JPH0789109B2 - 酸素濃度検出装置 - Google Patents
酸素濃度検出装置Info
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- JPH0789109B2 JPH0789109B2 JP60218501A JP21850185A JPH0789109B2 JP H0789109 B2 JPH0789109 B2 JP H0789109B2 JP 60218501 A JP60218501 A JP 60218501A JP 21850185 A JP21850185 A JP 21850185A JP H0789109 B2 JPH0789109 B2 JP H0789109B2
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- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は内燃エンジンの排気ガス中の酸素濃度を検出す
る酸素濃度検出装置に関する。
る酸素濃度検出装置に関する。
背景技術 内燃エンジンの排気ガス浄化、燃費改善等のために排気
ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサによって検出し、こ
の検出レベルに応じてエンジンへの供給混合気の空燃比
を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比制御装置
がある。
ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサによって検出し、こ
の検出レベルに応じてエンジンへの供給混合気の空燃比
を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比制御装置
がある。
このような空燃比制御装置に用いられる酸素濃度センサ
としてエンジンに供給する混合気の空燃比が理論空燃比
より大なる領域において排気ガス中の酸素濃度に比例し
た出力を発生するものがある（特開昭58−153155号）。
かかる酸素濃度センサにおいては、一対の平板状の酸素
イオン伝導性固体電解質部材を有する酸素濃度検出器が
設けられている。その固体電解質部材は排気ガス中に配
置されるようになされ、固体電解質部材の各表裏面には
電極が各々形成されかつ固体電解質部材が所定の間隙部
を介して対向するように平行に配置されている。固体電
解質部材の一方が酸素ポンプ素子として、他方が酸素濃
度比測定用電池素子として作用するようになっている。
排気ガス中において間隙部側電極が負極になるように酸
素ポンプ素子の電極間に電流を供給すると、酸素ポンプ
素子の負極面側に間隙部内気体中の酸素ガスがイオン化
して酸素ポンプ素子内を正極面側に移動し正極面から酸
素ガスとして放出される。このとき、間隙部中の酸素ガ
スの減少により間隙部内の気体と電池素子外側の気体と
の間に酸素濃度差が生ずるので電池素子の電極間に電圧
が発生する。この電圧を一定値にするように酸素ポンプ
素子に供給するポンプ電流値を変化させると、定温にお
いてそのポンプ電流値が排気ガス中の酸素濃度にほぼ比
例することになり、酸素濃度検出値として出力される。
この酸素ポンプ素子に供給されるポンプ電流値からエン
ジンに供給された混合気の空燃比が目標空燃比よりリッ
チ及びリーンのいずれであるか判別される。空燃比を２
次空気によって制御する場合、リッチと判別されたなら
ば、２次空気をエンジンに供給し、リーンと判別された
ならば、２次空気の供給を停止することにより空燃比が
目標空燃比に制御される。
としてエンジンに供給する混合気の空燃比が理論空燃比
より大なる領域において排気ガス中の酸素濃度に比例し
た出力を発生するものがある（特開昭58−153155号）。
かかる酸素濃度センサにおいては、一対の平板状の酸素
イオン伝導性固体電解質部材を有する酸素濃度検出器が
設けられている。その固体電解質部材は排気ガス中に配
置されるようになされ、固体電解質部材の各表裏面には
電極が各々形成されかつ固体電解質部材が所定の間隙部
を介して対向するように平行に配置されている。固体電
解質部材の一方が酸素ポンプ素子として、他方が酸素濃
度比測定用電池素子として作用するようになっている。
排気ガス中において間隙部側電極が負極になるように酸
素ポンプ素子の電極間に電流を供給すると、酸素ポンプ
素子の負極面側に間隙部内気体中の酸素ガスがイオン化
して酸素ポンプ素子内を正極面側に移動し正極面から酸
素ガスとして放出される。このとき、間隙部中の酸素ガ
スの減少により間隙部内の気体と電池素子外側の気体と
の間に酸素濃度差が生ずるので電池素子の電極間に電圧
が発生する。この電圧を一定値にするように酸素ポンプ
素子に供給するポンプ電流値を変化させると、定温にお
いてそのポンプ電流値が排気ガス中の酸素濃度にほぼ比
例することになり、酸素濃度検出値として出力される。
この酸素ポンプ素子に供給されるポンプ電流値からエン
ジンに供給された混合気の空燃比が目標空燃比よりリッ
チ及びリーンのいずれであるか判別される。空燃比を２
次空気によって制御する場合、リッチと判別されたなら
ば、２次空気をエンジンに供給し、リーンと判別された
ならば、２次空気の供給を停止することにより空燃比が
目標空燃比に制御される。
かかる酸素濃度センサにおいては、酸素ポンプ素子に過
大電圧を加えて過剰の電流を供給すると、固体電解質部
材から酸素を奪うブラックニング現象が発生する。例え
