JPH06100571B2 - 酸素濃度制御器 - Google Patents
酸素濃度制御器Info
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- JPH06100571B2 JPH06100571B2 JP57192412A JP19241282A JPH06100571B2 JP H06100571 B2 JPH06100571 B2 JP H06100571B2 JP 57192412 A JP57192412 A JP 57192412A JP 19241282 A JP19241282 A JP 19241282A JP H06100571 B2 JPH06100571 B2 JP H06100571B2
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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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- 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は酸素濃度制御器に係り、特に酸素ポンプ作用を
利用した酸素濃度検出器で検出ガス中の酸素濃度を制御
する酸素濃度制御器に関する。
利用した酸素濃度検出器で検出ガス中の酸素濃度を制御
する酸素濃度制御器に関する。
従来、この種の装置としては例えば特開昭52−72286号
公報に記載された燃焼器に使用されるのに好適なものが
あった。
公報に記載された燃焼器に使用されるのに好適なものが
あった。
しかしながら、上記従来技術は検出ガス（燃焼器の排ガ
スなど）中の酸素濃度が急変した際に生ずる検出ガス中
の酸素濃度と酸素濃度検出器の検出値との対応のずれに
よって制御系に誤動作してしまうという問題があった。
スなど）中の酸素濃度が急変した際に生ずる検出ガス中
の酸素濃度と酸素濃度検出器の検出値との対応のずれに
よって制御系に誤動作してしまうという問題があった。
本発明の目的は酸素濃度検出器の出力信号に基づく制御
系の誤動作を防止することができる酸素濃度制御器を提
供することにある。
系の誤動作を防止することができる酸素濃度制御器を提
供することにある。
上記目的は、拡散抵抗体を介して検出ガスと通じている
酸素イオン電導性の固体電解質と、前記固体電解質に供
給する電流を制御する電流制御器と、前記固体電解質の
酸素ポンプ作用によって検出ガスの酸素濃度に対応した
信号を検出する検出手段と、前記検出手段の出力信号に
基づき検出ガス中の酸素濃度を閉ループ制御をするため
の制御信号を演算し出力する制御手段とを備えた酸素濃
度制御器において、前記制御手段に前記電流制御手段に
よって前記固体電解質に供給される電流が整定するまで
の間は前記閉ループ制御を停止する手段を設けるによっ
て達成される。
酸素イオン電導性の固体電解質と、前記固体電解質に供
給する電流を制御する電流制御器と、前記固体電解質の
酸素ポンプ作用によって検出ガスの酸素濃度に対応した
信号を検出する検出手段と、前記検出手段の出力信号に
基づき検出ガス中の酸素濃度を閉ループ制御をするため
の制御信号を演算し出力する制御手段とを備えた酸素濃
度制御器において、前記制御手段に前記電流制御手段に
よって前記固体電解質に供給される電流が整定するまで
の間は前記閉ループ制御を停止する手段を設けるによっ
て達成される。
また、上記目的は、拡散抵抗体を介して検出ガスを通じ
ている酸素イオン電導性の固体電解質と、前記固体電解
質に供給する電流を制御する電流制御器と、前記固体電
解質の酸素ポンプ作用によって検出ガスの酸素濃度に対
応した信号を検出する検出手段と、前記検出手段の出力
信号に基づき検出ガス中の酸素濃度を閉ループ制御をす
るための制御信号を演算し出力する制御手段とを備えた
酸素濃度制御器において、前記制御手段に検出ガスの空
気過剰率が１以下の領域で前記閉ループ制御を停止する
手段を設けることによって達成される。
ている酸素イオン電導性の固体電解質と、前記固体電解
質に供給する電流を制御する電流制御器と、前記固体電
解質の酸素ポンプ作用によって検出ガスの酸素濃度に対
応した信号を検出する検出手段と、前記検出手段の出力
信号に基づき検出ガス中の酸素濃度を閉ループ制御をす
るための制御信号を演算し出力する制御手段とを備えた
酸素濃度制御器において、前記制御手段に検出ガスの空
気過剰率が１以下の領域で前記閉ループ制御を停止する
手段を設けることによって達成される。
さらに、上記目的は拡散抵抗体を介して検出ガスと通じ
ている酸素イオン電導性の固体電解質と、前記固体電解
質に供給する電流を制御する電流制御器と、前記固体電
解質の酸素ポンプ作用によって検出ガスの酸素濃度に対
応した信号を検出する検出手段と、前記検出手段の出力
信号に基づき検出ガス中の酸素濃度を閉ループ制御をす
るための制御信号を演算し出力する制御手段とを備えた
