検出回路３は、検出信号Ｖλから酸素温
度等を算出する回路であり、検出信号Ｖ入をディジタル
信号に変換するＡ／Ｄコンバータ２１、Ａ／Ｄコンバー
タの出力信号を人力する人力ボート２２、予め定められ
たプログラムに従ってデータの人力や演算及び制御を行
なう中央処理ユニッ）　（ＣＰＵ）２３、演算プログラ
ム、初期データ等を予め記憶しておく読みだし専用のメ
モリ（ＲＯＭ）２４、データ等を自由に書き込み・読み
出し可能な一時記憶メモリ（ＲＡＭ）２５、演算結果を
ディジタル信号として出力する出力ポート２６、ＣＰＵ
、ＲＯＭ、ＲＡＭ、人力ボート及び出力ポートを相互に
接続するデータバス２７、出力ポートから出力される演
算結果をアナログ信号に変換して空燃比信号として出力
するＤ／Ａコンバータ２８から構成される。尚、出力ポ
ートから出力される演算結果は外部の表示装置２９に表
示される。

尚、ＲＯＭ２４には、被測定ガス中の水素と一酸化炭素
との分圧比ｍ、基本相関係数に２、一酸化炭素と酸素と
の拡散係数の比Ｄ１、及び水素と酸素との拡散係数の比
Ｄ２等が初期データとして記憶される。

以下、上記空燃比検出回路３によって実行される処理に
ついて第４図に示すフローチャーＩ・に基づいて説明す
る。同図に示す空燃比算出ルーチンは、本実施例のガス
検出装置の動作中、所定のサンプリング時間毎に起動さ
れ、以下の処理を実行する。

まず、ポンプ電流Ｉｐ（実際にはｉｐに相当する検出信
号Ｖλ）をディジタル値に変換して読み込み（ステップ
１００）、続いてＲＯＭ２４に記憶された基本相関係数
Ｋｌａを読み込む（ステップ１１０）。ここで、ポンプ
電７Ａ　Ｉ　Ｐの値の正負を判断しくステップ１２０）
、Ｉｐが負の場合にはステップ１３０．１４０を実行す
る。すなわち、予め実験的に求められた被測定ガス中の
水素と一酸化炭素との分圧比ｍ等をＲＯＭ２４から読み
出しくステ・ンプ１３０）、この分圧比ｍ等に基づいて
補正相関係数ＫＩＮ（”　（１＋ｍ、）　／　（Ｉｈ＋
ｍＤ２）　）を算出する（ステップ１４０）。その後、
酸素分圧Ｐ０２　（＝に＋ａＫｍＩｐ）を算出しくステ
ップ１５０）、さらに酸素分圧ＰＯ２及び被測定ガスの
全圧Ｐから酸素濃度ＣＯ２（＝　ＰＯ２／　Ｐ　Ｘ　１
００）を算出しくステップ１６０）、この酸素濃度ＰＯ
２に基づいて前述した計算方法で空燃比Ａ／Ｆを算出し
て（ステップ１７０）、メインルーチンへ戻る。

一方、ステップ１２０で、ポンプ電？Ｍ　Ｉ　Ｐが正も
しくは零であると判断した場合には、ステップ１３０．
１４０に代わってステップ１８０を実行する。すなわち
、補正相関係数に、に１を代入する処理（ステップ１８
０）を行なう。その後は上記と同様の処理（ステップ１
５０，１６０，１７０）を実行して空燃比Ａ／Ｆ算出し
、メインルーチンへ戻る。

以上説明したように、本ルーチンによれば、予め実験的
に求められ、ＲＯＭ２４に記憶された被測定ガス中の水
素と一酸化炭素との分圧比ｍに基づいて、ポンプ電流Ｉ
Ｐに応じた空燃比Ａ／Ｆを求めることができる。この分
圧比ｍとポンプ電９ｇ　ＩＰとの関係は比較的直線的な
関係であり（第２図参照）、これを実験で求める場合、
従来のように非直線的な空燃比Ａ／Ｆとポンプ電流ＩＰ
との関係（第５図参照）を実験で求める場合に比べて、
測定点の数が少なくて済む。従って、実験に要する時間
を短縮して作業効率を向上させることが可能である。

