JPH037267B2 - - Google Patents
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- JPH037267B2 JPH037267B2 JP58083588A JP8358883A JPH037267B2 JP H037267 B2 JPH037267 B2 JP H037267B2 JP 58083588 A JP58083588 A JP 58083588A JP 8358883 A JP8358883 A JP 8358883A JP H037267 B2 JPH037267 B2 JP H037267B2
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- fuel ratio
- air
- sensor
- electromotive force
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、内燃機関等の排気ガス中の酸素濃
度を測定して空燃比を検知する装置に関するもの
であり、特にイオン伝導性固体電解質で構成され
た酸素ポンプ式の空燃比センサの改良に関するも
のである。
度を測定して空燃比を検知する装置に関するもの
であり、特にイオン伝導性固体電解質で構成され
た酸素ポンプ式の空燃比センサの改良に関するも
のである。
従来より、イオン伝導性固体電解質（例えば安
定化ジルコニア）で構成された酸素センサを用
い、排気ガスの酸素分圧と空気の酸素分圧との差
によつて生じる起電力の変化によつて理論空燃比
での燃焼状態を検知することにより、例えば自動
車の機関を理論空燃比で運転するように制御する
ことは衆知の通りである。ところで、上記酸素セ
ンサは空気と燃料との重量比率である空燃比Ａ／
Ｆが理論空燃比14.7である時は大きな変化出力が
得られるが他の運転空燃比域では出力変化がほと
んどなく、理論空燃比以外の空燃比で機関を運転
する場合には、上記酸素センサの出力を利用する
ことができない。
定化ジルコニア）で構成された酸素センサを用
い、排気ガスの酸素分圧と空気の酸素分圧との差
によつて生じる起電力の変化によつて理論空燃比
での燃焼状態を検知することにより、例えば自動
車の機関を理論空燃比で運転するように制御する
ことは衆知の通りである。ところで、上記酸素セ
ンサは空気と燃料との重量比率である空燃比Ａ／
Ｆが理論空燃比14.7である時は大きな変化出力が
得られるが他の運転空燃比域では出力変化がほと
んどなく、理論空燃比以外の空燃比で機関を運転
する場合には、上記酸素センサの出力を利用する
ことができない。
この発明は、理論空燃比の正確な検知が困難で
あると言われていた特開昭56−130649号で提案さ
れているような固体電解質酸素ポンプ式の酸素濃
度測定装置を用い正確な理論空燃比の検知はもち
ろんのこと、それ以外の空燃比をも検知すること
ができる機関の空燃比センサを提供するものであ
る。以下、この発明の一実施例について説明す
る。
あると言われていた特開昭56−130649号で提案さ
れているような固体電解質酸素ポンプ式の酸素濃
度測定装置を用い正確な理論空燃比の検知はもち
ろんのこと、それ以外の空燃比をも検知すること
ができる機関の空燃比センサを提供するものであ
る。以下、この発明の一実施例について説明す
る。
第１図はこの発明の一実施例を示す構成図であ
り、第２図は第１図の−線に沿う断面図であ
る。図中、１は機関の排気管、２は排気管１内に
配設された空燃比センサである。空燃比センサ２
は厚さが約0.5mmの平板状のイオン伝導性固体電
解質（安定化ジルコニア）３の両側面にそれぞれ
白金電極４，５を設けて構成された固体電解質酸
素ポンプ６と、この酸素ポンプ６と同じように平
板状のイオン伝導性固体電解質７の両側面にそれ
ぞれ白金電極８および９を設けて構成された固体
電解質酸素センサ１０と、上記酸素ポンプ６と上
記酸素センサ１０を0.1mm程度の微小間〓ｄを介
して対向配置するための支持台１１で構成されて
いる。１２は電子制御装置であり、上記酸素セン
サ１０が電極８，９間に発生する起電力ｅを抵抗
R1を介して演算増幅器Ａの反転入力端子に印加
し、上記演算増幅器Ａの非反転入力端子に印加さ
れている基準電圧1と上記起電力ｅの差異に比
例した上記演算増幅器Ａの出力によりトランジス
タTRを駆動して上記酸素ポンプ６の電極４．５
間に流すポンプ電流Pを制御する機能を備えて
いる。すなわち、上記起電力ｅを所定値（V1）
に保つのに必要な上記ポンプ電流Pを供給する
作用をする。また、ポンプ電流供給手段である直
流電源Ｂから供給される上記ポンプ電流Pに対
応した出力信号を得るための抵抗R0を備えてい
る。この抵抗R0は上記直流電源Ｂと対応して上
記ポンプ電流Pが過大に流れないような所望の
抵抗値が選ばれている。Ｃはコンデンサ、Ｓは上
記基準電圧をV1からV2に変更するための切換装
置である。
り、第２図は第１図の−線に沿う断面図であ
る。図中、１は機関の排気管、２は排気管１内に
配設された空燃比センサである。空燃比センサ２
は厚さが約0.5mmの平板状のイオン伝導性固体電
解質（安定化ジルコニア）３の両側面にそれぞれ
白金電極４，５を設けて構成された固体電解質酸
素ポンプ６と、この酸素ポンプ６と同じように平
板状のイオン伝導性固体電解質７の両側面にそれ
ぞれ白金電極８および９を設けて構成された固体
電解質酸素センサ１０と、上記酸素ポンプ６と上
記酸素センサ１０を0.1mm程度の微小間〓ｄを介
して対向配置するための支持台１１で構成されて
いる。１２は電子制御装置であり、上記酸素セン
サ１０が電極８，９間に発生する起電力ｅを抵抗
R1を介して演算増幅器Ａの反転入力端子に印加
し、上記演算増幅器Ａの非反転入力端子に印加さ
れている基準電圧1と上記起電力ｅの差異に比
例した上記演算増幅器Ａの出力によりトランジス
タTRを駆動して上記酸素ポンプ６の電極４．５
間に流すポンプ電流Pを制御する機能を備えて
いる。すなわち、上記起電力ｅを所定値（V1）
に保つのに必要な上記ポンプ電流Pを供給する
作用をする。また、ポンプ電流供給手段である直
流電源Ｂから供給される上記ポンプ電流Pに対
応した出力信号を得るための抵抗R0を備えてい
る。この抵抗R0は上記直流電源Ｂと対応して上
記ポンプ電流Pが過大に流れないような所望の
抵抗値が選ばれている。Ｃはコンデンサ、Ｓは上
記基準電圧をV1からV2に変更するための切換装
置である。
以上のように構成されたこの発明の空燃比セン
サを国産乗用車用2000c.c.のガソリン機関に装着し
て試験した結果を第３図に示す。過大なポンプ電
流Pが流れると上記酸素ポンプ６が破壊するの
で上記ポンプ電流Pは100mA以上流れないよう
に上記直流電源Ｂにより制限した。また基準電圧
1は55mVとし2は200mVに設定して試験した
結果、切換装置Ｓにより基準電圧をV1＝55mVに
した場合は第３図に示す(a)の特性が得られた、ま
た上記切換装置Ｓにより上記基準電圧をV2＝
200mVに変更すると(b)の特性が得られた。上記
特性を利用して空燃比Ａ／Ｆを12〜19の広い範囲
で検知しようとすると(a)の特性では同じポンプ電
流値の空燃比点が２個所存在するので、上記ポン
プ電流値のみで検知することができない。他方(b)
の特性では理論空燃比14.7以下の範囲ではポンプ
電流Pの変化がないのでこの範囲での空燃比を
検知することはできない。そこで、この発明は上
記切換装置Ｓにより基準電圧を1または2に任
意に変更し、上記(a)および(b)の両方の特性を利用
して上記広い範囲の空燃比を検知するようにした
ものである。例えば機関運転中の空燃比を検知す
る場合、まず、上記切換装置Ｓにより上記基準電
圧を2に設定する。そうすると上記(b)の特性に
より、上記運転空燃比が理論空燃比より小さい時
はポンプ電流Pは100mAとなり、理論空燃比よ
り大きい時は100mAより小さい値となるので上
記運転空燃比が理論空燃比より小さいか大きいか
の検知ができる。つぎに上記切換装置Ｓにより上
記基準電圧を1に変更し、上記(a)の特性により、
理論空燃比より小さい範囲または大きい範囲にお
いて上記運転空燃比を検知するのである。
サを国産乗用車用2000c.c.のガソリン機関に装着し
て試験した結果を第３図に示す。過大なポンプ電
流Pが流れると上記酸素ポンプ６が破壊するの
で上記ポンプ電流Pは100mA以上流れないよう
に上記直流電源Ｂにより制限した。また基準電圧
1は55mVとし2は200mVに設定して試験した
結果、切換装置Ｓにより基準電圧をV1＝55mVに
した場合は第３図に示す(a)の特性が得られた、ま
た上記切換装置Ｓにより上記基準電圧をV2＝
200mVに変更すると(b)の特性が得られた。上記
特性を利用して空燃比Ａ／Ｆを12〜19の広い範囲
で検知しようとすると(a)の特性では同じポンプ電
流値の空燃比点が２個所存在するので、上記ポン
プ電流値のみで検知することができない。他方(b)
の特性では理論空燃比14.7以下の範囲ではポンプ
電流Pの変化がないのでこの範囲での空燃比を
検知することはできない。そこで、この発明は上
記切換装置Ｓにより基準電圧を1または2に任
意に変更し、上記(a)および(b)の両方の特性を利用
して上記広い範囲の空燃比を検知するようにした
ものである。例えば機関運転中の空燃比を検知す
る場合、まず、上記切換装置Ｓにより上記基準電
圧を2に設定する。そうすると上記(b)の特性に
より、上記運転空燃比が理論空燃比より小さい時