酸素濃度制御器において、前記制御手段に検出ガスの空
気過剰率が１以下の領域で前記電流制御器により前記固
体電解質の電流制御を停止する手段を設けることによっ
て達成される。
ている酸素イオン電導性の固体電解質と、前記固体電解
質に供給する電流を制御する電流制御器と、前記固体電
解質の酸素ポンプ作用によって検出ガスの酸素濃度に対
応した信号を検出する検出手段と、前記検出手段の出力
信号に基づき検出ガス中の酸素濃度を閉ループ制御をす
るための制御信号を演算し出力する制御手段とを備えた
酸素濃度制御器において、前記制御手段に検出ガスの空
気過剰率が１以下の領域で前記電流制御器により前記固
体電解質の電流制御を停止する手段を設けることによっ
て達成される。
検出器の出力信号と検出ガス中の酸素濃度との対応がく
ずれる固体電解質に供給される電流が整定するまでの間
あるいは検出ガスの空気過剰率が１以下の領域で閉ルー
プ制御もしくは固体電解質への電流制御を停止するよう
に構成したため、制御系の誤動作を防止することができ
る。
ずれる固体電解質に供給される電流が整定するまでの間
あるいは検出ガスの空気過剰率が１以下の領域で閉ルー
プ制御もしくは固体電解質への電流制御を停止するよう
に構成したため、制御系の誤動作を防止することができ
る。
以下本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
第１図において酸素イオン電導性の固体電解質にはこれ
に流れる電流、電圧を制御する電流制御器２、電圧制御
器７が接続されており、それら電流、電圧は電流検出器
４、電圧検出器３にて検出されている。そして電流検出
器４の検出信号は第１の設定器８、演算処理回路９、第
２の設定器12に各々供給されている。さらに設定器８の
設定出力は前記電圧設定器７に、設定器12の設定出力は
比較器10に供給されている。また電圧検出器３の検出信
号はこの比較器10に供給されており、その比較出力は電
流制御器２に対して設けられた電流設定器11に、そして
パルス発生器13に供給されている。また、前記演算処理
回路９にはタイマ16のタイマ出力が供給されている。
に流れる電流、電圧を制御する電流制御器２、電圧制御
器７が接続されており、それら電流、電圧は電流検出器
４、電圧検出器３にて検出されている。そして電流検出
器４の検出信号は第１の設定器８、演算処理回路９、第
２の設定器12に各々供給されている。さらに設定器８の
設定出力は前記電圧設定器７に、設定器12の設定出力は
比較器10に供給されている。また電圧検出器３の検出信
号はこの比較器10に供給されており、その比較出力は電
流制御器２に対して設けられた電流設定器11に、そして
パルス発生器13に供給されている。また、前記演算処理
回路９にはタイマ16のタイマ出力が供給されている。
本実施例の電解質１の径が10mm、厚さが2mmのデイスク
状とされており、その両側には制御器2,7などが接続さ
れる多孔性の白金電極が設けられている。そして電解質
１の片側には、チヤンバ５が設けられており、チヤンバ
５は拡散抵抗体６（本実施例ではオリフイスであるが多
孔質材等を用いることも可能である）を介して検出ガス
と通じている。そしてこのチヤンバ５の容積は本実施例
において４×10-3cm3程度で、拡散抵抗体６のオリフイ
スの径は0.5mm、長さは2mm程度である。
状とされており、その両側には制御器2,7などが接続さ
れる多孔性の白金電極が設けられている。そして電解質
１の片側には、チヤンバ５が設けられており、チヤンバ
５は拡散抵抗体６（本実施例ではオリフイスであるが多
孔質材等を用いることも可能である）を介して検出ガス
と通じている。そしてこのチヤンバ５の容積は本実施例
において４×10-3cm3程度で、拡散抵抗体６のオリフイ
スの径は0.5mm、長さは2mm程度である。
ここで固体電解質１の電流の方向は、第１図の矢印の方
向で、チヤンバ５内の酸素が、チヤンバ５の外に汲み出
されるように構成されており、なお電解質１は酸素イオ
ン電導性を示す所定の温度まで加熱される構成になつて
いる。
向で、チヤンバ５内の酸素が、チヤンバ５の外に汲み出
されるように構成されており、なお電解質１は酸素イオ
ン電導性を示す所定の温度まで加熱される構成になつて
いる。
本発明の好適な実施例は以上の構成から成り、以下その
作用を説明する。
作用を説明する。
電解質１に電流制御器２によつて電流Ｉを流すと、電圧
検出器３に電圧Ｖが得られる。ここでこの電圧Ｖはｒを
電解質１の抵抗、Ｒをガス定数、Ｔを温度、Ｆをフアラ
デー定数、PAをチヤンバ５の外の酸素分圧PVをチヤンバ
５の内の酸素分圧とすると次式にて表わすことができ
る。
検出器３に電圧Ｖが得られる。ここでこの電圧Ｖはｒを
電解質１の抵抗、Ｒをガス定数、Ｔを温度、Ｆをフアラ
デー定数、PAをチヤンバ５の外の酸素分圧PVをチヤンバ
５の内の酸素分圧とすると次式にて表わすことができ
る。
また、拡散抵抗体６の外側の分圧をPM,Dを拡散係数、ａ
を拡散抵抗体６の断面積、ｌを上記６の長さとすると、
