JPH0548420B2 - - Google Patents
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- JPH0548420B2 JPH0548420B2 JP59261314A JP26131484A JPH0548420B2 JP H0548420 B2 JPH0548420 B2 JP H0548420B2 JP 59261314 A JP59261314 A JP 59261314A JP 26131484 A JP26131484 A JP 26131484A JP H0548420 B2 JPH0548420 B2 JP H0548420B2
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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)
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- Physics & Mathematics (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は内燃機関等、各種燃焼機器の排気中の
酸素濃度に基づき空燃比を検出する空燃比検出装
置に関するものである。
酸素濃度に基づき空燃比を検出する空燃比検出装
置に関するものである。
［従来の技術］
内燃機関等、各種燃焼機器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空燃比
検出装置の一つとして、板状の酸素イオン伝導性
固体電解質の両面に多孔性電極が設けられた２枚
の素子を、間隙を介して対向配設し、一方の素子
を間隙内の酸素を周囲に汲み出す酸素ポンプ素
子、他方の素子を周囲雰囲気と間隙との酸素濃度
差によつて電圧を生ずる酸素濃淡電池素子とし
て、少なくとも空燃比のリーン域において空燃比
に対応した信号を検出し得るように構成されたも
のがある（特開昭59−178354）。
の空燃比を排気中の酸素濃度より検出する空燃比
検出装置の一つとして、板状の酸素イオン伝導性
固体電解質の両面に多孔性電極が設けられた２枚
の素子を、間隙を介して対向配設し、一方の素子
を間隙内の酸素を周囲に汲み出す酸素ポンプ素
子、他方の素子を周囲雰囲気と間隙との酸素濃度
差によつて電圧を生ずる酸素濃淡電池素子とし
て、少なくとも空燃比のリーン域において空燃比
に対応した信号を検出し得るように構成されたも
のがある（特開昭59−178354）。
［発明が解決しようとする問題点］
ところがこの種の空燃比検出装置の場合、第２
図に示す如く、空燃比のリーン域、即ち排気中に
残存酸素が存在する場合だけでなく、空燃比のリ
ツチ域、即ち排気中に残留酸素が存在しない場合
にでも、排気中のCO、CO2、H2O等と反応し、
リーン域における信号と同様の信号を発生する特
性を有することがわかつた。つまり検出信号に対
して２つの空燃比が対応するようになるため、こ
の種の空燃比検出装置を用いて空燃比制御を実行
する場合、空燃比がリーン域にあるのか、あるい
はリツチ域にあるのかをはつきりさせる必要が生
じてくるのである。尚第２図においてλは空気過
剰率を示し、λ＝１は空燃比が理論空燃比である
ことを表わしている。
図に示す如く、空燃比のリーン域、即ち排気中に
残存酸素が存在する場合だけでなく、空燃比のリ
ツチ域、即ち排気中に残留酸素が存在しない場合
にでも、排気中のCO、CO2、H2O等と反応し、
リーン域における信号と同様の信号を発生する特
性を有することがわかつた。つまり検出信号に対
して２つの空燃比が対応するようになるため、こ
の種の空燃比検出装置を用いて空燃比制御を実行
する場合、空燃比がリーン域にあるのか、あるい
はリツチ域にあるのかをはつきりさせる必要が生
じてくるのである。尚第２図においてλは空気過
剰率を示し、λ＝１は空燃比が理論空燃比である
ことを表わしている。
そこで本発明は、空燃比のリーン域からリツチ
域の全領域において空燃比に対応した検出信号を
得ると共に、一方向の電気量の形で空燃比信号を
得ることのできる空燃比検出装置を提供すること
によつて、空燃比制御を実行する際には、その検
出信号をそのまま用いて全空燃比範囲で精度よ
く、しかも簡単に実行できるようにすることを目
的としている。
域の全領域において空燃比に対応した検出信号を
得ると共に、一方向の電気量の形で空燃比信号を
得ることのできる空燃比検出装置を提供すること
によつて、空燃比制御を実行する際には、その検
出信号をそのまま用いて全空燃比範囲で精度よ
く、しかも簡単に実行できるようにすることを目
的としている。
［問題点を解決するための手段］
かかる目的を達するための本発明の構成は、酸
素イオン伝導性の固体電解質両面に一対の多孔性
電極を形成してなる２個の素子を備え、各素子の
一方の多孔性電極を排気の流入が制限された拡散
室に面して配設してなる検出素子部と、 上記２個の素子のうち、一方を酸素濃淡電池素
子、他方の素子を酸素ポンプ素子として動作さ
せ、該酸素濃淡電池素子より発生される電圧又は
上記酸素ポンプ素子に流れる電流を制御して、排
気中の酸素濃度に応じた空燃比信号を出力する空
燃比信号検出手段と、 を備えた空燃比検出装置において、 上記２個の素子のうち少なくとも酸素濃淡電池
素子の上記拡散室とは反対側の電極が大気と接触
するよう、上記検出素子部に空気室を設けると共
に、 上記酸素濃淡電池素子を用いて大気中の酸素を
所定量だけ上記拡散室に汲み込むべく、上記空燃
比信号検出手段に、上記酸素濃淡電池素子に所定
の電流を供給する定電流供給手段を設けたこと、 を特徴とする空燃比検出装置を要旨としている。
素イオン伝導性の固体電解質両面に一対の多孔性
電極を形成してなる２個の素子を備え、各素子の
一方の多孔性電極を排気の流入が制限された拡散
室に面して配設してなる検出素子部と、 上記２個の素子のうち、一方を酸素濃淡電池素
子、他方の素子を酸素ポンプ素子として動作さ
せ、該酸素濃淡電池素子より発生される電圧又は
