JPS5965249A - 酸素濃度検出器 - Google Patents
酸素濃度検出器Info
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- JPS5965249A JPS5965249A JP57174602A JP17460282A JPS5965249A JP S5965249 A JPS5965249 A JP S5965249A JP 57174602 A JP57174602 A JP 57174602A JP 17460282 A JP17460282 A JP 17460282A JP S5965249 A JPS5965249 A JP S5965249A
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- JP
- Japan
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- voltage
- air
- output
- electrolyte
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、酸素濃度検出器に関する。
従来の酸素濃度検出器について、以下第1図乃至第4図
を用いて説明する。
を用いて説明する。
第1図において、燃焼器1は、例えばガソリン機関、デ
ィーゼル機関である。燃焼器1の出口には排気管2が接
続され、排気管2の一部に検出器3が取り付けられてい
る。検出器3の一部は、Zr0t YvOlの混合物
等の酸素イオン電導性を有する固体の電解質31から成
る。電解質31には、その両側に、多孔性の白金電極3
2.33が設けられている。寛N買31のまわりには耐
熱性の材料から成るおおい34が取シ付けられ、電解質
31の電極33が直接排気にさらされるのを防止してい
る。おおい34の一部に拡散抵抗体であるオリフィス3
5が設けられている。オリフィス35の径は0.5m+
n、長さは2M程度、寛解質31の電気抵抗は数Ωから
数十Ωである。おおい34と電解質31でかこまれたチ
ャンバ36の体積は、4X10−”cn?程度である。
ィーゼル機関である。燃焼器1の出口には排気管2が接
続され、排気管2の一部に検出器3が取り付けられてい
る。検出器3の一部は、Zr0t YvOlの混合物
等の酸素イオン電導性を有する固体の電解質31から成
る。電解質31には、その両側に、多孔性の白金電極3
2.33が設けられている。寛N買31のまわりには耐
熱性の材料から成るおおい34が取シ付けられ、電解質
31の電極33が直接排気にさらされるのを防止してい
る。おおい34の一部に拡散抵抗体であるオリフィス3
5が設けられている。オリフィス35の径は0.5m+
n、長さは2M程度、寛解質31の電気抵抗は数Ωから
数十Ωである。おおい34と電解質31でかこまれたチ
ャンバ36の体積は、4X10−”cn?程度である。
検出器3の一部にはヒータ38が設けられている。ヒー
タ38は絶縁性のセラミック、例えば窒化けい素から構
成され、その中に、タングステン線が埋ぼつされている
。タングステン線には電気回路6によって電力が供給さ
れる。電気回路6は、比較器63、スイッチ64、スイ
ッチ65、電源66から構成されている。ヒータ38の
熱は、電解質31、おオイ34に伝わるようになってい
る。おおい34のまわシに、ごみよけ37が設けられ、
その一部にオリフィス39が開口している。また、ごみ
ょけ37とおおい34にかこまれたチャンバ4oは、パ
イプ41、電磁弁42を介して、大気と導通するように
なっている。電極32は端子43を介し、電気回路5に
接続している。電極33はおおい34を介して電気回路
5に接f1恍されている。′電気回路5の一部に書き換
え可能なりe憶装置51が設けられている。端子43に
は中空孔44が設けられ、電極32は大気と連通してい
る。
タ38は絶縁性のセラミック、例えば窒化けい素から構
成され、その中に、タングステン線が埋ぼつされている
。タングステン線には電気回路6によって電力が供給さ
れる。電気回路6は、比較器63、スイッチ64、スイ