上記電流Ｉは次式にて表わすことができる。
を拡散抵抗体６の断面積、ｌを上記６の長さとすると、
上記電流Ｉは次式にて表わすことができる。
以上の関係から分圧PM一定の場合、電流Ｉを増してくる
とPVが低下し、また第（１）式からＶが増大することが
理解され、このときのＩ−Ｖの関係は第２図に示される
様になる。
とPVが低下し、また第（１）式からＶが増大することが
理解され、このときのＩ−Ｖの関係は第２図に示される
様になる。
そして分圧PV≒０のときのＩをI0とすると、第（２）式
から が得られる。このとき比較器10でＶを設定値V0と比較
し、電流設定器11がＶがV0になるようにＩを制御したと
きのI0を電流検出器４で検出し、演算処理回路９に入力
することによつて測定ガス中の酸素濃度に対応する分圧
PMを検出することができる。また電圧Ｖが第２図の破線
のＡの領域に入ると、酸素イオン電導の他に、電子電導
が加わるので、電流が再度増加するようになる。
から が得られる。このとき比較器10でＶを設定値V0と比較
し、電流設定器11がＶがV0になるようにＩを制御したと
きのI0を電流検出器４で検出し、演算処理回路９に入力
することによつて測定ガス中の酸素濃度に対応する分圧
PMを検出することができる。また電圧Ｖが第２図の破線
のＡの領域に入ると、酸素イオン電導の他に、電子電導
が加わるので、電流が再度増加するようになる。
以下、（ａ）電圧Ｖを変化させた場合、（ｂ）電流Ｉを
変化させた場合、（ｃ）空気過剰率λ＜１の場合、
（ｄ）PA＝PMの場合についての各作用を順次説明する。
変化させた場合、（ｃ）空気過剰率λ＜１の場合、
（ｄ）PA＝PMの場合についての各作用を順次説明する。
（ａ）電圧を変化させた場合 電圧制御器７が第３図に示した回路で電池14と抵抗15な
どの組合わせの場合には電解質１の電圧を変えることが
でき、このとき電圧Ｖと抵抗R1の関係は、電池14の電圧
をVBとすると、 となる。また電解質１の抵抗をｒとすると、 となる。
どの組合わせの場合には電解質１の電圧を変えることが
でき、このとき電圧Ｖと抵抗R1の関係は、電池14の電圧
をVBとすると、 となる。また電解質１の抵抗をｒとすると、 となる。
ここでR1を小さくすると、V,Iが増大し、電解質１のPV
が低下するとき第（１）式の右辺第２項の起電力が増大
し、Ｖを大きくしないとＩが流れなくなる。第４図はＶ
＝一定の場合の第（１）式の関係を示したものであり、
Ａ曲線はＶ＝V1の場合、Ｂ曲線はＶ＝V2（＞V1）の場合
であり、PVが大きい場合は、Ｉ＝V/rに近づく。また第
４図のＣ曲線はPM一定の場合の第（２）式の関係を示し
たものである。
が低下するとき第（１）式の右辺第２項の起電力が増大
し、Ｖを大きくしないとＩが流れなくなる。第４図はＶ
＝一定の場合の第（１）式の関係を示したものであり、
Ａ曲線はＶ＝V1の場合、Ｂ曲線はＶ＝V2（＞V1）の場合
であり、PVが大きい場合は、Ｉ＝V/rに近づく。また第
４図のＣ曲線はPM一定の場合の第（２）式の関係を示し
たものである。
いま、Ｉ＝０のときのPVはPMであるが、R1を減じてＶ＝
V1とすると、Ａ曲線とＣ曲線の交点P0で電流がバランス
し、Ｖ＝V2に増すと、PBでバランスする。そしてR1をス
テツプ的に変化させると、チヤンバ５内のPVが低下する
まで時間を要するので、第４図において、一旦、Ｐ点ま
で電流Ｉが増加してから、すなわちI1になつてから、PV
の低下につれて、P0までＩを低下させる。ただし、I,＜
I0、すなわち、V1の上昇が小さい場合は、Ｉの時間的変
化がなく、この様相の一例を第５図，第６図に示した。
V1とすると、Ａ曲線とＣ曲線の交点P0で電流がバランス
し、Ｖ＝V2に増すと、PBでバランスする。そしてR1をス
テツプ的に変化させると、チヤンバ５内のPVが低下する
まで時間を要するので、第４図において、一旦、Ｐ点ま
で電流Ｉが増加してから、すなわちI1になつてから、PV
の低下につれて、P0までＩを低下させる。ただし、I,＜
I0、すなわち、V1の上昇が小さい場合は、Ｉの時間的変
化がなく、この様相の一例を第５図，第６図に示した。
第１図，第４図から理解される様にＶを十分大きくすれ
ば、Ｖの大きさにかかわらずＩはI0に近付くので、この
ときのI0を電流検出器４で検出することによつて、PM、
すなわち、酸素濃度を検出することができる。
ば、Ｖの大きさにかかわらずＩはI0に近付くので、この
ときのI0を電流検出器４で検出することによつて、PM、
すなわち、酸素濃度を検出することができる。
ここで、バランス点のPVは、第４図からわかるように、
Ｖを大きくするほど小さくなる。しかし、Ｖが1.0Vを超
えると、電子電導が現われ、第（３）式が成立しなくな
り、またＶが小さすぎるとＩがバランスしないので、I0
を測定することはできない。このとき適正な電圧Ｖは Ｖ＝rI＋（0.1〜1.0）Ｖ ……第（６）式 程度であり、Ｉが増大した場合には電圧Ｖもそれに応じ
て変化させることが望ましい。このとき電流検出器４の
信号Ｉを設定器８に入力し、電圧制御器７の電圧をＩに
