JPH0412422B2 - - Google Patents
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- JPH0412422B2 JPH0412422B2 JP58171588A JP17158883A JPH0412422B2 JP H0412422 B2 JPH0412422 B2 JP H0412422B2 JP 58171588 A JP58171588 A JP 58171588A JP 17158883 A JP17158883 A JP 17158883A JP H0412422 B2 JPH0412422 B2 JP H0412422B2
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- oxygen
- fuel ratio
- air
- sensor
- pump
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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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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- 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】
〔発明の技術分野〕
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（たとえば
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、たとえば自
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であるときは大きな
変化出力が得られるが他の運転空燃比域では出力
変化が殆んどなく、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。かかる不都合を解消し
任意の空燃比で機関を運転可能にする酸素ポンプ
式空燃比センサが提案されている。
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、たとえば自
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であるときは大きな
変化出力が得られるが他の運転空燃比域では出力
変化が殆んどなく、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。かかる不都合を解消し
任意の空燃比で機関を運転可能にする酸素ポンプ
式空燃比センサが提案されている。
第１図は従来の酸素センサ式空燃比センサの構
成図であり、第２図は第１図の−線における
断面図である。図において、１は機関の排気管、
２はこの排気管１内に配設された空燃比センサで
ある。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、このポンプ６と同
じように平板状のイオン伝導固体電解質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と酸素センサ１０を0.1mm程度の微小間隙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、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Ｖと起電力ｅの差異に比例した
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IPを制御する機能を備えている。すなわ
ち、起電力ｅを所定値Ｖに保つのに必要なポンプ
電流IP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から供給されるポンプ電
流IPに対応した出力信号を得るための抵抗ROを備
えている。この抵抗ROは直流電源Ｂと対応して
ポンプ電流IP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はコンデンサであつて、演
算増幅器Ａと組合わされて積分器を構成し起電力
ｅを所定Ｖに正確に一致させるように作用するも
のである。かように負帰環制御された従来の酸素
ポンプ式空燃比センサの静特性の一例を第３図に
示す。図において、特性ａおよびｂは第１図の規
準電圧Ｖを切換えて得られる特性であつて、空燃
比（Ａ／Ｆ）をリツチ（Ａ／Ｆ＜14.7）に、ある
いはリーン（Ａ／Ｆ＞14.7）に制御するときはａ
の特性が好ましく、空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比
（Ａ／Ｆ＝14.7）に制御するときはｂの特性によ
るのが妥当である。
成図であり、第２図は第１図の−線における
断面図である。図において、１は機関の排気管、
２はこの排気管１内に配設された空燃比センサで
ある。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、このポンプ６と同
じように平板状のイオン伝導固体電解質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と酸素センサ１０を0.1mm程度の微小間隙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、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Ｖと起電力ｅの差異に比例した
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IPを制御する機能を備えている。すなわ
ち、起電力ｅを所定値Ｖに保つのに必要なポンプ
電流IP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から供給されるポンプ電
流IPに対応した出力信号を得るための抵抗ROを備
えている。この抵抗ROは直流電源Ｂと対応して
ポンプ電流IP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はコンデンサであつて、演
算増幅器Ａと組合わされて積分器を構成し起電力
ｅを所定Ｖに正確に一致させるように作用するも