ッチ65、電源66から構成されている。ヒータ38の
熱は、電解質31、おオイ34に伝わるようになってい
る。おおい34のまわシに、ごみよけ37が設けられ、
その一部にオリフィス39が開口している。また、ごみ
ょけ37とおおい34にかこまれたチャンバ4oは、パ
イプ41、電磁弁42を介して、大気と導通するように
なっている。電極32は端子43を介し、電気回路5に
接続している。電極33はおおい34を介して電気回路
5に接f1恍されている。′電気回路5の一部に書き換
え可能なりe憶装置51が設けられている。端子43に
は中空孔44が設けられ、電極32は大気と連通してい
る。
以下の構成の動作は下記の通りである。いま、スイッチ
65を閉じると、ヒータ38に電流が流れる。ヒータ3
8が600〜1000tll’の範囲で一定の温度にな
るようヒータ38の抵抗を比較器63で基準値と比較し
、スイッチ64をON、OFFする。ヒータ38によっ
て、電解質31、おおい34が加熱され、電解質31の
酸素イオン電導性が向上する。ここで、電極32に正、
電極33を負として、0〜2v程度の電圧を印加すると
、電解質31には、チャンバ36の酸素分圧が零近くに
なるまで電流が流れる。この電流は、第2図に示したよ
うに、オリフィス35の外側、スなわち、チャンバ4o
内の酸素分圧による拡散酸素量とバランスするまで流れ
る。拡散酸素量は、酸素分圧のほかに、拡散抵抗、すな
わち、オリフィス35の径、長さの影Vを受け、ごみ等
がオリフィス35の一部に付着すると変化し、検出誤差
となる。
65を閉じると、ヒータ38に電流が流れる。ヒータ3
8が600〜1000tll’の範囲で一定の温度にな
るようヒータ38の抵抗を比較器63で基準値と比較し
、スイッチ64をON、OFFする。ヒータ38によっ
て、電解質31、おおい34が加熱され、電解質31の
酸素イオン電導性が向上する。ここで、電極32に正、
電極33を負として、0〜2v程度の電圧を印加すると
、電解質31には、チャンバ36の酸素分圧が零近くに
なるまで電流が流れる。この電流は、第2図に示したよ
うに、オリフィス35の外側、スなわち、チャンバ4o
内の酸素分圧による拡散酸素量とバランスするまで流れ
る。拡散酸素量は、酸素分圧のほかに、拡散抵抗、すな
わち、オリフィス35の径、長さの影Vを受け、ごみ等
がオリフィス35の一部に付着すると変化し、検出誤差
となる。
第1図の構成では、オリフィス35を直接、排気にさら
さず、とみよけ37によって、排ガス中の炭素、鉛等の
粒子、燃料の未燃成分がオリフィス35に達するのを防
止するとともに、おおい34が排気の気流で冷却、過熱
されるのを防止している。ここで、オリフィス35は拡
散抵抗を与えるものであれば、セラミック多孔材でもよ
い。また、燃焼器1の始動時は、排気中に多蓋の未燃分
が含まれ、おおい34、電解質31の表面に付着したり
、オリフィス35を目づまシさせたりする。本 。
さず、とみよけ37によって、排ガス中の炭素、鉛等の
粒子、燃料の未燃成分がオリフィス35に達するのを防
止するとともに、おおい34が排気の気流で冷却、過熱
されるのを防止している。ここで、オリフィス35は拡
散抵抗を与えるものであれば、セラミック多孔材でもよ
い。また、燃焼器1の始動時は、排気中に多蓋の未燃分
が含まれ、おおい34、電解質31の表面に付着したり
、オリフィス35を目づまシさせたりする。本 。
発明の芙施例では、燃焼器1の停止時、始動時には、電
磁弁42を開放しであるので、チャンバ40には大気が
存在しているので、始動時のよごれを防止することがで
きる。スイッチ65を投入し、ヒータ38が加熱される
まで一定時間待って、電流工0を測定する。この場合、
チャンバ4oは大気であるので、 工◎= K X Pム ・・・・・・・・・
・旧・・・・・(1)ここに、K:拡散抵抗 Pム :酸素分圧(=21%) となる。この工◎を記憶装置51に一時記憶する。
磁弁42を開放しであるので、チャンバ40には大気が
存在しているので、始動時のよごれを防止することがで
きる。スイッチ65を投入し、ヒータ38が加熱される
まで一定時間待って、電流工0を測定する。この場合、