ば、固体電解質部材としてZrO2（二酸化ジルコニウム）
が用いられた場合、酸素ポンプ素子への過剰電流供給に
よりZrO2から酸素O2が奪われてジルコニウムZrが析出さ
れる。このブラックニング現象は酸素ポンプ素子の劣化
を急速に進め酸素濃度センサとしての性能を悪化させる
原因となる。
大電圧を加えて過剰の電流を供給すると、固体電解質部
材から酸素を奪うブラックニング現象が発生する。例え
ば、固体電解質部材としてZrO2（二酸化ジルコニウム）
が用いられた場合、酸素ポンプ素子への過剰電流供給に
よりZrO2から酸素O2が奪われてジルコニウムZrが析出さ
れる。このブラックニング現象は酸素ポンプ素子の劣化
を急速に進め酸素濃度センサとしての性能を悪化させる
原因となる。
第１図は電池素子に発生する電圧Vsをパラメータとして
酸素濃度と酸素ポンプ素子への供給電流値IPとの関係特
性及びブラックニング現象発生領域を示しており、ブラ
ックニング現象発生領域との境界線は電圧Vsをパラメー
タとした関係特性と同様に１次関数的特性である。ブラ
ックニング現象を防止するためには酸素ポンプ素子への
供給電流をブラックニング発生領域の値より小さくしな
ければならない。
酸素濃度と酸素ポンプ素子への供給電流値IPとの関係特
性及びブラックニング現象発生領域を示しており、ブラ
ックニング現象発生領域との境界線は電圧Vsをパラメー
タとした関係特性と同様に１次関数的特性である。ブラ
ックニング現象を防止するためには酸素ポンプ素子への
供給電流をブラックニング発生領域の値より小さくしな
ければならない。
また、かかる酸素濃度センサにおいては、酸素濃度に比
例した出力特性を得るためには定常運転時の排気ガス温
度より十分高い温度（例えば、650℃以上）にする必要
がある。よって、酸素ポンプ素子及び電池素子を加熱す
るためにヒータからなる加熱素子が内臓され、酸素濃度
測定時には加熱素子に電流が供給され加熱素子が発熱す
るようになっている。
例した出力特性を得るためには定常運転時の排気ガス温
度より十分高い温度（例えば、650℃以上）にする必要
がある。よって、酸素ポンプ素子及び電池素子を加熱す
るためにヒータからなる加熱素子が内臓され、酸素濃度
測定時には加熱素子に電流が供給され加熱素子が発熱す
るようになっている。
ところで、エンジン低温時、高地運転時、高負荷時等に
は酸素濃度センサの出力レベルに応じた空燃比フィード
バック制御が停止される。このフィードバック制御停止
時には加熱素子へのヒータ電流の供給及び酸素ポンプ素
子へのポンプ電流の供給が停止されることが通常であ
る。またエンジン停止時には加熱素子の劣化を防止する
ためにヒータ電流の供給が停止されている。よって、空
燃比フィードバック制御停止状態から空燃比フィードバ
ック制御を再開する際に加熱素子にヒータ電流を、また
酸素ポンプ素子にポンプ電流を各々供給してからポンプ
電流値、すなわち酸素濃度センサの出力レベルに応じて
空燃比判別が行なわれる。しかしながら、加熱素子にヒ
ータ電流の供給を開始すると同時に酸素ポンプ素子にポ
ンプ電流の供給を開始しても直ちに酸素ポンプ素子及び
電池素子の温度が所定の出力特性を得ることが可能な温
度まで上昇しないので空燃比フィードバック制御開始直
後等のヒータ電流供給開始直後には酸素濃度センサから
正確な酸素濃度検出出力が得られず空燃比を誤判別する
という問題点が考えられる。
は酸素濃度センサの出力レベルに応じた空燃比フィード
バック制御が停止される。このフィードバック制御停止
時には加熱素子へのヒータ電流の供給及び酸素ポンプ素
子へのポンプ電流の供給が停止されることが通常であ
る。またエンジン停止時には加熱素子の劣化を防止する
ためにヒータ電流の供給が停止されている。よって、空
燃比フィードバック制御停止状態から空燃比フィードバ
ック制御を再開する際に加熱素子にヒータ電流を、また
酸素ポンプ素子にポンプ電流を各々供給してからポンプ
電流値、すなわち酸素濃度センサの出力レベルに応じて
空燃比判別が行なわれる。しかしながら、加熱素子にヒ
ータ電流の供給を開始すると同時に酸素ポンプ素子にポ
ンプ電流の供給を開始しても直ちに酸素ポンプ素子及び
電池素子の温度が所定の出力特性を得ることが可能な温
度まで上昇しないので空燃比フィードバック制御開始直
後等のヒータ電流供給開始直後には酸素濃度センサから
正確な酸素濃度検出出力が得られず空燃比を誤判別する
という問題点が考えられる。
発明の概要 そこで、本発明の目的は、ヒータ電流供給開始直後の空
燃比誤判別と共にブラックニング現象の発生による酸素
濃度センサ自身の性能悪化を防止することができる酸素
濃度検出装置を提供することである。
燃比誤判別と共にブラックニング現象の発生による酸素
濃度センサ自身の性能悪化を防止することができる酸素
濃度検出装置を提供することである。
本発明の酸素濃度検出装置は加熱素子へのヒータ電流供
給開始から所定時間経過するまでは酸素ポンプ素子の電
極間への電流供給を停止し所定時間経過後に酸素ポンプ
素子の電極間へのポンプ電流供給を開始することを特徴
としている。
給開始から所定時間経過するまでは酸素ポンプ素子の電
極間への電流供給を停止し所定時間経過後に酸素ポンプ
素子の電極間へのポンプ電流供給を開始することを特徴
としている。
実 施 例 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
第２図に示すように酸素濃度センサ20は一端部にリード
線取出口１が設けられたハウジング２を有しており、該