のである。かように負帰環制御された従来の酸素
ポンプ式空燃比センサの静特性の一例を第３図に
示す。図において、特性ａおよびｂは第１図の規
準電圧Ｖを切換えて得られる特性であつて、空燃
比（Ａ／Ｆ）をリツチ（Ａ／Ｆ＜14.7）に、ある
いはリーン（Ａ／Ｆ＞14.7）に制御するときはａ
の特性が好ましく、空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比
（Ａ／Ｆ＝14.7）に制御するときはｂの特性によ
るのが妥当である。
上記のように第１図に示した空燃比センサはリ
ーン域あるいはリツチ域において空燃比とポンプ
電流IPがリニアに相関するので原理的には任意の
空燃比で機関を運転可能にする優れた特性を有し
ている。しかるに第１図の空燃比センサにおいて
酸素ポンプ６および酸素センサ１０は少なくとも
１次の電気的遅れが生じる。また微小間隙ｄに排
気管１内の被測定ガスが拡散侵入するに要する遅
れ時間も無視できない。さらにこの空燃比センサ
では上述のように酸素センサ１０の起電力ｅを基
準電圧Ｖに正しく一致させるために積分器を介在
した負帰環制御を不可欠とするので動特性におい
て以下に説明する不都合が生じる。第１に各部の
遅れ時間の相乗効果によつて空燃比センサとして
の応答遅れが大きく、機関の空燃比制御に必要と
される性能を満足しない。第２に酸素ポンプ６お
よび酸素センサ１０などの遅れ要素によつて位相
遅れが少なくとも180℃存在し、さらに積分器に
よつて位相遅れを90゜追加しているので第１図の
空燃比センサは発振する危険性を有する。実験に
よれば被測定ガスの流量温度あるいは空燃比など
種々のパラメータの組合わせによつてしばしば発
振状態に陥ることが判明している。
ーン域あるいはリツチ域において空燃比とポンプ
電流IPがリニアに相関するので原理的には任意の
空燃比で機関を運転可能にする優れた特性を有し
ている。しかるに第１図の空燃比センサにおいて
酸素ポンプ６および酸素センサ１０は少なくとも
１次の電気的遅れが生じる。また微小間隙ｄに排
気管１内の被測定ガスが拡散侵入するに要する遅
れ時間も無視できない。さらにこの空燃比センサ
では上述のように酸素センサ１０の起電力ｅを基
準電圧Ｖに正しく一致させるために積分器を介在
した負帰環制御を不可欠とするので動特性におい
て以下に説明する不都合が生じる。第１に各部の
遅れ時間の相乗効果によつて空燃比センサとして
の応答遅れが大きく、機関の空燃比制御に必要と
される性能を満足しない。第２に酸素ポンプ６お
よび酸素センサ１０などの遅れ要素によつて位相
遅れが少なくとも180℃存在し、さらに積分器に
よつて位相遅れを90゜追加しているので第１図の
空燃比センサは発振する危険性を有する。実験に
よれば被測定ガスの流量温度あるいは空燃比など
種々のパラメータの組合わせによつてしばしば発
振状態に陥ることが判明している。
この発明は演算増幅器の特性を、積分器として
作用する項と比例した電圧を発生する項との和で
与えるようにすることにより、酸素ポンプ式空燃
比センサの特性を改善し、良好な応答性を実現す
ることを目的とする。
作用する項と比例した電圧を発生する項との和で
与えるようにすることにより、酸素ポンプ式空燃
比センサの特性を改善し、良好な応答性を実現す
ることを目的とする。
以下この発明の一実施例を図について説明す
る。第４図において、演算増幅器Ａの帰環回路が
コンデンサＣと抵抗R2の直列接続によつて構成
されている点のみが第１図のものと相違してい
る。この抵抗R2の作用を以下に説明する。すな
わち演算増幅器Ａおよび抵抗R1，R2、コンデン
サＣで構成される回路の伝達関数Ｇは Ｇ＝R2／R1＋１／SCR1 で表わされる。上式において第１項は入力電圧、
すなわち酸素センサ１０の起電力ｅと所定の電圧
Ｖとの誤差電圧に比例した電圧を発生する項、第
２項は誤差電圧を積分した電圧を発生する項を表
わしており、第１図の従来の装置では第２項のみ
によつて構成されていることは言うまでもない。
る。第４図において、演算増幅器Ａの帰環回路が
コンデンサＣと抵抗R2の直列接続によつて構成
されている点のみが第１図のものと相違してい
る。この抵抗R2の作用を以下に説明する。すな
わち演算増幅器Ａおよび抵抗R1，R2、コンデン
サＣで構成される回路の伝達関数Ｇは Ｇ＝R2／R1＋１／SCR1 で表わされる。上式において第１項は入力電圧、
すなわち酸素センサ１０の起電力ｅと所定の電圧
Ｖとの誤差電圧に比例した電圧を発生する項、第
２項は誤差電圧を積分した電圧を発生する項を表
わしており、第１図の従来の装置では第２項のみ
によつて構成されていることは言うまでもない。
さて、上式において明らかなように伝達関数Ｇ
は高周波域ではＧ→R2／R1、低周波域ではＧ→
１／SCR1となる。すなわち、低周波においては
従来と同様積分器として作用し、誤差電圧を正し
く０に終束させる機能を有している。逆に高周波
の誤差電圧変動に際してはR2／R1で定まる充分
に高いゲインを有し、かつ位相遅れのない誤差増
幅器として作用するために応答性がよい。したが
つて第４図に示した空燃比センサを使用して機関
の空燃比制御を行なうと応答性がよいために良好
な制御が可能である。また、高周波域での位相遅
れを90゜低減したので、従来の空燃比センサのよ
うに発振する危険性が少ない。なお実験によれば
被測定ガスの流量、温度あるいは空燃比などの機
関の諸パラメータの存在しうるあらゆる組合わせ
において発振は発生せず良好な特性が確認され
た。
は高周波域ではＧ→R2／R1、低周波域ではＧ→
１／SCR1となる。すなわち、低周波においては
従来と同様積分器として作用し、誤差電圧を正し
く０に終束させる機能を有している。逆に高周波
の誤差電圧変動に際してはR2／R1で定まる充分
に高いゲインを有し、かつ位相遅れのない誤差増
幅器として作用するために応答性がよい。したが
つて第４図に示した空燃比センサを使用して機関
の空燃比制御を行なうと応答性がよいために良好
な制御が可能である。また、高周波域での位相遅
れを90゜低減したので、従来の空燃比センサのよ
うに発振する危険性が少ない。なお実験によれば
被測定ガスの流量、温度あるいは空燃比などの機
関の諸パラメータの存在しうるあらゆる組合わせ
において発振は発生せず良好な特性が確認され
た。
以上のようにこの発明によれば、誤差増幅器の
特性を積分器として作用する項と、比例した電圧
を発生する項との和で与えられるものであるた
め、酸素センサの起電力を正しく所定電圧に一致
させる制御を損ねることがなく応答性が良くかつ