チャンバ4oは大気であるので、 工◎= K X Pム ・・・・・・・・・
・旧・・・・・(1)ここに、K:拡散抵抗 Pム :酸素分圧(=21%) となる。この工◎を記憶装置51に一時記憶する。
その後、電磁弁42を閉じると、チャンバ40内の酸素
濃度は、排気中と同じくなるので、このときの電流工を
測定すれば、酸素濃度Xはとなる。すなわち、■を■。
濃度は、排気中と同じくなるので、このときの電流工を
測定すれば、酸素濃度Xはとなる。すなわち、■を■。
で補正すれば、拡散抵抗の変化による誤差を解消するこ
とができる。
とができる。
第3図において、理論定燃比(14,7)で0.5vの
起電力がありそれより空燃比が小さくなると急激に起電
力が増加し、14.5以下になると徐々に起電力が堆力
口する。
起電力がありそれより空燃比が小さくなると急激に起電
力が増加し、14.5以下になると徐々に起電力が堆力
口する。
第4図は、空燃比と起動力の関係を示す。ここで、自動
車などにおいては、排気ガス中の酸素濃度は時間ととも
に変動するので、検出器の出力は、この時間的変動の平
均として取シだされる。一方、検出器の出力は、第4図
に示すように、0%以上は、岐素凝厩に比例して出力が
増加し、0%以下では、常にその出力は零である。そこ
で、酸素濃度が図中人のように変動した場合、検出器の
出力は、平均的な値であるV、を示すし、図中Bのよう
な場合、検出器の出力はV h k示し、本来の出力の
零に対して、誤差金示すことになる。この現象は、低酸
素濃度状態で生じてくるため、リーン状態における検出
が精度よく行えないという問題がある。
車などにおいては、排気ガス中の酸素濃度は時間ととも
に変動するので、検出器の出力は、この時間的変動の平
均として取シだされる。一方、検出器の出力は、第4図
に示すように、0%以上は、岐素凝厩に比例して出力が
増加し、0%以下では、常にその出力は零である。そこ
で、酸素濃度が図中人のように変動した場合、検出器の
出力は、平均的な値であるV、を示すし、図中Bのよう
な場合、検出器の出力はV h k示し、本来の出力の
零に対して、誤差金示すことになる。この現象は、低酸
素濃度状態で生じてくるため、リーン状態における検出
が精度よく行えないという問題がある。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものでアシ、そ
の目的は、リーン領域においても検出精度の高いば素濃
匿検出器fr、提供するにある。
の目的は、リーン領域においても検出精度の高いば素濃
匿検出器fr、提供するにある。
本発明は、電解質に流れ込む電流のみならず、電解質か
ら流れ出る電流をも検出するようにしたものである。
ら流れ出る電流をも検出するようにしたものである。
本発明の一実施例について第5図、第6図を用いて説明
する。
する。
定電圧源100は、一定電圧を発生し、検出器3に印加
する。この時の一流を抵抗108で検出し、電圧変換器
109によf)電圧に変換して記憶装置51に出力する
。定電圧源100は、抵抗106により電圧を検出し、
ダイオード105の基準電圧によυ、トランジスター0
4のベース電IALを制御する。定電圧源100の負荷
が小さくなるとトランジスター04のベース電流が増加
し、m抗102によりトランジスター01のベース電が 流小さくな多出力電圧の増加を防止する。ダイオΔ −ド107は定電圧源100の印加電圧より検出器の起
電力が大きくなった場合定電圧源100に逆流するのを
防止するもので、定電圧源100の出力電圧の検出を抵
抗106に変えて、例えばバッファアンプ等を使用して
検出することにより、検出器3の起電力が定電圧源10
0の印加電圧より大きくなって、定電圧源100に逆流
しないものであれば、同様の効果を持つ。今理論空燃比
よす空燃比が小さくなると、検出器3に第4図に示すよ
うな起電力が発生する。そこで、ここでは新たに信号検
出器120を用いている。すると抵抗108を流れる電
流は逆向きとなシ、抵抗114よシアースに泥れる。こ
のため電圧変換器109には負の信号が発生する。ここ
で定電圧源100の電圧と検出器3の起電力の差を取り
