JPH0697220B2 - 空燃比検出装置 - Google Patents
空燃比検出装置Info
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- JPH0697220B2 JPH0697220B2 JP61105550A JP10555086A JPH0697220B2 JP H0697220 B2 JPH0697220 B2 JP H0697220B2 JP 61105550 A JP61105550 A JP 61105550A JP 10555086 A JP10555086 A JP 10555086A JP H0697220 B2 JPH0697220 B2 JP H0697220B2
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- 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
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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- F02D41/1477—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation circuit or part of it,(e.g. comparator, PI regulator, output)
- F02D41/1482—Integrator, i.e. variable slope
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- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃焼制御等に用いる空燃比センサに係り、特に
空燃比検出とともに温度調節を行うに好適な空燃比検出
装置に関する。
空燃比検出とともに温度調節を行うに好適な空燃比検出
装置に関する。
従来、排ガス中のガス成分より空燃比を検出する空燃比
センサについては例えば特開昭52−69690号公報，特開
昭53−66292号公報に示されるように空燃比検出セルに
一定、あるいは可変する電圧を印加し、このとき得られ
る電流値より空燃比を検出するものがある。また、この
空燃比センサは温度依存性が大きいため、高温で使用す
る必要があり、この空燃比センサの温度制御については
特開昭57−187646号公報，特開昭57−192852号公報に示
されるように直流電圧に交流成分を重畳させた電圧を検
出セルに印加し、この交流成分の温度依存情報より温調
を行うもの、交流信号より検出セルの内部抵抗を求め温
度制御を行うものがある。また、特開昭57−192849号公
報に示されるように検出セルに電圧を印加し限界電流を
測定する時間と内部抵抗を求める時間を繰返えし行い温
度制御する方法が示されているが、このものは温度補正
係数を求め、この後演算するなど信号処理を行うもので
ある。
センサについては例えば特開昭52−69690号公報，特開
昭53−66292号公報に示されるように空燃比検出セルに
一定、あるいは可変する電圧を印加し、このとき得られ
る電流値より空燃比を検出するものがある。また、この
空燃比センサは温度依存性が大きいため、高温で使用す
る必要があり、この空燃比センサの温度制御については
特開昭57−187646号公報，特開昭57−192852号公報に示
されるように直流電圧に交流成分を重畳させた電圧を検
出セルに印加し、この交流成分の温度依存情報より温調
を行うもの、交流信号より検出セルの内部抵抗を求め温
度制御を行うものがある。また、特開昭57−192849号公
報に示されるように検出セルに電圧を印加し限界電流を
測定する時間と内部抵抗を求める時間を繰返えし行い温
度制御する方法が示されているが、このものは温度補正
係数を求め、この後演算するなど信号処理を行うもので
ある。
しかしながら、従来の空燃比センサにあつては、空燃比
の検出は直流成分，温度情報は交流成分で行つているた
め、空燃比センサから空燃比出力を得るに直流成分に重
畳される交流成分を分離しなければならず、そのためそ
の信号処理部、あるいは演算部を必要とした。
の検出は直流成分，温度情報は交流成分で行つているた
め、空燃比センサから空燃比出力を得るに直流成分に重
畳される交流成分を分離しなければならず、そのためそ
の信号処理部、あるいは演算部を必要とした。
本発明の目的は直流成分のみで空燃比の検出及び温度調
整を可能とし、しかも空燃比検出セルをブリツジ回路の
一辺に利用する簡単な構成で行なえるようにしたことで
特別の信号処理部を必要とせず、また、検出セルの内部
抵抗による空燃比検出精度の低下、電子伝導領域突入時
の出力発振を防止することのできる空燃比検出装置を提
供することにある。
整を可能とし、しかも空燃比検出セルをブリツジ回路の
一辺に利用する簡単な構成で行なえるようにしたことで
特別の信号処理部を必要とせず、また、検出セルの内部
抵抗による空燃比検出精度の低下、電子伝導領域突入時
の出力発振を防止することのできる空燃比検出装置を提
供することにある。
本発明は、自動車の排ガス成分から空燃比を検出する酸
素ポンプ型で、かつ一方の電極側に大気を導入する型式
の空燃比検出セルと、これを加熱するために内蔵された
ヒータとで構成される空燃比検出装置において、内部抵