応じて制御し、このときの電流I0を電流検出器４で検出
し、演算処理回路９に入力し、第（３）式の関係を用い
てPMを求める。
Ｖを大きくするほど小さくなる。しかし、Ｖが1.0Vを超
えると、電子電導が現われ、第（３）式が成立しなくな
り、またＶが小さすぎるとＩがバランスしないので、I0
を測定することはできない。このとき適正な電圧Ｖは Ｖ＝rI＋（0.1〜1.0）Ｖ ……第（６）式 程度であり、Ｉが増大した場合には電圧Ｖもそれに応じ
て変化させることが望ましい。このとき電流検出器４の
信号Ｉを設定器８に入力し、電圧制御器７の電圧をＩに
応じて制御し、このときの電流I0を電流検出器４で検出
し、演算処理回路９に入力し、第（３）式の関係を用い
てPMを求める。
またチヤンバ５内の酸素分圧PV≒０の状態で、電圧Ｖを
零にした場合は、第（１）式の右辺第２項が、1V程度の
起電力を示すので、第３図の電流測定用抵抗RMには、逆
の電流が流れる。このときPVは、次第にPMと合致するの
で、PM≫０の場合は、起電力が次第に零となり、電流が
零となる。そして電流制御器２によつて、電解質１に電
流を流し始めてから、第６図に示したt0の時間は、PVが
バランスしていないので、電流I0とPMとの対応がくずれ
ている。したがつて、本実施例では演算処理回路９にタ
イマ16を付加して、t0の時間内の信号は燃料、空気量の
制御信号として出力しないようにしている。この処理
は、電流検出器４の出力をA/Dコンバータを介して、マ
イクロプロセツサに入力し、マイクロプロセツサ内で演
算処理する場合には、マイクロプロセツサに付属してい
るタイマで処理してもよい。この様に電流が電解質１に
投入されてから、電流が整定するまでの時間t0の間は、
電流検出器４の出力信号を、燃料、空気量の制御信号と
して使用しない手段を設けることによつて、制御系の誤
動作を防止することができる。
零にした場合は、第（１）式の右辺第２項が、1V程度の
起電力を示すので、第３図の電流測定用抵抗RMには、逆
の電流が流れる。このときPVは、次第にPMと合致するの
で、PM≫０の場合は、起電力が次第に零となり、電流が
零となる。そして電流制御器２によつて、電解質１に電
流を流し始めてから、第６図に示したt0の時間は、PVが
バランスしていないので、電流I0とPMとの対応がくずれ
ている。したがつて、本実施例では演算処理回路９にタ
イマ16を付加して、t0の時間内の信号は燃料、空気量の
制御信号として出力しないようにしている。この処理
は、電流検出器４の出力をA/Dコンバータを介して、マ
イクロプロセツサに入力し、マイクロプロセツサ内で演
算処理する場合には、マイクロプロセツサに付属してい
るタイマで処理してもよい。この様に電流が電解質１に
投入されてから、電流が整定するまでの時間t0の間は、
電流検出器４の出力信号を、燃料、空気量の制御信号と
して使用しない手段を設けることによつて、制御系の誤
動作を防止することができる。
第４図において、PB点でバランスしている場合、PMが増
大すると、Ｃ曲線が上に平行移動し、したがつて、Ｉが
増大し、PVも上昇し、Ｉの上昇につれて、第（６）式で
Ｖが引き上げられるので、PVの増加が防止される。チヤ
ンバ５内の酸素分圧が完全に零になることは一般にはな
い。
大すると、Ｃ曲線が上に平行移動し、したがつて、Ｉが
増大し、PVも上昇し、Ｉの上昇につれて、第（６）式で
Ｖが引き上げられるので、PVの増加が防止される。チヤ
ンバ５内の酸素分圧が完全に零になることは一般にはな
い。
ここで検出ガスが燃焼ガスの場合は、 の反応で、炭酸ガスが解離し、空燃比が理論空燃比以下
でも、PV＝10-19程度の酸素がチヤンバ５内に残つてい
る。したがつて、Ｖ＝0.5Vとすると、PV＝10-19、PM＝1
0-19、Ｉ≒０でバランスし、Ｖと起電力がバランスして
Ｉ＝０となる。このとき、Ｖを高めるとＩが増大し、PV
が小さくなる。しかし、第（７）式の反応が右方に進
み、チヤンバ５内のPVの減少が防止されるので、Ｉは第
７図に示したI1でなく、I2のごとくなりやすい。これは
第（７）式の反応速度に左右されるためである。
でも、PV＝10-19程度の酸素がチヤンバ５内に残つてい
る。したがつて、Ｖ＝0.5Vとすると、PV＝10-19、PM＝1
0-19、Ｉ≒０でバランスし、Ｖと起電力がバランスして
Ｉ＝０となる。このとき、Ｖを高めるとＩが増大し、PV
が小さくなる。しかし、第（７）式の反応が右方に進
み、チヤンバ５内のPVの減少が防止されるので、Ｉは第
７図に示したI1でなく、I2のごとくなりやすい。これは
第（７）式の反応速度に左右されるためである。
一方、Ｖ＝０の場合の第（１）式の関係は第７図のＡ曲
線のようになり、Ｉが負になり、電解質１を介して、チ
ヤンバ５内に酸素が移送される。
線のようになり、Ｉが負になり、電解質１を介して、チ
ヤンバ５内に酸素が移送される。
またＶ＝０の場合は、起電力0.5Vに対応する電流が外部
インピーダンスを介して、逆に流れる。この電流によつ