ハウジング２の他端部に酸素濃度検出素子３が取り付け
られている。酸素濃度検出素子３は円筒状に形成された
保護部材17によった囲撓され、保護部材17の一端部にお
いてハウジング２の先端部に嵌着されている。保護部材
17には周方向において等間隔に例えば４つずつの排気ガ
ス通過孔17aが形成されている。なお、図中のＡ−Ａ線
より左の部分がエンジン排気マニホールド（図示せず）
内に位置する。
線取出口１が設けられたハウジング２を有しており、該
ハウジング２の他端部に酸素濃度検出素子３が取り付け
られている。酸素濃度検出素子３は円筒状に形成された
保護部材17によった囲撓され、保護部材17の一端部にお
いてハウジング２の先端部に嵌着されている。保護部材
17には周方向において等間隔に例えば４つずつの排気ガ
ス通過孔17aが形成されている。なお、図中のＡ−Ａ線
より左の部分がエンジン排気マニホールド（図示せず）
内に位置する。
第３図に示されるように酸素濃度検出素子３は互いに平
行にされた一対の長手平板状素子4,5を有し、その両側
に板状加熱素子6,7が付着されている。第４図及び第５
図から明らかなように、素子4,5は互いの主面が対向す
るように平行に配置され、かつ各長手方向における一端
部間に間隙部８を設けて他端部にてスペーサ９を介して
結合されている。一方の素子４は酸素ポンプ素子であ
り、その主体は酸素イオン伝導性固体電解質の焼結体か
らなる。酸素ポンプ素子４の一端部4aにはその表裏面の
相対する位置に多孔質の耐熱金属からなる正方形状の電
極層11,12が各々設けられている。一方の電極層11には
耐熱金属からなり素子４の他端部4bまで直線的に伸長す
る引き出し線11aが接続されている。なお、引き出し線1
1aは正方形状電極層11の角部に接続されている。同様
に、他方の電極層12にも酸素ポンプ素子４の他端部4bに
直線的に達する引き出し線12aが接続されている。ただ
し、この引き出し線12aは正方形状電極層12の角部のう
ち、上記引き出し線11aが接続した電極層11の角部に対
応しない方の角部に接続している。引き出し線12aは素
子４の他端部4bにおいて素子４の表裏を貫通しているス
ルーホール4cを通じてその反対側の取り出し部12bに接
続されている。また、引き出し線11aは他端部4bに形成
された取り出し部11bに接続されている。すなわち、素
子４の一方の主面に電極層11,12の各取り出し部11b,12b
が配置されているのである。
行にされた一対の長手平板状素子4,5を有し、その両側
に板状加熱素子6,7が付着されている。第４図及び第５
図から明らかなように、素子4,5は互いの主面が対向す
るように平行に配置され、かつ各長手方向における一端
部間に間隙部８を設けて他端部にてスペーサ９を介して
結合されている。一方の素子４は酸素ポンプ素子であ
り、その主体は酸素イオン伝導性固体電解質の焼結体か
らなる。酸素ポンプ素子４の一端部4aにはその表裏面の
相対する位置に多孔質の耐熱金属からなる正方形状の電
極層11,12が各々設けられている。一方の電極層11には
耐熱金属からなり素子４の他端部4bまで直線的に伸長す
る引き出し線11aが接続されている。なお、引き出し線1
1aは正方形状電極層11の角部に接続されている。同様
に、他方の電極層12にも酸素ポンプ素子４の他端部4bに
直線的に達する引き出し線12aが接続されている。ただ
し、この引き出し線12aは正方形状電極層12の角部のう
ち、上記引き出し線11aが接続した電極層11の角部に対
応しない方の角部に接続している。引き出し線12aは素
子４の他端部4bにおいて素子４の表裏を貫通しているス
ルーホール4cを通じてその反対側の取り出し部12bに接
続されている。また、引き出し線11aは他端部4bに形成
された取り出し部11bに接続されている。すなわち、素
子４の一方の主面に電極層11,12の各取り出し部11b,12b
が配置されているのである。
他方の素子５は酸素濃度比測定用電池素子であり、酸素
ポンプ素子４と同様にその主体は酸素イオン伝導性固体
電解質の焼結体からなる。この電池素子５は酸素ポンプ
素子４と同様に構成されており、その表裏面に正方形状
の電極層13,14並びに引き出し線（13a）,14aを有し、電
極層13が設けられた主面に取り出し部（13b）,14bが形
成されている。なお、引き出し線14aと取り出し部14bは
スルーホール5cを通じて接続されている。
ポンプ素子４と同様にその主体は酸素イオン伝導性固体
電解質の焼結体からなる。この電池素子５は酸素ポンプ
素子４と同様に構成されており、その表裏面に正方形状
の電極層13,14並びに引き出し線（13a）,14aを有し、電
極層13が設けられた主面に取り出し部（13b）,14bが形
成されている。なお、引き出し線14aと取り出し部14bは
スルーホール5cを通じて接続されている。
上記した素子4,5の主体をなす酸素イオン伝導性固体電
解質として使用される代表的なものはジルコニアのイッ
トリア或いはカルシア等の固容体であるが、その他、二
酸化セリウム、二酸化トリウム、二酸化ハフニウム等の
各固容体が使用可能である。また、電極層11ないし14、
引き出し線11aないし14a、取り出し部11bないし14bとし
ては、Pt,Ru,Rd等が使用され、具体的にはこれらの金属
をフレーム溶射、化学メッキあるいは蒸着等の各方法を
用いて被着形成する。
解質として使用される代表的なものはジルコニアのイッ
トリア或いはカルシア等の固容体であるが、その他、二