上記酸素ポンプ素子に流れる電流を制御して、排
気中の酸素濃度に応じた空燃比信号を出力する空
燃比信号検出手段と、 を備えた空燃比検出装置において、 上記２個の素子のうち少なくとも酸素濃淡電池
素子の上記拡散室とは反対側の電極が大気と接触
するよう、上記検出素子部に空気室を設けると共
に、 上記酸素濃淡電池素子を用いて大気中の酸素を
所定量だけ上記拡散室に汲み込むべく、上記空燃
比信号検出手段に、上記酸素濃淡電池素子に所定
の電流を供給する定電流供給手段を設けたこと、 を特徴とする空燃比検出装置を要旨としている。
ここで上記酸素イオン伝導性の固体電解質とし
ては、ジルコニアとイツトリアとの固溶体、ある
いはジルコニアとカルシアと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、ペロブス
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
けられる多孔性電極としては、酸化反応の触媒作
用を有する白金やロジウム等を用いればよく、そ
の形成方法としては、これらの金属粉末を主成分
としてこれに固体電解質と同じセラミツク材料の
粉末を混合してペースト化し、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、化学メツキ、蒸着等の薄膜技術を用いて
形成し、かつその電極層に更に、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く、また
拡散室側の電極上の多孔質層には白金、ロジウム
等を分散させ、酸化反応の触媒作用を付与するこ
とが好ましい。
ては、ジルコニアとイツトリアとの固溶体、ある
いはジルコニアとカルシアと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、ペロブス
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
けられる多孔性電極としては、酸化反応の触媒作
用を有する白金やロジウム等を用いればよく、そ
の形成方法としては、これらの金属粉末を主成分
としてこれに固体電解質と同じセラミツク材料の
粉末を混合してペースト化し、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、化学メツキ、蒸着等の薄膜技術を用いて
形成し、かつその電極層に更に、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く、また
拡散室側の電極上の多孔質層には白金、ロジウム
等を分散させ、酸化反応の触媒作用を付与するこ
とが好ましい。
［作用］
このように形成された２個の素子のうち酸素濃
淡電池素子として用いられる素子は、酸素イオン
伝導性固体電解質の、適当な温度条件（例えば固
体電解質がジルコニアの場合400℃以上）におい
て、固体電解質表面の酸素ガス分圧の高い所か
ら、酸素ガス分圧の低い所へと固体電解質中を酸
素イオンが移動し、固体電解質に酸素ガス透過性
の電極をつけることにより電極間の酸素ガス分圧
の差を電圧（起電力）として取り出すことができ
る性質を利用したものであつて、本発明ではこの
素子の拡散室とは反対側の電極が大気と接触する
よう空気室を形成することによつて、大気中の酸
素濃度と拡散室の酸素濃度との濃度差に応じた電
圧を発生するようにされている。
淡電池素子として用いられる素子は、酸素イオン
伝導性固体電解質の、適当な温度条件（例えば固
体電解質がジルコニアの場合400℃以上）におい
て、固体電解質表面の酸素ガス分圧の高い所か
ら、酸素ガス分圧の低い所へと固体電解質中を酸
素イオンが移動し、固体電解質に酸素ガス透過性
の電極をつけることにより電極間の酸素ガス分圧
の差を電圧（起電力）として取り出すことができ
る性質を利用したものであつて、本発明ではこの
素子の拡散室とは反対側の電極が大気と接触する
よう空気室を形成することによつて、大気中の酸
素濃度と拡散室の酸素濃度との濃度差に応じた電
圧を発生するようにされている。
一方酸素ポンプ素子として用いられる素子は、
酸素イオン伝導性固体電解質の、電圧をかけるこ
とにより固体電解質中を酸素イオンが移動する性
質を利用するものであり、２つの電極間に電圧を
かけることによつて拡散室の酸素を排気中に汲み
出すものである。尚、この酸素ポンプ素子の拡散
室とは反対側にも大気室を設けてもさしつかえな
い。
酸素イオン伝導性固体電解質の、電圧をかけるこ
とにより固体電解質中を酸素イオンが移動する性
質を利用するものであり、２つの電極間に電圧を
かけることによつて拡散室の酸素を排気中に汲み
出すものである。尚、この酸素ポンプ素子の拡散
室とは反対側にも大気室を設けてもさしつかえな
い。
従つて空燃比信号検出手段においては、例えば
酸素濃淡電池素子より発生される電圧が所定の値
になるよう、酸素ポンプ素子を用いて拡散室の酸
素を汲み出し、その時酸素ポンプ素子に流れる電
流（以下、ポンプ電流ともいう。）を検出すると
か、あるいは、その逆に酸素ポンプ素子のポンプ
電流を一定に制御して拡散室の酸素を所定量だけ
汲み出し、その時酸素濃淡電池素子から発生され
る電圧を検出することによつて、排気中の酸素濃
度に応じた空燃比信号を検出することもできる。
酸素濃淡電池素子より発生される電圧が所定の値
になるよう、酸素ポンプ素子を用いて拡散室の酸
素を汲み出し、その時酸素ポンプ素子に流れる電
流（以下、ポンプ電流ともいう。）を検出すると
か、あるいは、その逆に酸素ポンプ素子のポンプ
電流を一定に制御して拡散室の酸素を所定量だけ
汲み出し、その時酸素濃淡電池素子から発生され
る電圧を検出することによつて、排気中の酸素濃
度に応じた空燃比信号を検出することもできる。
次に定電流供給手段は、酸素濃淡電池素子とし
て用いられる空気室の形成された素子を、単に酸
素濃淡電池素子のみとして用いるのではなく、酸
素ポンプ素子としても使用し、大気中の酸素を所
定量だけ拡散室に汲み込むようにするためのもの
であつて、これによつて拡散室には所定量の酸素