抗を有する前記空燃比検出セルをブリッジ回路の一辺に
配し、酸素ポンプ現象を利用して外部より設定する空燃
比検出用スレッショルド制御電圧値と前記空燃比検出セ
ルの起電力とが等しくなるよう該空燃比検出セルに電流
を通電し、第１の期間内に前記空燃比検出用スレッショ
ルド制御電圧値と前記起電力が等しくなった時の前記ブ
リッジ回路の一辺の抵抗に供給されている電流量から空
燃比を検出し、かつ前記空燃比検出セルの電圧降下によ
りその内部抵抗を検出して内蔵ヒータを加熱制御すると
共に、前記第１の期間に続く第２の期間内に前記空燃比
検出セルへの通電を遮断して該空燃比検出セルの起電力
を測定し、前記空燃比検出・内蔵ヒータの加熱制御と空
燃比検出セルの起電力測定とを交互に繰返し、前記ブリ
ッジ回路の出力端子間の電位差によって前記空燃比検出
セル内蔵ヒータを制御し前記空燃比検出セルの温度を調
節するようにしたことを特徴とする。
素ポンプ型で、かつ一方の電極側に大気を導入する型式
の空燃比検出セルと、これを加熱するために内蔵された
ヒータとで構成される空燃比検出装置において、内部抵
抗を有する前記空燃比検出セルをブリッジ回路の一辺に
配し、酸素ポンプ現象を利用して外部より設定する空燃
比検出用スレッショルド制御電圧値と前記空燃比検出セ
ルの起電力とが等しくなるよう該空燃比検出セルに電流
を通電し、第１の期間内に前記空燃比検出用スレッショ
ルド制御電圧値と前記起電力が等しくなった時の前記ブ
リッジ回路の一辺の抵抗に供給されている電流量から空
燃比を検出し、かつ前記空燃比検出セルの電圧降下によ
りその内部抵抗を検出して内蔵ヒータを加熱制御すると
共に、前記第１の期間に続く第２の期間内に前記空燃比
検出セルへの通電を遮断して該空燃比検出セルの起電力
を測定し、前記空燃比検出・内蔵ヒータの加熱制御と空
燃比検出セルの起電力測定とを交互に繰返し、前記ブリ
ッジ回路の出力端子間の電位差によって前記空燃比検出
セル内蔵ヒータを制御し前記空燃比検出セルの温度を調
節するようにしたことを特徴とする。
空燃比検出セルの起電力は外部より設定する起電力制御
値になるように検出セルに供給する電流量をフイードバ
ツク制御する。それによつて、検出セルの起電力は起電
力制御値と等しくなり、このとき供給電流量から空燃比
の検出が行える。また、ブリツジの平衡条件が成立する
ことで検出セルの内部抵抗値は外部より設定する温度設
定用抵抗値と同値となるため、これより、温度制御が可
能となる。
値になるように検出セルに供給する電流量をフイードバ
ツク制御する。それによつて、検出セルの起電力は起電
力制御値と等しくなり、このとき供給電流量から空燃比
の検出が行える。また、ブリツジの平衡条件が成立する
ことで検出セルの内部抵抗値は外部より設定する温度設
定用抵抗値と同値となるため、これより、温度制御が可
能となる。
以下、本発明の実施例について説明する。
第１図には本発明の基本回路構成が示されている。
図において、１は空燃比検出セル、A1,A2,A3は差動増幅
器、SW1,SW2は電気的にON−OFFするスイツチ、R1,R2,
R3,r2は抵抗器、C1,C2はコンデンサ、３はヒータ、４は
制御時間発生器、ｅは起電力制御値、VPGはポテンシヤ
ルグランド、Trはトランジスタ、VOは出力電圧である。
器、SW1,SW2は電気的にON−OFFするスイツチ、R1,R2,
R3,r2は抵抗器、C1,C2はコンデンサ、３はヒータ、４は
制御時間発生器、ｅは起電力制御値、VPGはポテンシヤ
ルグランド、Trはトランジスタ、VOは出力電圧である。
また、本２図には本発明に用いる空燃比検出セル１の概
略構成が示されている。第２図（Ａ）は袋管状型、第２
図（Ｂ）は厚膜プロセスや薄膜プロセス等により作られ
る板状型である。図中11,11′はジルコニア固体電解
質、12,12′は大気に接する白金電極、13,13′は排ガス
に接する白金電極、14,14′はガス拡散低抗体、3,3′は
内蔵ヒータであり、本発明にはどちらのタイプも使用で
きる。そして、空燃比の検出はジルコニア固体電解質の
酸素ポンプ現象及び起電力特性を利用するものである。
略構成が示されている。第２図（Ａ）は袋管状型、第２
図（Ｂ）は厚膜プロセスや薄膜プロセス等により作られ
る板状型である。図中11,11′はジルコニア固体電解
質、12,12′は大気に接する白金電極、13,13′は排ガス
に接する白金電極、14,14′はガス拡散低抗体、3,3′は
内蔵ヒータであり、本発明にはどちらのタイプも使用で
きる。そして、空燃比の検出はジルコニア固体電解質の
酸素ポンプ現象及び起電力特性を利用するものである。
空燃比検出セル１はネルンストンの法則で良く知られる
ように空気過剰率λ＝１を境にリーン（λ＞１）域では
ほぼ零ボルト、リツチ（λ＜１）域では約１ボルトとな
る段階状の起電力Ｅが発生し、これは次式で表わされ
る。
ように空気過剰率λ＝１を境にリーン（λ＞１）域では
ほぼ零ボルト、リツチ（λ＜１）域では約１ボルトとな
る段階状の起電力Ｅが発生し、これは次式で表わされ
る。
ここで、Paは大気中の酸素濃度、Peは排気側電極界面の
酸素濃度である。また、このときの化学反応式は次式と
なる。
酸素濃度である。また、このときの化学反応式は次式と
なる。
2CO＋O22CO2 ……（２） 従つて、λ全領域で一定の起電力Ｅ（望ましくは0.5ボ
ルト）となるよう排気側電極界面の酸素濃度を制御す
る、すなわち、酸素ポンプ現象により、λ＞１では排気
側電極界面の酸素を大気側へ放出させ酸素濃度を低下さ