酸化セリウム、二酸化トリウム、二酸化ハフニウム等の
各固容体が使用可能である。また、電極層11ないし14、
引き出し線11aないし14a、取り出し部11bないし14bとし
ては、Pt,Ru,Rd等が使用され、具体的にはこれらの金属
をフレーム溶射、化学メッキあるいは蒸着等の各方法を
用いて被着形成する。
ここで、第３図に示される板状の加熱素子6,7について
説明する。
説明する。
加熱素子6,7の主体は上述した素子4,5よりも少し長手方
向の寸法が小さい長方形のアルミナ、スピネル等の絶縁
性無機質板状体からなる。加熱素子６の一端部には上記
素子４上の電極層11の位置及び形状に適合させた開口部
6aが形成されている。加熱素子６にはこの開口部6aの周
囲にヒータ線6bが波状に配設され、かつ該加熱素子６の
他端部に形成された取り出し部6cに引き出し線6dを介し
て電気的に接続されている。なお、ヒータ線6b、取り出
し部6c及び引き出し線6dはPt等の耐熱金属よりなる。ま
た図示されてはいないが、他方の加熱素子７にも加熱素
子６と同様の開口部、ヒータ線（7b）等が設けられてい
る。
向の寸法が小さい長方形のアルミナ、スピネル等の絶縁
性無機質板状体からなる。加熱素子６の一端部には上記
素子４上の電極層11の位置及び形状に適合させた開口部
6aが形成されている。加熱素子６にはこの開口部6aの周
囲にヒータ線6bが波状に配設され、かつ該加熱素子６の
他端部に形成された取り出し部6cに引き出し線6dを介し
て電気的に接続されている。なお、ヒータ線6b、取り出
し部6c及び引き出し線6dはPt等の耐熱金属よりなる。ま
た図示されてはいないが、他方の加熱素子７にも加熱素
子６と同様の開口部、ヒータ線（7b）等が設けられてい
る。
次いで、上記した構成の酸素濃度センサ20による酸素濃
度検出状況を説明する。
度検出状況を説明する。
酸素ポンプ素子４の外側電極層11が正極になるように電
極層11,12間にポンプ電流が供給されることにより酸素
ポンプ素子４の固体電解質内を酸素イオンが内側電極層
12から外側電極層11へ移動し、酸素ポンプ素子４と電池
素子５との間の間隙部８に存在する酸素が酸素ポンプ素
子４の外側に汲み出される。
極層11,12間にポンプ電流が供給されることにより酸素
ポンプ素子４の固体電解質内を酸素イオンが内側電極層
12から外側電極層11へ移動し、酸素ポンプ素子４と電池
素子５との間の間隙部８に存在する酸素が酸素ポンプ素
子４の外側に汲み出される。
上記の如く間隙部８から酸素が汲み出されると、電池素
子５の外側、すなわち排気ガスと間隙部８内の気体との
間に酸素濃度差が生ずる。この酸素濃度差により電池素
子５の電極層13,14間に電圧が発生する。この電圧は酸
素濃度センサ30にその間隙部８の３方向開口部から自由
に流入する酸素量と、酸素ポンプ素子４により間隙部８
から外側に汲み出される酸素量とが平衡状態に達した時
点で一定となる。
子５の外側、すなわち排気ガスと間隙部８内の気体との
間に酸素濃度差が生ずる。この酸素濃度差により電池素
子５の電極層13,14間に電圧が発生する。この電圧は酸
素濃度センサ30にその間隙部８の３方向開口部から自由
に流入する酸素量と、酸素ポンプ素子４により間隙部８
から外側に汲み出される酸素量とが平衡状態に達した時
点で一定となる。
そして、この発生電圧を一定値に維持するようにポンプ
電流値IPを制御することにより、定温においてその電流
値IPは排気ガス中の酸素濃度にほぼ比例することにな
る。
電流値IPを制御することにより、定温においてその電流
値IPは排気ガス中の酸素濃度にほぼ比例することにな
る。
加熱素子6,7はその取り出し部6c,（7c）の各間にヒータ
電流供給回路45がヒータ電流を供給することによって引
き出し線6d,（7d）を介してヒータ線6b,（7b）に通電さ
れ、ヒータ線6b,（7b）が発熱して酸素濃度検出素子３
を加熱する。
電流供給回路45がヒータ電流を供給することによって引
き出し線6d,（7d）を介してヒータ線6b,（7b）に通電さ
れ、ヒータ線6b,（7b）が発熱して酸素濃度検出素子３
を加熱する。
第６図は本発明による酸素濃度検出装置を用いた空燃比
制御装置を示している。本装置において、酸素ポンプ素
子４の電極層11,12間には電流供給回路21によって電流
が供給される。電流供給回路21はオペアンプ22,NPNトラ
ンジスタ23及び抵抗24,25からなる。オペアンプ22の出
力端は抵抗24を介してトランジスタ23のベースに接続さ
れている。またトランジスタ23のエミッタは抵抗25を介
してアースされている。抵抗25は酸素ポンプ素子４の電
極層11,12間を流れるポンプ電流値IPを検出するために
設けられており、その端子電圧がポンプ電流値IPとして
制御回路31のIP入力端に供給される。トランジスタ23の
コレクタは酸素ポンプ素子４の内側電極層12に引き出し
線12aを介して接続され、外側電極層11には電圧VBが引
き出し線11aを介して供給されるようになっている。
制御装置を示している。本装置において、酸素ポンプ素
子４の電極層11,12間には電流供給回路21によって電流
が供給される。電流供給回路21はオペアンプ22,NPNトラ
ンジスタ23及び抵抗24,25からなる。オペアンプ22の出
力端は抵抗24を介してトランジスタ23のベースに接続さ
れている。またトランジスタ23のエミッタは抵抗25を介
してアースされている。抵抗25は酸素ポンプ素子４の電
極層11,12間を流れるポンプ電流値IPを検出するために