、公知の関数発生器112により空燃比と加算器111
の出力を直線近似することによシ、その出力により、ト
ランジスタ113のペース電流を変化させ、抵抗108
を流れる電流全分流することにより加算器109の出力
全理論空燃比よシ小さい領域が負の信号として出力する
ことにより検出器3の検出領域を広くできる。
する。この時の一流を抵抗108で検出し、電圧変換器
109によf)電圧に変換して記憶装置51に出力する
。定電圧源100は、抵抗106により電圧を検出し、
ダイオード105の基準電圧によυ、トランジスター0
4のベース電IALを制御する。定電圧源100の負荷
が小さくなるとトランジスター04のベース電流が増加
し、m抗102によりトランジスター01のベース電が 流小さくな多出力電圧の増加を防止する。ダイオΔ −ド107は定電圧源100の印加電圧より検出器の起
電力が大きくなった場合定電圧源100に逆流するのを
防止するもので、定電圧源100の出力電圧の検出を抵
抗106に変えて、例えばバッファアンプ等を使用して
検出することにより、検出器3の起電力が定電圧源10
0の印加電圧より大きくなって、定電圧源100に逆流
しないものであれば、同様の効果を持つ。今理論空燃比
よす空燃比が小さくなると、検出器3に第4図に示すよ
うな起電力が発生する。そこで、ここでは新たに信号検
出器120を用いている。すると抵抗108を流れる電
流は逆向きとなシ、抵抗114よシアースに泥れる。こ
のため電圧変換器109には負の信号が発生する。ここ
で定電圧源100の電圧と検出器3の起電力の差を取り
、公知の関数発生器112により空燃比と加算器111
の出力を直線近似することによシ、その出力により、ト
ランジスタ113のペース電流を変化させ、抵抗108
を流れる電流全分流することにより加算器109の出力
全理論空燃比よシ小さい領域が負の信号として出力する
ことにより検出器3の検出領域を広くできる。
第6図は第5図の実施例の特性図である。これによると
、理論空燃比以下は負信号として出力される。
、理論空燃比以下は負信号として出力される。
第7図は第5図の変形例である。トランジスタ113の
エミッタを抵抗114アース側にシ、コレクタに抵抗1
15を付けた。また設定器117の出力と抵抗108の
電気回路側の検出電圧を加算器116で加算し、その信
号と抵抗108の検出器3側の検出電圧とを電圧検出器
109で加算することにより電圧が大きい側にシストし
ておき、理論空燃比よシ小さい領域でも正の信号として
検出できる。
エミッタを抵抗114アース側にシ、コレクタに抵抗1
15を付けた。また設定器117の出力と抵抗108の
電気回路側の検出電圧を加算器116で加算し、その信
号と抵抗108の検出器3側の検出電圧とを電圧検出器
109で加算することにより電圧が大きい側にシストし
ておき、理論空燃比よシ小さい領域でも正の信号として
検出できる。
第8図にその特性を示す。
第5図、第7図の実施例で関数発生器112を使用した
が、この関数発生器112を取りはずし又も、直線性は
下がるがトランジスタ113の特性を利用すれば可能で
ある。
が、この関数発生器112を取りはずし又も、直線性は
下がるがトランジスタ113の特性を利用すれば可能で
ある。
第9図は本発明の他の実施例である。検出器3の起′亀
刀が定電圧源100の印加電圧より大きくなると抵抗1
14を通って逆電流が抵抗108i流れ電圧検出器10
9の出力は負出力となる。第10図の実線の様になシ理
論空燃比以下で急激に下が9その波数々に低下する。第
10図において、今エンジンの排出酸素#度(空燃比)
が時間的、空間的に変化した場合、点線の様に酸素′a
度で2%(空燃比で1程度)変化した場合は理論空燃比
で出力が小さくなる。一点破線の様に酸素濃度4%変化
の場合は理論空燃比は高くなる。しかし変化量は小式<
、この方法でも測定可能である。またこの方法でも第7
図と同様にバイアスを加えてシストすることによシ正方
向の出力のみで検出可能である。
刀が定電圧源100の印加電圧より大きくなると抵抗1
14を通って逆電流が抵抗108i流れ電圧検出器10
9の出力は負出力となる。第10図の実線の様になシ理
論空燃比以下で急激に下が9その波数々に低下する。第
10図において、今エンジンの排出酸素#度(空燃比)
が時間的、空間的に変化した場合、点線の様に酸素′a
度で2%(空燃比で1程度)変化した場合は理論空燃比
で出力が小さくなる。一点破線の様に酸素濃度4%変化
の場合は理論空燃比は高くなる。しかし変化量は小式<
、この方法でも測定可能である。またこの方法でも第7
図と同様にバイアスを加えてシストすることによシ正方
向の出力のみで検出可能である。
従来よpこれ等の装置を使用して行なわれていたエンジ
ンの空燃比制御は、箪燃比センサの機能が例えば理論空
燃比を検出するものや、理論空燃比より大きい空燃比を
検出するものであるため制御装置としては不確実なもの
であった。しかし自動車用のエンジンでは、部分負荷時
は燃費の面よシ空燃比を大きくして運転するのが有利で
ある。
ンの空燃比制御は、箪燃比センサの機能が例えば理論空
燃比を検出するものや、理論空燃比より大きい空燃比を
検出するものであるため制御装置としては不確実なもの
であった。しかし自動車用のエンジンでは、部分負荷時
は燃費の面よシ空燃比を大きくして運転するのが有利で
ある。
一方エンジンの出力が問題となる加速時等においては空
−燃比は出力窒燃比(13程既)にする必要がある。こ
のため空燃比は大きい領域(20近く)より小さい領域
(13近<)′!l:で自由に制御する必要がある。一
方このような空燃比を犬きく変化させる場合運転性の面
よシステップ状に変化させると問題があるため、空燃比
の変化は滑らかに変える必要がある。このため本発明で
示した様な空燃比13よ920以上まで測定できるセン
サが必要となる。特に空燃比13近くは出力は出るが燃
費が低下するため、現在のように燃料供給装置と空気量
等により、制御する場合は、空燃比の多少のずれが燃費
の増力口、出力不足等となるため、出力と燃費が増々き
びしくなる今後のエンジンの空燃比制御では出力空燃比
の制御も重要になる。一方リーンバーンが行なわれると
、空燃比が大きい領域でも燃焼室内のフィンチェリアの
増加のためHCが増加する傾向にある。またそれにより
余剰酸素とHCの反応によシCOも増加する。このたメ
lj−ンパーンエンジンでもCo、HCの浄化性能に大
きな子桁はないため、出力空燃比にした時に空燃比が小
さい方向にずれると、Co、HCの排出は急激に増加し
、燃費も増大するため、排気浄化、燃費の而よp出力空
燃比の制御も重要である。一方NOXの浄化性よシ見る
と空燃比は25近くで運転する必俊がある。
−燃比は出力窒燃比(13程既)にする必要がある。こ
のため空燃比は大きい領域(20近く)より小さい領域
(13近<)′!l:で自由に制御する必要がある。一
方このような空燃比を犬きく変化させる場合運転性の面
よシステップ状に変化させると問題があるため、空燃比
の変化は滑らかに変える必要がある。このため本発明で
示した様な空燃比13よ920以上まで測定できるセン
サが必要となる。特に空燃比13近くは出力は出るが燃
費が低下するため、現在のように燃料供給装置と空気量
等により、制御する場合は、空燃比の多少のずれが燃費
の増力口、出力不足等となるため、出力と燃費が増々き
びしくなる今後のエンジンの空燃比制御では出力空燃比
の制御も重要になる。一方リーンバーンが行なわれると
、空燃比が大きい領域でも燃焼室内のフィンチェリアの
増加のためHCが増加する傾向にある。またそれにより
余剰酸素とHCの反応によシCOも増加する。このたメ
lj−ンパーンエンジンでもCo、HCの浄化性能に大
きな子桁はないため、出力空燃比にした時に空燃比が小
さい方向にずれると、Co、HCの排出は急激に増加し
、燃費も増大するため、排気浄化、燃費の而よp出力空
燃比の制御も重要である。一方NOXの浄化性よシ見る
と空燃比は25近くで運転する必俊がある。
本発明によれば、酸素濃度検出器におけるリーン領域で
の検出M度が向上する。
の検出M度が向上する。
第1図は、従来例の構成図であり、第2図乃至第4図は
、第1図の例の説明図であり、第5図は、本発明の一実
施例の構成図であ夛、第6図は、第5図の特性図で21
、第7図は、本発明の他の実施例の構成図であり、第8
図は、第7図の特性図であp1100は、本発明のその
他の実施例の構成図であp1第10図は、第9図の特性
図である。 3・・・検田器、100・・・定電圧源、108,11
4蓼 10 ¥3[21躬4圀 第 5 目 rnQ 00 名 60 O ’ 02(”/、) 第′7(2)
、第1図の例の説明図であり、第5図は、本発明の一実
施例の構成図であ夛、第6図は、第5図の特性図で21
、第7図は、本発明の他の実施例の構成図であり、第8
図は、第7図の特性図であp1100は、本発明のその
他の実施例の構成図であp1第10図は、第9図の特性
図である。 3・・・検田器、100・・・定電圧源、108,11
4蓼 10 ¥3[21躬4圀 第 5 目 rnQ 00 名 60 O ’ 02(”/、) 第′7(2)
Claims (1)
- 1、酸素イオン電導性の電解質の一方が大気に面し、他
方が拡散抵抗を有する基準室に面し、両面間に所定′電
圧を印加し、この電解質に流れる電流により酸素濃度を
検出する酸素濃度検出器において、上記電解質の起電力
が上記印加電圧より大きい時には、上記電解質から流れ
出る電流を検出するようにしたことを特徴とする酸素濃
度検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57174602A JPS5965249A (ja) | 1982-10-06 | 1982-10-06 | 酸素濃度検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57174602A JPS5965249A (ja) | 1982-10-06 | 1982-10-06 | 酸素濃度検出器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5965249A true JPS5965249A (ja) | 1984-04-13 |
Family
ID=15981439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57174602A Pending JPS5965249A (ja) | 1982-10-06 | 1982-10-06 | 酸素濃度検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5965249A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120167656A1 (en) * | 2009-07-01 | 2012-07-05 | Robert Bosch Gmbh | Method and Diagnostic Device for Diagnosing a Heatable Exhaust Gas Sensor of an Internal Combustion Engine |
-
1982
- 1982-10-06 JP JP57174602A patent/JPS5965249A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120167656A1 (en) * | 2009-07-01 | 2012-07-05 | Robert Bosch Gmbh | Method and Diagnostic Device for Diagnosing a Heatable Exhaust Gas Sensor of an Internal Combustion Engine |
| US9062623B2 (en) * | 2009-07-01 | 2015-06-23 | Robert Bosch Gmbh | Method and diagnostic device for diagnosing a heatable exhaust gas sensor of an internal combustion engine |
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