はポンプ電流Pは100mAとなり、理論空燃比よ
り大きい時は100mAより小さい値となるので上
記運転空燃比が理論空燃比より小さいか大きいか
の検知ができる。つぎに上記切換装置Ｓにより上
記基準電圧を1に変更し、上記(a)の特性により、
理論空燃比より小さい範囲または大きい範囲にお
いて上記運転空燃比を検知するのである。
なお、第３図の特性が示すように、空燃比Ａ／
Ｆが理論空燃比より大きい範囲で、ポンプ電流
Ｐが空燃比に比例して変化する理由は特開昭56−
130649号に記載されている。すなわち微小間〓部
ｄ内に導入された排気ガスの酸素分圧を上記酸素
ポンプ６の作用により変更することにより、排気
管１内を流れる排気ガスの酸素分圧と差異をもた
せ、この酸素分圧の差異に応じて発生する上記酸
素センサ１０の起電力ｅが所定値となるように上
記酸素ポンプ６に供給されるポンプ電流Pを制
御する時、このポンプ電流Pは記排気ガス中の
酸素濃度に比例して変化するのである。そして空
燃比は上記酸素濃度にほぼ比例するので結果的に
上記ポンプ電流Pは空燃比Ａ／Ｆに比例して変
化するのである。ところで理論空燃比より小さい
範囲でポンプ電流Pが変化するのは排気ガス中
の一酸化炭素（CO）濃度に上記空燃比センサ２
が感応しているように考えられる。
Ｆが理論空燃比より大きい範囲で、ポンプ電流
Ｐが空燃比に比例して変化する理由は特開昭56−
130649号に記載されている。すなわち微小間〓部
ｄ内に導入された排気ガスの酸素分圧を上記酸素
ポンプ６の作用により変更することにより、排気
管１内を流れる排気ガスの酸素分圧と差異をもた
せ、この酸素分圧の差異に応じて発生する上記酸
素センサ１０の起電力ｅが所定値となるように上
記酸素ポンプ６に供給されるポンプ電流Pを制
御する時、このポンプ電流Pは記排気ガス中の
酸素濃度に比例して変化するのである。そして空
燃比は上記酸素濃度にほぼ比例するので結果的に
上記ポンプ電流Pは空燃比Ａ／Ｆに比例して変
化するのである。ところで理論空燃比より小さい
範囲でポンプ電流Pが変化するのは排気ガス中
の一酸化炭素（CO）濃度に上記空燃比センサ２
が感応しているように考えられる。
以上のようにこの発明は機関の排気ガスを導入
する間〓部と、この間〓部内の酸素分圧を制御す
る固体電解質酸素ポンプと、上記間〓部内の酸素
分圧と上記間〓部外の排気ガス中の酸素分圧に対
応した起電力を発生する固体電解質酸素センサを
備え、該酸素センサが発生する起電力を所定値に
保つのに必要な上記酸度ポンプのポンプ電流に対
応した出力信号により上記機関の空燃比を検知す
るようにした空燃比センサにおいて、上記所定値
に保たれた酸素センサの起電力を切換装置Ｓによ
る基準電圧1の変更により、変えるようにした
ので広い範囲で空燃比を検知することができる機
関の空燃比センサを得ることができた。
する間〓部と、この間〓部内の酸素分圧を制御す
る固体電解質酸素ポンプと、上記間〓部内の酸素
分圧と上記間〓部外の排気ガス中の酸素分圧に対
応した起電力を発生する固体電解質酸素センサを
備え、該酸素センサが発生する起電力を所定値に
保つのに必要な上記酸度ポンプのポンプ電流に対
応した出力信号により上記機関の空燃比を検知す
るようにした空燃比センサにおいて、上記所定値
に保たれた酸素センサの起電力を切換装置Ｓによ
る基準電圧1の変更により、変えるようにした
ので広い範囲で空燃比を検知することができる機
関の空燃比センサを得ることができた。
第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第
２図は第１図の−線に沿う断面図、第３図は
2000c.c.のガソリン機関を用いて試験して得られた
特性図である。 図中の符号１は排気管、６は固体電解質酸素ポ
ンプ、１０は固体電解質酸素センサ、１２は電子
制御装置、Ｓは切換スイツチ、1，2は基準電
圧を示す。
２図は第１図の−線に沿う断面図、第３図は
2000c.c.のガソリン機関を用いて試験して得られた
特性図である。 図中の符号１は排気管、６は固体電解質酸素ポ
ンプ、１０は固体電解質酸素センサ、１２は電子
制御装置、Ｓは切換スイツチ、1，2は基準電
圧を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 機関の排気ガスを導入する間〓部と、この間
〓部内の酸素分圧を制御する固体電解質酸素ポン
プと、上記間〓部内の酸素分圧と上記間〓部外の
排気ガス中の酸素分圧に対応した起電力を発生す
る固体電解質酸素センサとを備え、該酸素センサ
が発生する起電力を所定値に保つのに必要な上記
酸素ポンプ電流に対応した出力信号により上記機
関の空燃比を検知するようにした空燃比センサに
おいて、上記所定値に保たれた酸素センサの起電
力を機関の正常燃焼運転中に変更する手段を備