設けられており、その端子電圧がポンプ電流値IPとして
制御回路31のIP入力端に供給される。トランジスタ23の
コレクタは酸素ポンプ素子４の内側電極層12に引き出し
線12aを介して接続され、外側電極層11には電圧VBが引
き出し線11aを介して供給されるようになっている。
一方、電池素子５の内側電極層14は引き出し線14aを介
してアースされ、外側電極層13は引き出し線13aを介し
てオペアンプ26,抵抗27ないし29からなる非反転増幅器3
0に接続されている。非反転増幅器30の出力端はオペア
ンプ22の反転入力端に接続されている。制御回路31のIC
制御出力端にはD/A変換器32が接続され、D/A変換器32は
制御回路31のIC制御出力端から出力されるVs値指令デー
タに応じた電圧を発生する。D/A変換器32の出力端はオ
ペアンプからなる電圧ホロワ回路33、そして抵抗34を介
してオペアンプ22の非反転入力端に接続されている。
してアースされ、外側電極層13は引き出し線13aを介し
てオペアンプ26,抵抗27ないし29からなる非反転増幅器3
0に接続されている。非反転増幅器30の出力端はオペア
ンプ22の反転入力端に接続されている。制御回路31のIC
制御出力端にはD/A変換器32が接続され、D/A変換器32は
制御回路31のIC制御出力端から出力されるVs値指令デー
タに応じた電圧を発生する。D/A変換器32の出力端はオ
ペアンプからなる電圧ホロワ回路33、そして抵抗34を介
してオペアンプ22の非反転入力端に接続されている。
制御回路31は好ましくはマイクロコンピュータからな
り、上記したIC出力端,IP入力端の他にA/F駆動端及びI
HE出力端を有し、A/F駆動端には２次空気供給調整用の
電磁弁44に接続されている。電磁弁44はエンジンの気化
器絞り弁下流の吸気通路に連通する吸気２次空気供給通
路に設けられている。IHE出力端にはヒータ電流供給回
路45が接続されている。ヒータ電流供給回路45は制御回
路31から出力されるヒータ電流供給指令に応じて加熱素
子6,7にヒータ電流を供給し、ヒータ電流供給停止指令
に応じて加熱素子6,7へのヒータ電流の供給を停止す
る。
り、上記したIC出力端,IP入力端の他にA/F駆動端及びI
HE出力端を有し、A/F駆動端には２次空気供給調整用の
電磁弁44に接続されている。電磁弁44はエンジンの気化
器絞り弁下流の吸気通路に連通する吸気２次空気供給通
路に設けられている。IHE出力端にはヒータ電流供給回
路45が接続されている。ヒータ電流供給回路45は制御回
路31から出力されるヒータ電流供給指令に応じて加熱素
子6,7にヒータ電流を供給し、ヒータ電流供給停止指令
に応じて加熱素子6,7へのヒータ電流の供給を停止す
る。
かかる構成において、制御回路31のIC出力端からVs値指
令データがD/A変換器32に出力されると、D/A変換器32に
よってVs値指令データが電圧に変換され、そして電圧ホ
ロワ回路33に供給される。電圧ホロワ回路33の出力電圧
は基準電圧Vr1として抵抗34を介してオペアンプ22の非
反転入力端に供給される。このとき、オペアンプ22の反
転入力端の電圧レベルは基準電圧Vr1より小であるので
オペアンプ22の出力レベルは高レベルとなりトランジス
タ23がオンとなる。トランジスタ23のオンにより酸素ポ
ンプ素子４の電極層11,12間にポンプ電流が流れる。
令データがD/A変換器32に出力されると、D/A変換器32に
よってVs値指令データが電圧に変換され、そして電圧ホ
ロワ回路33に供給される。電圧ホロワ回路33の出力電圧
は基準電圧Vr1として抵抗34を介してオペアンプ22の非
反転入力端に供給される。このとき、オペアンプ22の反
転入力端の電圧レベルは基準電圧Vr1より小であるので
オペアンプ22の出力レベルは高レベルとなりトランジス
タ23がオンとなる。トランジスタ23のオンにより酸素ポ
ンプ素子４の電極層11,12間にポンプ電流が流れる。
ポンプ電流が流れると、電池素子５の電極層13,14間に
は電圧Vsが発生し、電圧Vsは非反転増幅器30に供給され
る。非反転増幅器30は電圧Vsを電圧増幅してオペアンプ
22の反転入力端に供給する。電圧Vsが上昇すると、非反
転増幅器30の出力電圧Vs′も上昇する。出力電圧Vs′が
基準電圧Vr1を越えるとオペアンプ22の出力レベルが低
レベルに反転し、トランジスタ23がオフとなる。トラン
ジスタ23のオフによりポンプ電流が減少するので電池素
子５の電極層13,14間の発生電圧Vsが低下し、非反転増
幅器30からオペアンプ22の反転入力端に供給される電圧
Vs′も低下する。電圧Vs′が基準電圧Vr1を下回ると再
びオペアンプ22の出力レベルが高レベルとなり、ポンプ
電流を増加せしめる。この動作が高速にて繰り返される
ので電圧Vsは一定値に制御されると共にVs値指令データ
に応じた電圧となる。
は電圧Vsが発生し、電圧Vsは非反転増幅器30に供給され
る。非反転増幅器30は電圧Vsを電圧増幅してオペアンプ
22の反転入力端に供給する。電圧Vsが上昇すると、非反
転増幅器30の出力電圧Vs′も上昇する。出力電圧Vs′が
基準電圧Vr1を越えるとオペアンプ22の出力レベルが低
レベルに反転し、トランジスタ23がオフとなる。トラン
ジスタ23のオフによりポンプ電流が減少するので電池素
子５の電極層13,14間の発生電圧Vsが低下し、非反転増
幅器30からオペアンプ22の反転入力端に供給される電圧
Vs′も低下する。電圧Vs′が基準電圧Vr1を下回ると再
びオペアンプ22の出力レベルが高レベルとなり、ポンプ