せる、逆に、λ＜１では排気側電極界面の酸素濃度を高
めるように大気側から酸素を注入してやることにより、
空燃比検出セルの起電力Ｅを一定に制御できる。よつ
て、起電力Ｅが一定値となるのに必要な酸素の注入、放
出量に対応したポンプ電流量から排ガス中の酸素濃度を
知ることができる。また、ポンプ電流はλ＞１とλ＜１
とでは極性が逆となる。すなわち、大気側電極を陽極と
するλ＞１では正、λ＜１では負のポンプ電流量とな
る。
ルト）となるよう排気側電極界面の酸素濃度を制御す
る、すなわち、酸素ポンプ現象により、λ＞１では排気
側電極界面の酸素を大気側へ放出させ酸素濃度を低下さ
せる、逆に、λ＜１では排気側電極界面の酸素濃度を高
めるように大気側から酸素を注入してやることにより、
空燃比検出セルの起電力Ｅを一定に制御できる。よつ
て、起電力Ｅが一定値となるのに必要な酸素の注入、放
出量に対応したポンプ電流量から排ガス中の酸素濃度を
知ることができる。また、ポンプ電流はλ＞１とλ＜１
とでは極性が逆となる。すなわち、大気側電極を陽極と
するλ＞１では正、λ＜１では負のポンプ電流量とな
る。
第１図において、制御時間発生器４からは空燃比検出セ
ル１の起電力を測定する時間Highレベルとなる起電力測
定時間teと空燃比検出及びヒータ制御を行う時間Highレ
ベルとなる制御時間tpが出力され、これらはteが“Hig
h"レベルのときtpは“Low"レベル、逆に、teは“Low"の
ときtpは“High"レベルとなる。
ル１の起電力を測定する時間Highレベルとなる起電力測
定時間teと空燃比検出及びヒータ制御を行う時間Highレ
ベルとなる制御時間tpが出力され、これらはteが“Hig
h"レベルのときtpは“Low"レベル、逆に、teは“Low"の
ときtpは“High"レベルとなる。
自動車は約14ボルトの電圧源であり、本センサは正負の
ポンプ電流が流れるため、アースレベルより高い仮想グ
ランドが必要となる。このため空燃比検出セル１の排気
側電極である陰極はアースレベルより高いポテンシヤル
グランドとする必要がある。
ポンプ電流が流れるため、アースレベルより高い仮想グ
ランドが必要となる。このため空燃比検出セル１の排気
側電極である陰極はアースレベルより高いポテンシヤル
グランドとする必要がある。
今、teが“High"レベル、tpが“Low"レベルのとき、SW2
はON、SW1はOFF状態となり、空燃比検出セル１のポンプ
電流はカツトされる。従つて、検出セル１の陽極には起
電力ＥとポテンシヤルグランドVPGが加えらたＥ＋VPGの
電位が発生し、SW2,C1,A2で構成されるサンプル／ホー
ルド回路（以下S/H回路と略記）に保持され、R3,C2,A1
で構成する積分器に入力される。
はON、SW1はOFF状態となり、空燃比検出セル１のポンプ
電流はカツトされる。従つて、検出セル１の陽極には起
電力ＥとポテンシヤルグランドVPGが加えらたＥ＋VPGの
電位が発生し、SW2,C1,A2で構成されるサンプル／ホー
ルド回路（以下S/H回路と略記）に保持され、R3,C2,A1
で構成する積分器に入力される。
次に、tpが“High"teが“Low"レベルのとき、SW1はON、
SW2はOFF状態となる。積分器では一方の入力端に入力さ
れた起電力制御値ｅとS/H回路のホールド値Vsとを比較
しその大小関係によつて空燃比検出セル１のポンプ電流
の通電量を調節する。この繰返しによつてVs＝ｅに制御
されることになりこのときのポンプ電流量から排ガス中
の酸素濃度、すなわち、空燃比が検出できる。なお起電
力制御値ｅもVPGを加えた値としなければならないこと
は云うまでもない。
SW2はOFF状態となる。積分器では一方の入力端に入力さ
れた起電力制御値ｅとS/H回路のホールド値Vsとを比較
しその大小関係によつて空燃比検出セル１のポンプ電流
の通電量を調節する。この繰返しによつてVs＝ｅに制御
されることになりこのときのポンプ電流量から排ガス中
の酸素濃度、すなわち、空燃比が検出できる。なお起電
力制御値ｅもVPGを加えた値としなければならないこと
は云うまでもない。
次に空燃比検出セルの温度制御について述べる。
本実施例での空燃比検出は前述した如くジルコニア固体
電解質の酸素ポンプ現象を利用する故、ジルコニアの内
部抵抗を小さく、すなわち、内蔵ヒータにより高温一定
に加熱制御する必要がある。
電解質の酸素ポンプ現象を利用する故、ジルコニアの内
部抵抗を小さく、すなわち、内蔵ヒータにより高温一定
に加熱制御する必要がある。
これを実現するには、抵抗R1と空燃比検出セル１と並列
に抵抗R2,r2とを配し、更にこれにスイツチSW2、コンデ
ンサC1、差動増幅器A2から成るS/H回路の出力を接続し
たブリツジ回路を構成し、これが平衡するように差動増
幅器A3で内蔵ヒータを制御するものである。
に抵抗R2,r2とを配し、更にこれにスイツチSW2、コンデ
ンサC1、差動増幅器A2から成るS/H回路の出力を接続し
たブリツジ回路を構成し、これが平衡するように差動増
幅器A3で内蔵ヒータを制御するものである。
ポンプ電流IP通電しヒータの温調を制御する制御時間tp
がHighのとき、SW1がON、SW2はOFFする。このとき、空
燃比検出セルの陽極側端子電圧VLは次式となる。
がHighのとき、SW1がON、SW2はOFFする。このとき、空
燃比検出セルの陽極側端子電圧VLは次式となる。
VL＝VPG＋IP・ｒ＋Ｅ ……（３） ここで、ｒは空燃比検出セルの内部抵抗である。