発振の恐れのない安定した特性を有する空燃比セ
ンサを得ることができる。また従来の装置に対し
て抵抗R2が付加したものであり極めて簡単に所
望の特性が得られる。さらに誤差積分器と誤差比
例増幅器とを独立に設け、各々の出力を加算増幅
器で加算して誤差増幅器を構成することも可能で
ある。
特性を積分器として作用する項と、比例した電圧
を発生する項との和で与えられるものであるた
め、酸素センサの起電力を正しく所定電圧に一致
させる制御を損ねることがなく応答性が良くかつ
発振の恐れのない安定した特性を有する空燃比セ
ンサを得ることができる。また従来の装置に対し
て抵抗R2が付加したものであり極めて簡単に所
望の特性が得られる。さらに誤差積分器と誤差比
例増幅器とを独立に設け、各々の出力を加算増幅
器で加算して誤差増幅器を構成することも可能で
ある。
第１図は従来の空燃比センサの構成図、第２図
は第１図の−線における断面図、第３図は第
１図の特性図、第４図はこの発明の一実施例を示
す空燃比センサの構成図である。 １…排気管、２…空燃比センサ、６…酸素ポン
プ、７…酸素センサ、１０…酸素センサ、１２…
電子制御装置、Ａ…演算増幅器、Ｃ…コンデン
サ、R1，R2…抵抗。なお、図中、同一符号は同
一又は相当部分を示す。
は第１図の−線における断面図、第３図は第
１図の特性図、第４図はこの発明の一実施例を示
す空燃比センサの構成図である。 １…排気管、２…空燃比センサ、６…酸素ポン
プ、７…酸素センサ、１０…酸素センサ、１２…
電子制御装置、Ａ…演算増幅器、Ｃ…コンデン
サ、R1，R2…抵抗。なお、図中、同一符号は同
一又は相当部分を示す。
Claims (1)
- １ 機関の排気ガスを導入する間隔部と、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隔部外の
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、この酸素セン
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、上記酸素センサの起電力と所
定の規準電圧の誤差に比例した第１の帰還量と、
この誤差を積分した第２の帰還量との和若しくは
和に相当する電気信号を出力する誤差増幅器を備
え、この誤差増幅器の出力信号を上記ポンプ電流
に変換することによつて上記酸素ポンプを駆動
し、上記誤差がほぼ“０”となるように制御した
ことを特徴とする機関の空燃比センサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58171588A JPS6063457A (ja) | 1983-09-17 | 1983-09-17 | 機関の空燃比センサ |
| US06/650,495 US4622126A (en) | 1983-09-17 | 1984-09-14 | Engine air/fuel ratio sensing device |
| DE8484306349T DE3475568D1 (en) | 1983-09-17 | 1984-09-17 | Engine air/fuel ratio sensing device |
| EP84306349A EP0136144B1 (en) | 1983-09-17 | 1984-09-17 | Engine air/fuel ratio sensing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58171588A JPS6063457A (ja) | 1983-09-17 | 1983-09-17 | 機関の空燃比センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6063457A JPS6063457A (ja) | 1985-04-11 |
| JPH0412422B2 true JPH0412422B2 (ja) | 1992-03-04 |
Family
ID=15925937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58171588A Granted JPS6063457A (ja) | 1983-09-17 | 1983-09-17 | 機関の空燃比センサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4622126A (ja) |
| EP (1) | EP0136144B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6063457A (ja) |
| DE (1) | DE3475568D1 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR880000160B1 (ko) * | 1983-10-14 | 1988-03-12 | 미쓰비시전기 주식회사 | 기관의 공연비 제어 장치 |
| JPS61247957A (ja) * | 1985-04-25 | 1986-11-05 | Honda Motor Co Ltd | 酸素濃度検出装置 |
| JPH0625747B2 (ja) * | 1985-06-21 | 1994-04-06 | 本田技研工業株式会社 | 酸素濃度検出装置 |
| JPH0718838B2 (ja) * | 1985-09-03 | 1995-03-06 | 本田技研工業株式会社 | 酸素濃度検出装置 |
| JPS6281559A (ja) * | 1985-10-05 | 1987-04-15 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 空燃比センサ |
| JPS62198750A (ja) * | 1986-02-26 | 1987-09-02 | Mazda Motor Corp | エンジンの空燃比検出装置 |
| JPH0672866B2 (ja) * | 1986-03-19 | 1994-09-14 | 本田技研工業株式会社 | 酸素濃度検出装置 |
| JPH0672867B2 (ja) * | 1986-03-19 | 1994-09-14 | 本田技研工業株式会社 | 酸素濃度検出装置 |
| US4818362A (en) * | 1986-03-19 | 1989-04-04 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Oxygen concentration sensing apparatus |