てチヤンバ５内に酸素が移送され、PV＞PMとなり、Ｃ曲
線とＡ曲線の交点Ｐでバランスする。PM＝10-19のとき
ＶとＩの関係は第８図のようになり、このとき第（６）
式の関係で電圧を設定すれば、上記のCO2の解離の影響
で生じる誤差を回避できる。そしてｒ＝20Ωのときには
PVの変化によつて、Ｖは０〜1Vの範囲で変化するので、
Ｉは０〜50mAの範囲で変化する。
インピーダンスを介して、逆に流れる。この電流によつ
てチヤンバ５内に酸素が移送され、PV＞PMとなり、Ｃ曲
線とＡ曲線の交点Ｐでバランスする。PM＝10-19のとき
ＶとＩの関係は第８図のようになり、このとき第（６）
式の関係で電圧を設定すれば、上記のCO2の解離の影響
で生じる誤差を回避できる。そしてｒ＝20Ωのときには
PVの変化によつて、Ｖは０〜1Vの範囲で変化するので、
Ｉは０〜50mAの範囲で変化する。
上述のように電流検出器４によつて、I0を求める場合、
PMが小さい場合は、第（３）式で示したように、I0も小
さくなる。酸素濃度21％の場合のI0＝40mAとすると、21
％の場合のI0＝4mAとなり、高精度の測定が必要であ
る。この場合は、後述するように、パルス状の電流を電
解質１に流し、そのデューテイ比からPMを求めることが
できる。
PMが小さい場合は、第（３）式で示したように、I0も小
さくなる。酸素濃度21％の場合のI0＝40mAとすると、21
％の場合のI0＝4mAとなり、高精度の測定が必要であ
る。この場合は、後述するように、パルス状の電流を電
解質１に流し、そのデューテイ比からPMを求めることが
できる。
さらに電圧検出器３の信号Ｖを比較器10に入力し、Ｖが
一定値のV0になるように、電流設定器11で電流を設定
し、（電流制御器２を制御し）このときの電流を電流検
出器４で測定すれば、PMに応じた信号が得られる。ここ
で信号Ｖは電解質１の抵抗ｒ分だけ電流によつて押し上
げられているので、設定器12に電流Ｉを入力し、V0,Iに
応じてV0を変化させる。そして第９図に示したようにPM
が増大すると、PVが増加し、Ｖが低下するので、Ｉを増
して、Ｖの低下を防止する。また逆にPMが低下した場合
には、PVが減少し、Ｖが増大するので、Ｉを減少させ
る。なおPMが小さい場合のＩは微小量であるので、測定
精度を高めるため、Ｉをデューテイ信号で与えてもよ
い。
一定値のV0になるように、電流設定器11で電流を設定
し、（電流制御器２を制御し）このときの電流を電流検
出器４で測定すれば、PMに応じた信号が得られる。ここ
で信号Ｖは電解質１の抵抗ｒ分だけ電流によつて押し上
げられているので、設定器12に電流Ｉを入力し、V0,Iに
応じてV0を変化させる。そして第９図に示したようにPM
が増大すると、PVが増加し、Ｖが低下するので、Ｉを増
して、Ｖの低下を防止する。また逆にPMが低下した場合
には、PVが減少し、Ｖが増大するので、Ｉを減少させ
る。なおPMが小さい場合のＩは微小量であるので、測定
精度を高めるため、Ｉをデューテイ信号で与えてもよ
い。
第10図に示したように、Ｖ＝V0になるように、電流Ｉの
パルスのデュテイ比t/t0を変化させ、ｔを測定すること
によつて、PMを検出することができる。すなわちパルス
発生器13を用い、比較器10の出力信号でパルス幅t0、あ
るいはｔを変化することによつてPMを検出することがで
きる。例えばt/t0＝100％のときの酸素濃度を21％とす
ると、t/t0＝１％のときの酸素濃度は0.21％となる。こ
のとき、Ｉの変化に応じて、第（１）式から理解される
ようにＶを変化させるので、比較器10に入るＶ、すなわ
ちrI分は平均化される。
パルスのデュテイ比t/t0を変化させ、ｔを測定すること
によつて、PMを検出することができる。すなわちパルス
発生器13を用い、比較器10の出力信号でパルス幅t0、あ
るいはｔを変化することによつてPMを検出することがで
きる。例えばt/t0＝100％のときの酸素濃度を21％とす
ると、t/t0＝１％のときの酸素濃度は0.21％となる。こ
のとき、Ｉの変化に応じて、第（１）式から理解される
ようにＶを変化させるので、比較器10に入るＶ、すなわ
ちrI分は平均化される。
（ｂ）電流を変化させた場合 第１図の電流制御器２で電解質１の電流Ｉを増大させた
場合は、PV＝一定で第（１）式によつて、第９図のごと
く電圧Ｖが増大する。一方、Ｉの増加で第（２）式のPV
が低下するので、さらに、Ｖが増大する。したがつて、
電流を変化したときの電圧が上昇する点の電流Ｉ＝I0を
測定することによつて、PMを求めることができる。
場合は、PV＝一定で第（１）式によつて、第９図のごと
く電圧Ｖが増大する。一方、Ｉの増加で第（２）式のPV
が低下するので、さらに、Ｖが増大する。したがつて、
電流を変化したときの電圧が上昇する点の電流Ｉ＝I0を
測定することによつて、PMを求めることができる。
この場合も、電流Ｉの変化で、PVがバランスするまでに
はt0の時間を要するので、この間の電圧検出器３の信号
は、燃料、空気量の制御に使用しないように、タイマ機
能を設ける。