（３）式より明らかなように、空燃比検出セル１の両端
の電圧はIPによる電圧降下と起電力成分であるため、ブ
リツジの一辺にもIP・ｒ、Ｅに相当する成分が必要で、
このため、ｒにはr2、ＥにはSW1がOFF、SW2がONする起
電力測定時間teで動作するS/H回路の出力VSを加える。
の電圧はIPによる電圧降下と起電力成分であるため、ブ
リツジの一辺にもIP・ｒ、Ｅに相当する成分が必要で、
このため、ｒにはr2、ＥにはSW1がOFF、SW2がONする起
電力測定時間teで動作するS/H回路の出力VSを加える。
今、差動増幅器A5のプラス入力端子電圧をe+マイナス入
力端子電圧をe-とすると となり、差動増幅器の安定条件より（４），（５）式は
次式で表わされる。
力端子電圧をe-とすると となり、差動増幅器の安定条件より（４），（５）式は
次式で表わされる。
故に、（６）式を整理すると となり、ブリツジ回路の平衡条件が成立する。従つて、
（７）式成立するようトランジスタTrにより内蔵ヒータ
３へ供給する電力量を調節すると空燃比検出セル１の内
部抵抗ｒは外部に設置する温度設定抵抗r2と等しくな
り、これらから空燃比検出セル１の温度調節が可能とな
る。
（７）式成立するようトランジスタTrにより内蔵ヒータ
３へ供給する電力量を調節すると空燃比検出セル１の内
部抵抗ｒは外部に設置する温度設定抵抗r2と等しくな
り、これらから空燃比検出セル１の温度調節が可能とな
る。
一方、空燃比検出セルの起電力測定時の起電力測定時間
teにおいては、SW1をOFFすることでブリツジ回路に電流
が流れず、ここでの平衡条件は必ずしも成立しないの
で、起電力測定時間te内での空燃比検出セルの温度制御
は無制御の状態なる。それ故、空燃比検出セル内蔵ヒー
タの熱定数などから起電力測定時間teを決定し、制御に
おける起電力測定時間te、制御時間tpの時間比をte≪tp
とし、空燃比検出・内蔵ヒータの加熱制御と空燃比検出
セルの起電力測定とを交互に繰返し行なうことにより、
空燃比検出セルは加熱制御され、起電力測定時間te内で
の温度の無制御状態の影響を排除した高精度の空燃比検
出セルの温度制御を行なうことができる。
teにおいては、SW1をOFFすることでブリツジ回路に電流
が流れず、ここでの平衡条件は必ずしも成立しないの
で、起電力測定時間te内での空燃比検出セルの温度制御
は無制御の状態なる。それ故、空燃比検出セル内蔵ヒー
タの熱定数などから起電力測定時間teを決定し、制御に
おける起電力測定時間te、制御時間tpの時間比をte≪tp
とし、空燃比検出・内蔵ヒータの加熱制御と空燃比検出
セルの起電力測定とを交互に繰返し行なうことにより、
空燃比検出セルは加熱制御され、起電力測定時間te内で
の温度の無制御状態の影響を排除した高精度の空燃比検
出セルの温度制御を行なうことができる。
第３図は空燃比検出セル１のｒ−Ｉ特性の温度依存性を
示す一例である。これより明らかなようにポンプ電流IP
が飽和する限界電流は温度によつて変化する。従つて、
空燃比検出セル１を高温一定に加熱制御する必要があ
る。
示す一例である。これより明らかなようにポンプ電流IP
が飽和する限界電流は温度によつて変化する。従つて、
空燃比検出セル１を高温一定に加熱制御する必要があ
る。
第４図は空燃比検出セル１の温度に対する内部抵抗の関
係を示すものである。よつて、温度設定抵抗r2値、すな
わち、調節温度はこれより得ることができる。
係を示すものである。よつて、温度設定抵抗r2値、すな
わち、調節温度はこれより得ることができる。
第５図は出力電気−温度特性の一例を示す図であり、温
調することによつて、約100℃の低温から安定な出力電
圧を得ることができる。
調することによつて、約100℃の低温から安定な出力電
圧を得ることができる。
自動車の空燃比域はλ＝１を境にλ＞１のリーン域、λ
＜１のリツチ域があり、前述した如く本発明のものはこ
の両域におけるポンプ電流の極性が反転する。従つて、
全空燃比域で安定な温度制御を行うのには、λ＝１を境
に第１図における差動増幅器A3の２入力信号を切換える
必要がある。図における温度制御部はリーン域のみを検
出する構成で、全空燃比域を温調するには不適である。
＜１のリツチ域があり、前述した如く本発明のものはこ
の両域におけるポンプ電流の極性が反転する。従つて、
全空燃比域で安定な温度制御を行うのには、λ＝１を境
に第１図における差動増幅器A3の２入力信号を切換える
必要がある。図における温度制御部はリーン域のみを検
出する構成で、全空燃比域を温調するには不適である。
第６図は全空燃比域で温度制御が可能となる第１図に示
す基本回路の応用例である。
す基本回路の応用例である。
図において、B1,B2,B3,B4は出力端がオープンコレクタ
のコンパレータ、D1,D2はダイオード、RS1,RS2,Rb,Raは
抵抗器、その他の部分は第１図に示した符号と同一のも
のであり、また、温度制御以外の動作は前述した如くで
あり、ここでの説明は略記する。
のコンパレータ、D1,D2はダイオード、RS1,RS2,Rb,Raは
抵抗器、その他の部分は第１図に示した符号と同一のも
のであり、また、温度制御以外の動作は前述した如くで
あり、ここでの説明は略記する。
全空燃比での温度制御を行うためにはポンプ電流の極性
反転に対してトランジスタを制御するコンパレータの入
力信号（第１図ではA3のプラス、マイナス入力端に入力
される信号）を切換えトランジスタTrを制御しなければ
ならない。これにはコンパレータB1〜B4、ダイオード
