JPH0720088A - 空燃比検出装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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
Ｏ₂ 、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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の構成を表わすブロック図である。

【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。

【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。

【図４】 酸素濃淡電池素子３２の構造を表わす説明図
である。

【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。

【図６】 空燃比信号検出回路を表わす回路図である。

【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。

【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。

【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。

【図１０】 理論空燃比検出素子４０を表わす回路図で
ある。

【図１１】 理論空燃比信号検出回路を表わす回路図で
ある。

【図１２】 空燃比検知処理を表わすフローチャートで
ある。

【図１３】 実空燃比信号Ｖ3 を表わす線図である。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。