え、この起電力の変更により、上記ポンプ電流に
対応した出力信号が、傾きの異なる少なくとも２
つの関数値の何れかに変更することを特徴とする
機関の空燃比センサ。 ２ 固体電解質酸素センサの出力を基準電圧と比
較して、この比較出力によりポンプ電流供給手段
を制御して上記酸素センサが発生する起電力を所
定値に保つようにした特許請求の範囲第１項記載
の機関の空燃比センサ。 ３ 基準電圧を切換手段によつて変化させて酸素
センサの起電力を変更するようにした特許請求の
範囲第２項記載の機関の空燃比センサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58083588A JPS59208452A (ja) | 1983-05-11 | 1983-05-11 | 機関の空燃比センサ |
| CA000453839A CA1212994A (en) | 1983-05-11 | 1984-05-08 | Air-to-fuel ratio sensor for engine |
| EP84303156A EP0127964B1 (en) | 1983-05-11 | 1984-05-10 | Air-to-fuel ratio sensor for engine |
| DE8484303156T DE3475350D1 (en) | 1983-05-11 | 1984-05-10 | Air-to-fuel ratio sensor for engine |
| US06/770,654 US4601793A (en) | 1983-05-11 | 1985-08-28 | Sensing air-to-fuel ratio for engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58083588A JPS59208452A (ja) | 1983-05-11 | 1983-05-11 | 機関の空燃比センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59208452A JPS59208452A (ja) | 1984-11-26 |
| JPH037267B2 true JPH037267B2 (ja) | 1991-02-01 |
Family
ID=13806647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58083588A Granted JPS59208452A (ja) | 1983-05-11 | 1983-05-11 | 機関の空燃比センサ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4601793A (ja) |
| EP (1) | EP0127964B1 (ja) |
| JP (1) | JPS59208452A (ja) |
| CA (1) | CA1212994A (ja) |
| DE (1) | DE3475350D1 (ja) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| US20160032972A1 (en) * | 2014-08-01 | 2016-02-04 | Jtekt Corporation | Roller bearing |
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| JPH063432B2 (ja) * | 1984-02-08 | 1994-01-12 | 三菱電機株式会社 | 機関の空燃比センサ |
| JPH063431B2 (ja) * | 1984-02-08 | 1994-01-12 | 三菱電機株式会社 | 機関の空燃比センサ |
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| JPS61147155A (ja) * | 1984-12-20 | 1986-07-04 | Ngk Insulators Ltd | 電気化学的装置 |
| US4645572A (en) * | 1985-02-23 | 1987-02-24 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of determining concentration of a component in gases and electrochemical device suitable for practicing the method |
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