| JPS62249046A (ja) * | 1986-04-22 | 1987-10-30 | Japan Electronic Control Syst Co Ltd | 内燃機関用酸素センサ |
| US4857164A (en) * | 1986-10-16 | 1989-08-15 | Ngk Insulators, Ltd. | Oxygen analyzer |
| US5231864A (en) * | 1990-02-28 | 1993-08-03 | Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | Air-fuel ratio detecting device |
| US5106481A (en) * | 1991-02-19 | 1992-04-21 | Ford Motor Company | Linear air/fuel sensor |
| DE19516139A1 (de) * | 1995-05-03 | 1996-11-07 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zum Ermitteln der Konzentration einer Komponente in einer Gasmischung |
| US6374817B1 (en) | 2000-04-12 | 2002-04-23 | Daimlerchrysler Corporation | Application of OP-AMP to oxygen sensor circuit |
| CN103529096B (zh) * | 2013-10-31 | 2015-08-26 | 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 | 氧分压传感器信号处理电路 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4123700A (en) * | 1977-11-14 | 1978-10-31 | General Electric Company | Potentiostated, self-humidifying, solid polymer electrolyte carbon monoxide dosimeter |
| JPS6029066B2 (ja) * | 1979-07-28 | 1985-07-08 | 日産自動車株式会社 | 空燃比制御信号発生装置 |
| JPS56122950A (en) * | 1980-03-03 | 1981-09-26 | Nissan Motor Co Ltd | Supplying circuit for controlling current for oxygen partial pressure on reference pole for oxygen sensor element |
| US4272329A (en) * | 1980-03-03 | 1981-06-09 | Ford Motor Company | Steady state mode oxygen sensor and method |
| US4272331A (en) * | 1980-03-03 | 1981-06-09 | Ford Motor Company | Oscillatory mode oxygen sensor and method |
| JPS57131046A (en) * | 1981-02-06 | 1982-08-13 | Hitachi Ltd | Air-fuel ratio controller for internal combustion engine |
| US4381224A (en) * | 1981-04-27 | 1983-04-26 | Ford Motor Company | Step function lean burn oxygen sensor |
| US4447780A (en) * | 1981-10-28 | 1984-05-08 | The Babcock & Wilcox Company | Linearizing circuit and method of calibrating same |
| JPS58105014A (ja) * | 1981-12-18 | 1983-06-22 | Nissan Motor Co Ltd | エンジンの空燃比測定装置 |
| JPS5893862U (ja) * | 1981-12-21 | 1983-06-25 | 日本特殊陶業株式会社 | 酸素センサ |
| US4506226A (en) * | 1982-05-19 | 1985-03-19 | Lockheed Missiles & Space Company, Inc. | Ion concentration monitor |
| DE3247920A1 (de) * | 1982-12-24 | 1984-06-28 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Verfahren und schaltung zur messung der sauerstoffkonzentration in gasgemischen |
-
1983
- 1983-09-17 JP JP58171588A patent/JPS6063457A/ja active Granted
-
1984
- 1984-09-14 US US06/650,495 patent/US4622126A/en not_active Expired - Lifetime
- 1984-09-17 DE DE8484306349T patent/DE3475568D1/de not_active Expired
- 1984-09-17 EP EP84306349A patent/EP0136144B1/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3475568D1 (en) | 1989-01-12 |
| EP0136144B1 (en) | 1988-12-07 |
| JPS6063457A (ja) | 1985-04-11 |
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