D1,D2、抵抗RS1,RS2によつて行なわせる。
反転に対してトランジスタを制御するコンパレータの入
力信号（第１図ではA3のプラス、マイナス入力端に入力
される信号）を切換えトランジスタTrを制御しなければ
ならない。これにはコンパレータB1〜B4、ダイオード
D1,D2、抵抗RS1,RS2によつて行なわせる。
先ず、コンパレータB3,B4の一方の入力端には切換り点
であるλ＝１のときのV0値を、他方にはV0値を入力する
と、この大小関係によつて出力されるコンパレータB3,B
4の出力信号からλ＞１かλ＜１かの判定ができる。コ
ンパレータB3の出力が“High"のときλ＞１、逆にコン
パレータB4の出力が“High"のときλ＜１となる。
であるλ＝１のときのV0値を、他方にはV0値を入力する
と、この大小関係によつて出力されるコンパレータB3,B
4の出力信号からλ＞１かλ＜１かの判定ができる。コ
ンパレータB3の出力が“High"のときλ＞１、逆にコン
パレータB4の出力が“High"のときλ＜１となる。
コンパレータB1,B2の出力はブリツジ両辺の信号の大小
によつて各々“High"か“Low"の出力がON−OFF的に出力
される。従つて、コンパレータB1,B3を、B2,B4を一組と
して抵抗RS1,RS2を図中に示すように接続すると、各々
がAND回路となり、ペアのコンパレータが“High"になる
条件時のみ出力は“High"となる。
によつて各々“High"か“Low"の出力がON−OFF的に出力
される。従つて、コンパレータB1,B3を、B2,B4を一組と
して抵抗RS1,RS2を図中に示すように接続すると、各々
がAND回路となり、ペアのコンパレータが“High"になる
条件時のみ出力は“High"となる。
D1,D2,Trで構成されるOR回路はどちらか一方のペアが
“High"になればTrがONしヒータ３に電力を供給する。
逆に“Low"であればTrはOFFし電力はカツトされる。従
つて、この繰返しによりヒータ３は加熱されたり冷却
（この場合は自然冷熱による）されたりすることとな
り、この結果、空燃比検出セル１の内部抵抗は一定、す
なわち、温度が一定に制御されることとなる。
“High"になればTrがONしヒータ３に電力を供給する。
逆に“Low"であればTrはOFFし電力はカツトされる。従
つて、この繰返しによりヒータ３は加熱されたり冷却
（この場合は自然冷熱による）されたりすることとな
り、この結果、空燃比検出セル１の内部抵抗は一定、す
なわち、温度が一定に制御されることとなる。
この構成によれば、全空燃比域で連続的に温度制御が可
能となる。
能となる。
以上述べた方法は起電力制御値ｅが一定の場合である
が、ｅを可変にすると空燃比検出セル１の制御温度をよ
り低温にでき、ヒータ電力の低減や低温作動性に効果が
ある。
が、ｅを可変にすると空燃比検出セル１の制御温度をよ
り低温にでき、ヒータ電力の低減や低温作動性に効果が
ある。
第７図に本発明の応用例になる起電力制御可変型の一実
施例を示す。
施例を示す。
起電力制御値の可変法を実施するには、図中示す抵抗器
R10,R20,R30,R40,R50,R60、差動増幅器A4を付加すれば
よい。ここ以外での動作は第１図，第６図で説明した如
くであり省略する。
R10,R20,R30,R40,R50,R60、差動増幅器A4を付加すれば
よい。ここ以外での動作は第１図，第６図で説明した如
くであり省略する。
λに対応じて変化する出力電圧V0を抵抗R10,R20により
分割して得られた起電力制御値ｅ′をR30〜R60とA4から
成る加算器の一方の入力端に入力する。また、他方の入
力端はVPGの値を入力すると、このときのA4の出力、す
なわち、起電力制御値ｅは次式となる。
分割して得られた起電力制御値ｅ′をR30〜R60とA4から
成る加算器の一方の入力端に入力する。また、他方の入
力端はVPGの値を入力すると、このときのA4の出力、す
なわち、起電力制御値ｅは次式となる。
ここで、R100＝R30＝R40＝R60とする。従つて、R50＝R
100すればｅ＝VPG＋ｅ′となりｅ′のみ出力V0に対応し
て変化するため、実質的に起電力制御値ｅが変化する。
このときのｅ′はλ＝0.5のとき約0.2〜3V、λ＝1.5の
とき約0.6〜0.7V程度の傾斜に設定すると良い。この結
果、大気を測定する場合にも有利である。
100すればｅ＝VPG＋ｅ′となりｅ′のみ出力V0に対応し
て変化するため、実質的に起電力制御値ｅが変化する。
このときのｅ′はλ＝0.5のとき約0.2〜3V、λ＝1.5の
とき約0.6〜0.7V程度の傾斜に設定すると良い。この結
果、大気を測定する場合にも有利である。
本発明をより効果的にするには空燃比検出セルの温度制
御方法を簡単化することである。これには空燃比検出セ
ルの構造が大きな要因となる。第２図（Ａ）に示す袋管
状型の内蔵ヒータは傍熱型である故、セルを高温一定に
温調するにはヒータ電力を多く要する。また、セルと分
離されているため、放熱も多く空燃比検出精度に影響を
及ぼす。しかし、現在製品化されているもの、あるいは
製品化されようとしているものはこのタイプである。
御方法を簡単化することである。これには空燃比検出セ
ルの構造が大きな要因となる。第２図（Ａ）に示す袋管
状型の内蔵ヒータは傍熱型である故、セルを高温一定に
温調するにはヒータ電力を多く要する。また、セルと分
離されているため、放熱も多く空燃比検出精度に影響を