電流を増加せしめる。この動作が高速にて繰り返される
ので電圧Vsは一定値に制御されると共にVs値指令データ
に応じた電圧となる。
基準電圧Vr1のオペアンプ22への供給時に酸素ポンプ素
子４の電極層11,12間を流れるポンプ電流値IPは抵抗25
の端子電圧VPによって検出され、その端子電圧VPは制御
回路31のIP入力端に供給される。制御回路31はポンプ電
流値IPとして端子電圧VPを読み込み、読み込んだポンプ
電流値IPが目標空燃比に対応する基準電流値Ir1より小
であるか否かを判別する。IP＜Ir1ならば、エンジンに
供給された混合気の空燃比がリッチであるとして制御回
路31は電磁弁44を開弁駆動して２次空気をエンジンに供
給せしめる。IP≧Ir1ならば、供給混合気の空燃比がリ
ーンであるとして電磁弁44の開弁駆動を停止して２次空
気のエンジンへの供給を停止させる。
子４の電極層11,12間を流れるポンプ電流値IPは抵抗25
の端子電圧VPによって検出され、その端子電圧VPは制御
回路31のIP入力端に供給される。制御回路31はポンプ電
流値IPとして端子電圧VPを読み込み、読み込んだポンプ
電流値IPが目標空燃比に対応する基準電流値Ir1より小
であるか否かを判別する。IP＜Ir1ならば、エンジンに
供給された混合気の空燃比がリッチであるとして制御回
路31は電磁弁44を開弁駆動して２次空気をエンジンに供
給せしめる。IP≧Ir1ならば、供給混合気の空燃比がリ
ーンであるとして電磁弁44の開弁駆動を停止して２次空
気のエンジンへの供給を停止させる。
また制御回路31はエンジン回転に同期して次の如く動作
する。第７図に示すように先ず、制御回路31はヒータ電
流供給停止指令発生後にヒータ電流供給指令を発生した
か否かを判別する（ステップ51）。ヒータ電流供給指令
を発生していないならば、制御回路31の内部タイムカウ
ンタＡ（図示せず）に計数時間としてTFBをセットして
ダウン計数を開始させる（ステップ52）。そして、ポン
プ電流の供給を停止させるためにVs値指令データの内容
をVs＝０に対応する値に、例えば、Vs値指令データが４
ビットのディジタル信号の場合、“0000"に変更する
（ステップ53）。一方、ヒータ電流供給指令を発生した
ならば、ヒータ電流供給指令発生から時間TFB以上の時
間が経過したか否かを判別する（ステップ54）。ヒータ
電流供給指令発生後、時間TFB以上の時間が経過してい
ない場合にはポンプ電流の供給停止状態を継続させる。
ヒータ電流供給指令発生後、時間TFB以上の時間が経過
している場合にはポンプ電流を供給するためにVs値指令
データを設定する（ステップ55）。
する。第７図に示すように先ず、制御回路31はヒータ電
流供給停止指令発生後にヒータ電流供給指令を発生した
か否かを判別する（ステップ51）。ヒータ電流供給指令
を発生していないならば、制御回路31の内部タイムカウ
ンタＡ（図示せず）に計数時間としてTFBをセットして
ダウン計数を開始させる（ステップ52）。そして、ポン
プ電流の供給を停止させるためにVs値指令データの内容
をVs＝０に対応する値に、例えば、Vs値指令データが４
ビットのディジタル信号の場合、“0000"に変更する
（ステップ53）。一方、ヒータ電流供給指令を発生した
ならば、ヒータ電流供給指令発生から時間TFB以上の時
間が経過したか否かを判別する（ステップ54）。ヒータ
電流供給指令発生後、時間TFB以上の時間が経過してい
ない場合にはポンプ電流の供給停止状態を継続させる。
ヒータ電流供給指令発生後、時間TFB以上の時間が経過
している場合にはポンプ電流を供給するためにVs値指令
データを設定する（ステップ55）。
よって、かかる空燃比制御装置においては、空燃比フィ
ードバック制御の開始によりヒータ電流供給指令が発生
して加熱素子6,7にヒータ電流がヒータ電流供給回路45
によって供給されると、それからTFB以上の時間が経過
したとき酸素ポンプ素子４の電極層11,12間にポンプ電
流が供給されるのである。
ードバック制御の開始によりヒータ電流供給指令が発生
して加熱素子6,7にヒータ電流がヒータ電流供給回路45
によって供給されると、それからTFB以上の時間が経過
したとき酸素ポンプ素子４の電極層11,12間にポンプ電
流が供給されるのである。
発明の効果 以上の如く、本発明の酸素濃度検出装置においては、加
熱素子への電流供給開始から所定時間経過後に酸素ポン
プ素子の電極間への電流供給が開始されるので酸素ポン
プ素子及び電池素子の温度が所定の出力特性を得ること
が可能な温度まで上昇した後にポンプ電流が供給され
る。よって、ポンプ電流が供給されるまで酸素濃度セン
サからは出力が得られないのでヒータ電流供給開始直後
に空燃比の誤判別を防止することができる。またヒータ
電流供給開始直後はポンプ電流を供給しても電池素子の
発生電圧が上昇しないので電池素子の発生電圧が一定値
になるようにポンプ電流の供給をフィードバック制御す
ることにより、酸素ポンプ素子に過大電圧が印加され過
剰のポンプ電流を供給してポンプ電流値がブラックニン
グ現象発生領域の値になる可能性があるが、本発明によ
れば、ヒータ電流供給開始と同時にポンプ電流が供給さ
れないのでブラックニング現象の発生を回避することが
でき、酸素ポンプ素子の急速な劣化を防止することがで
き、酸素濃度センサとしての良好な性能を維持すること
ができるのである。
熱素子への電流供給開始から所定時間経過後に酸素ポン
プ素子の電極間への電流供給が開始されるので酸素ポン
プ素子及び電池素子の温度が所定の出力特性を得ること
が可能な温度まで上昇した後にポンプ電流が供給され
る。よって、ポンプ電流が供給されるまで酸素濃度セン
サからは出力が得られないのでヒータ電流供給開始直後
に空燃比の誤判別を防止することができる。またヒータ
電流供給開始直後はポンプ電流を供給しても電池素子の
発生電圧が上昇しないので電池素子の発生電圧が一定値
になるようにポンプ電流の供給をフィードバック制御す
ることにより、酸素ポンプ素子に過大電圧が印加され過
剰のポンプ電流を供給してポンプ電流値がブラックニン
グ現象発生領域の値になる可能性があるが、本発明によ
れば、ヒータ電流供給開始と同時にポンプ電流が供給さ
れないのでブラックニング現象の発生を回避することが
でき、酸素ポンプ素子の急速な劣化を防止することがで
き、酸素濃度センサとしての良好な性能を維持すること
ができるのである。
第１図は酸素濃度−ポンプ電流特性及びブラックニング
現象発生領域を示す図、第２図は本発明による酸素濃度
検出装置中の酸素濃度センサを示す側面図、第３図ない
し第５図は酸素濃度センサの内部構成を示す図、第６図
は第２図の酸素濃度センサを用いた空燃比制御装置の構
成を示す図、第７図は本発明による酸素濃度検出装置の
動作を示す動作フロー図である。 主要部分の符号の説明 ４……酸素ポンブ素子 ５……電池素子 6,7……加熱素子 ８……間隙部 11ないし14……電極層 20……酸素濃度センサ 21……電流供給回路 30……非反転増幅器
現象発生領域を示す図、第２図は本発明による酸素濃度
検出装置中の酸素濃度センサを示す側面図、第３図ない
し第５図は酸素濃度センサの内部構成を示す図、第６図
は第２図の酸素濃度センサを用いた空燃比制御装置の構
成を示す図、第７図は本発明による酸素濃度検出装置の
動作を示す動作フロー図である。 主要部分の符号の説明 ４……酸素ポンブ素子 ５……電池素子 6,7……加熱素子 ８……間隙部 11ないし14……電極層 20……酸素濃度センサ 21……電流供給回路 30……非反転増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 櫛田 孝隆 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 長谷部 博 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (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 (56)参考文献 特開 昭59−230155（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−83241（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−187252（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−4850（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】内燃エンジンの排気ガス中に配設される一
対の酸素イオン伝導性固体電解質部材を有しその各固体
電解質部材に一対の電極が形成されかつ該一対の固体電
解質部材の一方が酸素ポンプ素子として他方が酸素濃度
比測定用電池素子として各々作用する酸素濃度検出手段
と、供給される電流値に応じて発熱して前記酸素濃度検
出手段を加熱する加熱素子とを有し、前記酸素濃度比測
定用電池素子の発生電圧を一定に維持するように前記酸
素ポンプ素子の電極間に電流をフィードバック制御によ
り供給しその供給電流値を酸素濃度検出値とする酸素濃
度検出装置であって、前記加熱素子への電流供給開始か
ら所定時間経過するまでは前記酸素ポンプ素子の電極間
への電流供給を停止し前記所定時間経過後に前記酸素ポ
ンプ素子の電極間への電流供給を開始することを特徴と
する酸素濃度検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60218501A JPH0789109B2 (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 酸素濃度検出装置 |
| GB8623478A GB2181256B (en) | 1985-09-30 | 1986-09-30 | Method for controlling an oxygen concentration sensing device |
| DE19863633194 DE3633194A1 (de) | 1985-09-30 | 1986-09-30 | Verfahren zum betreiben einer sauerstoffkonzentrationsdetektorvorrichtung |
| US07/142,298 US4808269A (en) | 1985-09-30 | 1988-01-04 | Method for controlling an oxygen concentration sensing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60218501A JPH0789109B2 (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 酸素濃度検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6276446A JPS6276446A (ja) | 1987-04-08 |