が供給され、前記第２図に示した如く、検出信号
が理論空燃比近傍では反転し、リツチ域とリーン
域とでそれぞれ同一の検出信号が存在するといつ
たことを防止できるだけでなく、第３図に示す如
く、リツチ域からリーン域における所望の領域内
で空燃比に対応した検出信号を一方向性の連続し
た信号として簡単に得ることができるようになる
のである。つまり具体的には、例えば酸素濃淡電
池素子に所定の電流を流すために制御される酸素
濃淡電池素子の印加電圧は大気と拡散室との酸素
濃度差に応じて発生される電圧に対応して変化す
ることから、その印加電圧が一定値となるよう酸
素ポンプ素子のポンプ電流を制御し、その値を検
出するとか、あるいは酸素濃淡電池素子に一定の
電流を所定時間流し、拡散室に大気中の酸素を所
定量だけ供給した後、前記説明したように酸素濃
淡電池素子から発生される電圧、あるいは酸素ポ
ンプ素子のポンプ電流を制御しその値を検出する
ことによつて、空燃比に対応した空燃比信号を検
出することができるのである。
て用いられる空気室の形成された素子を、単に酸
素濃淡電池素子のみとして用いるのではなく、酸
素ポンプ素子としても使用し、大気中の酸素を所
定量だけ拡散室に汲み込むようにするためのもの
であつて、これによつて拡散室には所定量の酸素
が供給され、前記第２図に示した如く、検出信号
が理論空燃比近傍では反転し、リツチ域とリーン
域とでそれぞれ同一の検出信号が存在するといつ
たことを防止できるだけでなく、第３図に示す如
く、リツチ域からリーン域における所望の領域内
で空燃比に対応した検出信号を一方向性の連続し
た信号として簡単に得ることができるようになる
のである。つまり具体的には、例えば酸素濃淡電
池素子に所定の電流を流すために制御される酸素
濃淡電池素子の印加電圧は大気と拡散室との酸素
濃度差に応じて発生される電圧に対応して変化す
ることから、その印加電圧が一定値となるよう酸
素ポンプ素子のポンプ電流を制御し、その値を検
出するとか、あるいは酸素濃淡電池素子に一定の
電流を所定時間流し、拡散室に大気中の酸素を所
定量だけ供給した後、前記説明したように酸素濃
淡電池素子から発生される電圧、あるいは酸素ポ
ンプ素子のポンプ電流を制御しその値を検出する
ことによつて、空燃比に対応した空燃比信号を検
出することができるのである。
［実施例］
以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
第１図は本発明の第１実施例を表わす構成図で
ある。図において１は内燃機関の排気管、２は排
気管１に設けられた空燃比検出装置の検出素子
部、３は検出素子部２を制御して、排気中の酸素
濃度に対応する空燃比信号を検出する空燃比信号
検出回路である。尚この空燃比信号検出回路３は
前記空燃比信号検出手段に相当する。
ある。図において１は内燃機関の排気管、２は排
気管１に設けられた空燃比検出装置の検出素子
部、３は検出素子部２を制御して、排気中の酸素
濃度に対応する空燃比信号を検出する空燃比信号
検出回路である。尚この空燃比信号検出回路３は
前記空燃比信号検出手段に相当する。
ここでまず検出素子部２は、厚さ約0.5mmの平
板状の、例えば安定化ジルコニア等からなる酸素
イオン伝導性の固体電解質４の両側面に、夫々厚
膜技術を用いて約20μの厚さの多孔性電極である
多孔質白金電極層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、平板
状の酸素イオン伝導性固体電解質８の両側面に多
孔質白金質電極層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0.1mm程度
（0.05〜0.15mmが好ましい。）の間隙寸法の前記拡
散室に相当する間隙ａを形成して、排気管１の内
部で対向配置させるため、その足元部には耐熱性
で絶縁性の例えば充填接着材等いからなるスペー
サ１２を介して互いに固定されている。一方酸素
濃淡電池素子１１の間隙ａとの反対側には多孔質
白金質電極層１０を大気に接触させるべく、金属
あるいはセラミツクス等の耐熱性で気密な部材か
らなる壁面１３が設けられ、空気室ｂが形成され
ている。また酸素ポンプ素子７、酸素濃淡電池素
子１１及び壁面１３の足元部周縁部には、排気管
取付用のねじ部１４が刻設された支持台１５が、
耐熱性で絶縁性の接着部材１６を介して取付けら
れている。従つてこのような構成の検出素子部２
は、支持台１５に刻設されたねじ部１４を排気管
１に形成された検出素子部取付用のねじ部１７に
螺合し、締め付けることによつて排気管１に取り
付けられることとなる。
板状の、例えば安定化ジルコニア等からなる酸素
イオン伝導性の固体電解質４の両側面に、夫々厚
膜技術を用いて約20μの厚さの多孔性電極である
多孔質白金電極層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、平板
状の酸素イオン伝導性固体電解質８の両側面に多
孔質白金質電極層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0.1mm程度
（0.05〜0.15mmが好ましい。）の間隙寸法の前記拡
散室に相当する間隙ａを形成して、排気管１の内
部で対向配置させるため、その足元部には耐熱性
で絶縁性の例えば充填接着材等いからなるスペー
サ１２を介して互いに固定されている。一方酸素
濃淡電池素子１１の間隙ａとの反対側には多孔質
白金質電極層１０を大気に接触させるべく、金属
あるいはセラミツクス等の耐熱性で気密な部材か
らなる壁面１３が設けられ、空気室ｂが形成され
ている。また酸素ポンプ素子７、酸素濃淡電池素
子１１及び壁面１３の足元部周縁部には、排気管
取付用のねじ部１４が刻設された支持台１５が、
耐熱性で絶縁性の接着部材１６を介して取付けら
れている。従つてこのような構成の検出素子部２
は、支持台１５に刻設されたねじ部１４を排気管
１に形成された検出素子部取付用のねじ部１７に
螺合し、締め付けることによつて排気管１に取り
付けられることとなる。
次に空燃比信号検出回路３は、空気室ｂから間
隙ａ内に大気中の酸素が一定量汲み込まれるよ
う、酸素濃淡電池素子１１に流れる電流を一定に
制御すると共に、その時印加される電圧値が間隙
ａと空気室ｂとの酸素濃度差に応じて生ずる起電
力に影響されることから、その印加電圧が所定の
電圧になるよう酸素ポンプ素子７に流れるポンプ
電流を制御し、その電流値を空燃比信号として検
出するよう構成されている。
隙ａ内に大気中の酸素が一定量汲み込まれるよ
う、酸素濃淡電池素子１１に流れる電流を一定に
制御すると共に、その時印加される電圧値が間隙
ａと空気室ｂとの酸素濃度差に応じて生ずる起電
力に影響されることから、その印加電圧が所定の
電圧になるよう酸素ポンプ素子７に流れるポンプ
電流を制御し、その電流値を空燃比信号として検
出するよう構成されている。
まず酸素濃淡電池素子１１の空気室ｂ側多孔質
白金質電極層１０は演算増幅器OP１の反転入力
端子に接続され、また抵抗Ｒ１を介して、接地さ
れている。一方間隙ａ側の多孔質白金質電解層９
はトランジスタTR１のエミツタに接続されてお
り、トランジスタTR１のベースは抵抗Ｒ２を介
して演算増幅器OP１の出力端子に接続されてい
る。また演算増幅器OP１の非反転入力端子及び
トランジスタTR１のコレクタには夫々所定の電
圧Ｅ１及びＥ２が印加されている。従つて演算増
幅器OP１及びトランジスタTR１の動作によつ
て多孔質白金質電極層１０の電圧がＥ１となるよ
う、トランジスタTR１のエミツタ電圧が制御さ
れ、酸素濃淡電池素子１１にはＥ１／Ｒ１にて決
定される一定電流Ｉ１が流れることとなる。次に
トランジスタTR１のエミツタは抵抗Ｒ３を介し
て演算増幅器OP２の反転入力端子に接続されて
おり、また演算増幅器OP２の非反転入力端子に
は所定の電圧Ｅ３が印加され、反転入力端子と出
力端子とはコンデンサＣ１を介して接続されてい
る。つまり演算増幅器OP２によつて積分回路が
形成されているのである。また演算増幅器OP２
の出力端子はPNP型のトランジスタTR２のベー
スに接続され、トランジスタTR２のエミツタに
は所定の電圧Ｅ４が印加されている。更にトラン
ジスタTR２のコレクタは抵抗Ｒ４を介して酸素
ポンプ素子７の間隙ａとは反対側の多孔質電極層
５に接続され、間隙ａ側の多孔質電極層６はその
まま接地されている。従つて演算増幅器OP１の
出力端子電圧、即ち酸素濃淡電池素子１１の印加
電圧が演算増幅器OP２によつて設定電圧Ｅ３と
比較され、トランジスタTR２を介して酸素ポン
プ素子７のポンプ電流Ｉ２がその差に応じて制御
されることとなる。つまり大気中の酸素を一定量
だけ間隙ａ内に汲み込む為に印加される演算増幅
器OP１の出力端子電圧は、空気室ｂと間隙ａと
の酸素濃度差に応じて生ずる電圧に影響され、そ
の起電力が大きくなると出力端子電圧は小さくな
り、その起電力が小さくなると出力端子電圧は大
きくなることから、その電圧が一定となるよう酸
素ポンプ素子７のポンプ電流Ｉ２を制御している
のであつて、このポンプ電流Ｉ２が流れる抵抗Ｒ
４の両端の電圧VSを検出することによつて、空
燃比に対応した前記第３図に示した如き特性の空
燃比信号が検出できるようになるのである。
白金質電極層１０は演算増幅器OP１の反転入力
端子に接続され、また抵抗Ｒ１を介して、接地さ
れている。一方間隙ａ側の多孔質白金質電解層９
はトランジスタTR１のエミツタに接続されてお
り、トランジスタTR１のベースは抵抗Ｒ２を介
して演算増幅器OP１の出力端子に接続されてい
る。また演算増幅器OP１の非反転入力端子及び
トランジスタTR１のコレクタには夫々所定の電
圧Ｅ１及びＥ２が印加されている。従つて演算増
幅器OP１及びトランジスタTR１の動作によつ
て多孔質白金質電極層１０の電圧がＥ１となるよ
う、トランジスタTR１のエミツタ電圧が制御さ
れ、酸素濃淡電池素子１１にはＥ１／Ｒ１にて決
定される一定電流Ｉ１が流れることとなる。次に
トランジスタTR１のエミツタは抵抗Ｒ３を介し
て演算増幅器OP２の反転入力端子に接続されて
おり、また演算増幅器OP２の非反転入力端子に
は所定の電圧Ｅ３が印加され、反転入力端子と出
力端子とはコンデンサＣ１を介して接続されてい
る。つまり演算増幅器OP２によつて積分回路が
形成されているのである。また演算増幅器OP２
の出力端子はPNP型のトランジスタTR２のベー
スに接続され、トランジスタTR２のエミツタに
は所定の電圧Ｅ４が印加されている。更にトラン
ジスタTR２のコレクタは抵抗Ｒ４を介して酸素
ポンプ素子７の間隙ａとは反対側の多孔質電極層
５に接続され、間隙ａ側の多孔質電極層６はその
まま接地されている。従つて演算増幅器OP１の
出力端子電圧、即ち酸素濃淡電池素子１１の印加
電圧が演算増幅器OP２によつて設定電圧Ｅ３と
比較され、トランジスタTR２を介して酸素ポン
プ素子７のポンプ電流Ｉ２がその差に応じて制御
されることとなる。つまり大気中の酸素を一定量
だけ間隙ａ内に汲み込む為に印加される演算増幅
器OP１の出力端子電圧は、空気室ｂと間隙ａと
の酸素濃度差に応じて生ずる電圧に影響され、そ
の起電力が大きくなると出力端子電圧は小さくな
り、その起電力が小さくなると出力端子電圧は大
きくなることから、その電圧が一定となるよう酸
素ポンプ素子７のポンプ電流Ｉ２を制御している
のであつて、このポンプ電流Ｉ２が流れる抵抗Ｒ
４の両端の電圧VSを検出することによつて、空
燃比に対応した前記第３図に示した如き特性の空
燃比信号が検出できるようになるのである。
尚本実施例においては酸素濃淡電池素子１１に
常時一定電流を流すための演算増幅器OP１の出
力端子電圧が一定となるよう酸素ポンプ素子のポ
ンプ電流Ｉ２を制御し、その値を検出するように
しているが、この場合演算増幅器OP１の出力端
子電圧に対して空燃比の変化に伴い生ずる酸素濃
淡電池素子１１からの電圧が小さく、その変化を
検出し難いといつたことも考えられるので、その
場合には酸素濃淡電池素子１１両端の各多孔質白
金質電極層９及び１０間の電圧を差動増幅器を用
いて検出し、その電圧が一定値になるようポンプ
電流を制御し、その値を検出するようにすれば、
より精度よく空燃比信号を得ることができるよう
になる。
常時一定電流を流すための演算増幅器OP１の出
力端子電圧が一定となるよう酸素ポンプ素子のポ
ンプ電流Ｉ２を制御し、その値を検出するように
しているが、この場合演算増幅器OP１の出力端
子電圧に対して空燃比の変化に伴い生ずる酸素濃
淡電池素子１１からの電圧が小さく、その変化を
検出し難いといつたことも考えられるので、その
場合には酸素濃淡電池素子１１両端の各多孔質白
金質電極層９及び１０間の電圧を差動増幅器を用
いて検出し、その電圧が一定値になるようポンプ
電流を制御し、その値を検出するようにすれば、
より精度よく空燃比信号を得ることができるよう
になる。
次に本発明の第２実施例として上記第１実施例
と同様の検出素子部２を用い、まず酸素濃淡電池
素子１１を用いて大気中の酸素を間隙ａ内に所定
量汲み込み、次いで酸素濃淡電池素子１１にて発
生される起電力を検出してその値を一定にするよ
う酸素ポンプ素子７のポンプ電流を制御し、その
値を空燃比信号とするといつたことを、所定周期
でくり返し行なう空燃比検出装置を挙げ説明す
る。
と同様の検出素子部２を用い、まず酸素濃淡電池
素子１１を用いて大気中の酸素を間隙ａ内に所定
量汲み込み、次いで酸素濃淡電池素子１１にて発
生される起電力を検出してその値を一定にするよ
う酸素ポンプ素子７のポンプ電流を制御し、その
値を空燃比信号とするといつたことを、所定周期
でくり返し行なう空燃比検出装置を挙げ説明す
る。
第４図はその装置の全体構成を表わし、上述し
たように検出素子部２は前記第１実施例と全く同
様である。
たように検出素子部２は前記第１実施例と全く同
様である。
図において３１は演算増幅器OP３を中心に構
成されたマルチバイブレータであつて所定周期の
ON−OFF信号を出力する。また３２は、第５図
に示す如く、マルチバイブレータ３１より出力さ
れるON−OFF信号Ｖ１の立ち上がり時期にはそ
のままトランジスタTR３をON状態にし、立ち
上がり時期には抵抗Ｒ５及びコンデンサＣ２の値
により決定される時間Δt１だけ遅れてトランジ
スタTR３をOFF状態にするため、トランジスタ
TR３のベースに接続された時定数回路であり、
３３は上記時定数回路３２とは逆に、マルチバイ
ブレータ３１より出力されるON−OFF信号Ｖ１
の立ち上がり時期には抵抗Ｒ６及びコンデンサＣ
３の値により決定される時間Δt２だけ遅れてト
ランジスタTR４をOFF状態にし、立ち下がり時
期にはそのままトランジスタTR４をON状態に
するため、トランジスタTR４のベースにノツト
ゲートNT１を介して接続された時定数回路であ
る。
成されたマルチバイブレータであつて所定周期の
ON−OFF信号を出力する。また３２は、第５図
に示す如く、マルチバイブレータ３１より出力さ
れるON−OFF信号Ｖ１の立ち上がり時期にはそ
のままトランジスタTR３をON状態にし、立ち
上がり時期には抵抗Ｒ５及びコンデンサＣ２の値
により決定される時間Δt１だけ遅れてトランジ
スタTR３をOFF状態にするため、トランジスタ
TR３のベースに接続された時定数回路であり、
３３は上記時定数回路３２とは逆に、マルチバイ
ブレータ３１より出力されるON−OFF信号Ｖ１
の立ち上がり時期には抵抗Ｒ６及びコンデンサＣ
３の値により決定される時間Δt２だけ遅れてト
ランジスタTR４をOFF状態にし、立ち下がり時
期にはそのままトランジスタTR４をON状態に
するため、トランジスタTR４のベースにノツト
ゲートNT１を介して接続された時定数回路であ
る。
次に演算増幅器OP４及びトランジスタTR５
は酸素濃淡電池素子１１に所定電流Ｉ３を流し、
所定量の酸素を大気中から間隙ａ内に汲み込むた
めの定電流回路を形成しており、トランジスタ
TR５のベースをトランジスタTR３のコレクタ
に接続することによつて、第５図に示す如くトラ
ンジスタTR３がOFF状態の時、トランジスタ
TR５が動作し、酸素濃淡電池素子１１に所定電
流Ｉ３を流すように構成されている。
は酸素濃淡電池素子１１に所定電流Ｉ３を流し、
所定量の酸素を大気中から間隙ａ内に汲み込むた
めの定電流回路を形成しており、トランジスタ
TR５のベースをトランジスタTR３のコレクタ
に接続することによつて、第５図に示す如くトラ
ンジスタTR３がOFF状態の時、トランジスタ
TR５が動作し、酸素濃淡電池素子１１に所定電
流Ｉ３を流すように構成されている。
また演算増幅器OP５は酸素濃淡電池素子１１
にて大気と間隙ａとの酸素濃度差に応じて生ずる
電圧を増幅するための増幅回路を形成し、演算増
幅器OP６及びトランジスタTR６はその増幅さ
れた酸素濃度差に応じた電圧信号が常時所定電圧
となるよう酸素ポンプ素子７に流れる電流Ｉ４を
制御するポンプ電流制御回路を形成している。そ
してトランジスタTR６のベースをトランジスタ
TR４のコレクタに接続することによつて、上記
ポンプ電流制御が酸素濃淡電池素子１１がポンプ
素子として動作していない時に行なわれるようさ
れている。従つてトランジスタTR６が動作し、
上記ポンプ電流制御が実行されるのは、第５図に
示す如く、トランジスタTR４がOFF状態となつ
ている時ということになる。
にて大気と間隙ａとの酸素濃度差に応じて生ずる
電圧を増幅するための増幅回路を形成し、演算増
幅器OP６及びトランジスタTR６はその増幅さ
れた酸素濃度差に応じた電圧信号が常時所定電圧
となるよう酸素ポンプ素子７に流れる電流Ｉ４を
制御するポンプ電流制御回路を形成している。そ
してトランジスタTR６のベースをトランジスタ
TR４のコレクタに接続することによつて、上記
ポンプ電流制御が酸素濃淡電池素子１１がポンプ
素子として動作していない時に行なわれるようさ
れている。従つてトランジスタTR６が動作し、
上記ポンプ電流制御が実行されるのは、第５図に
示す如く、トランジスタTR４がOFF状態となつ
ている時ということになる。
次に演算増幅器OP７は、酸素ポンプ素子７に
流れるポンプ電流Ｉ４を抵抗Ｒ７を介して電圧値
として検出するための差動増幅器であつて、その
電圧信号はコンデンサＣ２及び演算増幅器OP８
を用いて平滑され、空燃比信号VSとして検出さ
れる。
