JPH0680426B2 - 空燃比検出器 - Google Patents

空燃比検出器

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JPH0680426B2
JPH0680426B2 JP59220439A JP22043984A JPH0680426B2 JP H0680426 B2 JPH0680426 B2 JP H0680426B2 JP 59220439 A JP59220439 A JP 59220439A JP 22043984 A JP22043984 A JP 22043984A JP H0680426 B2 JPH0680426 B2 JP H0680426B2
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JP
Japan
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solid electrolyte
heater
circuit
air
fuel ratio
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大須賀  稔
宣茂 大山
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/4065Circuit arrangements specially adapted therefor

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は空燃比検出器に係り、特に燃焼器等に使用する
ために好適な空燃比検出器に関する。
〔発明の背景〕
従来、空燃比検出器の拡散抵抗体や電極の抵抗値の製造
上のばらつきは、特開昭59−34432号公報に示されてい
るように、外部回路例えばマイクロコンピユータ内に設
けた抵抗値を調整することにより調整していた。しか
し、このような補正方法を採用した場合、回路と検出器
一体で調整しなければならず、空燃比検出器の互換性が
無くなり、量産性、コスト、メンテナンスの点で極めて
不都合が生じるという欠点があつた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、互換性が向上し、さらにメンテナンス
費、およびコストの低減を促進できる空燃比検出器を提
供することにある。
〔発明の概要〕 本発明は、センサ部の拡散抵抗体及び電極のばらつきを
補正するための固体電解質用補償抵抗とヒータの抵抗値
のばらつきを補正するためのヒータ用補償抵抗とをセン
サ部と接続されているコネクタ部内に設けたことを特徴
としている。
〔発明の概要〕
第1図は、本発明による空燃比検出器のセンサ本体1の
一実施例を示す断面図である。
第1図において、2は保護管、3はヒータ、4は固体電
解質、5はワツシヤ、6は栓体、7および8はワツシ
ヤ、9は充填剤、10はスペーサ、11はワツシヤ、12は金
網、13は金属ケース、14は金属パイプ、15はコイルバ
ネ、16は金属ケース、17および18,19は絶縁碍子、20は
皿ばね、21はグロメツト、22はヒータ用のリード線、23
は固体電解質用のリード線である。
このような構造のセンサ本体は、栓体6により燃焼器の
排気管に取り付けられる。固体電解質4は、ヒータ3に
より加熱され、活性化される。加熱された固体電解質4
は、保温性も考慮された保護管2により保護されてい
る。固体電解質4の外側は、排気にさらされており、ヒ
ータ5側には大気が導かれている。また、リード線とし
ては、ヒーター用のリード線22が2本、固体電解質用の
リード線23が2本取り出されている。
第2図は、空燃比センサの検出原理を示す図である。固
体電解質4の大気側と排気側にA電極25とE電極24が設
けてあり、排気側にはさらに拡散抵抗体26が設けられて
いる。A電極25を正極、E電極24を負極として電圧を印
加すると、排気中の酸素が固体電解質4内を通つて排気
側から大気側に流れる。この酸素の流れを拡散抵抗体26
により律すると、排気中の酸素濃度に比例した限界電流
が得られる。この電流値を電圧値に変換した場合の空燃
比検出器の出力特性を第3図に実線で示しているが、空
気過剰率λが排気中の酸素濃度に比例するため、空気過
剰率λに比例した出力電圧が得られる。
ここで、拡散抵抗体26やE電極24の厚さが厚いか、また
は気孔率が小さい場合は、出力電力は第3図(イ)の破線
に示すように低くなつてしまう。また、拡散抵抗体4や
E電極24の厚さが薄いか、または気孔率が大きい場合に
は、第3図(ロ)の破線で示すように出力電圧が高くなつ
てしまう。このような製造上のばらつきは、厳密には避
けることができない。従つて、このばらつきを補正しな
ければならない。
一方、固体電解質4とヒータ3で加熱し活性化するが、
この際に固体電解質4の温度が設定値より高いと、第3
図(ロ)の破線のように出力電圧が高くなり、逆に温度が
低いと第3図(イ)の破線のように出力電圧が低くなる。
従つて、ヒータ3の抵抗値が製造段階でばらついたので
は、正確な温度制御はできない。このため、ヒータ3の
抵抗値のばらつきも補正しなければならない。
第4図はこの補正のための回路の一実施例を示すもので
あり、固体電解質4、ヒータ3、ヒータ用補償抵抗27、
固体電解質用補償抵抗28、ヒータ用回路29、固体電解質
用回路30、回路基板部31の構成を示している。同図にお
いてヒータ3には、回路基板M部(マイクロコンピュー
タも含む)内の回路29から定電圧または定電流が供給さ
れる。ヒータ用補償抵抗体27は、センサ部(S部)と、
前記M部を結線する場合の途中のコネクタ部(C部)の
S部側に設けられている。このため、C部の切り放し部
は、図4中の矢印部より左側となる。このヒータ用補償
抵抗体27の抵抗値を調整することにより、ヒータ3の抵
抗値とヒータ用補償抵抗体27の抵抗値との和が全ての製
品で一定となるようにする。このようにすることによ
り、ヒータ3の抵抗値のばらつきをS部側で補償でき
る。なお、補償抵抗体27の抵抗値の調整の仕方は、例え
ばレーザートリミングやポテンシヨンメーターなどを用
いる方法が考えられる。
一方、固体電解質4には、回路30内の端子33,34より一
定の電圧が供給されており、このとき固体電解質4に流
れる電流値が、固体電解質用補償抵抗体28の両端の電圧
値として端子32,33で検出される。この検出電圧値が第
3図で示した検出器の出力電圧となる。この場合、補償
用抵抗体28の抵抗値を変化させることにより、その出力
電圧は第3図(イ),(ロ)のように自由に変化する。すなわ
ち、出力電圧のゲインの調整が可能になる。そこで、固
体電解質4の排気にさらされる部分を既知の酸素濃度ふ
ん囲気中に置き、第5図で示すようにある設定電圧VS
端子35,36に印加し、そのときの端子36,37間の電圧VT
全ての製品で一定になるように補償用抵抗体28の抵抗値
を調整する。これにより、固体電解質4の製造上のばら
つきを補償できる。なお、既知の酸素濃度とは、例えば
大気中の酸素濃度でもよい。また、補償用抵抗体28の抵
抗値の調整の方法は、抵抗体28の場合と同様に、例えば
レーザートリミングやポテンシヨンメータでもよい。
第6図は、第4図の回路を製品化した場合の実際の概観
図であり、センサ部(S部)より、4本のリード線22,2
3が取り出されており、コネクタ部(C部)に接続され
ている。コネクタ部(C部)は、センサ部(S部)側の
コネクタ38と回路部(M部)側のコネクタ39とから構成
されており、ヒータ用補償抵抗体27と固体電解質用補償
抵抗体28は、センサ側のコネクタ38内に設置されてい
る。
第7図は、ヒータ用回路29の詳細図である。同図におい
て、40はマイクロコンピユータ、41はトランジスタ、42
はコイル、43はスイツチである。マイクロコンピユータ
40から出力される信号によりトランジスタ41が通電状態
になると、コイル42に電圧VDが作用し、スイツチ43がON
状態となり、ヒータ3に電圧VDが印加される。逆に、マ
イクロコンピユータ40からOFF信号が出力された場合に
は、トランジスタ41がOFF状態となり、スイツチ43もOFF
となり、ヒータ3には電圧VDは印加されなくなる。
第8図は、固体電解質用回路30の詳細図である。同図に
おいて、44はオペアンプ、45はオペアンプ、46はトラン
ジスタ、47,48は抵抗である。この回路30では、オペア
ンプ44とトランジスタ46とにより、固体電解質4に印加
される電圧が抵抗47,48で分圧された一定電圧値になる
ように制御されている。また、補償用抵抗体28に流れる
電流値を検出してオペアンプ45で増幅し、検出出力Vout
として送出している。この回路30では、補償用抵抗体28
でゲイン調整をしているために回路側での調整が不要と
なる。
第9図は、ヒータ用コネクタ部と回路との接続関係の応
用例を示す図であり、ヒータ3に流れる電流を補償用抵
抗体27の両端の電圧値として検出し、ヒータ3に流れる
電流値が常に一定になるように、オペアンプ49、トラン
ジスタ50により制御するものである。この構成によれ
ば、コネクタ部(C部)の回路側端子は3端子となる。
第10図は、一定電流を固体電解質4に励起し、0〜1V間
で変化する電圧値を0.5Vになるように制御して、空燃比
を制御するタイプのセンサの較正法を示した図である。
同図において、コネクタ部(C部)には、固体電解質4
と並列に可変抵抗52が設けられており、固体電解質4を
既知の酸素濃度ふん囲気中に置いた状態で固体電解質4
に一定電流ISを流し、第11図に示すように、0〜1V間で
変化し、0.5V付近で落着くように抵抗52を調整する(固
体電解質4に流れる電流を調整するのと同じ)。これに
より、センサのばらつきを補正できる。なお、第10図に
おける53は定電流発生回路、54は電圧検出器である。
第12図は、第10図における回路54の一例を示す図であ
り、センサの起電力変化(0〜1V)をオペアンプ55によ
つて検出し、設定空燃比を境いとしてON,OFFする出力信
号が送出される。
第13図は、空燃比の検出法の応用例を示したもので、空
気過剰率λが1.0よりも小さい領域でも測定できる方法
である。すなわち、λ<1.0では、第13図(a)に示す
ように、電圧VB1を印加することにより拡散抵抗体26内
に酸素を送り込む。次に、この送り込んだ酸素と排気中
の一酸化炭素とが拡散抵抗体26内で反応して残つた酸素
量を、電圧VS(VB1とは逆極性)を印加することにより
検出する。そこで、この検出された電流値を積分する
と、第14図の実線(a)のような特性となる。すなわ
ち、この場合は第13図(b)に示すように固体電解質4
に極性の異なつたVSとVB1の電圧を時分割的に印加する
必要がある。
λ>1.0では、排気中に酸素が存在するので、拡散抵抗
体26内に酸素を送り込む必要がなく、大気側に移動させ
るだけでよい。このときのVSが印加されている状態での
電流値を電圧値に変換すると、第14図の実線(b)のよ
うな特性となる。
第15図は、第13図で説明した検出方法を実現するための
回路の一実施例を示すもので、56〜58はトランジスタ、
59〜61はコイル、62〜64はスイツチ、65はオペアンプで
ある。
マイクロコンピユータ40の出力信号により、トランジス
タ−56〜58はそれぞれ適時ON、OFF状態にし、コイル59
〜61にそれぞれ適時電圧VDを印加する。これにより、ス
イツチ62〜64がON、OFFして、第13図(b),(d)の
電圧信号を時分割的に作り出し、固体電解質4に印加す
る。また、補償用抵抗体28の両端の電圧を検出し、オペ
アンプ65で増幅し、検出出力Voutとして送出する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、固体電解質の拡散抵抗や電極、さらに
はヒータの抵抗値の製造上のばらつきを回路で補償する
必要はなくなり、回路に対する互換性が向上する。ま
た、センサ部の組み立て後に固体電解質とヒータの双方
の調整をすることができるため固体電解質の正確な温度
制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に用いるセンサ本体の断面図、第2図は
固体電解質の断面図、第3図はセンサ特性図、第4図は
外部回路、コネクタ、センサ部の結線図、第5図はばら
つき較正時の特性図、第6図は回路、コネクタ、センサ
部の実際の概観図、第7図はヒータ用回路の詳細図、第
8図は固体電解質用回路の詳細図、第9図はヒータ用回
路の応用例を示す図、第10図は固体電解質用回路の応用
例を示す図、第11図は特性較正時の特性図、第12図は第
10図の回路54詳細図、第13図は空燃比測定法の他の例を
示す原理図、第14図は第13図の方法を用いて得られる特
性図、第15図は第13図の測定方法を実現するための回路
図である。 3…ヒーター、4…固体電解質、26…拡散抵抗体、27,2
8…補償用抵抗体、29…ヒーター用回路、30…固体電解
質用回路、38,39…コネクタ部、40…マイクロコンピユ
ータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−205849(JP,A) 特開 昭59−34432(JP,A) 特開 昭56−86349(JP,A) 特開 昭60−192251(JP,A) 実開 昭60−120354(JP,U)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】大気側と排気ガス側にそれぞれ電極を有す
    る固体電解質、その固体電解質の排気ガス側に設けられ
    た拡散抵抗体及び前記固体電解質を加熱するためのヒー
    タとを有するセンサ部と、前記センサ部と前記センサ部
    を駆動するための回路部とを接続するためのコネクタ部
    とを備えた空燃比検出器において、前記拡散抵抗体及び
    前記電極の抵抗値のばらつきを補正するための固体電解
    質用補償抵抗と前記ヒータの抵抗値のばらつきを補正す
    るためのヒータ用補償抵抗とを前記センサ部と接続され
    ている前記コネクタ部内に設けたことを特徴とする空燃
    比検出器。
JP59220439A 1984-10-22 1984-10-22 空燃比検出器 Expired - Lifetime JPH0680426B2 (ja)

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JPS6199852A JPS6199852A (ja) 1986-05-17
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