また、空燃比Ａ／Ｆの算出に、上記分圧比ｍ、一酸化炭
素と酸素との拡散係数の比Ｄ１、及び水素と酸素との拡
散係数の比Ｄ２を導入しているので、空燃比Ａ／Ｆを精
度良く検出することができる。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は
この実施例に何ら限定されるものではなく、例えば、第
４図の空燃比算出ルーチンを１６０ステツプまでとし、
必要に応じて酸素濃度ＣＯ２のみを算出するようにして
もよい。

また、一酸化炭素濃度Ｃｃｏ及び水素濃度ＣＨ２を算出
するために、１４０ステツプの補正相関係数に、の算出
式を ＣＣＱ算出の場合： Ｋｍ＝１／　（Ｄ＋／２＋ｍＤ２／２）ＣＩ４２算出の
場合： Ｋｍ＝ｍ／　（Ｄ＋／２＋ｍＤ２／２）とし、ステップ
１５０．１６０と同様にして、一酸化炭素濃度ＣＣＯ，
水素濃度ＣＨ２を算出することも可能である。

尚、本発明のガス検出装置は、被測定ガスをポンプ等で
吸引して測定するタイプのガス検出装置とはガス）農産
検出原理が異なる。すなわち、吸引したガスをリッチ時
のみ所定量の空気で希釈し、触媒により完全酸化させた
後、残留酸素濃度を検出して空燃比を算出する空燃比計
、及び吸引したガスを赤外線分析するガス温度計とは原
理が異なる。このため、被測定ガスを吸引する必要がな
い。

従って、センサ素子部を排気管内等の被測定ガス中に直
接設置できるので応答性が良く、内燃機関の空燃比フィ
ードバック制御等に用いることができる。この場合に、
センサ素子部を触媒通過後の排ガス中、例えば排気口付
近に設置すると、排気口からセンサ素子部を挿入できる
ので排気系の加工が不要である。また、触媒の劣化を出
力値の異常、例えば空燃比の値が通常より大きく出力さ
れる異常から検知することができる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれは、被測定ガス中の
水素と一酸化炭素との分圧比に基づいて、ガスセンサの
検出信号がら空燃比等を算出するので、従来のように、
空燃比等と検出信号との非直線的な関係を予め実験的に
求める必要がなく、代わりに、被測定ガス中の水素と一
酸化炭素との分圧比を予め実験的に求ぬれはよい。この
分圧比と検出信号との関係は直線的であるので、従来に
比へて測定点の数が少なくても正確な測定データを得る
ことができる。従って、測定に要する時間を短縮して作
業効率を改善すると共に、良好な検出精度を有するガス
検出装置を実現することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を示すブロック図、第２図
は被測定ガス中の水素と一酸化炭素との分圧比を測定し
た実験データを示すグラフ、第３図は本発明の一実施例
としてのガス検出装置の概略構成図、第４図は実施例に
おいて実行される空燃比算出ルーチンを示すフローチャ
ート、第５図は空燃比を測定した実験データを示すグラ
フである。 １・・・センサ素子部 ２・・・センサ制御回路 ３・・・空燃比検出回路 ７・・・酸素ポンプ素子 １１・・・酸素）農淡電池素子 １２・◆・測定ガス室

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 周囲の被測定ガスの流入が制限された測定ガス室に接し
   て、該測定ガス室内の酸素濃度を検出する検出素子、及
   び上記測定ガス室と上記被測定ガスとの間で酸素イオン
   を移動させる酸素ポンプ素子を設け、少なくとも該酸素
   ポンプ素子を制御して上記被測定ガス中の酸素濃度に応
   じた検出信号を出力する制御手段を備えたガスセンサと
   、上記検出信号に基づいて、上記被測定ガス中のガス濃
   度を算出する演算部と、 を具備したガス検出装置において、 上記演算部は、 予め実験的に求められた上記被測定ガス中の水素と一酸
   化炭素との分圧比を記憶する分圧比記憶手段と、 該分圧比に応じて、上記検出信号と被測定ガス濃度との
   相関関係を求める相関関係算出手段と、該相関関係を用
   いて、上記検出信号から、上記被測定ガス中の酸素濃度
   、一酸化炭素濃度、水素濃度、及び空燃比のうち少なく
   とも一つを算出するガス濃度算出手段と、 を備えたことを特徴とするガス検出装置。