及ぼす。しかし、現在製品化されているもの、あるいは
製品化されようとしているものはこのタイプである。
以上説明したように、本発明によれば起電力制御値を一
定、あるいは可変に制御させ、このときのポンプ電流量
から空燃比を検出するので空燃比検出セルの内部抵抗に
よる電圧降下の影響を除去でき、これより低温作動性の
向上、電子伝導領域突入による発振防止、起電力制御値
可変型により検出精度、範囲の拡大、ヒータ電力の低減
が図れる効果がある。
定、あるいは可変に制御させ、このときのポンプ電流量
から空燃比を検出するので空燃比検出セルの内部抵抗に
よる電圧降下の影響を除去でき、これより低温作動性の
向上、電子伝導領域突入による発振防止、起電力制御値
可変型により検出精度、範囲の拡大、ヒータ電力の低減
が図れる効果がある。
また、本発明によれば、逆に内部抵抗及び制御起電力を
利用し検出セルと簡単なブリツジ回路を構成すること
で、特別な温調信号及び信号処理部が不要とし検出セル
を一定の温度に制御でき、この結果、安定した出力が得
られる効果がある。
利用し検出セルと簡単なブリツジ回路を構成すること
で、特別な温調信号及び信号処理部が不要とし検出セル
を一定の温度に制御でき、この結果、安定した出力が得
られる効果がある。
第１図は本発明の一実施例の基本回路構成を示す図、第
２図は本発明に用いる空燃比セルの概略構造図、第３図
は空燃比検出セルのＶ−Ｉ特性例を示す図、第４図は空
燃比検出セルの温度−抵抗の関係を示す図、第５図は本
発明の実験結果の一例を示す図、第６図，第７図は第１
図の応用例を示す図である。 １……空燃比検出セル、３……内蔵ヒータ、４……制御
時間発生器、A1〜A4……差動増幅器、SW1,SW2……スイ
ツチ。
２図は本発明に用いる空燃比セルの概略構造図、第３図
は空燃比検出セルのＶ−Ｉ特性例を示す図、第４図は空
燃比検出セルの温度−抵抗の関係を示す図、第５図は本
発明の実験結果の一例を示す図、第６図，第７図は第１
図の応用例を示す図である。 １……空燃比検出セル、３……内蔵ヒータ、４……制御
時間発生器、A1〜A4……差動増幅器、SW1,SW2……スイ
ツチ。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 9218−2Ｊ ３２７ Ｇ 9218−2Ｊ ３２７ Ｎ 9218−2Ｊ ３２７ Ｑ
Claims (1)
- 【請求項１】自動車の排ガス成分から空燃比を検出する
酸素ポンプ型で、かつ一方の電極側に大気を導入する型
式の空燃比検出セルと、これを加熱するために内蔵され
たヒータとで構成される空燃比検出装置において、内部
抵抗を有する前記空燃比検出セルをブリッジ回路の一辺
に配し、酸素ポンプ現象を利用して外部より設定する空
燃比検出用スレッショルド制御電圧値と前記空燃比検出
セルの起電力とが等しくなるよう該空燃比検出セルに電
流を通電し、第１の期間内に前記空燃比検出用スレッシ
ョルド制御電圧値と前記起電力が等しくなった時の前記
ブリッジ回路の一辺の抵抗に供給されている電流量から
空燃比を検出し、かつ前記空燃比検出セルの電圧降下に
よりその内部抵抗を検出して内蔵ヒータを加熱制御する
と共に、前記第１の期間に続く第２の期間内に前記空燃
比検出セルへの通電を遮断して該空燃比検出セルの起電
力を測定し、前記空燃比検出・内蔵ヒータの加熱制御と
空燃比検出セルの起電力測定とを交互に繰返し、前記ブ
リッジ回路の出力端子間の電位差によって前記空燃比検
出セル内蔵ヒータを制御し前記空燃比検出セルの温度を
調節するようにしたことを特徴とする空燃比検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61105550A JPH0697220B2 (ja) | 1986-05-08 | 1986-05-08 | 空燃比検出装置 |
| US07/045,412 US4803866A (en) | 1986-05-08 | 1987-05-04 | Air-fuel ratio detecting device |
| KR1019870004449A KR910008589B1 (ko) | 1986-05-08 | 1987-05-07 | 공연비 검출장치 |
| DE19873715461 DE3715461A1 (de) | 1986-05-08 | 1987-05-08 | Vorrichtung zur erfassung des luft/brennstoff-verhaeltnisses |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61105550A JPH0697220B2 (ja) | 1986-05-08 | 1986-05-08 | 空燃比検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62261953A JPS62261953A (ja) | 1987-11-14 |
| JPH0697220B2 true JPH0697220B2 (ja) | 1994-11-30 |
Family
ID=14410677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61105550A Expired - Fee Related JPH0697220B2 (ja) | 1986-05-08 | 1986-05-08 | 空燃比検出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JPH0697220B2 (ja) |
| KR (1) | KR910008589B1 (ja) |
| DE (1) | DE3715461A1 (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0778484B2 (ja) * | 1986-05-16 | 1995-08-23 | 株式会社日立製作所 | 空燃比センサの温度制御装置 |
| JP2505459B2 (ja) * | 1987-01-27 | 1996-06-12 | 日本碍子株式会社 | 酸素濃度測定装置の調整方法 |
| JP2624704B2 (ja) * | 1987-09-25 | 1997-06-25 | 日本特殊陶業株式会社 | 高次遅れを有する制御対象の制御方法及び制御回路 |
| DE3833295A1 (de) * | 1988-09-30 | 1990-04-05 | Siemens Ag | Schneller, temperaturkompensierter sensor, insbesondere fuer sauerstoff und fuer autoabgase |
| DE4137626A1 (de) * | 1991-11-15 | 1993-05-19 | Bosch Gmbh Robert | Anschlussschaltung fuer eine sauerstoffsonde und pruefverfahren fuer richtigen sondenanschluss |
| FR2685085A1 (fr) * | 1991-12-12 | 1993-06-18 | Siemens Automotive Sa | Dispositif de detection de la teneur en oxygene des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne. |
| AT398858B (de) * | 1992-11-02 | 1995-02-27 | Vaillant Gmbh | Verfahren zur aussentemperaturgeführten steuerung/regelung eines heizgerätes |
| US5454259A (en) * | 1993-08-02 | 1995-10-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Failure detecting apparatus in temperature controller of air-fuel ratio sensor |
| DE4423390A1 (de) * | 1994-07-04 | 1996-01-11 | Roth Technik Gmbh | Schaltungsanordnung |
| DE19513490A1 (de) * | 1995-04-14 | 1996-10-17 | Roth Technik Gmbh | Beheizbarer Gassensor |
| GB9510086D0 (en) * | 1995-05-18 | 1995-07-12 | British Gas Plc | Internal combustion engine |
| US5637786A (en) * | 1995-07-05 | 1997-06-10 | Ford Motor Company | Series parallel heated oxygen sensor heater control |
| JP3333678B2 (ja) * | 1996-01-05 | 2002-10-15 | 株式会社日立製作所 | ガス成分センサ及び触媒診断装置 |
| US6242928B1 (en) | 1998-01-16 | 2001-06-05 | Denso Corporation | Method and apparatus for detecting resistance of oxygen concentration sensor |
| DE19836129A1 (de) * | 1998-08-10 | 2000-02-24 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung zum Generieren einer virtuellen Masse als gemeinsames Bezugspotential für eine Abgassonde in einem Kraftfahrzeug |
| DE19838466A1 (de) * | 1998-08-25 | 2000-03-02 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum Ansteuern eines Meßfühlers zum Bestimmen einer Sauerstoffkonzentration in einem Gasgemisch |
| EP1026501B1 (en) * | 1999-02-03 | 2010-10-06 | Denso Corporation | Gas concentration measuring apparatus compensating for error component of output signal |
| DE10216724C1 (de) * | 2002-04-16 | 2003-10-09 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum Betreiben einer Breitband-Lamdasonde |
| US20060151338A1 (en) * | 2005-01-12 | 2006-07-13 | Wang Da Y | Multi-function sensor system and method of operation |
| DE102013217466B4 (de) * | 2013-09-02 | 2022-06-23 | Vitesco Technologies GmbH | Gassensorelement und Verwendung desselben |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4112893A (en) * | 1975-12-25 | 1978-09-12 | Nissan Motor Company, Limited | Air/fuel ratio control system for internal combustion engine having high input impedance circuit |
| US4121548A (en) * | 1976-08-08 | 1978-10-24 | Nippon Soken, Inc. | Deteriorated condition detecting apparatus for an oxygen sensor |
| DE2731541C2 (de) * | 1977-07-13 | 1992-04-23 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Verfahren und Einrichtung zur Steuerung einer Meßsonden-Heizung, insbesondere in Kraftfahrzeugen |
| JPS581746B2 (ja) * | 1978-12-07 | 1983-01-12 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 空燃比検出装置 |
| JPS5642132A (en) * | 1979-09-14 | 1981-04-20 | Nippon Soken Inc | Detecting device for air-fuel ratio |
| DE3024607A1 (de) * | 1980-06-28 | 1982-02-04 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Einrichtung zur regelung des kraftstoff/luftverhaeltnisses bei brennkraftmaschinen |
| JPS57163862A (en) * | 1981-04-01 | 1982-10-08 | Oki Electric Ind Co Ltd | Detecting circuit of oxygen concentration sensor |
| JPS57203940A (en) * | 1981-06-11 | 1982-12-14 | Nissan Motor Co Ltd | Gas sensor |
| JPS59163556A (ja) * | 1983-03-08 | 1984-09-14 | Nippon Denso Co Ltd | 酸素濃度検出装置 |
| JPS60128350A (ja) * | 1983-12-15 | 1985-07-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 空燃比検知方法および装置 |
-
1986
- 1986-05-08 JP JP61105550A patent/JPH0697220B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1987
- 1987-05-04 US US07/045,412 patent/US4803866A/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-05-07 KR KR1019870004449A patent/KR910008589B1/ko not_active Expired
- 1987-05-08 DE DE19873715461 patent/DE3715461A1/de active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3715461A1 (de) | 1987-11-12 |
| US4803866A (en) | 1989-02-14 |
| JPS62261953A (ja) | 1987-11-14 |
| KR870011470A (ko) | 1987-12-23 |
| DE3715461C2 (ja) | 1992-01-23 |
| KR910008589B1 (ko) | 1991-10-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |