JPH0720088A - Air-fuel ratio detector - Google Patents

Air-fuel ratio detector

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JPH0720088A
JPH0720088A JP4096736A JP9673692A JPH0720088A JP H0720088 A JPH0720088 A JP H0720088A JP 4096736 A JP4096736 A JP 4096736A JP 9673692 A JP9673692 A JP 9673692A JP H0720088 A JPH0720088 A JP H0720088A
Authority
JP
Japan
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air
fuel ratio
signal
oxygen
ratio signal
Prior art date
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Pending
Application number
JP4096736A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Ishihara
敏幸 石原
Tsuyoshi Kamiya
剛志 神谷
Yutaka Nakayama
豊 中山
Tetsumasa Yamada
哲正 山田
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸素ポンプ素子と酸素濃淡電池素子とを対向
配設した酸素センサを用いて、空燃比の全領域で空燃比
に対応した信号が得られるようにすることにより、混合
気を所望の空燃比にフィードバック制御できるようにす
る。 【構成】 排気マニホールド3に、酸素濃淡電池素子3
2と酸素ポンプ素子36を対向配設すると共に、空燃比
のリーン域とリッチ域とを判別し得る理論空燃比信号を
出力する理論空燃比検出素子40を設ける。そして電池
素子32の起電力又はポンプ素子36に流れるポンプ電
流を制御することにより、空燃比のリーン域及びリッチ
域において夫々空燃比に対応した空燃比信号を検出し、
この空燃比信号を、理論空燃比信号に基づいて、空燃比
がリーン域である場合又はリッチ域にある場合に反転す
ることにより、空燃比の全領域において空燃比に対応し
た実空燃比信号が得られるようにする。
(57) [Abstract] [Purpose] By using an oxygen sensor in which an oxygen pump element and an oxygen concentration cell element are arranged opposite to each other, a signal corresponding to the air-fuel ratio can be obtained in the entire range of the air-fuel ratio. The air-fuel mixture can be feedback-controlled to a desired air-fuel ratio. [Structure] The oxygen concentration battery element 3 is provided in the exhaust manifold 3.
2 and the oxygen pump element 36 are arranged so as to face each other, and a theoretical air-fuel ratio detecting element 40 that outputs a theoretical air-fuel ratio signal capable of discriminating between a lean region and a rich region of the air-fuel ratio is provided. Then, by controlling the electromotive force of the battery element 32 or the pump current flowing through the pump element 36, the air-fuel ratio signal corresponding to the air-fuel ratio is detected in the lean region and the rich region of the air-fuel ratio,
Based on the theoretical air-fuel ratio signal, by inverting this air-fuel ratio signal when the air-fuel ratio is in the lean range or in the rich range, the actual air-fuel ratio signal corresponding to the air-fuel ratio in the entire range of the air-fuel ratio is obtained. Get it.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は燃焼機器に供給される混
合気の空燃比を検出する空燃比検出装置に関し、特に酸
素イオン伝導性固体電解質の両面に多孔性電極を設けた
酸素濃淡電池素子及び酸素ポンプ素子を間隙を介して対
向配置してなる検出素子部を備え、混合気のリッチ域か
らリーン域の全領域における空燃比を検出し得る空燃比
検出装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an air-fuel ratio detecting device for detecting the air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to a combustion device, and more particularly to an oxygen concentration cell device having porous electrodes on both sides of an oxygen ion conductive solid electrolyte. Also, the present invention relates to an air-fuel ratio detection device that includes a detection element section in which oxygen pump elements are opposed to each other with a gap interposed therebetween and that can detect the air-fuel ratio in the entire region from the rich region to the lean region of the air-fuel mixture.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、例えば、内燃機関等の燃焼機
器において、燃費やエミッションの改善を図るべく、排
気中の酸素濃度を検出し、燃焼容器中で燃焼される混合
気を理論空燃近傍に制御するといった、いわゆるフィー
ドバック制御を実行するものがある。そしてこの種の制
御装置に用いられ、排気中の酸素濃度を検出する酸素セ
ンサとして、例えばイオン伝導性固体電解質に多孔質電
極層を被着して構成され、排気の酸素分圧と空気の酸素
分圧との差によって生ずる起電力の変化によって理論空
燃比近傍の燃焼状態を検知する酸素センサ等、一般には
混合気の理論空燃比を境として出力電圧がスイッチング
的に変化する酸素センサが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in combustion equipment such as an internal combustion engine, in order to improve fuel efficiency and emission, the oxygen concentration in exhaust gas is detected and the air-fuel mixture burned in a combustion container is heated to near the stoichiometric air fuel. There is one that executes so-called feedback control, such as controlling to. And as an oxygen sensor used in this type of control device to detect the oxygen concentration in exhaust gas, for example, it is configured by depositing a porous electrode layer on an ion conductive solid electrolyte, and oxygen partial pressure of exhaust gas and oxygen of air Oxygen sensors that detect the combustion state near the stoichiometric air-fuel ratio due to the change in electromotive force caused by the difference with the partial pressure, such as oxygen sensors whose output voltage changes in a switching manner at the stoichiometric air-fuel ratio of the air-fuel mixture, are generally known. ing.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで近年、混合気
の空燃比を単に理論空燃比近傍に制御するだけでなく、
機器の運転状態に応じて目標とする空燃比を変化してフ
ィードバック制御を実行することにより、燃費やエミッ
ションをより改善すると共に機器の運転性を向上させる
といったことが考えられているが、上記従来の酸素セン
サにあっては混合気の理論空燃比を検知し得るだけであ
ることから、混合気を所望の空燃比に制御することがで
きなかった。
By the way, in recent years, in addition to simply controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to near the stoichiometric air-fuel ratio,
By changing the target air-fuel ratio according to the operating state of the device and executing feedback control, it is considered that the fuel efficiency and emission are further improved and the drivability of the device is improved. Since the oxygen sensor described above can only detect the stoichiometric air-fuel ratio of the air-fuel mixture, it was not possible to control the air-fuel mixture to a desired air-fuel ratio.

【0004】一方近年、上記の如き空燃比のフィードバ
ック制御を実現すべく、板状の酸素イオン導電性固体電
解質の先側の両面に電極層を設けた素子を、2枚間隔を
おいて平行状に配して上記先側に間隙部を設けて該両素
子を固定し、一方の素子を酸素ポンプ素子、他方の素子
を周囲雰囲気と前記間隙部との酸素濃度差によって作動
する酸素濃淡電池素子とした酸素センサが提案され、少
なくとも混合気のリーン域において空燃比に応じた信号
を検出し得るように構成したものが考えられているが、
この酸素センサの場合、混合気のリーン域、即ち排気中
に残留酸素が存在する場合のみならず、混合気のリッチ
域、即ち排気中に残留酸素が存在しない場合でも、排気
中CO、CO2 、H2 O等と反応し、リーン域における
信号と同様の信号をリッチ域における空燃比に応じて検
出することがわかった。
On the other hand, in recent years, in order to realize the feedback control of the air-fuel ratio as described above, two plate-like oxygen ion conductive solid electrolytes having electrode layers provided on both front surfaces are parallel to each other with an interval therebetween. An oxygen concentration cell element in which a gap is provided on the front side to fix both the elements, one element is an oxygen pump element, and the other element is operated by an oxygen concentration difference between the ambient atmosphere and the gap. An oxygen sensor that has been proposed is proposed, and one configured to detect a signal corresponding to the air-fuel ratio at least in the lean region of the air-fuel mixture is considered,
In the case of this oxygen sensor, not only in the lean region of the air-fuel mixture, that is, when residual oxygen exists in the exhaust gas, but also in the rich region of the air-fuel mixture, that is, when there is no residual oxygen in the exhaust gas, CO and CO 2 in the exhaust gas , H 2 O, etc., and a signal similar to the signal in the lean range is detected according to the air-fuel ratio in the rich range.

【0005】そこで本発明は、上述の酸素ポンプ素子と
酸素濃淡電池素子とを間隙を介して対向配設した酸素セ
ンサを用い、その検出信号をリッチ域とリーン域とで分
割合成し、混合気のリッチ域からリーン域の全領域にお
いて空燃比に応じた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って、燃焼機器に供給する混合
気を所望の空燃比にフィードバック制御し得るようにす
ることを目的としている。
Therefore, the present invention uses an oxygen sensor in which the oxygen pump element and the oxygen concentration cell element are opposed to each other with a gap, and the detection signal is divided and combined into a rich region and a lean region to form a mixture gas. By providing an air-fuel ratio detection device capable of obtaining a signal corresponding to the air-fuel ratio in all regions from the rich region to the lean region, it is possible to perform feedback control of the air-fuel mixture supplied to the combustion equipment to a desired air-fuel ratio. The purpose is to do.

【0006】[0006]

【課題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、図1のブロック図に示す如く、酸素
イオン伝導性の固体電解質両面に多孔性電極を備えた2
個の素子を、間隙を介して対向配設してなる検出素子部
M1と、理論空燃比を検出し、空燃比のリーン域とリッ
チ域とを判別し得る理論空燃比信号を出力する理論空燃
比検出手段M2と、上記検出素子部M1の一方の素子を
酸素濃淡電池素子M3、他方の素子を酸素ポンプ素子M
4として、該酸素濃淡電池素子M3の起電力または該酸
素ポンプ素子M4に流れるポンプ電流を制御し、空燃比
のリーン域及びリッチ域において夫々空燃比に対応した
空燃比信号を検出する空燃比信号検出手段M5と、上
記、理論空燃比検出手段M2より出力された理論空燃比
信号を受け、当該空燃比がリーン域またはリッチ域であ
る場合に、上記空燃比信号検出手段M5にて検出された
空燃比信号を反転し、空燃比の全領域において空燃比に
対応した実空燃比信号を検出する実空燃比信号検出手段
M6と、を備えたことを特徴とする空燃比検出装置を要
旨としている。
As shown in the block diagram of FIG. 1, the structure of the present invention for attaining the above object has a structure in which porous electrodes are provided on both surfaces of an oxygen ion conductive solid electrolyte.
A theoretical element that detects the theoretical air-fuel ratio and outputs a theoretical air-fuel ratio signal capable of discriminating between a lean range and a rich range of the air-fuel ratio, and a detection element section M1 in which a plurality of elements are arranged to face each other with a gap. The fuel ratio detection means M2, one element of the detection element section M1 is an oxygen concentration battery element M3, and the other element is an oxygen pump element M.
4, an air-fuel ratio signal for controlling the electromotive force of the oxygen concentration cell device M3 or the pump current flowing through the oxygen pump device M4 to detect air-fuel ratio signals corresponding to the air-fuel ratio in the lean region and the rich region of the air-fuel ratio, respectively. The detection means M5 and the stoichiometric air-fuel ratio signal output from the stoichiometric air-fuel ratio detection means M2 are received, and when the air-fuel ratio is in the lean range or the rich range, it is detected by the air-fuel ratio signal detection means M5. The gist of an air-fuel ratio detecting device is characterized by including an actual air-fuel ratio signal detecting means M6 which inverts the air-fuel ratio signal and detects an actual air-fuel ratio signal corresponding to the air-fuel ratio in the entire region of the air-fuel ratio. .

【0007】[0007]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面と共に説明す
る。まず図2は本実施例の空燃比検出装置が搭載された
内燃機関(エンジン)及びその周辺機器を表わす概略系
統図である。図において1はエンジン、2はピストン、
3は排気マニホールド、4は排気マニホールド3に備え
られ、当該エンジン1に供給された混合気の空燃比を検
出するために用いられる酸素センサ、5は各気筒に対し
て夫々設けられ燃料を噴射する燃料噴射弁、6は吸気マ
ニホールド、7は吸気マニホールド6に備えられ、吸入
空気の温度を検出する吸気温センサ、8はエンジン1の
冷却水温を検出する水温センサ、9はスロットルバル
ブ、10はスロットルバルブ9の開度を検出するスロッ
トル開度センサ、11は吸入空気量を検出するエアフロ
ーメータ、12は吸入空気を浄化するエアクリーナ、1
3はエンジン1の回転に応じた信号を出力し、エンジン
回転数も検出するための回転数センサを夫々表わしてい
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, FIG. 2 is a schematic system diagram showing an internal combustion engine (engine) equipped with the air-fuel ratio detection apparatus of the present embodiment and its peripheral equipment. In the figure, 1 is an engine, 2 is a piston,
Reference numeral 3 is an exhaust manifold, 4 is an exhaust manifold 3, and an oxygen sensor used to detect the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine 1 is provided for each cylinder, and 5 is provided for each cylinder to inject fuel. A fuel injection valve, 6 is an intake manifold, 7 is an intake manifold 6 provided in the intake manifold 6 and detects an intake air temperature, 8 is a water temperature sensor that detects a cooling water temperature of the engine 1, 9 is a throttle valve, and 10 is a throttle. A throttle opening sensor that detects the opening of the valve 9, 11 is an air flow meter that detects the amount of intake air, 12 is an air cleaner that purifies the intake air, 1
Reference numeral 3 denotes a rotation speed sensor for outputting a signal corresponding to the rotation of the engine 1 and detecting the engine rotation speed.

【0008】又20はマイクロコンピュータからなる電
子制御回路を表わし、上記各センサより出力されたデー
タを制御プログラムに従って入力・演算し、エンジン1
の運転状態に応じて燃料噴射弁5を駆動して燃料噴射量
を制御する処理を行なうセントラルプロセシングユニッ
ト(CPU)21と、CPU21にて実行される制御プ
ログラムやマップ等のデータが予め格納されたリードオ
ンメモリ(ROM)22と、上記各センサより出力さ
れ、本電子制御回路20に入力されたデータ等、演算処
理に必要なデータが一時的に読み書きされるランダムア
クセスメモリ(RAM)23と、上記各センサからの信
号に応じた波形整形回路やA/D変換器を備えると共
に、その波形整形されたデジタル信号をCPU21に選
択的に出力するマルチプレクサを備えた入力部24と、
CPU21の演算処理により求められた燃料噴射量に応
じて燃料噴射弁5に駆動信号を出力する出力部25と、
CPU21、ROM22、RAM23の各素子、及び入
力部25、出力部24を結び各データが送られるバスラ
イン26とから構成されている。そして上記電子制御回
路20から出力された駆動信号は、燃料噴射弁5に送出
され、燃圧調整弁28により調圧され燃料ポンプ29よ
り圧送された燃料がエンジン1に供給されることとな
る。
Reference numeral 20 represents an electronic control circuit composed of a microcomputer, which inputs / calculates the data output from each of the above-mentioned sensors in accordance with a control program, and the engine 1
A central processing unit (CPU) 21 that performs a process of controlling the fuel injection amount by driving the fuel injection valve 5 in accordance with the operating state of No. 1, and a control program executed by the CPU 21 and data such as a map are stored in advance. A read-on memory (ROM) 22, a random access memory (RAM) 23 for temporarily reading and writing data necessary for arithmetic processing, such as data output from the above sensors and input to the electronic control circuit 20. An input unit 24 including a waveform shaping circuit and an A / D converter corresponding to signals from the above-mentioned sensors, and a multiplexer selectively outputting the waveform-shaped digital signal to the CPU 21,
An output unit 25 that outputs a drive signal to the fuel injection valve 5 according to the fuel injection amount obtained by the arithmetic processing of the CPU 21;
The CPU 21, the ROM 22, and the RAM 23 are connected to each other, and the input unit 25 and the output unit 24 are connected to each other, and a bus line 26 to which each data is sent. The drive signal output from the electronic control circuit 20 is sent to the fuel injection valve 5, the fuel pressure adjusted by the fuel pressure adjusting valve 28, and the fuel pumped by the fuel pump 29 is supplied to the engine 1.

【0009】次に本発明にかかわる主要な部分である酸
素センサ4について説明する。尚本実施例の酸素センサ
4は、前述の酸素濃淡電池素子M3及び酸素ポンプ素子
M4のみならず、理論空燃比検出手段M2に相当する電
気絶縁性部材の表面に金属酸化物半導体を設けた理論空
燃比検出素子を備えている。
Next, the oxygen sensor 4, which is a main part of the present invention, will be described. In the oxygen sensor 4 of this embodiment, not only the oxygen concentration battery element M3 and the oxygen pump element M4 described above, but also a theory in which a metal oxide semiconductor is provided on the surface of an electrically insulating member corresponding to the theoretical air-fuel ratio detecting means M2. An air-fuel ratio detecting element is provided.

【0010】図3は、この酸素センサ4が排気マニホー
ルド3に設けられた状態を表わす断面図であり、排気マ
ニホールド3に穿設された酸素センサ取り付け孔に取り
付け部材31を介して取り付けられている。32は酸素
濃淡電池素子を表わし、図4に示す如く、例えば安定化
または部分安定化されたジルコニア、トリア、セリア等
からなる厚さが約0.5mmの平板状のイオン伝導性固
体電解質33の両側面に、夫々厚膜技術を用いて約20
μの厚さの多孔質白金電極層34a、34b及び出力取
り出し用の白金電極35a、35bが設けられている。
又36は上記酸素濃淡電池素子32と同様に構成され、
イオン伝導性固体電解質37の両側面に多孔質白金電極
層38c、38d及び白金電極39c、39dが設けら
れた酸素ポンプ素子を表わしている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the oxygen sensor 4 is provided in the exhaust manifold 3, and is attached to an oxygen sensor attachment hole formed in the exhaust manifold 3 via an attachment member 31. . Reference numeral 32 represents an oxygen concentration battery element, and as shown in FIG. 4, for example, a plate-like ion conductive solid electrolyte 33 having a thickness of about 0.5 mm and made of stabilized or partially stabilized zirconia, thoria, ceria, or the like. About 20 on each side using thick film technology
Porous platinum electrode layers 34a and 34b having a thickness of μ and platinum electrodes 35a and 35b for extracting output are provided.
Further, 36 is constructed in the same manner as the oxygen concentration battery element 32,
This shows an oxygen pump element in which porous platinum electrode layers 38c and 38d and platinum electrodes 39c and 39d are provided on both sides of the ion conductive solid electrolyte 37.

【0011】次に40は上述の理論空燃比検出素子を表
わし、図5に示す如く、例えばアルミナ等からなる厚さ
0.7mmの平板状の電気絶縁性部材41側面に厚膜技
術を用いて発熱抵抗体パターン42及び電極パターン4
3a、43bを形成し、これらパターン面上に電極43
a、43bを露出させるように設けた開口部44aを有
する厚さ0.1mmの電気絶縁性部材44を接合焼結
し、更に開口部44aに電極パターン43a及び43b
に接合される例えばチタニア等からなる厚さ約150μ
程度の金属酸化物45を設けることによって作成されて
いる。
Next, reference numeral 40 denotes the above theoretical air-fuel ratio detecting element, and as shown in FIG. 5, a thick film technique is used on the side surface of a flat electrically insulating member 41 made of alumina or the like and having a thickness of 0.7 mm. Heating resistor pattern 42 and electrode pattern 4
3a and 43b are formed, and electrodes 43 are formed on these pattern surfaces.
A 0.1 mm thick electrically insulating member 44 having an opening 44a provided so as to expose a and 43b is joined and sintered, and the electrode patterns 43a and 43b are further provided in the opening 44a.
Thickness of about 150μ made of titania, etc.
It is prepared by providing a metal oxide 45 of a certain degree.

【0012】そしてこれら酸素濃淡電池素子32、酸素
ポンプ素子36、及び理論空燃比検出素子40は、酸素
濃淡電池素子32と酸素ポンプ素子36との間隙を0.
1mm程度の小間隙とし、又酸素ポンプ36と理論空燃
比検出素子40との間隙をおよそ0.1mm程度の間隙
として、耐熱性で絶縁性のスペーサ47を用いて対向配
設され、取り付け部材31を介して排気マニホールド3
に取り付けられている。尚スペーサ47としては耐熱絶
縁性の充填接着剤を用いればよい。
The oxygen concentration battery element 32, the oxygen pump element 36, and the stoichiometric air-fuel ratio detecting element 40 have a gap between the oxygen concentration battery element 32 and the oxygen pump element 36 of 0.
A small gap of about 1 mm and a gap of about 0.1 mm between the oxygen pump 36 and the stoichiometric air-fuel ratio detecting element 40 are arranged opposite to each other using a heat-resistant and insulating spacer 47, and the mounting member 31 is provided. Through the exhaust manifold 3
Is attached to. As the spacer 47, a heat-resistant and insulating filling adhesive may be used.

【0013】次に上記酸素濃淡電池素子32の出力電圧
を一定に制御すべく酸素ポンプ素子36に流れるポンプ
電流を制御し、エンジンに供給される混合気の空燃比に
応じた信号を取り出す前述の空燃比信号検出手段M5に
相当する空燃比信号検出回路について説明する。
Next, the pump current flowing through the oxygen pump element 36 is controlled in order to control the output voltage of the oxygen concentration battery element 32 to a constant value, and a signal corresponding to the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is extracted. An air-fuel ratio signal detection circuit corresponding to the air-fuel ratio signal detection means M5 will be described.

【0014】図6はこの検出回路の回路図を表わし、端
子a、b、c、dを夫々酸素電池素子32の白金電極3
5a、35b、酸素ポンプ素子36の白金電極39c、
39dに接続する。そして酸素濃淡電池素子32から出
力された、排気中の酸素濃度あるいは排気中のCO、C
2 、H2 O等に応じた電圧VS が抵抗R1を介して検
知され、演算増幅器(以下、オペアンプという)OP1
を中心に構成された増幅部51により電圧Vsを増幅し
て所定倍n(例えば5倍)に増幅された電圧nVS を得
る。
FIG. 6 shows a circuit diagram of this detection circuit, in which terminals a, b, c and d are respectively the platinum electrodes 3 of the oxygen battery element 32.
5a, 35b, a platinum electrode 39c of the oxygen pump element 36,
Connect to 39d. Then, the oxygen concentration in the exhaust gas or the CO and C in the exhaust gas output from the oxygen concentration battery element 32.
A voltage VS corresponding to O 2 , H 2 O, etc. is detected through a resistor R1 and an operational amplifier (hereinafter referred to as operational amplifier) OP1
The voltage Vs is amplified by the amplifying section 51 constructed around the above to obtain the voltage nVS amplified to a predetermined multiple n (for example, 5 times).

【0015】次にこの電圧nVS はオペアンプOP2を
中心に構成された積分回路52に入力され、ツェナーダ
イオードD1により決定された電圧を、可変抵抗VR1
を用いて分圧することによって得られる所定の電圧VO
を基準として図7に示す如く積分され、次のトランジス
タTR1、TR2からなるポンプ電流制御回路53にお
けるトランジスタTR1のベース電圧、即ちポンプ電流
の制御電圧VB として取り出される。尚図に示す+Bは
バッテリ電圧を表わしている。
Next, the voltage nVS is input to the integrating circuit 52 mainly composed of the operational amplifier OP2, and the voltage determined by the Zener diode D1 is applied to the variable resistor VR1.
Predetermined voltage VO obtained by voltage division using
7 as a reference, and is extracted as the base voltage of the transistor TR1 in the pump current control circuit 53 including the next transistors TR1 and TR2, that is, the control voltage VB of the pump current. In addition, + B shown in the figure represents the battery voltage.

【0016】このようにして酸素ポンプ素子36に流れ
るポンプ電流が制御されると酸素濃淡電池素子32と酸
素ポンプ素子36との間隙に存在する酸素の濃度が制御
され、酸素濃淡電池素子36の出力電圧が一定に制御さ
れることとなる。従って酸素ポンプ素子36のポンプ電
流を抵抗R2を介して空燃比信号V1 として取り出すこ
とにより、排気中の酸素濃度やCO、CO2 、H2 O等
の濃度に応じた信号を検知することができ、図8に示す
如く、混合気のリーン域及びリッチ域において夫々混合
気の空燃比に応じた空燃比信号V1 が検知できるように
なる。尚図8においてλ=1は理論空燃比を表わしてい
る。
When the pump current flowing through the oxygen pump element 36 is controlled in this manner, the concentration of oxygen existing in the gap between the oxygen concentration cell element 32 and the oxygen pump element 36 is controlled, and the output of the oxygen concentration cell element 36 is controlled. The voltage is controlled to be constant. Therefore, by extracting the pump current of the oxygen pump element 36 as the air-fuel ratio signal V1 via the resistor R2, it is possible to detect a signal corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas or the concentration of CO, CO 2 , H 2 O or the like. As shown in FIG. 8, the air-fuel ratio signal V1 according to the air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be detected in the lean region and the rich region of the air-fuel mixture, respectively. In FIG. 8, λ = 1 represents the stoichiometric air-fuel ratio.

【0017】次に理論空燃比検出素子40におけるチタ
ニア等からなる金属酸化物半導体45は、混合気が理論
空燃比である場合、即ち排気中の酸素濃度がゼロとなっ
た場合に抵抗値が大きく変化し、図9に示すようにリー
ン域では抵抗値が大きく、リッチ域では抵抗値が小さく
なる。又図5から明らかな如く、金属酸化物半導体45
に接合される電極パターン43a及び43bのうち一方
の電極パターン43aはヒータ部である発熱抵抗体パタ
ーン42に接続されており、この理論空燃比検出素子4
0を電気回路で表わすと図10に示す如くなる。
Next, the metal oxide semiconductor 45 made of titania or the like in the stoichiometric air-fuel ratio detecting element 40 has a large resistance value when the mixture has a stoichiometric air-fuel ratio, that is, when the oxygen concentration in the exhaust gas becomes zero. As shown in FIG. 9, the resistance value changes, and the resistance value is large in the lean region and is small in the rich region. Further, as is clear from FIG. 5, the metal oxide semiconductor 45
One electrode pattern 43a of the electrode patterns 43a and 43b joined to is connected to the heating resistor pattern 42 which is the heater section.
When 0 is represented by an electric circuit, it becomes as shown in FIG.

【0018】従ってこの理論空燃比検出素子40にて検
出される、理論空燃比に対して混合気がリッチ域にある
かリーン域にあるかを表わす信号、即ち金属酸化物半導
体45の抵抗値の大小を表わす信号としては、ヒータ部
である発熱抵抗体パターン42に供給する電圧を分圧
し、金属酸化物半導体45に所定の電圧、例えば1
[V]を供給し、その時流れる電流値を検知することに
より検出できる。
Therefore, a signal that is detected by the stoichiometric air-fuel ratio detecting element 40 and indicates whether the air-fuel mixture is in the rich region or lean region with respect to the stoichiometric air-fuel ratio, that is, the resistance value of the metal oxide semiconductor 45. As the signal indicating the magnitude, the voltage supplied to the heating resistor pattern 42, which is the heater section, is divided, and a predetermined voltage is applied to the metal oxide semiconductor 45, for example, 1
It can be detected by supplying [V] and detecting the current value flowing at that time.

【0019】尚この理論空燃比信号を検出する検出回路
としては、例えば図11に示す如く、金属酸化物半導体
45に流れる電流を抵抗R4を用いて電圧信号として検
知し、トランジスタTR3のON−OFFによって検出
することができる。つまり、空燃比がリッチ域にある時
は金属酸化物半導体45の抵抗値が小さくなることか
ら、抵抗R4に加わる電圧は大きくなり、トランジスタ
TR3がON状態とされ、コレクタ側の電圧はゼロとな
り、一方空燃比がリーン域にある時には金属酸化物半導
体45の抵抗値が大きくなることから抵抗R4には殆ん
ど電圧が加わらず、トランジスタTR3がOFF状態と
され、コレクタ側の電圧はバッテリ電圧がそのまま印加
されることとなるので、空燃比がリーン域にある時は
「H」レベルの信号を、リッチ域にある時は「L」レベ
ルの信号を検出することができるようになる。以下この
信号を理論空燃比信号Vrlと呼ぶ。
As the detection circuit for detecting the stoichiometric air-fuel ratio signal, for example, as shown in FIG. 11, the current flowing through the metal oxide semiconductor 45 is detected as a voltage signal by using the resistor R4, and the transistor TR3 is turned on / off. Can be detected by. That is, when the air-fuel ratio is in the rich region, the resistance value of the metal oxide semiconductor 45 decreases, so the voltage applied to the resistor R4 increases, the transistor TR3 is turned on, and the voltage on the collector side becomes zero. On the other hand, when the air-fuel ratio is in the lean range, the resistance value of the metal oxide semiconductor 45 increases, so that almost no voltage is applied to the resistor R4, the transistor TR3 is turned off, and the collector-side voltage is the battery voltage. Since the voltage is applied as it is, it is possible to detect the "H" level signal when the air-fuel ratio is in the lean range and the "L" level signal when the air-fuel ratio is in the rich range. Hereinafter, this signal is referred to as the theoretical air-fuel ratio signal Vrl.

【0020】上記説明した図6の空燃比信号検出回路及
び図11の理論空燃比信号検出回路は、上記電子制御回
路20の入力部25に設けられ、各検出信号は、CPU
21の演算処理により、エンジン1に供給された混合気
の空燃比を検知する場合に読み込まれ、この2種類の検
出信号に基づき空燃比が検知されることとなる。
The above-described air-fuel ratio signal detection circuit of FIG. 6 and the theoretical air-fuel ratio signal detection circuit of FIG. 11 are provided in the input section 25 of the electronic control circuit 20.
By the calculation processing of 21, the air-fuel ratio is read when detecting the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine 1, and the air-fuel ratio is detected based on these two types of detection signals.

【0021】以下にこの空燃比検知処理について、図1
2に示す制御プログラムを表わすフローチャートに沿っ
て説明する。尚この空燃比検知処理は、前述の各センサ
からの出力信号に基づくエンジン1の運転状態がフィー
ドバック制御条件を満足している際に、燃料噴射量を演
算して燃料噴射弁5の駆動制御を実行する、いわゆるメ
インルーチンの1つとして実行されるものである。
The air-fuel ratio detection process will be described below with reference to FIG.
It will be described with reference to the flowchart showing the control program shown in FIG. In the air-fuel ratio detection process, when the operating state of the engine 1 based on the output signals from the above-described sensors satisfies the feedback control condition, the fuel injection amount is calculated and the drive control of the fuel injection valve 5 is performed. It is executed as one of so-called main routines to be executed.

【0022】この処理が開始されると、まずステップ1
01が実行され、上記空燃比信号検出回路より出力され
た空燃比信号V1 及び理論空燃比信号検出回路より出力
された理論空燃比信号Vrlが読み込まれる。そして続
くステップ102にて、上記読み込まれた理論空燃比信
号Vrlが「L」レベルであるか否か、即ち、混合気の
空燃比がリッチ域にあるか否かを判断し、Vrl=
「L」である場合には、ステップ103に移行して、上
記ステップ101にて読み込まれた空燃比信号V1を設
定電圧V2 より減算し、実空燃比信号V3 (=V2 −V
1 )を算出する。
When this process is started, first step 1
01 is executed, and the air-fuel ratio signal V1 output from the air-fuel ratio signal detection circuit and the theoretical air-fuel ratio signal Vrl output from the theoretical air-fuel ratio signal detection circuit are read. Then, in the following step 102, it is judged whether or not the read theoretical air-fuel ratio signal Vrl is at the “L” level, that is, whether the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is in the rich region, and Vrl =
If it is "L", the routine proceeds to step 103, where the air-fuel ratio signal V1 read at step 101 is subtracted from the set voltage V2 to obtain the actual air-fuel ratio signal V3 (= V2-V).
1) is calculated.

【0023】一方、上記ステップ102にてVrl=
「H」である旨判断された場合には、ステップ104に
移行して、今度は上記ステップ101にて読み込まれた
空燃比信号V1 と設定電圧V2 とを加算することによっ
て、実空燃比信号V3 (=V1+V2 )を算出する。
On the other hand, in step 102, Vrl =
If it is determined to be "H", the process proceeds to step 104, this time by adding the air-fuel ratio signal V1 read in step 101 and the set voltage V2 to obtain the actual air-fuel ratio signal V3. (= V1 + V2) is calculated.

【0024】このようにしてステップ103またはステ
ップ104にて実空燃比信号V3 が求められると、続く
ステップ105に移行して、この実空燃比信号V3 の値
に対応して予め定められたマップあるいは演算式により
混合気の空燃比A/Fを求め本空燃比検知処理を終了す
る。
When the actual air-fuel ratio signal V3 is obtained in step 103 or step 104 in this way, the routine proceeds to the following step 105, where a map or a predetermined map corresponding to the value of the actual air-fuel ratio signal V3 is used. The air-fuel ratio A / F of the air-fuel mixture is obtained from the arithmetic expression, and this air-fuel ratio detection processing is ended.

【0025】ここで上記空燃比検知処理は、理論空燃比
信号Vrlに応じて空燃比信号V1を設定電圧V2 を基
準として加減し、その求められた実空燃比信号V3 に基
づき空燃比A/Fを検知するように構成されているが、
これは図13に示す如く、図6に示した空燃比信号検出
回路により得られる図8の空燃比信号V1 を理論空燃比
(λ=1)の点で反転し、その値が負の値とならないよ
うに設定電圧V2 で以て補正しているのである。
In the air-fuel ratio detection process, the air-fuel ratio signal V1 is adjusted according to the theoretical air-fuel ratio signal Vrl with reference to the set voltage V2, and the air-fuel ratio A / F is calculated based on the obtained actual air-fuel ratio signal V3. Is configured to detect
As shown in FIG. 13, this is obtained by inverting the air-fuel ratio signal V1 of FIG. 8 obtained by the air-fuel ratio signal detection circuit shown in FIG. 6 at the point of the theoretical air-fuel ratio (λ = 1), and making the value negative. It is corrected by the set voltage V2 so that it does not occur.

【0026】従ってステップ103またはステップ10
4にて得られる実空燃比信号V3 としては、実際の空燃
比に対応した値となり、この実空燃比信号V3 をパラメ
ータとして実際の空燃比A/Fを求めることができる。
よって本実施例の空燃比検出装置によれば、エンジン1
に実際に供給された混合気の空燃比を検知することがで
き、エンジン1の運転状態に応じて目標とする空燃比を
設定し、エンジン1を緻密に制御して、燃費、エミッシ
ョン等を改善しようとする場合、混合気を所望の空燃比
に制御することができ、より緻密にフィードバック制御
が実現可能となる。
Therefore, step 103 or step 10
The actual air-fuel ratio signal V3 obtained at 4 has a value corresponding to the actual air-fuel ratio, and the actual air-fuel ratio A / F can be obtained using this actual air-fuel ratio signal V3 as a parameter.
Therefore, according to the air-fuel ratio detection device of this embodiment, the engine 1
The air-fuel ratio of the air-fuel mixture actually supplied can be detected, and the target air-fuel ratio is set according to the operating state of the engine 1, and the engine 1 is precisely controlled to improve fuel economy, emissions, etc. In this case, the air-fuel mixture can be controlled to a desired air-fuel ratio, and more precise feedback control can be realized.

【0027】尚本実施例においては、酸素センサ4の各
素子を活性化するためのヒータ部が理論空燃比検出素子
40に設けられているが、この他にも例えば酸素濃淡電
池素子32に設けるとか、あるいは酸素ポンプ素子36
に設けるとかしてもよく、各素子を加熱することができ
ればよい。
In the present embodiment, the heater section for activating each element of the oxygen sensor 4 is provided in the stoichiometric air-fuel ratio detecting element 40, but in addition to this, for example, in the oxygen concentration battery element 32. Or oxygen pump element 36
It may be provided in any of the above, as long as each element can be heated.

【0028】また理論空燃比検出素子40を酸素濃淡電
池素子32と酸素ポンプ素子36と共に一体化した酸素
センサ4を用いているが、少なくとも酸素濃淡電池素子
32と酸素ポンプ素子36とが間隙を介して対向配設さ
れていればよく、理論空燃比検出素子40としては排気
マニホールド3の他の部分に設けてもよい。
Although the oxygen sensor 4 in which the stoichiometric air-fuel ratio detecting element 40 is integrated with the oxygen concentration cell element 32 and the oxygen pump element 36 is used, at least the oxygen concentration cell element 32 and the oxygen pump element 36 are separated by a gap. The stoichiometric air-fuel ratio detecting element 40 may be provided in another portion of the exhaust manifold 3.

【0029】更に理論空燃比検出手段M5としては、混
合気のリッチ域またはリーン域のいずれかが検出でき、
空燃比がリッチであるかリーンであるかを判断すること
ができればよいことから、理論空燃比検出素子40を用
いなくても他の型式の、例えば固体電解質を用いる電池
タイプのものを用いてもよく、また酸素濃淡電池素子3
2や酸素ポンプ素子36の素子抵抗によって検出しても
よい。
Further, as the theoretical air-fuel ratio detecting means M5, either the rich region or the lean region of the air-fuel mixture can be detected,
Since it suffices to determine whether the air-fuel ratio is rich or lean, it is possible to use another type, for example, a battery type using a solid electrolyte, without using the stoichiometric air-fuel ratio detecting element 40. Well, oxygen concentration cell element 3
2 or the element resistance of the oxygen pump element 36 may be used for detection.

【0030】次に上記実施例においては、実空燃比信号
検出手段M6として、電子制御回路20にて処理される
空燃比検知処理を挙げ説明したが、このようにマイクロ
コンピュータを使用しなくても、図14に示す如き実空
燃比信号検出回路を用いて実空燃比信号V3 を得ること
ができる。
In the above embodiment, the actual air-fuel ratio signal detecting means M6 has been described by taking the air-fuel ratio detecting process performed by the electronic control circuit 20 as an example. The actual air-fuel ratio signal V3 can be obtained by using the actual air-fuel ratio signal detection circuit as shown in FIG.

【0031】図に示す如く、オペアンプOP3の+側入
力端子には、図6に示した空燃比信号検出回路より出力
される空燃比信号V1 が抵抗R3を介して入力されると
共に、ツェナーダイオードD2 によって決定される所定
電圧が可変抵抗VR2により分圧され、設定電圧V2 が
抵抗R4を介して入力される。またこのオペアンプOP
3の+側入力端子は抵抗R5を介して接地されている。
一方オペアンプOP3の−側入力端子は抵抗R6を介し
て接地されると共に、出力端子に抵抗R7を介して接続
されている。ここで上記抵抗R3ないしR7の関係は、 R3=R4=2・R5=R6=R7/3 とされており、オペアンプOP3の出力端子には、空燃
比信号V1 と設定電圧V2 とが加算された電圧(V1 +
V2 )が出力されることとなる。
As shown in the figure, the air-fuel ratio signal V1 output from the air-fuel ratio signal detection circuit shown in FIG. 6 is input to the + side input terminal of the operational amplifier OP3 via the resistor R3 and the zener diode D2. The predetermined voltage determined by is divided by the variable resistor VR2, and the set voltage V2 is input via the resistor R4. Also this operational amplifier OP
The + side input terminal of 3 is grounded via a resistor R5.
On the other hand, the-side input terminal of the operational amplifier OP3 is grounded via the resistor R6, and is connected to the output terminal via the resistor R7. Here, the relationship between the resistors R3 to R7 is R3 = R4 = 2.R5 = R6 = R7 / 3, and the air-fuel ratio signal V1 and the set voltage V2 are added to the output terminal of the operational amplifier OP3. Voltage (V1 +
V2) will be output.

【0032】次にオペアンプOP4の−側入力端子に
は、上記オペアンプOP3より出力された電圧(V1 +
V2 )が抵抗R8を介して入力され、またこの−側入力
端子は出力端子に抵抗R9を介して接続されている。一
方ツェナーダイオードD2 により決定された所定の電圧
は可変抵抗VR3によっても分圧され、設定電圧V2 が
抵抗R10を介してオペアンプOP4の+側入力端子に
入力されている。
Next, the voltage (V1 +) output from the operational amplifier OP3 is applied to the-side input terminal of the operational amplifier OP4.
V2) is input through the resistor R8, and the minus side input terminal is connected to the output terminal through the resistor R9. On the other hand, the predetermined voltage determined by the Zener diode D2 is also divided by the variable resistor VR3, and the set voltage V2 is input to the + side input terminal of the operational amplifier OP4 via the resistor R10.

【0033】また図に示すSW1は上記理論空燃比検出
回路より出力される理論空燃比信号VrlによりON−
OFFされるアナログスイッチを示し、Vrlが「H」
レベル、即ち混合気空燃比がリーン域にあるときはON
状態とされ、オペアンプOP4の+側入力端子とオペア
ンプOP3の出力端子を接続し、Vrlが「L」レベル
であり空燃比がリッチ域にあるときはOFF状態とされ
て、オペアンプOP4の+側入力端子とオペアンプOP
3の出力端子とを接続しないように構成されている。
SW1 shown in the figure is turned on by the theoretical air-fuel ratio signal Vrl output from the theoretical air-fuel ratio detection circuit.
Indicates an analog switch that is turned off, Vrl is "H"
ON when the level, that is, the mixture air-fuel ratio is in the lean range
In this state, the + input terminal of the operational amplifier OP4 is connected to the output terminal of the operational amplifier OP3, and when Vrl is at the “L” level and the air-fuel ratio is in the rich region, it is turned OFF and the + input of the operational amplifier OP4 is input. Terminal and operational amplifier OP
It is configured so that it is not connected to the output terminal of No. 3.

【0034】また上記R8ないしR10の各抵抗は同じ
抵抗値とされており、従ってこの回路は空燃比がリーン
域にある場合には、単なるバッファ回路として働き、オ
ペアンプOP4の出力端子には(V1 +V2 )の電圧が
そのまま出力され、一方空燃比がリッチ域にある場合に
は、(V2 −V1 )の電圧が出力されることとなる。
The resistors R8 to R10 have the same resistance value. Therefore, when the air-fuel ratio is in the lean range, this circuit functions as a mere buffer circuit, and the output terminal of the operational amplifier OP4 is (V1 The voltage of + V2) is output as it is, while when the air-fuel ratio is in the rich region, the voltage of (V2-V1) is output.

【0035】以上説明したように、このような回路構成
で以て上記空燃比信号検出回路及び理論空燃比信号検出
回路より出力された信号を処理した場合にでも、空燃比
がリッチ域にあるときは出力電圧を(V2 −V1 )に、
空燃比がリーン域にあるときは出力電圧を(V1 +V2
)とすることができ、図13に示したような、実際の
空燃比に対応した実空燃比信号V3 を得ることができる
ようになる。
As described above, even when the signals output from the air-fuel ratio signal detection circuit and the stoichiometric air-fuel ratio signal detection circuit are processed by such a circuit configuration, when the air-fuel ratio is in the rich region. Output voltage to (V2-V1),
When the air-fuel ratio is in the lean range, set the output voltage to (V1 + V2
), And the actual air-fuel ratio signal V3 corresponding to the actual air-fuel ratio as shown in FIG. 13 can be obtained.

【0036】ここで上記説明した実施例では実空燃比信
号V3 として、空燃比信号V1 を理論空燃比(λ=1)
を基点としてリッチ域で反転させ、リッチ域からリーン
域にかけて実空燃比信号V3 が大きくなるよう構成した
が、これとは逆に空燃比信号V1 をリーン域で反転さ
せ、リッチ域からリーン域にかけて実空燃比信号V3 が
小さくなるよう構成してもよく、また必要に応じてリッ
チ域での空燃比信号V1をカットしてリーンセンサとし
て用いたり、あるいはリーン域での空燃比信号V1 をカ
ットしてリッチセンサとして用いることも容易である。
In the embodiment described above, the air-fuel ratio signal V1 is the theoretical air-fuel ratio (λ = 1) as the actual air-fuel ratio signal V3.
The air-fuel ratio signal V1 is inverted in the rich region from the rich region to the lean region, but the actual air-fuel ratio signal V1 is inverted in the lean region from the rich region to the lean region. The actual air-fuel ratio signal V3 may be configured to be small. If necessary, the air-fuel ratio signal V1 in the rich range may be cut and used as a lean sensor, or the air-fuel ratio signal V1 in the lean range may be cut. It is easy to use as a rich sensor.

【0037】また、上記実施例では、実空燃比信号V3
が空燃比のリッチ域からリーン域にかけて連続的に変化
するよう構成したが、例えば図14に示す可変抵抗VR
2及びVR3にて設定される電圧を異なる値に設定し、
図15に示す如く、空燃比が理論空燃比となる空気過剰
率λ=1の点では実空燃比信号がステップ状に変化する
ようしてもよい。そしてこのようにλ=1の点でステッ
プ状に変化する実空燃比信号が得られるようにした場合
には、空燃比信号検出回路にて検出される空燃比信号に
検出遅れを生じたような時にでも、少なくとも空燃比が
理論空燃比に対してリッチ域にあるのかリーン域にある
のかを正確に検出できることとなり、理論空燃比近傍で
の空燃比制御をより精度より実行できるようになる。
In the above embodiment, the actual air-fuel ratio signal V3
Is configured to continuously change from the rich region of the air-fuel ratio to the lean region. For example, the variable resistance VR shown in FIG.
Set the voltage set by 2 and VR3 to different values,
As shown in FIG. 15, the actual air-fuel ratio signal may change stepwise at a point where the excess air ratio λ = 1 at which the air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio. When the actual air-fuel ratio signal that changes stepwise at the point of λ = 1 is obtained in this way, it is likely that there is a detection delay in the air-fuel ratio signal detected by the air-fuel ratio signal detection circuit. Even at least, it is possible to accurately detect at least whether the air-fuel ratio is in the rich region or the lean region with respect to the stoichiometric air-fuel ratio, and the air-fuel ratio control near the stoichiometric air-fuel ratio can be executed with higher accuracy.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明の空燃比検出
装置においては、酸素イオン伝導性の固体電解質両面に
多孔性電極を備えた2個の素子を、間隙を介して対向配
設してなる検出素子部と、理論空燃比を検出し、空燃比
のリーン域とリッチ域とを判別し得る理論空燃比信号を
出力する理論空燃比検出手段とを備え、上記検出素子部
の一方の素子を酸素濃淡電池素子、他方の素子を酸素ポ
ンプ素子とし、該酸素濃淡電素子の起電力または該酸素
ポンプ素子に流れるポンプ電流を制御して得られる、空
燃比のリーン域及びリッチ域において夫々空燃比に対応
した空燃比信号を、上記、理論空燃比検出手段より出力
された理論空燃比信号に基づき、空燃比がリーン域であ
る場合、またはリッチ域である場合に反転することによ
って、空燃比のリッチ域からリーン域の全領域におい
て、空燃比に対応した実空燃比信号が検出できるように
構成されている。
As described above in detail, in the air-fuel ratio detection device of the present invention, two elements having porous electrodes on both surfaces of the oxygen ion conductive solid electrolyte are arranged opposite to each other with a gap therebetween. And a theoretical air-fuel ratio detecting means for detecting a stoichiometric air-fuel ratio and outputting a theoretical air-fuel ratio signal capable of discriminating between a lean region and a rich region of the air-fuel ratio. The element is an oxygen concentration cell element, the other element is an oxygen pump element, obtained by controlling the electromotive force of the oxygen concentration element or the pump current flowing through the oxygen pump element, respectively in the lean region and the rich region of the air-fuel ratio. The air-fuel ratio signal corresponding to the air-fuel ratio, based on the theoretical air-fuel ratio signal output from the theoretical air-fuel ratio detection means, by inverting the air-fuel ratio in the lean range or in the rich range, Fuel ratio In the entire region of the lean region from the local, the actual air-fuel ratio signal corresponding to the air-fuel ratio is configured to be detected.

【0039】従って本発明の空燃比検出装置を用いれ
ば、内燃機関等燃焼機器に供給された混合気の空燃比を
正確に検知することができ、空燃比を所望の空燃比にフ
ィードバック制御することができるようになり、より緻
密な空燃比制御が実現可能となる。
Therefore, by using the air-fuel ratio detection device of the present invention, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the combustion equipment such as the internal combustion engine can be accurately detected, and the air-fuel ratio can be feedback-controlled to a desired air-fuel ratio. It becomes possible to realize more precise air-fuel ratio control.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の構成を表わすブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of the present invention.

【図2】 実施例の空燃比検出装置が搭載されたエンジ
ン及びその周辺機器を表わす概略系統図である。
FIG. 2 is a schematic system diagram showing an engine equipped with the air-fuel ratio detection device of the embodiment and its peripheral equipment.

【図3】 排気マニホールド3に取り付けられた酸素セ
ンサ4を表わす断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an oxygen sensor 4 attached to an exhaust manifold 3.

【図4】 酸素濃淡電池素子32の構造を表わす説明図
である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a structure of an oxygen concentration battery element 32.

【図5】 理論空燃比検出素子40の構造を表わす説明
図である。
5 is an explanatory diagram showing a structure of a stoichiometric air-fuel ratio detecting element 40. FIG.

【図6】 空燃比信号検出回路を表わす回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing an air-fuel ratio signal detection circuit.

【図7】 積分回路52より出力され、ポンプ電流を制
御する制御電圧VB を表わす電圧波形図である。
FIG. 7 is a voltage waveform diagram showing a control voltage VB output from the integrating circuit 52 and controlling the pump current.

【図8】 空燃比検出回路にて検出される空燃比信号V
1 を表わす線図である。
FIG. 8 is an air-fuel ratio signal V detected by an air-fuel ratio detection circuit.
It is a diagram showing 1.

【図9】 金属酸化物半導体45の空燃比に対する抵抗
値の変化を表わす線図である。
FIG. 9 is a diagram showing a change in resistance value of a metal oxide semiconductor 45 with respect to an air-fuel ratio.

【図10】 理論空燃比検出素子40を表わす回路図で
ある。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a theoretical air-fuel ratio detection element 40.

【図11】 理論空燃比信号検出回路を表わす回路図で
ある。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a theoretical air-fuel ratio signal detection circuit.

【図12】 空燃比検知処理を表わすフローチャートで
ある。
FIG. 12 is a flowchart showing an air-fuel ratio detection process.

【図13】 実空燃比信号V3 を表わす線図である。FIG. 13 is a diagram showing an actual air-fuel ratio signal V3.

【図14】 空燃比検知処理の代りとして、電気回路で
以て実空燃比信号V3を検出するよう構成された、実空
燃比信号検出回路を表わす回路図である。
FIG. 14 is a circuit diagram showing an actual air-fuel ratio signal detection circuit configured to detect an actual air-fuel ratio signal V3 by an electric circuit instead of the air-fuel ratio detection processing.

【図15】 理論空燃比でステップ状に変化する実空燃
比信号を表わす線図である。
FIG. 15 is a diagram showing an actual air-fuel ratio signal that changes stepwise with the theoretical air-fuel ratio.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

M1…検出素子部 M2…理論空燃比検出手段 M3,32…酸素濃淡電池素子 M4,36…酸素ポ
ンプ素子 M5…空燃比信号検出手段 M6…実空燃比信号検出
手段 1…エンジン 4…酸素センサ 20…電子制御回路 40…理論空燃比検出素子
M1 ... Detecting element section M2 ... Theoretical air-fuel ratio detecting means M3, 32 ... Oxygen concentration cell element M4, 36 ... Oxygen pump element M5 ... Air-fuel ratio signal detecting means M6 ... Actual air-fuel ratio signal detecting means 1 ... Engine 4 ... Oxygen sensor 20 ... Electronic control circuit 40 ... Theoretical air-fuel ratio detection element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 哲正 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tetsumasa Yamada 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya, Aichi Nihon Special Ceramics Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸素イオン伝導性の固体電解質両面に多
孔性電極を備えた2個の素子を、間隙を介して対向配設
してなる検出素子部と、 理論空燃比を検出し、空燃比のリーン域とリッチ域とを
判別し得る理論空燃比信号を出力する理論空燃比検出手
段と、 上記検出素子部の一方の素子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、該酸素濃淡電池素子の
起電力または該酸素ポンプ素子に流れるポンプ電流を制
御し、空燃比のリーン域及びリッチ域において夫々空燃
比に対応した空燃比信号を検出する空燃比信号検出手段
と、 上記、理論空燃比検出手段より出力された理論空燃比信
号を受け、当該空燃比がリーン域またはリッチ域である
場合に、上記空燃比信号検出手段にて検出された空燃比
信号を反転し、空燃比の全領域において空燃比に対応し
た実空燃比信号を検出する実空燃比検出信号と、 を備えたことを特徴とする空燃比検出装置。
1. A detection element section comprising two elements having porous electrodes on both sides of an oxygen ion conductive solid electrolyte, which are opposed to each other with a gap therebetween, and a theoretical air-fuel ratio is detected to detect an air-fuel ratio. The theoretical air-fuel ratio detecting means for outputting a theoretical air-fuel ratio signal capable of discriminating between the lean region and the rich region, one element of the detecting element part is an oxygen concentration battery element, and the other element is an oxygen pump element, and the oxygen Air-fuel ratio signal detection means for controlling the electromotive force of the concentration cell element or the pump current flowing through the oxygen pump element, and detecting the air-fuel ratio signal corresponding to the air-fuel ratio in the lean area and the rich area of the air-fuel ratio, respectively, the above, the theory Receiving the theoretical air-fuel ratio signal output from the air-fuel ratio detecting means, when the air-fuel ratio is in the lean range or the rich range, the air-fuel ratio signal detected by the air-fuel ratio signal detecting means is inverted, All areas And an actual air-fuel ratio detection signal for detecting an actual air-fuel ratio signal corresponding to the air-fuel ratio.
【請求項2】 実空燃比信号検出手段が、理論空燃比で
はステップ状に変化する実空燃比信号を出力するよう構
成された請求項1に記載の空燃比検出装置。
2. The air-fuel ratio detecting device according to claim 1, wherein the actual air-fuel ratio signal detecting means is configured to output an actual air-fuel ratio signal which changes stepwise in the stoichiometric air-fuel ratio.
【請求項3】 理論空燃比検出手段が、電気絶縁性部材
の表面に金属酸化物半導体を設けてなる理論空燃比検出
素子である請求項1または請求項2に記載の空燃比検出
装置。
3. The air-fuel ratio detection device according to claim 1, wherein the stoichiometric air-fuel ratio detection means is a stoichiometric air-fuel ratio detection element in which a metal oxide semiconductor is provided on the surface of the electrically insulating member.
【請求項4】 空燃比信号検出手段が、酸素濃淡電池素
子の起電力を一定にすべく酸素ポンプ素子のポンプ電流
を制御し、該ポンプ電流を空燃比信号とするよう構成さ
れた請求項1ないし請求項3のいずれか記載の空燃比検
出装置。
4. The air-fuel ratio signal detecting means is configured to control the pump current of the oxygen pump element so as to keep the electromotive force of the oxygen concentration battery element constant, and to use the pump current as an air-fuel ratio signal. The air-fuel ratio detection device according to claim 3.
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