流れるポンプ電流Ｉ４を抵抗Ｒ７を介して電圧値
として検出するための差動増幅器であつて、その
電圧信号はコンデンサＣ２及び演算増幅器OP８
を用いて平滑され、空燃比信号VSとして検出さ
れる。
このように本実施例では所定の周期で酸素濃淡
電池素子１１をポンプ素子又は濃淡電池素子とし
て切り換えて使用し、間隙ａ内に所定量の酸素を
汲み込んだ後、空燃比信号を検出するようにして
いるが、これは酸素濃淡電池素子１１のインピー
ダンス変動の影響を解消するのに有効な手法であ
つて、この場合にも得られる空燃比信号は前記第
３図に示した如き特性のものとなり、空燃比のリ
ーン域からリツチ域にかけて、全領域で空燃比に
対応した空燃比信号を得ることができるようにな
る。
電池素子１１をポンプ素子又は濃淡電池素子とし
て切り換えて使用し、間隙ａ内に所定量の酸素を
汲み込んだ後、空燃比信号を検出するようにして
いるが、これは酸素濃淡電池素子１１のインピー
ダンス変動の影響を解消するのに有効な手法であ
つて、この場合にも得られる空燃比信号は前記第
３図に示した如き特性のものとなり、空燃比のリ
ーン域からリツチ域にかけて、全領域で空燃比に
対応した空燃比信号を得ることができるようにな
る。
［発明の効果］
以上詳述した如く、本発明の空燃比検出装置で
は、酸素濃淡電池素子の拡散室とは反対側の電極
が大気と接触されるよう空気室が形成され、しか
もこの酸素濃淡電池素子を単に大気と拡散室との
酸素濃度差に対応した起電力を得るためにだけ用
いるのではなく、大気中の酸素を所定量だけ拡散
室に汲み込むよう、酸素濃淡電池素子に所定の電
流を供給する定電流供給手段が設けられている。
は、酸素濃淡電池素子の拡散室とは反対側の電極
が大気と接触されるよう空気室が形成され、しか
もこの酸素濃淡電池素子を単に大気と拡散室との
酸素濃度差に対応した起電力を得るためにだけ用
いるのではなく、大気中の酸素を所定量だけ拡散
室に汲み込むよう、酸素濃淡電池素子に所定の電
流を供給する定電流供給手段が設けられている。
従つて、この空燃比検出装置を用いれば空燃比
のリーンからリツチにかけて連続して、しかも方
向が一定で変化する電気量の形で空燃比信号を得
ることができ、内燃機関等各種燃焼機器に供給さ
れる混合気の空燃比を簡単に知ることができるよ
うになる。またこの検出された空燃比信号を用い
て空燃比制御を実行する際には、その信号をその
まま用いて簡単にしかも全空燃比範囲で精度よく
実行することができるようになる。また本発明の
ように、大気中の酸素を所定量拡散室に汲み込む
には、本発明の酸素ポンプ素子及び酸素濃淡電池
素子とは別に、酸素ポンプ素子を設け、これに定
電流を流すことによつても実現できるが、本発明
では、酸素濃淡電池素子に直接定電流を流して大
気中の酸素を拡散室に汲み込むようにしているの
で、こうした酸素汲込用の特別な素子を設ける必
要はなく、装置構成を簡素化することもできる。
のリーンからリツチにかけて連続して、しかも方
向が一定で変化する電気量の形で空燃比信号を得
ることができ、内燃機関等各種燃焼機器に供給さ
れる混合気の空燃比を簡単に知ることができるよ
うになる。またこの検出された空燃比信号を用い
て空燃比制御を実行する際には、その信号をその
まま用いて簡単にしかも全空燃比範囲で精度よく
実行することができるようになる。また本発明の
ように、大気中の酸素を所定量拡散室に汲み込む
には、本発明の酸素ポンプ素子及び酸素濃淡電池
素子とは別に、酸素ポンプ素子を設け、これに定
電流を流すことによつても実現できるが、本発明
では、酸素濃淡電池素子に直接定電流を流して大
気中の酸素を拡散室に汲み込むようにしているの
で、こうした酸素汲込用の特別な素子を設ける必
要はなく、装置構成を簡素化することもできる。
第１図は本発明第１実施例の空燃比検出装置の
全体構成図、第２図は従来の空燃比検出装置の検
出信号の特性を表わす線図、第３図は本発明の空
燃比検出装置の検出信号の特性を表わす線図、第
４図は本発明の第２実施例の空燃比検出装置の全
体構成図、第５図はその動作を説明するタイムチ
ヤートである。 ２……検出素子部、３，３′……空燃比信号検
出回路、４，８……固体電解質、５，６，９，１
０……多孔質白金質電極層、７……酸素ポンプ素
子、１１……酸素濃淡電池素子、ａ……間隙、ｂ
……空気室。
全体構成図、第２図は従来の空燃比検出装置の検
出信号の特性を表わす線図、第３図は本発明の空
燃比検出装置の検出信号の特性を表わす線図、第
４図は本発明の第２実施例の空燃比検出装置の全
体構成図、第５図はその動作を説明するタイムチ
ヤートである。 ２……検出素子部、３，３′……空燃比信号検
出回路、４，８……固体電解質、５，６，９，１
０……多孔質白金質電極層、７……酸素ポンプ素
子、１１……酸素濃淡電池素子、ａ……間隙、ｂ
……空気室。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 酸素イオン伝導性の固体電解質両面に一対の
多孔性電極を形成してなる２個の素子を備え、各
素子の一方の多孔性電極を排気の流入が制限され
た拡散室に面して配設してなる検出素子部と、 上記２個の素子のうち、一方を酸素濃淡電池素
子、他方の素子を酸素ポンプ素子として動作さ
せ、該酸素濃淡電池素子より発生される電圧又は
上記酸素ポンプ素子に流れる電流を制御して、排
気中の酸素濃度に応じた空燃比信号を出力する空
燃比信号検出手段と、 を備えた空燃比検出装置において、 上記２個の素子のうち少なくとも酸素濃淡電池
素子の上記拡散室とは反対側の電極が、大気と接
触するよう、空気室を設けると共に、 上記酸素濃淡電池素子を用いて大気中の酸素を
所定量だけ上記拡散室に汲み込むべく、上記空燃
比信号検出手段に、上記酸素濃淡電池素子に所定
の電流を供給する定電流供給手段を設けたこと、 を特徴とする空燃比検出装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59261314A JPS61138156A (ja) | 1984-12-11 | 1984-12-11 | 空燃比検出装置 |
| DE3543759A DE3543759C2 (de) | 1984-12-11 | 1985-12-11 | Luft/Kraftstoff-Verhältnisdetektor |
| US07/150,468 US4839018A (en) | 1984-12-11 | 1988-02-01 | Air/fuel ratio detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59261314A JPS61138156A (ja) | 1984-12-11 | 1984-12-11 | 空燃比検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61138156A JPS61138156A (ja) | 1986-06-25 |
| JPH0548420B2 true JPH0548420B2 (ja) | 1993-07-21 |
Family
ID=17360071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59261314A Granted JPS61138156A (ja) | 1984-12-11 | 1984-12-11 | 空燃比検出装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4839018A (ja) |
| JP (1) | JPS61138156A (ja) |
| DE (1) | DE3543759C2 (ja) |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH065224B2 (ja) * | 1985-01-19 | 1994-01-19 | 日本碍子株式会社 | 空燃比検出素子 |
| JPS6321549A (ja) * | 1986-07-15 | 1988-01-29 | Ngk Insulators Ltd | 限界電流測定回路 |
| JPH0635955B2 (ja) * | 1986-07-30 | 1994-05-11 | 三菱自動車工業株式会社 | 空燃比検出装置 |
| DE3733192C1 (de) * | 1987-10-01 | 1988-10-06 | Bosch Gmbh Robert | PTC-Temperaturfuehler sowie Verfahren zur Herstellung von PTC-Temperaturfuehlerelementen fuer den PTC-Temperaturfuehler |
| JPH0635954B2 (ja) * | 1987-05-12 | 1994-05-11 | 日本特殊陶業株式会社 | 空燃比検出装置 |
| DE3728618C1 (de) * | 1987-08-27 | 1988-03-10 | Bosch Gmbh Robert | Sensorelement fuer Grenzstromsensoren zur Bestimmung des lambda-Wertes von Gasgemischen |
| DE3809154C1 (ja) * | 1988-03-18 | 1988-12-08 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De | |
| DE3811713A1 (de) * | 1988-04-08 | 1989-10-19 | Bosch Gmbh Robert | Planare polarographische sonde zur bestimmung des (lambda)-wertes von gasgemischen |
| US4951632A (en) * | 1988-04-25 | 1990-08-28 | Honda Giken Kogyo K.K. | Exhaust gas component concentration sensing device and method of detecting failure thereof |
| DE3833541C1 (ja) * | 1988-10-01 | 1990-03-22 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De | |
| DE3834987A1 (de) * | 1988-10-14 | 1990-04-19 | Bosch Gmbh Robert | Sensorelement fuer grenzstromsensoren zur bestimmung des (lambda)-wertes von gasgemischen |
| DE3908393A1 (de) * | 1989-03-15 | 1990-09-27 | Bosch Gmbh Robert | Sensorelement fuer grenzstromsensoren zur bestimmung des (lambda)-wertes von gasgemischen |
| DE4007856A1 (de) * | 1990-03-13 | 1991-09-19 | Bosch Gmbh Robert | Sensorelement fuer eine sauerstoffgrenzstromsonde zur bestimmung des (lambda)-wertes von gasgemischen |
| DE4025715C1 (ja) * | 1990-08-14 | 1992-04-02 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De | |
| DE4032436A1 (de) * | 1990-10-12 | 1992-04-16 | Bosch Gmbh Robert | Sensorelement fuer grenzstromsensoren zur bestimmung des (gamma)-wertes von gasgemischen |
