JPH0412423B2 - - Google Patents
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- JPH0412423B2 JPH0412423B2 JP58192889A JP19288983A JPH0412423B2 JP H0412423 B2 JPH0412423 B2 JP H0412423B2 JP 58192889 A JP58192889 A JP 58192889A JP 19288983 A JP19288983 A JP 19288983A JP H0412423 B2 JPH0412423 B2 JP H0412423B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel ratio
- air
- oxygen
- solid electrolyte
- pump
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
- F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
- F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- 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)
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- 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センサに関するもの
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。
を測定して空燃比を検知するセンサに関するもの
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、例えば自動車の機関を理論空燃比で
運転制御するために、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、排気ガス及び空気の各酸素分圧の差
によつて生じる起電力の変化により、理論空燃比
での燃焼状態を検知することは良く知られてい
る。また、機関の運転状態によつては、燃料の多
いリツチ（理論空燃比より小さい）側や空気の多
いリーン（理論空燃比より大きい）側に空燃比を
制御するのが好ましいことも周知の通りである。
運転制御するために、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、排気ガス及び空気の各酸素分圧の差
によつて生じる起電力の変化により、理論空燃比
での燃焼状態を検知することは良く知られてい
る。また、機関の運転状態によつては、燃料の多
いリツチ（理論空燃比より小さい）側や空気の多
いリーン（理論空燃比より大きい）側に空燃比を
制御するのが好ましいことも周知の通りである。
しかしながら、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
転空燃比域での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。
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
転空燃比域での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。
また、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
では理論空燃比の正確な検知が困難であるという
問題があつた。
うな固体電解質酸素ポンプ式の酸素濃度測定装置
では理論空燃比の正確な検知が困難であるという
問題があつた。
この発明は、固体電解質酸素ポンプ式の酸素濃
度測定装置を用い、機関運転中に酸素ポンプと酸
素センサの極性を切換える手段を設け、ポンプ電
流の方向を切換えて酸素ポンプの動作を逆転さ
せ、電極間の微小間隙内の酸素分圧が間隙外の排
気ガス中の酸素分圧より高くしたり低くしたりし
て、正確な理論空燃比の検知はもちろん、他の空
燃比をも検知することができるようにしたもので
ある。
度測定装置を用い、機関運転中に酸素ポンプと酸
素センサの極性を切換える手段を設け、ポンプ電
流の方向を切換えて酸素ポンプの動作を逆転さ
せ、電極間の微小間隙内の酸素分圧が間隙外の排
気ガス中の酸素分圧より高くしたり低くしたりし
て、正確な理論空燃比の検知はもちろん、他の空
燃比をも検知することができるようにしたもので
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は該排気管１内
に配設された空燃比センサである。該空燃比セン
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および５を設けて構成された固体
電解質酸素ポンプ６と、該酸素ポンプ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
を酸素ポンプ酸素センサ極性切り換えスイツチ
SW、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
に印加されている任意に変化できる基準電圧VRef
と上記起電力ｅの差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４，５間に流れるポン
プ電流IPを制御する機能を備えている。すなわち
上記起電力ｅを一定値VRefに保つのに必要な上記
ポンプ電流IPを供給する作用をする。また、直流
電源Ｂから供給される上記ポンプ電流IPに対応し
た出力信号を得るための抵抗ROは上記直流電源
Ｂと対応して上記ポンプ電流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
ンサである。なお、切り換えスイツチSWは酸素
センサ１０の出力の極性切換と酸素ポンプ６のポ
ンプ電流IPの電流方向の切換とが連動して行なえ
るよう構成されている。
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は該排気管１内
に配設された空燃比センサである。該空燃比セン
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および５を設けて構成された固体
電解質酸素ポンプ６と、該酸素ポンプ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
を酸素ポンプ酸素センサ極性切り換えスイツチ
SW、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
に印加されている任意に変化できる基準電圧VRef
と上記起電力ｅの差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４，５間に流れるポン
プ電流IPを制御する機能を備えている。すなわち
上記起電力ｅを一定値VRefに保つのに必要な上記
ポンプ電流IPを供給する作用をする。また、直流
電源Ｂから供給される上記ポンプ電流IPに対応し
た出力信号を得るための抵抗ROは上記直流電源
Ｂと対応して上記ポンプ電流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
ンサである。なお、切り換えスイツチSWは酸素
センサ１０の出力の極性切換と酸素ポンプ６のポ
ンプ電流IPの電流方向の切換とが連動して行なえ
るよう構成されている。
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、第４図に示す。なお、
過大なポンプ電流IP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IPは150mA以上流
れないように上記直流電源Ｂにより制御した。第
３図は上記切り換えスイツチSWにより酸素ポン
プ６の電極５から電極４へポンプ電流IPを流して
上記微小間隙ｄ内の酸素分圧が間隙外の排気ガス
の酸素分圧より高くなるようにした場合の実験結
果を示している。この場合、上記酸素センサ１０
の発生する起電力ｅは電極８を接地極とすると、
電極９に正電圧が発生する。上記起電力ｅを
20mV一定とした場合、ポンプ電流IPは空燃比
Ａ／Ｆの変化に従つてＶ字形の特性を示すが、上
記電力ｅを200mV一定とすると理論空燃比14.7で
ポンプ電流IPは急激に変化し、空燃比Ａ／Ｆが上
記理論空燃比より小さい範囲では空燃比の変化に
比例して上記ポンプ電流IPが変化する特性が得ら
れた。上記起電力ｅを200mV一定とした場合、
理論空燃比でのポンプ電流IPが大きく変化するの
で正確に理論空燃比を検知することができるとと
もに、理論空燃比より小さい空燃比も上記ポンプ
電流IPに対応した出力信号により検知することが
できる。上記のように理論空燃比近傍でポンプ電
流IPの変化を大きくし理論空燃比の検知を正確に
するには第３図の特性が示すように起電力ｅを
200mVにすればよいが、50mV以上になれば理論
空燃比でのポンプ電流IPの変化が大きくなるの
で、50mV以上とすれば実用的には充分であるこ
とが分つた。第４図は上記切り換えスイツチSW
により酸素ポンプ６の電極４から電極５へポンプ
電流IPを流して上記微小間隙ｄ内の酸素分圧が間
隙外の排気ガスの酸素分圧より低くなるようにし
た場合の実験結果を示す。この場合、上記酸素セ
ンサ１０の発生する起電力ｅは電極９を接地極と
する電極８に正電圧が発生する。上記起電力ｅを
50mV一定とした場合、ポンプ電流IPは空燃比
Ａ／Ｆの変化に従つてＶ字形の特性を示すが、上
記起電力ｅを200mV一定とすると理論空燃比14.7
でポンプ電流IPは急激に変化し空燃比Ａ／Ｆが理
論空燃比より大きい範囲では空燃比の変化に比例
して上記ポンプ電流IPが変化する特性が得られ
た。上記起電力ｅを200mV一定とした場合の特
性ではポンプ電流IPが理論空燃比で大きく変化す
るので理論空燃比を検知することができると同時
に理論空燃比より大きい空燃比も上記ポンプ電流
IPに対応した出力信号により検知することができ
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、第４図に示す。なお、
過大なポンプ電流IP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IPは150mA以上流
れないように上記直流電源Ｂにより制御した。第
３図は上記切り換えスイツチSWにより酸素ポン
プ６の電極５から電極４へポンプ電流IPを流して
上記微小間隙ｄ内の酸素分圧が間隙外の排気ガス
の酸素分圧より高くなるようにした場合の実験結
果を示している。この場合、上記酸素センサ１０
の発生する起電力ｅは電極８を接地極とすると、
電極９に正電圧が発生する。上記起電力ｅを
20mV一定とした場合、ポンプ電流IPは空燃比
Ａ／Ｆの変化に従つてＶ字形の特性を示すが、上
記電力ｅを200mV一定とすると理論空燃比14.7で
ポンプ電流IPは急激に変化し、空燃比Ａ／Ｆが上
記理論空燃比より小さい範囲では空燃比の変化に
比例して上記ポンプ電流IPが変化する特性が得ら
れた。上記起電力ｅを200mV一定とした場合、
理論空燃比でのポンプ電流IPが大きく変化するの
で正確に理論空燃比を検知することができるとと
もに、理論空燃比より小さい空燃比も上記ポンプ
電流IPに対応した出力信号により検知することが
できる。上記のように理論空燃比近傍でポンプ電
流IPの変化を大きくし理論空燃比の検知を正確に
するには第３図の特性が示すように起電力ｅを
200mVにすればよいが、50mV以上になれば理論
空燃比でのポンプ電流IPの変化が大きくなるの
で、50mV以上とすれば実用的には充分であるこ
とが分つた。第４図は上記切り換えスイツチSW
により酸素ポンプ６の電極４から電極５へポンプ
電流IPを流して上記微小間隙ｄ内の酸素分圧が間
隙外の排気ガスの酸素分圧より低くなるようにし
た場合の実験結果を示す。この場合、上記酸素セ
ンサ１０の発生する起電力ｅは電極９を接地極と
する電極８に正電圧が発生する。上記起電力ｅを
50mV一定とした場合、ポンプ電流IPは空燃比
Ａ／Ｆの変化に従つてＶ字形の特性を示すが、上
記起電力ｅを200mV一定とすると理論空燃比14.7
でポンプ電流IPは急激に変化し空燃比Ａ／Ｆが理
論空燃比より大きい範囲では空燃比の変化に比例
して上記ポンプ電流IPが変化する特性が得られ
た。上記起電力ｅを200mV一定とした場合の特
性ではポンプ電流IPが理論空燃比で大きく変化す
るので理論空燃比を検知することができると同時
に理論空燃比より大きい空燃比も上記ポンプ電流
IPに対応した出力信号により検知することができ
る。
上記のように理論空燃比近傍でポンプ電流IPの
変化を大きくし理論空燃比の検知を正確にするに
は第４図の特性が示すように起電力ｅを200mV
程度以上とする必要があるのがわかつた。
変化を大きくし理論空燃比の検知を正確にするに
は第４図の特性が示すように起電力ｅを200mV
程度以上とする必要があるのがわかつた。
上記のことから、機関のあらゆる運転状態での
空燃比を安定に検出するために、空燃比が理論空
燃比より小さいときは上記微小間隙ｄ内の酸素分
圧が間隙外の排気ガス中の酸素分圧より高くなる
ように上記酸素ポンプのポンプ電流の向きを特定
方向として動作させてポンプ電流の変化で空燃比
を検出し、理論空燃比より空燃比が大きい場合に
は逆に上記微小間隙ｄ内の酸素分圧が間隙外の排
気ガス中の酸素分圧より低くなるように上記酸素
ポンプのポンプ電流の向きを上記特定方向と逆に
して動作させてポンプ電流の変化で空燃比を検出
するというように理論空燃比を境として第３図、
第４図に示す特性を任意に選択して空燃比を検知
することができるので、大変有用である。
空燃比を安定に検出するために、空燃比が理論空
燃比より小さいときは上記微小間隙ｄ内の酸素分
圧が間隙外の排気ガス中の酸素分圧より高くなる
ように上記酸素ポンプのポンプ電流の向きを特定
方向として動作させてポンプ電流の変化で空燃比
を検出し、理論空燃比より空燃比が大きい場合に
は逆に上記微小間隙ｄ内の酸素分圧が間隙外の排
気ガス中の酸素分圧より低くなるように上記酸素
ポンプのポンプ電流の向きを上記特定方向と逆に
して動作させてポンプ電流の変化で空燃比を検出
するというように理論空燃比を境として第３図、
第４図に示す特性を任意に選択して空燃比を検知
することができるので、大変有用である。
なお、切り換えスイツチSWは、機関運転中に
運転状態に切り換えられることは言うまでもな
い。
運転状態に切り換えられることは言うまでもな
い。
また、酸素ポンプと酸素センサの極性切り換え
手段は上記酸素ポンプ酸素センサ極性切り換えス
イツチに限らず、トランジスタスイツチ又は他の
手段であつてもなんらさしつかえない。
手段は上記酸素ポンプ酸素センサ極性切り換えス
イツチに限らず、トランジスタスイツチ又は他の
手段であつてもなんらさしつかえない。
また、上記起電力の値によつては過大なポンプ
電流が流れることがあるのでポンプ電流は所望値
以上流れないようにする手段を備えるのが好まし
い。
電流が流れることがあるのでポンプ電流は所望値
以上流れないようにする手段を備えるのが好まし
い。
この発明は、上記ポンプ電流の方向を切り換え
て酸素ポンプの動作を逆転させ、上記間隙内の酸
素分圧が間隙外の排気ガス中の酸素分圧より高く
したり低くしたりなるように構成するようにした
ので、いままで困難であつた空燃比全域と理論空
燃比を正確に検知することが容易にできるように
なつた。
て酸素ポンプの動作を逆転させ、上記間隙内の酸
素分圧が間隙外の排気ガス中の酸素分圧より高く
したり低くしたりなるように構成するようにした
ので、いままで困難であつた空燃比全域と理論空
燃比を正確に検知することが容易にできるように
なつた。
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、
第４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。 １は機関の排気管、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、SWは切り換えスイツチである。
２図は第１図の−線に沿う断面図、第３図、
第４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。 １は機関の排気管、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、SWは切り換えスイツチである。
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、 前記間〓部内の酸素分圧と前記間〓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、 前記固体電解質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前記固体電解質酸素ポン
プのポンプ電流に対応した出力信号により前記機
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、 前記機関運転中の運転状態に応じて前記固体電
解質酸素ポンプ及び前記固体電解質酸素センサの
極性を切り換える手段を設け、 理論空燃比並びに前記理論空燃比より大きい空
燃比及び前記理論空燃比より小さい空燃比を正確
に検知するようにしたことを特徴とする機関の空
燃比センサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58192889A JPS6082955A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 機関の空燃比センサ |
| KR1019840005981A KR880000160B1 (ko) | 1983-10-14 | 1984-09-28 | 기관의 공연비 제어 장치 |
| DE8484111936T DE3475961D1 (en) | 1983-10-14 | 1984-10-05 | Air-to-fuel ratio detector for engines |
| EP84111936A EP0138170B1 (en) | 1983-10-14 | 1984-10-05 | Air-to-fuel ratio detector for engines |
| US06/660,274 US4586476A (en) | 1983-10-14 | 1984-10-12 | Air-to-fuel ratio detector for engines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58192889A JPS6082955A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 機関の空燃比センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6082955A JPS6082955A (ja) | 1985-05-11 |
| JPH0412423B2 true JPH0412423B2 (ja) | 1992-03-04 |
Family
ID=16298658
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58192889A Granted JPS6082955A (ja) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | 機関の空燃比センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6082955A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4272329A (en) * | 1980-03-03 | 1981-06-09 | Ford Motor Company | Steady state mode oxygen sensor and method |
-
1983
- 1983-10-14 JP JP58192889A patent/JPS6082955A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6082955A (ja) | 1985-05-11 |
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