| JPH0789109B2 true JPH0789109B2 (ja) | 1995-09-27 |
Family
ID=16720915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60218501A Expired - Fee Related JPH0789109B2 (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 酸素濃度検出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4808269A (ja) |
| JP (1) | JPH0789109B2 (ja) |
| DE (1) | DE3633194A1 (ja) |
| GB (1) | GB2181256B (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3056365B2 (ja) * | 1993-12-28 | 2000-06-26 | 三菱電機株式会社 | 酸素濃度センサの制御装置 |
| US6071393A (en) * | 1996-05-31 | 2000-06-06 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Nitrogen oxide concentration sensor |
| JP3520163B2 (ja) * | 1996-09-30 | 2004-04-19 | 日本特殊陶業株式会社 | 酸素センサの制御方法及び装置 |
| JP3332761B2 (ja) | 1996-11-08 | 2002-10-07 | 日本特殊陶業株式会社 | 酸素濃度・窒素酸化物濃度測定方法及び装置 |
| JP4016790B2 (ja) * | 2002-10-10 | 2007-12-05 | 株式会社デンソー | ガス濃度検出装置 |
| JP5021601B2 (ja) * | 2008-10-16 | 2012-09-12 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサシステム |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6042368Y2 (ja) * | 1979-10-25 | 1985-12-26 | 日産自動車株式会社 | 空燃比制御装置 |
| JPS5883241A (ja) * | 1981-11-13 | 1983-05-19 | Nissan Motor Co Ltd | 酸素濃度センサ内蔵ヒ−タの制御装置 |
| JPS59187252A (ja) * | 1983-04-08 | 1984-10-24 | Ngk Insulators Ltd | 酸素センサ |
| JPS59230155A (ja) * | 1983-06-13 | 1984-12-24 | Nippon Denso Co Ltd | 酸素濃度検出装置 |
| JPS604850A (ja) * | 1983-06-23 | 1985-01-11 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素センサ |
| US4568443A (en) * | 1984-09-06 | 1986-02-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Air-to-fuel ratio sensor |
| JPH065217B2 (ja) * | 1985-03-07 | 1994-01-19 | 日産自動車株式会社 | 空燃比制御装置 |
-
1985
- 1985-09-30 JP JP60218501A patent/JPH0789109B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1986
- 1986-09-30 GB GB8623478A patent/GB2181256B/en not_active Expired
- 1986-09-30 DE DE19863633194 patent/DE3633194A1/de active Granted
-
1988
- 1988-01-04 US US07/142,298 patent/US4808269A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3633194A1 (de) | 1987-04-02 |
| GB8623478D0 (en) | 1986-11-05 |
| DE3633194C2 (ja) | 1988-01-14 |
| GB2181256A (en) | 1987-04-15 |
| JPS6276446A (ja) | 1987-04-08 |
| US4808269A (en) | 1989-02-28 |
| GB2181256B (en) | 1989-09-06 |
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| JPH0568652B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |