JPS6078340A - air fuel ratio detector - Google Patents
air fuel ratio detectorInfo
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- JPS6078340A JPS6078340A JP58185064A JP18506483A JPS6078340A JP S6078340 A JPS6078340 A JP S6078340A JP 58185064 A JP58185064 A JP 58185064A JP 18506483 A JP18506483 A JP 18506483A JP S6078340 A JPS6078340 A JP S6078340A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、空燃比検出器に係り、特に内燃機関の空燃比
制御に用いるのに好適な空燃比検出器に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an air-fuel ratio detector, and particularly to an air-fuel ratio detector suitable for use in controlling the air-fuel ratio of an internal combustion engine.
従来の空燃比検出器としては、例えば、特開昭51−4
5587に記載のように、袋管状の固体電解質の外側と
内側に白金電極を設け、内側電極を大気にさらし、外側
電極を内燃機関の排気ガスに接触させるものがある。こ
の検出器の出力は、理論空燃比(λ=1.0)において
、ステップ的に変化する。すなわち、理論空燃比よシ過
濃なリッチ領域(λ< i、、 o )では、約800
mVの高い出力が得られ、理論空燃比よシ希薄なり一ン
領域(λ〉1.0)では、約200mVの低い出力が得
られるものである。この空燃比検出器は、現在ではポピ
ユラーなものとなり、内燃機関の空燃比制御に広く用い
られてきている。As a conventional air-fuel ratio detector, for example, JP-A-51-4
5587, in which platinum electrodes are provided on the outside and inside of a bag-tubular solid electrolyte, the inner electrode is exposed to the atmosphere, and the outer electrode is brought into contact with the exhaust gas of an internal combustion engine. The output of this detector changes stepwise at the stoichiometric air-fuel ratio (λ=1.0). In other words, in the rich region (λ < i,,o) which is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, approximately 800
A high output of mV can be obtained, and in a region where the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (λ>1.0), a low output of about 200 mV can be obtained. This air-fuel ratio detector has now become popular and has been widely used for air-fuel ratio control of internal combustion engines.
しかしながら、この検出器では、理論空燃比に対する過
濃・希薄の判別しかできないのに対し、近年は、内燃機
関のリーンバーン制御の必要性が省エネの観点から取り
上げられてきている。この制御を行うためには、リーン
領域において、出力が直線的に変化する空燃比検出器が
必要となる。However, this detector can only distinguish between rich and lean relative to the stoichiometric air-fuel ratio, whereas in recent years, the necessity of lean burn control of internal combustion engines has been taken up from the viewpoint of energy saving. In order to perform this control, an air-fuel ratio detector whose output changes linearly in a lean region is required.
このような空燃比検出器としては、種々のもの研究開発
されているが、−例として、特開昭55−62349号
に記載されたものが知られている。Various types of such air-fuel ratio detectors have been researched and developed, and one known example is one described in Japanese Patent Laid-Open No. 55-62349.
この検出器は、固体電解質の両面に白金電極を設け、一
方の白金電極を多孔性の拡散抵抗体でおおい、両電極間
に電流を流し、その時の起電力を測定するものである。In this detector, platinum electrodes are provided on both sides of a solid electrolyte, one of the platinum electrodes is covered with a porous diffusion resistor, a current is passed between the two electrodes, and the electromotive force at that time is measured.
この起電力は、リーン領域で直線的に変化する。そして
、′電流の流す方向を逆にすることにより、リッチ領域
にて起電力が直線的に変化するものにできる。すなわち
、この検出器におっては、電流の流し込み方向を変える
ことによって、リーン領域もリッチ領域も測定できる。This electromotive force changes linearly in the lean region. By reversing the direction of current flow, the electromotive force can be made to vary linearly in the rich region. That is, this detector can measure both lean and rich regions by changing the direction of current flow.
しかしながら、リーンからリッチ領域まで測定できるよ
うにするには、理論空燃比を境として電流の流し込み方
向を切換える手段が必要となシ、構成が複雑化するとい
う問題がある。However, in order to be able to measure from a lean to a rich region, a means for switching the direction of current flow with the stoichiometric air-fuel ratio as a boundary is required, which results in a complicated configuration.
本発明の目的は、簡単な構成にして、リーン領域からリ
ッチ領域までの空燃比の測定の可能な空燃比検出器を提
供するにある。An object of the present invention is to provide an air-fuel ratio detector that has a simple configuration and is capable of measuring air-fuel ratios from a lean region to a rich region.
本発明は、拡散抵抗体により酸素の拡散の制限される電
極近傍へ酸素を送り込む酸素のバイアス手段を設けたも
のである。The present invention is provided with an oxygen bias means for sending oxygen to the vicinity of the electrode where the diffusion of oxygen is restricted by the diffusion resistor.
このバイアス手段を設けることによシ、リッチ領域にお
いても、電極近傍に酸素が存在することになる。したが
って、リーン領域の特性をそのままリッチ側にシフトし
た特性が得られるため、リッチ領域からり一ン領域まで
測定が可能となる。By providing this bias means, oxygen is present near the electrode even in the rich region. Therefore, since the characteristics obtained by shifting the characteristics of the lean region to the rich side are obtained, it is possible to measure from the rich region to the lean region.
本発明の一実施例について、以下図面を用いて説明する
。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図は本発明に係る空燃比検出器を備えた自動車エン
ジンの制御システムの一実施例を示す構成図である。第
1図において、1はスロットルチャンバ、2は熱線式吸
入空気量検出器、3は噴射弁、4はスロットル角センサ
を有するスロットルアクチュエータ、5は点火プラグ、
6は水温センサ、7は本発明に係る空燃比検出器、8は
クランク角センサ、9は点火コイル、10はマイクロコ
ンピュータ、11は空燃比検出器7の制御回路、12は
ヒータ制御回路、13は燃焼室で、本システムにおいて
は、空燃比をリッチ領域(λ〈1)からり一ン領域(λ
〉1)の広い範囲において空燃比を検出可能の空燃比セ
ンサ7を用いて空燃比を検出して空燃比制御を行うよう
にしである。すなわち、回転数、負荷、水温等により制
御したい空燃比がマイクロコンピュータ10で決定され
ると、それが噴射弁3、スロットアクチュエータ4に出
力され、閉ループ制御される。吸入空気量は吸入空気量
検出器2で検出される。スロットルチャンバ1において
形成された混合気は、燃焼室13に入9、点火プラグ5
によυ点火され、その後、排気ガスが排気管14に流れ
ろ。このとさ、空燃比検出器7によって実空燃比を検出
し、その信号をマイクロコンピュータ10に入力して閉
ループ制御を行う。なお、空燃比検出器7は、使用して
いる固体電解質の特性上、高温に加熱しなければならカ
いので、ヒータ駆動回路12を設けておる。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an automobile engine control system equipped with an air-fuel ratio detector according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a throttle chamber, 2 is a hot wire intake air amount detector, 3 is an injection valve, 4 is a throttle actuator having a throttle angle sensor, 5 is a spark plug,
6 is a water temperature sensor, 7 is an air-fuel ratio detector according to the present invention, 8 is a crank angle sensor, 9 is an ignition coil, 10 is a microcomputer, 11 is a control circuit for the air-fuel ratio detector 7, 12 is a heater control circuit, 13 is the combustion chamber, and in this system, the air-fuel ratio is varied from the rich region (λ<1) to the rich region (λ
The air-fuel ratio is controlled by detecting the air-fuel ratio using the air-fuel ratio sensor 7 which is capable of detecting the air-fuel ratio in the wide range of (1). That is, when the air-fuel ratio to be controlled is determined by the microcomputer 10 based on the rotation speed, load, water temperature, etc., it is output to the injection valve 3 and the slot actuator 4, and closed-loop control is performed. The intake air amount is detected by an intake air amount detector 2. The air-fuel mixture formed in the throttle chamber 1 enters the combustion chamber 13 and enters the spark plug 5.
ignition, and then the exhaust gas flows into the exhaust pipe 14. At this time, the actual air-fuel ratio is detected by the air-fuel ratio detector 7, and its signal is input to the microcomputer 10 to perform closed-loop control. Note that the air-fuel ratio detector 7 must be heated to a high temperature due to the characteristics of the solid electrolyte used, so a heater drive circuit 12 is provided.
第2図は第1図のマイクロコンピュータ10の詳細構成
図である。アナログの入力信号としては、熱線式吸入空
気量検出器2からの空気量信号AP、水温センサ6から
の水温信号TW、スロットルアクチュエータ4からのス
ロットル開度信号θ、空燃比検出器7からの空燃比信号
02などがあり、これらの信号はマルチプレックサ30
に入力され、時分割的に各信号がセレクトされ、ADコ
ンバータ31に送られ、ここでディジタル信号に変換さ
れる。葦た、オン−オフ信号として入力される情報信号
15は、1ビツトのディジタル信号として゛扱う。さら
に、クランク角七ンサ8からのパルス列信号CRP、C
PPも入力される。32はROM。FIG. 2 is a detailed configuration diagram of the microcomputer 10 shown in FIG. 1. Analog input signals include the air amount signal AP from the hot-wire intake air amount detector 2, the water temperature signal TW from the water temperature sensor 6, the throttle opening signal θ from the throttle actuator 4, and the air amount signal from the air-fuel ratio detector 7. There are fuel ratio signals 02, etc., and these signals are sent to the multiplexer 30.
, each signal is selected in a time-division manner and sent to the AD converter 31, where it is converted into a digital signal. The information signal 15 input as an on-off signal is treated as a 1-bit digital signal. Furthermore, pulse train signals CRP and C from the crank angle sensor 8
PP is also input. 32 is ROM.
33はCPUで、CPU33は、ディジタル演算処Fl
−行うセントラルプロセシングユニットテアリ、ROM
32は、制御プログラムおよび固定データを格納する記
憶素子である。RAM34は、読み出しおよび書き込み
可能の記憶素子である。33 is a CPU, and the CPU 33 is a digital arithmetic processor Fl.
-Central processing unit data, ROM
32 is a storage element that stores a control program and fixed data. RAM 34 is a readable and writable storage element.
I10回路35はADコンバータ31および各センサか
らの信号をCPU33に送った9、CPU33からの信
号を噴射弁3の駆動回路36、スロットルアクチュエー
タ4、点火コイル9およヒ空燃比検出器7のヒータ駆動
回路12に送ったり、制御回路11へ制御信号118%
−送る機能を持っている。The I10 circuit 35 sends signals from the AD converter 31 and each sensor to the CPU 33, and sends the signals from the CPU 33 to the drive circuit 36 of the injection valve 3, the throttle actuator 4, the ignition coil 9, and the heater of the air-fuel ratio detector 7. Send control signal 118% to drive circuit 12 or control circuit 11
-Has a sending function.
空燃比検出器7は、空燃比e IJソチ領域(λ〈1)
からリーン領域(λ〉1)の広い範囲にわたつて検出で
きるものである。その原理を第3図を用いて説明する。The air-fuel ratio detector 7 detects the air-fuel ratio e IJ Sochi region (λ<1)
It can be detected over a wide range from 1 to 1 in the lean region (λ>1). The principle will be explained using FIG.
固体電解質40には、電極41aと41bが両面に設け
られておシ、さらにオリフィス42を有した拡散抵抗体
43によシ、電極41a’iおおうように拡散室44が
構成されている。また拡散抵抗体43の一部には、電極
45a、45bを有した固体電解質46が設けられてい
る。電極41は測定装置47、電極45は電源48に接
続されている。The solid electrolyte 40 has electrodes 41a and 41b provided on both sides thereof, and a diffusion chamber 44 is configured to cover the electrodes 41a'i by a diffusion resistor 43 having an orifice 42. Furthermore, a solid electrolyte 46 having electrodes 45a and 45b is provided in a part of the diffused resistor 43. The electrode 41 is connected to a measuring device 47, and the electrode 45 is connected to a power source 48.
ここで、固体電解質46、電極45a、45bおよび電
源48からなる酸素バイアス手段が本発明の要部であっ
て、最初に、この酸素バイアス手段以外の構成の動作に
ついて説明する。Here, the oxygen bias means consisting of the solid electrolyte 46, the electrodes 45a, 45b, and the power supply 48 is the main part of the present invention, and first, the operation of the components other than this oxygen bias means will be explained.
動作としては、2種類あシ、測定装置47から一定電流
jlt=第3図の図示の方向に流し、その時の起電力を
測定する場合と、測定装置47から一定の電圧V1e印
加し、その時流れる電流を測定する場合がある。There are two types of operation: one is to apply a constant current jlt from the measuring device 47 in the direction shown in FIG. Current may be measured.
第4図(a)の実線は、前者の例を示している。すなわ
ち7、理論空燃比(λ=101において、起電力がステ
ップ的に変化するとともに、リーン領域(λ)1.0)
においても起動力が変化する。そして、この起電力が変
化する点は、流し込む電流111 + 112などによ
って変化する。$3図において、オリフィス42は、酸
素が周囲から拡散室44内に拡散してくるのを制限する
。そして、周囲の酸素濃度に対応した酸素が拡散してく
る。一方、装置47からは図示の方向に電流が流しであ
るので、電極41aと電解質40の界面において拡散室
44中の酸素が酸素イオンに還元さ几る。The solid line in FIG. 4(a) shows the former example. In other words, 7, stoichiometric air-fuel ratio (at λ = 101, the electromotive force changes stepwise and the lean region (λ) is 1.0)
The starting force also changes. The point at which this electromotive force changes varies depending on the flowing current 111 + 112 and the like. In the $3 figure, orifice 42 restricts oxygen from diffusing into diffusion chamber 44 from the surroundings. Oxygen corresponding to the surrounding oxygen concentration then diffuses. On the other hand, since the current flows from the device 47 in the direction shown in the figure, the oxygen in the diffusion chamber 44 is reduced to oxygen ions at the interface between the electrode 41a and the electrolyte 40.
この酸素イオンは、電解質40中をイオン電導し、電解
質40と電極41bの界面において酸素に酸化される。These oxygen ions conduct ionically through the electrolyte 40 and are oxidized to oxygen at the interface between the electrolyte 40 and the electrode 41b.
すなわち、この固体電解質の酸素ポンプ作用によシ、拡
散室44内の酸素が外部にくみ出される。ここで、酸素
ポンプのくみ出し能力は、流し込む電流値によって異な
る。そして、空燃比が極めて大きく、周囲の酸素が多い
場合、オリフィス42からの拡散量が、ポンプのくみ出
し能力に比べて大きくなる。したがって、周囲も拡散室
44内も酸素で満されるため、両者の間の酸素の分圧差
は零であるが、はとんど小さいため、起電力は零に近い
。一方、ポンプのくみ出し能力が、拡散量に比べて充分
大きいと、拡散室内の酸素は零に近い。したがって、周
囲と拡散室内の間に酸素濃度の分圧差があるため、起電
力が発生する。That is, due to the oxygen pumping action of the solid electrolyte, oxygen within the diffusion chamber 44 is pumped out. Here, the pumping capacity of the oxygen pump differs depending on the current value flowing into it. If the air-fuel ratio is extremely high and there is a lot of oxygen in the surrounding area, the amount of diffusion from the orifice 42 will be large compared to the pumping capacity. Therefore, since both the surrounding area and the inside of the diffusion chamber 44 are filled with oxygen, the partial pressure difference of oxygen between the two is zero, but since the difference is very small, the electromotive force is close to zero. On the other hand, if the pumping capacity of the pump is sufficiently large compared to the amount of diffusion, the amount of oxygen in the diffusion chamber is close to zero. Therefore, since there is a partial pressure difference in oxygen concentration between the surroundings and the diffusion chamber, an electromotive force is generated.
尚、リッチ領域では、拡散室44の中も、その周囲も酸
素はほとんどないため、起電力は発生しない。したがっ
て、電極間に電流を流し込む方式にろっては、第4図(
a)に実線で示すような特性となる。そして、リーン領
域において起電力が低下する空燃比は、流し込む電流’
11 r ”12、すなわち、ポンプのくみ出し能力に
よって異なる。Note that in the rich region, there is almost no oxygen in or around the diffusion chamber 44, so no electromotive force is generated. Therefore, depending on the method of flowing current between the electrodes, the method shown in Fig. 4 (
The characteristics are as shown by the solid line in a). The air-fuel ratio at which the electromotive force decreases in the lean region is the current flowing into the
11 r ''12, that is, it depends on the pumping capacity.
また、第3図において、測定装置47より、電極41a
、41b間に所定の電圧v1を印加し、その時第3図の
矢印の方向に流れる限界電流11と、空燃比λとの関係
は、第4図(b)の実線のようになる。すなわち、リー
ン領域(λ> 1.0. )では、空燃比の増加にとも
なって増加する電流が得られる。オリフィス42から拡
散してくる酸素量は、周囲の酸素分圧に比例する。一方
、固体電解質40をはさむ電極41a、41b間には、
拡散室44内の酸素をくみ出すのに十分な電圧■1が印
加されている。したがって、この酸素ポンプは、拡散室
44内に拡散してくる酸素をすべてくみ出し、拡散室4
4内の酸素分圧が零に維持されるように動作する。その
結果、オリフィス42から拡散してくる酸素と、酸素ポ
ンプによってくみ出される酸素がバランスするので、酸
素ポンプを流れるイオン電流が、周囲の酸素濃度に比例
する。また、酸素ポンプを流れるイオン電流は、オリフ
ィス42から拡散してくる酸素によって制限されるため
、限界電流と称せられる。また、リッチ領域(λ(1,
01では、電極41a、41b間に一定電圧が印加され
ているにもかかわらず、運ばれるべき酸素イオンがない
ため、イオン伝導域から電子伝導域に移り、電流値が増
加する。In addition, in FIG. 3, from the measuring device 47, the electrode 41a
, 41b, the relationship between the limiting current 11 flowing in the direction of the arrow in FIG. 3 and the air-fuel ratio λ is as shown by the solid line in FIG. 4(b). That is, in the lean region (λ>1.0.), a current that increases as the air-fuel ratio increases is obtained. The amount of oxygen diffusing from the orifice 42 is proportional to the surrounding oxygen partial pressure. On the other hand, between the electrodes 41a and 41b sandwiching the solid electrolyte 40,
A voltage (1) sufficient to pump out the oxygen in the diffusion chamber 44 is applied. Therefore, this oxygen pump pumps out all the oxygen that diffuses into the diffusion chamber 44.
It operates so that the partial pressure of oxygen within 4 is maintained at zero. As a result, the oxygen diffused from the orifice 42 and the oxygen pumped by the oxygen pump are balanced, so that the ionic current flowing through the oxygen pump is proportional to the surrounding oxygen concentration. Also, the ion current flowing through the oxygen pump is limited by the oxygen diffusing from the orifice 42, and is therefore referred to as a limiting current. Also, the rich region (λ(1,
At 01, even though a constant voltage is applied between the electrodes 41a and 41b, there are no oxygen ions to be transported, so the current value shifts from the ion conduction region to the electron conduction region, and the current value increases.
第4図(a)、 (b)の実線の例にあっては、リーン
領域(λ)1.0)とリッチ領域(λ(1,(11の中
で2値をとる。したがってリッチ領域からり一ン領域に
かけての測定は不可能である。In the example of the solid line in Fig. 4 (a) and (b), the lean region (λ) is 1.0) and the rich region (λ (1, (2 values are taken in 11). Therefore, from the rich region Measurements over the entire range are not possible.
内燃機関の空燃比制御におって、制御されるべき空燃比
範囲は、リッチ領域が、はぼ0.7〈λ〈0.8であり
、理論空燃比が、λ=1.0(±0.05)であり、リ
ーン領域が、はぼ1.2<λ<1.4である。したがっ
て、空燃比検出器としては、λが0.7以上のリッチか
らり一ンの領域内で2値をとらなければよいことになる
。In the air-fuel ratio control of an internal combustion engine, the air-fuel ratio range to be controlled is such that the rich region is approximately 0.7<λ<0.8, and the stoichiometric air-fuel ratio is λ=1.0 (±0 .05), and the lean region is approximately 1.2<λ<1.4. Therefore, it is sufficient for the air-fuel ratio detector to take only two values within the range of λ from 0.7 to 0.7 or more.
そのような特性を得るために設けられたのが、酸素バイ
アス手段であって、第3図に示すように、固体電解質4
6、電極45a、45bおよび電源48から構成される
。そして、電源48からは、電極45a、45b間に電
圧■1が印加され、図示の方向に電流12が流れる。こ
の酸素バイアス手段は、周囲から拡散室44内に常に一
定量の酸素を供給する。このようにすることにより、リ
ッチ領域(λ<i、o)においても、拡散室44内には
酸素が存在するため、電極41a側の酸素分圧は、電極
41b側の酸素分圧より高く、起電力は、第3図(a)
の点線のようにハイレベルに維持される。Oxygen bias means was provided to obtain such characteristics, and as shown in FIG. 3, the solid electrolyte 4
6, electrodes 45a, 45b, and a power source 48. A voltage 1 is applied from the power source 48 between the electrodes 45a and 45b, and a current 12 flows in the direction shown. This oxygen bias means always supplies a constant amount of oxygen into the diffusion chamber 44 from the surroundings. By doing this, even in the rich region (λ<i, o), since oxygen exists in the diffusion chamber 44, the oxygen partial pressure on the electrode 41a side is higher than the oxygen partial pressure on the electrode 41b side. The electromotive force is shown in Figure 3 (a)
is maintained at a high level as shown by the dotted line.
この一定酸素量ヲバイアスすることにより、12=0に
おけるλ=1.0での起電力の低下は、第4図(a)中
の矢印人のようにリッチ領域へ平行移動される。また同
様の理由により、固体電解質40によシ移動する酸素量
と、オリフィス42を拡散する酸素量のバランスによシ
起電力が低下する点も第4図(a)中の矢印Bのように
リッチ側へ平行移動される。By biasing this constant oxygen amount, the decrease in electromotive force at λ=1.0 at 12=0 is translated to the rich region as shown by the arrow in FIG. 4(a). Also, for the same reason, the electromotive force decreases due to the balance between the amount of oxygen moving through the solid electrolyte 40 and the amount of oxygen diffusing through the orifice 42, as shown by arrow B in FIG. 4(a). Translated to the rich side.
すなわち、12を制御して適当な酸素量を拡散室44内
にバイアスすることにより、リッチ領域も検出できるよ
うになる。That is, by controlling 12 to bias an appropriate amount of oxygen into the diffusion chamber 44, it becomes possible to detect rich regions as well.
また、以上のように酸素をバイアスすることにより、限
界電流特性も第4図(b)中の矢印Cのように平行移動
することができる。これにより、λ〈1.0のリッチ領
域においても所定のλ(例えば、λ−0,7)以上のλ
に対して点線で示すようにリニアガ出力(限界電流値)
を得ることができる。Further, by biasing oxygen as described above, the limiting current characteristic can also be shifted in parallel as shown by arrow C in FIG. 4(b). As a result, even in the rich region of λ<1.0, λ greater than a predetermined λ (for example, λ-0,7)
Linear output (limit current value) as shown by the dotted line
can be obtained.
そして、この平行移動量は、電流12の大きさによって
制御できる。The amount of parallel movement can be controlled by the magnitude of the current 12.
このように、従来のような、供給電流値や、極性等の変
換を行なわなくてもリッチ領域が検出できるために、空
燃比が運転中過渡的にリッチ領域に突入したとしても実
際の空燃比変化全スムーズに測定でき、かつ電子伝導領
域への突入の心配もないので不感帯もなくなり制御性が
大幅に向上する。In this way, the rich region can be detected without converting the supply current value, polarity, etc. as in the past, so even if the air-fuel ratio transiently enters the rich region during operation, the actual air-fuel ratio cannot be detected. All changes can be measured smoothly, and there is no need to worry about entering the electron conduction region, so there is no dead zone and controllability is greatly improved.
第5図は、上記原理を応用した、本発明の一実施例の空
燃比検出器の具体的構成を示したものである。FIG. 5 shows a specific configuration of an air-fuel ratio detector according to an embodiment of the present invention to which the above principle is applied.
固体電解質49は円筒状をして訃り中空の部分に電極5
0aと50bが挿入しておる。また固体電解質49の一
部には、第3の電極51が筒状に設けてあり、それを多
孔質のコーティング層52で保護し、その外周に膜状の
ヒーター53が取り付けられている。電極50には、定
電流側−回路11により一定電流i1が供給されている
。また、電極51が、電極50aに′対して貝になるよ
うな電源11′により、電極50a、51間に電流12
を流す。さらにヒーター53には、制御回路12よシ固
体電解質49を所定温度、例えば800Cに加熱するだ
めの電流i3を流し込む。電流I3は、所定温に保つた
め、フィートノくツク制御される。なお、電極50aは
、電極50bに対して負の電位にガるように11を流し
込み、この時の起電力変化Ve測測定、空燃比を検出す
る。The solid electrolyte 49 has a cylindrical shape and has an electrode 5 in the hollow part.
0a and 50b are inserted. Further, a third electrode 51 is provided in a cylindrical shape in a part of the solid electrolyte 49, and is protected by a porous coating layer 52, and a membrane-shaped heater 53 is attached to the outer periphery of the third electrode 51. A constant current i1 is supplied to the electrode 50 by a constant current side circuit 11. In addition, a current 12
flow. Furthermore, a current i3 for heating the control circuit 12 and the solid electrolyte 49 to a predetermined temperature, for example 800C, is passed into the heater 53. The current I3 is controlled to keep the current at a predetermined temperature. Note that 11 is injected into the electrode 50a so as to have a negative potential with respect to the electrode 50b, and the electromotive force change Ve and air-fuel ratio at this time are measured.
本発明による空燃比検出器の動作原理を第6図により説
明する。固体電解質49は、ポーラス状になっており、
酸素は拡散により多孔を介して固体電解質49内を移動
できる。またこのポーラス状の固体電解質49は、拡散
抵抗体ともなり得るために、拡散律速により限界電流を
検出することができる。つ壕り、電極50bに対し50
aを負の電位にすれば、酸素イオンは図中の点線のよう
に移動する、この移動量と拡散により電極50aの付近
に移動する酸素量の・くランスにより限界電流値が測定
される。しかしこのままでは、λ〈1.0のリッチ領域
において、電極50a付近の酸素分圧が小さくなり、第
4図に示したような二値問題が発生する。そこで、電極
51′f:電極50aに対し負の電位となるように12
を流して、イオン伝導により、電極51から電極50a
の付近に酸素全バイアスする。この12を適切に選ぶこ
とにより第7図に点線で示したようなλ<1.0のリッ
チ領域でも空燃比を検出できるようになる。なお、コー
テイング材52は十分な気孔率金有するボーシス状にな
っているため酸素は拡散により容易に移動できる。第7
図において特性が第4図(a)のようにシャープに変化
していないのは、第6図の構成で拡散抵抗体(ここでは
固体電解質49)多孔質により構成されているために、
場所による孔径の違いによる抵抗のバラツキが原因であ
る。The operating principle of the air-fuel ratio detector according to the present invention will be explained with reference to FIG. The solid electrolyte 49 is porous,
Oxygen can move within the solid electrolyte 49 through the pores by diffusion. Moreover, since this porous solid electrolyte 49 can also function as a diffusion resistor, the limiting current can be detected by diffusion control. trench, 50% for electrode 50b
When a is set to a negative potential, oxygen ions move as shown by the dotted line in the figure. The limiting current value is measured by the amount of movement and the amount of oxygen moving near the electrode 50a due to diffusion. However, if this continues, the oxygen partial pressure near the electrode 50a becomes small in the rich region of λ<1.0, and a binary problem as shown in FIG. 4 occurs. Therefore, electrode 51'f: 12
flows from the electrode 51 to the electrode 50a by ionic conduction.
Oxygen total bias near . By appropriately selecting 12, the air-fuel ratio can be detected even in the rich region of λ<1.0 as shown by the dotted line in FIG. Incidentally, since the coating material 52 has a Bausis shape with sufficient porosity, oxygen can easily move through diffusion. 7th
The reason why the characteristics do not change as sharply as in FIG. 4(a) in the figure is because the diffusion resistor (in this case, the solid electrolyte 49) is porous in the configuration shown in FIG.
This is due to variations in resistance due to differences in pore diameter depending on location.
しかじ、この特性もλに対して1対1の■が得られるた
めに、第4図(a)の特性に比べて、制御信号として利
用し得るものである。尚、第5図の例を限界電流を測定
するように変形してもよい。However, since this characteristic also provides a one-to-one ratio of 2 with respect to λ, it can be used as a control signal better than the characteristic shown in FIG. 4(a). Note that the example shown in FIG. 5 may be modified to measure the limiting current.
第8図は、第5図の空燃比検出器をプローブ状になるよ
うに構成したものである。第8図(a)において、電極
50は支柱54に溶接されておυ、支柱54は絶縁性の
グローブ55にさし込まれている。さらに電極51は支
柱56に接続しておシ、ヒーター53は電極50aと支
柱57に接続されていて、支柱56.’57はグローブ
55にさし込まれている。第8図(a)中のセンサ部5
8のAA断面を第8図(b)に示した。電極50’a、
固体電解質49、電極51、コーティング層52(ヒー
ター53が同心円状になるように構成されている。FIG. 8 shows the air-fuel ratio detector of FIG. 5 configured into a probe shape. In FIG. 8(a), the electrode 50 is welded to a support 54, and the support 54 is inserted into an insulating globe 55. Further, the electrode 51 is connected to the column 56, and the heater 53 is connected to the electrode 50a and the column 57, and the heater 53 is connected to the column 56. '57 is inserted into glove 55. Sensor section 5 in FIG. 8(a)
The AA cross section of No. 8 is shown in FIG. 8(b). electrode 50'a,
The solid electrolyte 49, the electrode 51, and the coating layer 52 (heater 53) are arranged in concentric circles.
第9図は、空燃比検出器7の全体構成を示している。セ
ンサ部58の取り付けられているグローブ55は、ルー
パー59内に格納されて、排気管14に取シ付けられて
いる。それぞれの電極とヒーター線(50a、50b、
51,531は、第9図のようにリード線により取り出
されている。FIG. 9 shows the overall configuration of the air-fuel ratio detector 7. The glove 55 to which the sensor section 58 is attached is stored in the looper 59 and attached to the exhaust pipe 14. Each electrode and heater wire (50a, 50b,
51 and 531 are taken out by lead wires as shown in FIG.
なお、センサ部58を円筒状にすることにより熱応力に
よる経時変化の影響を回避できる。Note that by forming the sensor portion 58 in a cylindrical shape, it is possible to avoid the influence of changes over time due to thermal stress.
第10図には、薄板状の固体電解質60により構成され
た空燃比検出器を示した。第10図(a)に示したよう
に固体電解質60には、電極61a。FIG. 10 shows an air-fuel ratio detector composed of a thin plate-shaped solid electrolyte 60. As shown in FIG. 10(a), the solid electrolyte 60 includes an electrode 61a.
61b、62さらにヒーター63が取り付けられており
、センサ部64を構成している。第10図(b)ニオい
て、センサの動作を説明する。電極61aは、電極61
bに対して負の(低い)電位となるように回路11aに
より電流11が流される。このため酸素イオンは電極6
1aから61bに向って移動する。この時、電極61a
の付近の多孔質の固体電解質60が拡散抵抗体となるた
めに、所定の空燃比で起電力がステップ的に変化する。A heater 63 is further attached to the sensors 61b and 62, and constitutes a sensor section 64. The operation of the sensor will be explained with reference to FIG. 10(b). The electrode 61a is the electrode 61
A current 11 is caused to flow by the circuit 11a so as to have a negative (low) potential with respect to b. Therefore, oxygen ions are
It moves from 1a towards 61b. At this time, the electrode 61a
Since the porous solid electrolyte 60 in the vicinity of becomes a diffusion resistor, the electromotive force changes stepwise at a predetermined air-fuel ratio.
また、ここでもλ<1.0においても空燃比が検出でさ
るように電極62を電極61aに対して負の(低い)電
位になるように回路11bから12を流し、一定酸素量
をバイアスする。ヒーター63は、ヒーター回路12に
よシ加熱される。Also, in this case, even when λ<1.0, the circuits 11b to 12 are applied so that the electrode 62 has a negative (lower) potential with respect to the electrode 61a so that the air-fuel ratio can be detected, and a constant amount of oxygen is biased. . The heater 63 is heated by the heater circuit 12.
第11図は、薄板状の固体電解質60を用いた場合のセ
ンサ全体の構成を示したものである。センサ部64は、
ルーパー65の付いたアダプター66内に格納されて、
排気管14に取シ付けられる。FIG. 11 shows the overall configuration of a sensor using a thin plate-like solid electrolyte 60. The sensor section 64 is
stored in an adapter 66 with a looper 65,
It is attached to the exhaust pipe 14.
第12図には、薄板式の別の実施例を示している。固体
電解質67aは、空燃比をセンシングするためのもので
あシ、電極68a、68bが付いている。また固体電解
質67bは、酸素をバイアス(ボンピング)するための
ものであシ、電極69a、69bが付いており、さらに
拡散抵抗体となるオリフィス70が設けである。この2
枚の固体′電解質67a、67bと中間板71によシ、
オリフィス70のみによって外部と通じる拡散室72が
設けらnている。さらに、固体電解質67a。FIG. 12 shows another embodiment of the thin plate type. The solid electrolyte 67a is for sensing the air-fuel ratio, and has electrodes 68a and 68b attached thereto. The solid electrolyte 67b is for biasing (bumping) oxygen, and is provided with electrodes 69a and 69b, as well as an orifice 70 serving as a diffusion resistor. This 2
By the solid electrolytes 67a, 67b and the intermediate plate 71,
A diffusion chamber 72 is provided which communicates with the outside only through an orifice 70. Furthermore, a solid electrolyte 67a.
67bにはヒーター73が取り付けられている。A heater 73 is attached to 67b.
上記センサの動作を第12図(b)によって説明する。The operation of the above sensor will be explained with reference to FIG. 12(b).
通常、回路11aによシミ流jt′!i−固体電解質6
7aに流し、酸素イオンを矢印の方向に移動させる。こ
の移動量とオリフィス70を拡散室72内に拡散してく
る酸素の移動量がバランスした時に、ilに対応した空
燃比で起電力がステップ的に変化する。さらにここでも
、λ〈1.0でも空燃比が検出できるように、一定酸素
量を固体電解質6°7bを用いてバイアスしてやる。こ
の際、回路11bにエリ電流fz′t−図示した矢印の
方向に流してやれば、この12に対応した酸素量がバイ
アスされる。Normally, the stain flow jt'! in the circuit 11a! i-solid electrolyte 6
7a to move oxygen ions in the direction of the arrow. When this movement amount and the movement amount of oxygen diffusing into the diffusion chamber 72 through the orifice 70 are balanced, the electromotive force changes stepwise at an air-fuel ratio corresponding to il. Furthermore, here as well, a constant amount of oxygen is biased using the solid electrolyte 6°7b so that the air-fuel ratio can be detected even when λ<1.0. At this time, if an error current fz't is caused to flow through the circuit 11b in the direction of the arrow shown, the oxygen amount corresponding to 12 will be biased.
以上に示した各種のセ/す構成において、常時+1と1
2を流しておいて酸素のバイアスと空燃比の検出を同時
に行なう。In the various cell configurations shown above, always +1 and 1
2 is allowed to flow, and oxygen bias and air-fuel ratio detection are performed at the same time.
また、別の方法では第13図(イ)に示したように12
をパルス状に印加して、ある期間だけ酸素をバイアスす
る(ボンピング)。このボンピングを行なっていない期
間に第13図(ロ)のように11を流して空燃比を検出
する(センシング)。また、第13図(ロ)の方法のか
わりに、センサに第13図クラのように電圧をパルス状
に印加してその時の限界電流値を読み空燃比を検出する
方法もある。第13図に)には、このボンピング(実線
)とセンシング(点線)の期間が示されている。In addition, in another method, as shown in Figure 13 (a), 12
is applied in a pulsed manner to bias oxygen for a certain period of time (bumping). During this period when pumping is not performed, the air-fuel ratio is detected (sensing) by flowing 11 as shown in FIG. 13(b). Furthermore, instead of the method shown in FIG. 13(b), there is also a method of applying a voltage to the sensor in a pulsed manner as shown in FIG. 13(b) and reading the limit current value at that time to detect the air-fuel ratio. FIG. 13) shows the period of this pumping (solid line) and sensing (dotted line).
次に第14図に示したような1対の′成極74aと74
bによ多構成されたセンサによシ前述の第13図のボン
ピングとセンシング全時分割的に行なう方法について述
べる。第14図(a)のように電源11からipを流し
酸素が固体電解質75内を拡散室76内へ移動するよう
にする。これがポンピング作用であり、λ<1.0でも
拡散室76内は−1かAV礒ζゼLゼブ出ハ!古 Y
h官/ 4 ’L 貨Iff 端14図(b)に示した
ようにis’elpとは逆向きに流し酸素を拡散室76
よシ排出してセンシングを行う。以上の動作を第15図
に示した。第15図(イ)はip1&:パルス状に印加
している状態を示しており、(ロ)は、1Bの印加状態
である。第15図Cつにポンビンy<実線)とセンシン
グ(点線)の期間が示されており、時分割的に制御され
ている様子がわかる。Next, a pair of ' polarizations 74a and 74 as shown in FIG.
A method of performing the above-described bombing and sensing of FIG. 13 in a time-divisional manner using multiple sensors will be described. As shown in FIG. 14(a), IP is supplied from the power source 11 so that oxygen moves inside the solid electrolyte 75 into the diffusion chamber 76. This is the pumping action, and even if λ<1.0, the inside of the diffusion chamber 76 will be -1 or AV output. Old Y
H/4'L/Iff End 14 As shown in Figure (b), oxygen is supplied to the diffusion chamber 76 by flowing in the opposite direction to is'elp.
It is then discharged and sensing is performed. The above operation is shown in FIG. FIG. 15(A) shows a state in which ip1&: is applied in a pulsed manner, and FIG. 15(B) shows a state in which 1B is applied. FIG. 15C shows the periods of ponbin y<solid line) and sensing (dotted line), and it can be seen that the control is performed in a time-division manner.
第16図(a)には、排ガス中の02とCoの濃度がλ
に対して示しである。λ〈1.0の領域でCO濃度が増
加してくるので、ボンピングによす拡散室76に移動し
た酸素が
の反応によシ消費される可能性がある。このためλの全
領域にわたって一定酸素量をバイアスするためには、λ
<1,0では多くの酸素をバイアスさせなければならな
い。第16図(b)に示した工うに、iPの値を、λ<
1.0で犬きくするか、第16図(C)に示したように
12を印加する時間T(ip)(第15図(イ)のパル
ス巾)をλ<1.0で増加させるかの方法により上記目
的全達成することができる。FIG. 16(a) shows that the concentration of 02 and Co in the exhaust gas is λ
This is an indication for Since the CO concentration increases in the region of λ<1.0, there is a possibility that the oxygen transferred to the diffusion chamber 76 for bombing will be consumed by the reaction. Therefore, in order to bias a constant oxygen amount over the entire range of λ, λ
<1,0, more oxygen must be biased. In the process shown in FIG. 16(b), the value of iP is set to λ<
Should the value be increased at 1.0, or should the time T(ip) for applying 12 (pulse width in FIG. 15(a)) be increased when λ<1.0, as shown in FIG. 16(C)? All of the above objectives can be achieved by this method.
第14図に示した原理図の具体的構成を第17図、第1
8図に示した。第17図は円筒形のセンサであり、多孔
性の固体電解質75と電極74a。The specific structure of the principle diagram shown in Fig. 14 is shown in Fig. 17 and 1.
It is shown in Figure 8. FIG. 17 shows a cylindrical sensor including a porous solid electrolyte 75 and an electrode 74a.
74bは第14図と対応した番号が記入してあり、さら
にヒーター77が付加されている。第17図の(a>と
(b)では、電極74とヒーター77の位置が異なって
いる。第18図は薄板式の構成であシ、固体電解質75
と電極74a、74.bは第14図の番号と対応してい
る。さらにヒーター77と多孔質の拡散抵抗体78が付
加されている。以上によシ、構造の簡単なセンサを用い
て、流し込み電流を時分割制御するか、流し込み電流と
印加電圧を時分割制御することにより、所定の2以上の
λの全域にわたって空燃比を検出できる検出器が得られ
る。74b is marked with a number corresponding to that in FIG. 14, and a heater 77 is added. In (a> and (b) of Fig. 17, the positions of the electrode 74 and the heater 77 are different. In Fig. 18, the structure is of a thin plate type, and the solid electrolyte 75 is
and electrodes 74a, 74. b corresponds to the number in FIG. Furthermore, a heater 77 and a porous diffusion resistor 78 are added. Based on the above, the air-fuel ratio can be detected over a predetermined range of λ of 2 or more by using a sensor with a simple structure and time-divisionally controlling the injected current or time-divisionally controlling the injected current and applied voltage. A detector is obtained.
次に、本発明による空燃比検出器によりエンジン制御を
行なった場合の利点について説明する。Next, the advantages of controlling the engine using the air-fuel ratio detector according to the present invention will be explained.
第19図は、運転状態によって空燃比(A/F)を変化
させるように制御するための負荷に対する空燃比のマツ
プが示されておシ、この(A/F )MAPO値に空燃
比は閉ループ制御される。ここでは、パワーと燃料経済
性の観点よりA/F’を部分負荷時では太きく(リーン
領域)、全負荷時では小さく(リッチ領域)なるように
なっている。このような広範囲の空燃比に閉ループ制御
できるのも本発明による空燃比検出器の特徴のひとつで
ある。Figure 19 shows a map of the air-fuel ratio with respect to the load for controlling the air-fuel ratio (A/F) to change depending on the operating condition. controlled. Here, from the viewpoint of power and fuel economy, A/F' is set to be large at partial load (lean range) and small at full load (rich range). One of the features of the air-fuel ratio detector according to the present invention is that it can perform closed-loop control over such a wide range of air-fuel ratios.
次に、本発明の空燃比検出器を用いた過渡運転状態の制
御について説明する。Next, control of transient operating conditions using the air-fuel ratio detector of the present invention will be explained.
第20図(a)には、アクセルペダルをふみ込んだ場合
の状態変化を示した。(イ)はスロットル開度でありス
テップ的に増加するように変化しており、これに追従し
て(ロ)で示した空気量もステップ的に増加する。しか
し、エンジンに入る実際の燃料量は、(ハ)に示したよ
うに遅れて増加しており空気量に対し斜線部の分だけ不
足した状態になってしまう。この負荷の変化に対し、第
19図のマツプ制御の目標空燃比がに)に示したように
犬から小へ変化するとすると、(ハ)に示した燃料量の
遅れにより、(ホ)の斜線で示した部分に相当する量だ
け、目標空燃比よりずれてしまうことになる。また第2
0図(b)は、負荷を減少させた場合の状態変化であシ
、記号の意味は、(a)の場合と対応している。ここで
もeつで示した燃料量の遅れのために(ホ)で示したよ
うな空燃比のずれ(斜線部)が生じる。なおここでは、
A点において空燃比がλ<1.0に急激に飛び込む場合
があシ、このような場合においても、本発明の常時全λ
域を検出できる空燃比検出器であれば、A/’Fの軌跡
を遅れなしに検出できる。FIG. 20(a) shows the state change when the accelerator pedal is depressed. (A) is the throttle opening, which changes in a stepwise manner, and following this, the air amount shown in (B) also increases in a stepwise manner. However, as shown in (c), the actual amount of fuel entering the engine increases with a delay, resulting in a shortage of the amount of air indicated by the shaded area. In response to this change in load, if the target air-fuel ratio of map control in Figure 19 changes from high to low as shown in (2), then the diagonal line (E) will change due to the delay in the fuel amount shown in (C). This means that the air-fuel ratio will deviate from the target air-fuel ratio by an amount corresponding to the portion shown in . Also the second
Figure 0 (b) shows the state change when the load is reduced, and the meanings of the symbols correspond to those in (a). Here again, due to the delay in the fuel amount shown in e, a deviation in the air-fuel ratio (shaded area) as shown in (e) occurs. Furthermore, here,
There are cases where the air-fuel ratio suddenly jumps to λ<1.0 at point A, and even in such cases, the present invention always maintains the total λ
An air-fuel ratio detector that can detect the range can detect the trajectory of A/'F without delay.
また第20図(a)(b)の(ホ)で示したA/Fの変
化が全てλ〈1.Oの領域で起っても、本発明による空
燃比検出器では検出が可能である。Moreover, the changes in A/F shown in (e) in FIGS. 20(a) and (b) are all λ<1. Even if it occurs in the O range, it can be detected by the air-fuel ratio detector according to the present invention.
第20図(a)(b)の(ホ)で示した、斜線部のA/
Fのずれを本発明による空燃比検出器の出力を基に補正
する方法について以下に説明する。A/
A method for correcting the deviation of F based on the output of the air-fuel ratio detector according to the present invention will be described below.
第21図に示したように負荷状態が■→■→■→■と変
化したときに、空燃比の制御目標もそれぞれに対応して
変化するが第20図で説明したように、実空燃比は追従
で′きず、第21図の斜線部で示したようにΔXだけず
れてしまう。ここでは、このΔXl、Δx2+ Δx3
と負荷としての空気量Qaの変化量ΔQall ΔQa
2.ΔQa3を基に、空燃比の過渡補正を行なう。As shown in Fig. 21, when the load condition changes from ■→■→■→■, the control target for the air-fuel ratio also changes correspondingly, but as explained in Fig. 20, the actual air-fuel ratio is a flaw in tracking, and as shown by the shaded area in FIG. 21, it deviates by ΔX. Here, this ΔXl, Δx2+ Δx3
and the amount of change in air amount Qa as a load ΔQall ΔQa
2. Transient correction of the air-fuel ratio is performed based on ΔQa3.
初めに、燃料量の補正は、第21図に示した負荷の変化
に伴う空気量の変化量ΔQaの時間tによる微分値dQ
a/dtに補正係数に’kかけた値により行う、つまり
補正量は(1)式のようになる。First, the fuel amount is corrected using the differential value dQ of the amount of change ΔQa in the air amount due to the change in the load with respect to the time t shown in FIG.
This is performed by multiplying a/dt by the correction coefficient by 'k, that is, the correction amount is as shown in equation (1).
補正量二K・(dQa/dt) ・−−−−−(1)こ
こで、Kは、dQa/dti横軸にした、第22図のよ
うなマツプになっておりコンピューター10に記憶され
ている。Correction amount 2K・(dQa/dt)・---(1) Here, K is a map as shown in FIG. 22, with dQa/dti on the horizontal axis, and is stored in the computer 10. There is.
第23図のフローチャートを用いて、過渡補正の方法に
ついて説明する。最初に、ステップ80において、負荷
としての加減速前の吸入空気量QalOを読み込む。そ
して、同時に、この負荷に対する制御すべき空燃比(A
/ F )MAP、Oを第19図のマツプよシ読み込む
(ステップ82)。また、加減速後のデータとして、吸
入空気量Qa、1 ’e読み込み(ステップ84)、こ
の負荷に対する制御すべき空燃比(A / F 1Mム
p++’(r読み込む(ステップ86)。ステップ80
.84で読み込まれたQar O+ ’Qa+ 1を基
に、ステップ88において、d Q a / d t
y<計算する。このdQa/dtに対して、ステップ9
0において、第22図のマツプから、補正係数に’r読
み出し、ステップ92で、K−dQa/dte計算する
。この計算値を基に、ステップ94で、
G=G+G’ 明・・(2)
の補正を加える。このGを出力したあと、空燃比センサ
の信号を基に第21図の斜線で示した部分の量に比例す
るΔx′に:検出し読み込む(ステップ96)。このΔ
Xを基に
Δx=に’ ・(dQa/d t ) −−(3)なる
式よりに′をめる(ステップ98)。このに′は、(2
)式で補正を加えた後も、何らかの理由でΔXが生じた
場合、これを再び補正する、補正係数の補正量であり、
補正係数には、
K=に十に′ 、、−−−−(4)
と書き換えられる(ステップ100)。その後この新し
く決定されたKは、dQa/dtに対応する位置のKと
書き換えられる。次の過渡状態を検出したら、d Q
a / d tに対応するKkただちに読み込み補正を
加える。このように、センサ出力を基にしたΔxf、補
正係数の補正量の算出に用いて、補正係数Kt−補正し
て、常に書き換えていくようにする。The transient correction method will be explained using the flowchart of FIG. 23. First, in step 80, the intake air amount QalO before acceleration/deceleration is read as a load. At the same time, the air-fuel ratio (A
/F) MAP, O is read from the map shown in FIG. 19 (step 82). Further, as data after acceleration/deceleration, the intake air amount Qa, 1'e is read (step 84), and the air-fuel ratio to be controlled for this load (A/F 1M p++'(r) is read (step 86).Step 80
.. Based on Qar O+ 'Qa+ 1 read in step 84, in step 88, d Q a / d t
y<calculate. For this dQa/dt, step 9
0, the correction coefficient 'r is read from the map shown in FIG. 22, and in step 92, K-dQa/dte is calculated. Based on this calculated value, in step 94, the following correction is applied: G=G+G' (2). After outputting this G, Δx', which is proportional to the amount of the shaded portion in FIG. 21, is detected and read based on the signal of the air-fuel ratio sensor (step 96). This Δ
Based on X, ' is added to Δx=' from the equation (3) (step 98). This is (2
) is the correction amount of the correction coefficient that will be corrected again if ΔX occurs for some reason even after correction is applied using the formula.
The correction coefficient is rewritten as follows (step 100). This newly determined K is then rewritten as the K at the position corresponding to dQa/dt. When the next transient is detected, d Q
Immediately add reading correction to Kk corresponding to a/dt. In this way, Δxf based on the sensor output is used to calculate the correction amount of the correction coefficient, the correction coefficient Kt is corrected, and the data is constantly rewritten.
これにより、過渡時の空燃比の変動はなくなる。This eliminates fluctuations in the air-fuel ratio during transient times.
第24図(a)は、全開時のCO濃度の振れ巾を示して
おり、空燃比はリッチ領域にある。この全開時のCOの
振れは、燃料経済性にとって不利となるので、リッチ領
域でも(A/F’)が測定可能な本発明による空燃比検
出器を用いて閉ループ制御行うことにより第24図(b
)のようにCOの振れ巾ΔCOを押えることができる。FIG. 24(a) shows the fluctuation range of the CO concentration when the engine is fully opened, and the air-fuel ratio is in the rich region. Since this CO fluctuation at full throttle is disadvantageous for fuel economy, closed-loop control is performed using the air-fuel ratio detector according to the present invention that can measure (A/F') even in the rich region (see Fig. 24). b
), it is possible to suppress the CO swing width ΔCO.
次に、始動暖機時に上記した本発明による空燃比検出器
を用いた場合の利点について説明する。Next, the advantages of using the above-described air-fuel ratio detector according to the present invention during startup and warm-up will be explained.
第25図(a)は始動直後の時間と混合気濃度との関係
を水温をパラメータとして示した線図で、n。FIG. 25(a) is a diagram showing the relationship between time immediately after startup and mixture concentration using water temperature as a parameter.
Oの曲線はそれぞれ初期の水温がTl * T2の場合
の関係を示す。始動直後は混合気濃度を濃くして、時間
が経過するにつれて、つまシ、水温が高くなるにつれて
薄くして行く。すなわち、暖機運転状態では冷却水温に
よシ適切なAZFが与えられれば、むだなく運転ができ
る。ところで、本発明による空燃比検出器は、リッチ領
域でも検出可能であるから、始動直後の濃混合気制御を
可能とする。第25図(b)に示す水温TwとAZFと
の関係をコンピュータ10内に記憶させておけば、暖機
時にはこの関数により運転することができる。Each of the O curves shows the relationship when the initial water temperature is Tl*T2. Immediately after starting, the air-fuel mixture is concentrated, and as time passes, it becomes thinner as the water temperature rises. That is, in the warm-up operation state, if an appropriate AZF is given depending on the cooling water temperature, the engine can be operated without waste. By the way, since the air-fuel ratio detector according to the present invention can detect even in a rich region, it enables rich mixture control immediately after starting. If the relationship between the water temperature Tw and AZF shown in FIG. 25(b) is stored in the computer 10, operation can be performed according to this function during warm-up.
第25図(C)は、このときの制御ブロック図でめる。FIG. 25(C) is a control block diagram at this time.
水温センサ6の信号をコンピュータ10に入力させ、第
25図(b)の関係を示す関数によりA/F’&決定し
、エンジン系110に出力される。空燃比検出器7は、
実空燃比を検出して、この出力とコンピュータ10から
のA/Fk示す出力とを比較して閉ループ制御すること
により、暖機時のAZFを最適制御することができる。The signal from the water temperature sensor 6 is input to the computer 10, A/F'& is determined by the function showing the relationship shown in FIG. 25(b), and the signal is output to the engine system 110. The air-fuel ratio detector 7 is
AZF during warm-up can be optimally controlled by detecting the actual air-fuel ratio and comparing this output with the output indicating A/Fk from the computer 10 to perform closed-loop control.
以上説明したように、本発明の実施例によれば、空気過
剰率λが、λ〉1.0のり一ン領域でも、λ<1.0の
リッチ領域でも連続的に空燃比を検出することができ、
すべての空燃比制御を可能とし、また、過渡運転時の空
燃比制御が正確にできるようになり、また、全開運転時
のCO濃度の振れを閉ループ制御することによシ少なく
し大幅な燃費の低減を可能にし、さらに、始動直後の暖
機運転においても適切な空燃比制御をはかるのに用いて
燃費低減をはかるのに有用であるという効果がある。As explained above, according to the embodiment of the present invention, the air-fuel ratio can be continuously detected even in the limp region where the excess air ratio λ is λ>1.0 or the rich region where λ<1.0. is possible,
This makes it possible to control all air-fuel ratios, and also enables accurate air-fuel ratio control during transient operation.Furthermore, closed-loop control reduces fluctuations in CO concentration during full-throttle operation, significantly reducing fuel consumption. Furthermore, it is effective in reducing fuel consumption by controlling the air-fuel ratio appropriately even during warm-up operation immediately after startup.
本発明によれば、リーン領域からリッチ領域までの空燃
比を簡単な構成で測定できるようになる。According to the present invention, the air-fuel ratio from the lean region to the rich region can be measured with a simple configuration.
第1図、第2図は、本発明の一実施例の全体システム図
であり、第3図、第4図は、本発明の一実施例の動作説
明図であシ、第5図乃至第7図は、本発明の一実施例の
より具体的な動作説明図であり、第8図、第9図は、本
発明の一実施例の全体図であり、第10図、第11図は
、本発明の他の実施例の説明図であり、第12図は、本
発明のその他の実施例の説明図であり、第13図は、本
発明の変形例のタイムチャート図であり、第14図乃至
第16図は、本発明のさらにその他の実施例の動作説明
図であシ、第17図、第18図は、本発明のさらにその
他の実施例のよシ具体的な構成図であり、第19図乃至
第24図は、本発明を用いたエンジン制御システムの説
明図であり、第25図は、本発明を用いたその他のエン
ジン制御システムの説明図である。
40.46,49..60,67.75・・・固体電解
質、41,45,50,51.61.(32,68゜6
9.74・・・電極、11・・・電源、47・・・測定
装置、48・・・電源、42.70・・・オリフィス、
44゜見 3 図
第μ図
(F))
・1・−友 −+友
第 5 図
第 X 図
: :
’−−−−−−−−− −−’ J
第7図
・1・−丸 −入
第 8 図
(久)
8
(シ)
第 ? 図
8
第 70 目
(矢)
0
茅 /l 図
莱 /2 図
(叉)
1
拓 /3 図
t(日今開)
堵 /4 図
(久)(し)
t(升r日1)
茅窩図
1・0
71、− χ −入
・1\−友−→入
/−(J
71、□ χ □入
痢 77 図
(久)
(シ)
拓78 図
5
74久
不 lq 図
第 zo ’!
(a−) (し)
(4) −一一寸一一一一一一−(イ)−一十一一一一
一一一(″) Jr (ハ)−14さ一一−
(ニ) −一一り一一一一一(=)−」−一一一一一\
AJ、
拓 Z/ 図
を
第 zz 図
又O罠
t
第 73 図
拓Z14−図
(I
(b)
第 75 図
(cL)
(b) (c)1 and 2 are overall system diagrams of one embodiment of the present invention, FIGS. 3 and 4 are operation explanatory diagrams of one embodiment of the present invention, and FIGS. FIG. 7 is a more specific operational explanatory diagram of an embodiment of the present invention, FIGS. 8 and 9 are overall diagrams of an embodiment of the present invention, and FIGS. 10 and 11 are , FIG. 12 is an explanatory diagram of another embodiment of the present invention, FIG. 13 is a time chart diagram of a modified example of the present invention, and FIG. 14 to 16 are operation explanatory diagrams of still other embodiments of the present invention, and FIGS. 17 and 18 are detailed configuration diagrams of still other embodiments of the present invention. 19 to 24 are explanatory diagrams of an engine control system using the present invention, and FIG. 25 is an explanatory diagram of another engine control system using the present invention. 40.46,49. .. 60,67.75...Solid electrolyte, 41,45,50,51.61. (32,68°6
9.74... Electrode, 11... Power supply, 47... Measuring device, 48... Power supply, 42.70... Orifice,
44° View 3 Figure μ (F)) ・1・-Friend −+Friend 5 Figure X: : '−−−−−−−−− −−' J Figure 7・1・− -Enter Figure 8 (ku) 8 (shi) ? Figure 8 No. 70 (arrow) 0 Kaya / l Zurai / 2 Figure (fork) 1 Taku / 3 Figure t (Japanese open) To / 4 Figure (ku) (shi) t (Masu r day 1) Kaya Fossa Figure 1・0 71, - χ -入・1\-Friend-→入/-(J 71, □ χ □ Enteria 77 Figure (ku) (shi) Taku 78 Figure 5 74 Kufu lq Figure No. zo'! (a-) (shi) (4) -11 inch 11111- (a) -11111111 ('') Jr. (c) -14 sa 11- (d) -11ri11111(=)-''-11111\ AJ, Taku Z/ Figure zz Figure also Otrapt No. 73 Illustrated Z14-Figure (I (b) Figure 75 (cL) (b) (c)
Claims (1)
1および第2電極と、測定ガス中の酸素の上記第1電極
への拡散を制限する手段とを有し、上記2つの電極間に
得られる電気信号によシ空燃比を検出する空燃比検出器
において、上記第1電極近傍へ所定量の酸素を送シ込む
手段を備えたこと+th徴とする空燃比検出器。 2、特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、上記送
)込み手段は、第2の固体電解質およびこの上に設けら
れた第3.第4電極からなシ、この第4電極は、上記第
1電極の近傍に配置され、第3電歪の周囲の酸素全上記
第2の固体電解質を介して第4電極に供給することを特
徴とする空燃比検出器。 3゜特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、上記送
シ込み手段は、上記固体電解質上に設けられた第3電極
から々υ、この第3電極の周囲の酸素を上記固体電解質
を介して上記第1電極の近傍に供給することを特徴とす
る空燃比検出器。 4、%許請求の範囲第2項又は第3項記載のものにおい
て、上記送り込み手段は、常時、第1電極の近傍へ酸素
を送シ込むこと’e特徴とする空燃比検出器。 5、特許請求の範囲第2項又は第3項記載のものにおい
て、上記送シ込み手段による酸素送シ込みと、上記電気
信号による空讐比Q−出を、交互に行うことを%徴とす
る空燃比検出−器。 6、特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、上記送
り込み手段は、上記第1電極から第2電極へ電流を流す
手段であシ、この電流の流し込みと、空燃比検出のため
の上記電気信号の検出を交互に行うことを特徴とする空
燃比検出器。 7、特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、上記送
シ込み手段による酸素送シ込み量を空燃比に応じて可変
することを特徴とする空燃比検出器。 8、%許請求の範囲第1項記載のものにおいて、上記電
気信号は、上記第1電極近傍の酸素を第2電極方向へく
み出すように電流を流す時の、両電極間にあられれる電
圧信号であることを特徴とする空燃比検出器。 9、特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、上記電
気信号は、上記第1電極近傍の酸素を第2電極方向へく
み出すように電圧を印加する時に流れる限界電流信号で
あることを特徴とする空燃比検出器。[Claims] 1. A solid electrolyte, first and second electrodes provided on the solid electrolyte, and means for restricting the diffusion of oxygen in the measurement gas to the first electrode. , an air-fuel ratio detector for detecting an air-fuel ratio based on an electric signal obtained between the two electrodes, comprising means for delivering a predetermined amount of oxygen to the vicinity of the first electrode; Detector. 2. In the device described in claim 1, the feeding means includes a second solid electrolyte and a third solid electrolyte provided thereon. The fourth electrode is arranged near the first electrode, and is characterized in that all of the oxygen around the third electrostrictive electrode is supplied to the fourth electrode via the second solid electrolyte. Air-fuel ratio detector. 3. In the device described in claim 1, the feeding means transports oxygen around the third electrode from the third electrode provided on the solid electrolyte through the solid electrolyte. An air-fuel ratio detector characterized in that the air-fuel ratio is supplied near the first electrode. 4.% The air-fuel ratio detector according to claim 2 or 3, wherein the feeding means always feeds oxygen into the vicinity of the first electrode. 5. In the item described in claim 2 or 3, the oxygen supply by the supply means and the air-to-air ratio Q-output by the electric signal are performed alternately. Air-fuel ratio detector. 6. In the device described in claim 1, the feeding means is means for flowing a current from the first electrode to the second electrode, and the feeding means is a means for flowing a current from the first electrode to the second electrode, and the feeding means is a means for flowing a current from the first electrode to the second electrode, and the feeding means is a means for flowing a current from the first electrode to the second electrode. An air-fuel ratio detector characterized by alternately detecting signals. 7. The air-fuel ratio detector according to claim 1, wherein the amount of oxygen fed by the feeding means is varied according to the air-fuel ratio. 8.% Permissible scope of claim 1 In the device described in claim 1, the electric signal is a voltage generated between both electrodes when a current is passed so as to pump oxygen near the first electrode toward the second electrode. An air-fuel ratio detector characterized by being a signal. 9. The device according to claim 1, wherein the electric signal is a limiting current signal that flows when a voltage is applied to pump oxygen near the first electrode toward the second electrode. Air-fuel ratio detector.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58185064A JPH0715452B2 (en) | 1983-10-05 | 1983-10-05 | Air-fuel ratio detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58185064A JPH0715452B2 (en) | 1983-10-05 | 1983-10-05 | Air-fuel ratio detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6078340A true JPS6078340A (en) | 1985-05-04 |
| JPH0715452B2 JPH0715452B2 (en) | 1995-02-22 |
Family
ID=16164170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58185064A Expired - Lifetime JPH0715452B2 (en) | 1983-10-05 | 1983-10-05 | Air-fuel ratio detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0715452B2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6236551A (en) * | 1985-08-10 | 1987-02-17 | Honda Motor Co Ltd | Oxygen concentration detection device |
| US6156176A (en) * | 1997-12-04 | 2000-12-05 | Denso Corporation | Air fuel ratio sensor with oxygen pump cell |
| JP2009244051A (en) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Yazaki Corp | Air/fuel ratio detector |
| WO2015045381A1 (en) * | 2013-09-27 | 2015-04-02 | 株式会社デンソー | Gas-sensor control device |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5530681A (en) * | 1978-08-28 | 1980-03-04 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Detector for oxygen meter of solid electrolyte |
| JPS55154450A (en) * | 1979-05-19 | 1980-12-02 | Nissan Motor Co Ltd | Air-fuel-ratio detector |
| JPS55166040A (en) * | 1979-06-13 | 1980-12-24 | Nissan Motor Co Ltd | Air fuel ratio detector |
| JPS5670457A (en) * | 1979-11-15 | 1981-06-12 | Toshiba Corp | Analyzing device for density of oxygen |
| JPS56130649A (en) * | 1980-03-03 | 1981-10-13 | Ford Motor Co | Method of measuring oxygen partial pressure and electrochemical apparatus therefor |
| JPS5797439A (en) * | 1980-12-09 | 1982-06-17 | Toray Ind Inc | Oxygen sensor |
| JPS57111441A (en) * | 1980-11-17 | 1982-07-10 | Socapex | Electrochemical sensor for detecting density of reactant contained in fluid mixture and mixing ratio adjusting system of air fuel mixture using the same |
| JPS58130261U (en) * | 1982-02-26 | 1983-09-02 | 日本特殊陶業株式会社 | oxygen sensor |
| JPS58153155A (en) * | 1982-03-09 | 1983-09-12 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Oxygen sensor |
| JPS6024445A (en) * | 1983-07-20 | 1985-02-07 | Toyota Motor Corp | Air-fuel ratio detector |
-
1983
- 1983-10-05 JP JP58185064A patent/JPH0715452B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5530681A (en) * | 1978-08-28 | 1980-03-04 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | Detector for oxygen meter of solid electrolyte |
| JPS55154450A (en) * | 1979-05-19 | 1980-12-02 | Nissan Motor Co Ltd | Air-fuel-ratio detector |
| JPS55166040A (en) * | 1979-06-13 | 1980-12-24 | Nissan Motor Co Ltd | Air fuel ratio detector |
| JPS5670457A (en) * | 1979-11-15 | 1981-06-12 | Toshiba Corp | Analyzing device for density of oxygen |
| JPS56130649A (en) * | 1980-03-03 | 1981-10-13 | Ford Motor Co | Method of measuring oxygen partial pressure and electrochemical apparatus therefor |
| JPS57111441A (en) * | 1980-11-17 | 1982-07-10 | Socapex | Electrochemical sensor for detecting density of reactant contained in fluid mixture and mixing ratio adjusting system of air fuel mixture using the same |
| JPS5797439A (en) * | 1980-12-09 | 1982-06-17 | Toray Ind Inc | Oxygen sensor |
| JPS58130261U (en) * | 1982-02-26 | 1983-09-02 | 日本特殊陶業株式会社 | oxygen sensor |
| JPS58153155A (en) * | 1982-03-09 | 1983-09-12 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Oxygen sensor |
| JPS6024445A (en) * | 1983-07-20 | 1985-02-07 | Toyota Motor Corp | Air-fuel ratio detector |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6236551A (en) * | 1985-08-10 | 1987-02-17 | Honda Motor Co Ltd | Oxygen concentration detection device |
| US6156176A (en) * | 1997-12-04 | 2000-12-05 | Denso Corporation | Air fuel ratio sensor with oxygen pump cell |
| JP2009244051A (en) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Yazaki Corp | Air/fuel ratio detector |
| WO2015045381A1 (en) * | 2013-09-27 | 2015-04-02 | 株式会社デンソー | Gas-sensor control device |
| JP2015087384A (en) * | 2013-09-27 | 2015-05-07 | 株式会社デンソー | Gas sensor control device |
| US10180111B2 (en) | 2013-09-27 | 2019-01-15 | Denso Corporation | Gas sensor control device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0715452B2 (en) | 1995-02-22 |
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