はt0の時間を要するので、この間の電圧検出器３の信号
は、燃料、空気量の制御に使用しないように、タイマ機
能を設ける。
いま、第９図において、I0を一定にした場合、PMが増大
するとPVが増加し、Ｖが低下する。逆に、PMが低下する
と、PVが増加し、Ｖが増大する。このＶをマイクロプロ
セツサに入力し、Ｖが一定になるように、空気量、燃量
制御器を調整することによつて、検出ガス中の酸素濃度
を一定にすることができる。
するとPVが増加し、Ｖが低下する。逆に、PMが低下する
と、PVが増加し、Ｖが増大する。このＶをマイクロプロ
セツサに入力し、Ｖが一定になるように、空気量、燃量
制御器を調整することによつて、検出ガス中の酸素濃度
を一定にすることができる。
（ｃ）空気過剰率λ＜１の場合 λ＜１の場合は、PMが小さくなるが、第（７）式の反応
によつて、O2は零にはならない。第７図において、PMが
小さくなると、Ｃ曲線が左方に移動し、Ｖ＝一定の場合
のＩは負になる。また、Ｉ＝０の場合には電圧Ｖが増大
する。
によつて、O2は零にはならない。第７図において、PMが
小さくなると、Ｃ曲線が左方に移動し、Ｖ＝一定の場合
のＩは負になる。また、Ｉ＝０の場合には電圧Ｖが増大
する。
検出ガスの空気過剰率λ＜１の場合は、起電力が増大す
るので、λが小さくなるにつれて、起電力が増加し、外
部インピーダンスを流れる逆の電流が増大する。この場
合にはチヤンバ５内に外部から酸素が供給され、この酸
素はCOの酸化に使われる。さらにλが小さくなると、電
解質１の酸素が不足し、電子電気伝導を示すようにな
り、電流が正に戻る。このように、検出ガスがλ＜１の
状態にあるときは、上述のように、電子伝導に伴う電流
が生じるので、Ｖ＝0.5Vになるような電流制御を停止す
る。電流Ｉ＝０にとどめる。λ＞１の状態に設定された
場合、Ｖ＝一定の動作に入る。
るので、λが小さくなるにつれて、起電力が増加し、外
部インピーダンスを流れる逆の電流が増大する。この場
合にはチヤンバ５内に外部から酸素が供給され、この酸
素はCOの酸化に使われる。さらにλが小さくなると、電
解質１の酸素が不足し、電子電気伝導を示すようにな
り、電流が正に戻る。このように、検出ガスがλ＜１の
状態にあるときは、上述のように、電子伝導に伴う電流
が生じるので、Ｖ＝0.5Vになるような電流制御を停止す
る。電流Ｉ＝０にとどめる。λ＞１の状態に設定された
場合、Ｖ＝一定の動作に入る。
第９図において、電流I0＝０とすると、電圧Ｖは起電力
と等しくなり、Ｖ＝一定になるように、燃料、空気量制
御器を制御した場合は測定ガスはλ＝１の状態に制御さ
れる。電流I0を負にすると、チヤンバ５内の酸素分圧PV
が増大し、 でバランスする。
と等しくなり、Ｖ＝一定になるように、燃料、空気量制
御器を制御した場合は測定ガスはλ＝１の状態に制御さ
れる。電流I0を負にすると、チヤンバ５内の酸素分圧PV
が増大し、 でバランスする。
ここで|I|を一定にした場合、PMが低下すると、すなわ
ちλが低下すると、PVが低下し、Ｖが増大する。一方、
PMが増加すると、PVが増加し、Ｖが低下する。しかし、
一般にこの電流値|I|はわずかであるので、測定ガスの
λ＜１の場合は、燃料、空気量制御器の制御を開ループ
動作にするか、Ｉを負にして閉ループ制御することによ
り、制御系の誤動作を防止することができる。
ちλが低下すると、PVが低下し、Ｖが増大する。一方、
PMが増加すると、PVが増加し、Ｖが低下する。しかし、
一般にこの電流値|I|はわずかであるので、測定ガスの
λ＜１の場合は、燃料、空気量制御器の制御を開ループ
動作にするか、Ｉを負にして閉ループ制御することによ
り、制御系の誤動作を防止することができる。
このように、測定ガスのλが１以下の状態からλ＞１の
状態に戻る場合、Ｉを正に設定する。
状態に戻る場合、Ｉを正に設定する。
このとき、チヤンバ５内への酸素の拡散は遅れるので、
Ｉの増加によつて一時PVが急激に低下し、測定ガスのλ
が正しく開ループ制御されていても、一時、Ｖが増大
し、酸素が不足しているような信号を発生する。このよ
うな場合は、拡散遅れを考慮して、Ｉを徐々に増加する
ことによつて、制御の誤動作を防止することができる。
また整定時間t0の間の閉ループ動作を停止してもよい。
λを大きい状態から小さい状態に戻す場合には、チヤン
バ５内のPVが一時増加するので、この場合も同様な方法
で、誤動作を防止する。
Ｉの増加によつて一時PVが急激に低下し、測定ガスのλ
が正しく開ループ制御されていても、一時、Ｖが増大
し、酸素が不足しているような信号を発生する。このよ
うな場合は、拡散遅れを考慮して、Ｉを徐々に増加する
ことによつて、制御の誤動作を防止することができる。
また整定時間t0の間の閉ループ動作を停止してもよい。
λを大きい状態から小さい状態に戻す場合には、チヤン
バ５内のPVが一時増加するので、この場合も同様な方法
で、誤動作を防止する。
そして電圧Ｖが一定になるように、Ｉを制御する場合、
λが小さくなると、Ｖが低下するので、Ｉを低下して、
Ｖを一定に維持する。この場合のλの変化に対するＩの
変化に、チヤンバ５の容積によつて遅れるので、比較器
10、電流設定器11の閉ループ制御ゲインを適当に選定す
ることが望ましい。λが大きく変化する場合は、速く整
定するように、比例、積分ゲインを高める。安定性を高
める場合は、ゲインを低めて、制御系の誤動作を防止す
る。
λが小さくなると、Ｖが低下するので、Ｉを低下して、
Ｖを一定に維持する。この場合のλの変化に対するＩの
変化に、チヤンバ５の容積によつて遅れるので、比較器
10、電流設定器11の閉ループ制御ゲインを適当に選定す
ることが望ましい。λが大きく変化する場合は、速く整
定するように、比例、積分ゲインを高める。安定性を高
める場合は、ゲインを低めて、制御系の誤動作を防止す
る。
（ｄ）PA＝PMの場合 電解質１の外側の酸素分圧PAがPMの場合、すなわち、チ
ヤンバ５の外側が測定ガスにさらされている場合は、第
（２）式の関係は変わらないが第（１）式が変化する。
第11図に示したように、PA＝0.21のＡ曲線に対し、PA＝
PM＜とすると、PAが小さくなり、Ｂ曲線のようになる。
すなわち、PVがより小さいＰ点でバランスする。λ＝１
の近くになると、起電力が小さくなつてくる。そして電
流が零の場合は、第（２）式により、PM＝PVであるの
で、PA＝PMの場合は、Ｖ＝０となる。第12図に示したよ
うに、Ｉ＝０の場合はλの値にかかわらずＶ＝０とな
る。
ヤンバ５の外側が測定ガスにさらされている場合は、第
（２）式の関係は変わらないが第（１）式が変化する。
第11図に示したように、PA＝0.21のＡ曲線に対し、PA＝
PM＜とすると、PAが小さくなり、Ｂ曲線のようになる。
すなわち、PVがより小さいＰ点でバランスする。λ＝１
の近くになると、起電力が小さくなつてくる。そして電
流が零の場合は、第（２）式により、PM＝PVであるの
で、PA＝PMの場合は、Ｖ＝０となる。第12図に示したよ
うに、Ｉ＝０の場合はλの値にかかわらずＶ＝０とな
る。
またＩ≠０の場合は、第（１）式の右辺第２項のＥ＝ln
PA/PVは、 となる。このときPMがｋに比べて大きいときは、Ｅ＝０
となり、またPMがkIに近づくと、Ｅが増大する。ここ
で、PMがkIより小さくなつても、PVは零、または負にな
ることはなく、RM＜KIの場合は、前述の第（７）式に示
したように、CO2の解離が行なわれ、PVの低下を防止す
る。一方λ≦１では、この解離酸素によるPVとPMは合致
するので、第12図に示したＡ曲線のごとく、第（１）式
の右辺第２項が変化する。
PA/PVは、 となる。このときPMがｋに比べて大きいときは、Ｅ＝０
となり、またPMがkIに近づくと、Ｅが増大する。ここ
で、PMがkIより小さくなつても、PVは零、または負にな
ることはなく、RM＜KIの場合は、前述の第（７）式に示
したように、CO2の解離が行なわれ、PVの低下を防止す
る。一方λ≦１では、この解離酸素によるPVとPMは合致
するので、第12図に示したＡ曲線のごとく、第（１）式
の右辺第２項が変化する。
ここでλ＜１の領域からλ＜１の領域に変化すると、第
12図のP1点では、チヤンバ５内の酸素が過剰で、瞬時PM
の方がPVより小さくなるので、Ｖが負になる。このよう
にPA＝PMの場合は、Ｖ＝0.5Vになるλが２点あり、制御
系が誤動作しやすい。
12図のP1点では、チヤンバ５内の酸素が過剰で、瞬時PM
の方がPVより小さくなるので、Ｖが負になる。このよう
にPA＝PMの場合は、Ｖ＝0.5Vになるλが２点あり、制御
系が誤動作しやすい。
したがつてPVが整定する時間、空気量、燃料量の制御の
Ｖの信号を使用するのを停止する。また、λ≦１でも、
Ｖの信号を使用するのを停止することによつて、制御系
の誤動作を防止する。
Ｖの信号を使用するのを停止する。また、λ≦１でも、
Ｖの信号を使用するのを停止することによつて、制御系
の誤動作を防止する。
本発明によれば、酸素濃度検出器に起因する酸素濃度を
制御する制御系の誤動作を防止することができるため、
制御系の安定化が図れる。
制御する制御系の誤動作を防止することができるため、
制御系の安定化が図れる。
第１図は本発明の好適な実施例の構成図、第２図は第１
図装置の動作を説明する説明図、第３図は第１図実施例
の一部構成図、第３図，第４図，第５図，第６図，第７
図，第８図，第９図，第10図，第11図，第12図は第１図
装置の動作を説明する説明図である。 １……電解質、２……電流制御器、３……電圧検出器、
４……電流検出器、５……チヤンバ、６……拡散抵抗
体、７……電圧制御器。
図装置の動作を説明する説明図、第３図は第１図実施例
の一部構成図、第３図，第４図，第５図，第６図，第７
図，第８図，第９図，第10図，第11図，第12図は第１図
装置の動作を説明する説明図である。 １……電解質、２……電流制御器、３……電圧検出器、
４……電流検出器、５……チヤンバ、６……拡散抵抗
体、７……電圧制御器。
Claims (3)
- 【請求項１】拡散抵抗体を介して検出ガスと通じている
酸素イオン電導性の固体電解質と、前記固体電解質に供
給する電流を制御する電流制御器と、前記固体電解質の
酸素ポンプ作用によって検出ガスの酸素濃度に対応した
信号を検出する検出手段と、前記検出手段の出力信号に
基づき検出ガス中の酸素濃度を閉ループ制御をするため
の制御信号を演算し出力する制御手段とを備えた酸素濃
度制御器において、前記制御手段は前記電流制御手段に
よって前記固体電解質に供給される電流が整定するまで
の間は前記閉ループ制御を停止する手段を有することを
特徴とする酸素濃度制御器。 - 【請求項２】拡散抵抗体を介して検出ガスと通じている
酸素イオン電導性の固体電解質と、前記固体電解質に供
給する電流を制御する電流制御器と、前記固体電解質の
酸素ポンプ作用によって検出ガスの酸素濃度に対応した
信号を検出する検出手段と、前記検出手段の出力信号に
基づき検出ガス中の酸素濃度を閉ループ制御をするため
の制御信号を演算し出力する制御手段とを備えた酸素濃
度制御器において、前記制御手段は検出ガスの空気過剰
率が１以下の領域で前記閉ループ制御を停止する手段を
有することを特徴とする酸素濃度制御器。 - 【請求項３】拡散抵抗体を介して検出ガスと通じている
酸素イオン電導性の固体電解質と、前記固体電解質に供
給する電流を制御する電流制御器と、前記固体電解質の
酸素ポンプ作用によって検出ガスの酸素濃度に対応した
信号を検出する検出手段と、前記検出手段の出力信号に
基づき検出ガス中の酸素濃度を閉ループ制御をするため
の制御信号を演算し出力する制御手段とを備えた酸素濃
度制御器において、前記制御手段は検出ガスの空気過剰
率が１以下の領域で前記電流制御器による前記固体電解
質の電流制御を停止する手段を有することを特徴とする
酸素濃度制御器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57192412A JPH06100571B2 (ja) | 1982-11-04 | 1982-11-04 | 酸素濃度制御器 |
| EP83103494A EP0092132B1 (en) | 1982-04-12 | 1983-04-11 | Oxygen concentration control system |
| DE8383103494T DE3378698D1 (en) | 1982-04-12 | 1983-04-11 | Oxygen concentration control system |
| US06/653,550 US4622125A (en) | 1982-04-12 | 1984-09-24 | Oxygen concentration control system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57192412A JPH06100571B2 (ja) | 1982-11-04 | 1982-11-04 | 酸素濃度制御器 |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7328559A Division JP2626640B2 (ja) | 1995-12-18 | 1995-12-18 | 酸素濃度制御器 |
| JP7328560A Division JP2742036B2 (ja) | 1995-12-18 | 1995-12-18 | 酸素濃度制御器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5983049A JPS5983049A (ja) | 1984-05-14 |
| JPH06100571B2 true JPH06100571B2 (ja) | 1994-12-12 |
Family
ID=16290882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57192412A Expired - Lifetime JPH06100571B2 (ja) | 1982-04-12 | 1982-11-04 | 酸素濃度制御器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06100571B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58143108A (ja) * | 1982-02-19 | 1983-08-25 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の空燃比制御装置 |
-
1982
- 1982-11-04 JP JP57192412A patent/JPH06100571B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5983049A (ja) | 1984-05-14 |
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