| US5106481A (en) * | 1991-02-19 | 1992-04-21 | Ford Motor Company | Linear air/fuel sensor |
| US5250169A (en) * | 1991-06-07 | 1993-10-05 | Ford Motor Company | Apparatus for sensing hydrocarbons and carbon monoxide |
| US5360528A (en) * | 1992-07-20 | 1994-11-01 | General Motors Corporation | Wide range oxygen sensor |
| DE4343089A1 (de) * | 1993-12-17 | 1995-06-29 | Bosch Gmbh Robert | Planares Sensorelement auf Festelektrolytbasis |
| US5879526A (en) * | 1994-11-08 | 1999-03-09 | Robert Bosch Gmbh | Electrochemical measuring sensor for determining nitrogen oxides in gas mixtures |
| US5611898A (en) * | 1994-12-08 | 1997-03-18 | International Business Machines Corporation | Reaction chamber having in situ oxygen generation |
| DE19857471A1 (de) | 1998-12-14 | 2000-06-15 | Bosch Gmbh Robert | Sensorelement für Grenzstromsonden zur Bestimmung des Lambda-Wertes von Gasgemischen und Verfahren zu dessen Herstellung |
| US6746584B1 (en) | 1999-12-15 | 2004-06-08 | Delphi Technologies, Inc. | Oxygen sensing device |
| US6482310B2 (en) | 2000-12-18 | 2002-11-19 | Delphi Technologies, Inc. | Current control for a pumped air reference oxygen sensor |
| US20060151338A1 (en) * | 2005-01-12 | 2006-07-13 | Wang Da Y | Multi-function sensor system and method of operation |
| DE102006011480A1 (de) * | 2006-03-13 | 2007-09-20 | Robert Bosch Gmbh | Gassensor |
| EP2952722B1 (en) * | 2013-01-29 | 2018-03-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for internal combustion engine |
| CN104981600B (zh) | 2013-01-29 | 2017-08-25 | 丰田自动车株式会社 | 内燃机的控制装置 |
| WO2014118893A1 (ja) | 2013-01-29 | 2014-08-07 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS584986B2 (ja) * | 1978-06-16 | 1983-01-28 | 日産自動車株式会社 | 酸素濃度測定装置 |
| JPS58153155A (ja) * | 1982-03-09 | 1983-09-12 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素センサ |
| JPS59208451A (ja) * | 1983-05-11 | 1984-11-26 | Mitsubishi Electric Corp | 機関の空燃比センサ |
| KR880000160B1 (ko) * | 1983-10-14 | 1988-03-12 | 미쓰비시전기 주식회사 | 기관의 공연비 제어 장치 |
| US4579643A (en) * | 1983-11-18 | 1986-04-01 | Ngk Insulators, Ltd. | Electrochemical device |
| US4568443A (en) * | 1984-09-06 | 1986-02-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Air-to-fuel ratio sensor |
-
1984
- 1984-12-11 JP JP59261314A patent/JPS61138156A/ja active Granted
-
1985
- 1985-12-11 DE DE3543759A patent/DE3543759C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-02-01 US US07/150,468 patent/US4839018A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3543759A1 (de) | 1986-07-10 |
| JPS61138156A (ja) | 1986-06-25 |
| DE3543759C2 (de) | 1997-03-06 |
| US4839018A (en) | 1989-06-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |