JPS6249462B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジンに用いられる空燃比検出装
置に関し、例えば三元触媒コンバータの浄化率を
高めるために空燃比を検出するものに関する。

従来、エンジンの排気ガスから空燃比を検出す
るものとして、酸化チタン等の金属酸化物半導体
からなり、相対的なガス雰囲気に依存した電気抵
抗値を示すガスセンサと、このガスセンサを１個
の固定基準抵抗と直列接続してガスセンサの抵抗
値を電圧に変換し、この電圧と所定の基準電圧を
比較して空燃比検出信号を出力する比較器とから
なるものが提案されている。

しかしながら、上記のものは１個の固定基準抵
抗をガスセンサに直列接続して電圧に変換してい
るため、ガスセンサの電気抵抗値特性が使用温度
によつて変化すると、空燃比検出に誤りを生じた
り、検出不能になつたりするという問題がある。

この発明は、上記の点に鑑みなされたもので、
エンジンの吸入空気量及びスロツトル弁開度より
エンジンの運転状態、とりわけエンジン負荷状態
の変化による排気ガス温度の変化を迅速にとらえ
て、抵抗変化検出型のガスセンサに接続される基
準抵抗の電気抵抗値を適切に調整することによ
り、種々のエンジン状態において安定して空燃比
検出し得る空燃比検出装置を提供することを目的
とする。

以下この発明を図に示す実施例について説明す
る。第１図はこの発明を適用するシステムを示す
ものであり、この第１図において説明する。エン
ジン１０は、ガソリン又はLPGを燃料とする周知
の火花点火式エンジンで、その吸気系はエアクリ
ーナ１１、混合気供給装置１２、吸気マニホール
ド１３から構成されており、一方排気系は排気マ
ニホールド１４、排気管１５、排気ガス浄化用の
三元触媒コンバータ１６、図示しない消音マフラ
ーから構成されている。

ここで、混合気供給装置１２は、公知の空燃比
調整器を有する気化器あるいは燃料噴射装置で構
成されており、電気信号に応じて生成する混合気
の空燃比Ａ／Ｆが変化する。また、三元触媒コン
バータ１６は、理論空燃比付近の混合気がエンジ
ン１０に供給されると高浄化率でNOX、HC、
COを同時に浄化するもので、公知のペレツト形
状もしくはハニカム形状の触媒を内蔵している。

次に空燃比検出装置について説明すると、これ
は排気マニホールド１４の集合部に設けられたガ
スセンサ１７、吸入空気量センサ１８、全閉セン
サ１９及び混合気供給装置１２に電気信号を付与
する制御回路２０とから構成されている。

ガスセンサ１７は、第２図に示すような構造の
ものである。第２図において、デイスク状の素子
片２２は、酸化チタン（Tio2）等の金属酸化物
半導体で形成されており、その表面に白金
（Pt）、ロジウム（Rh）等の触媒が担持されてい
る。そして素子片２２、アルミナ等の焼結体から
なる耐熱電気絶縁性の保持体２３の先端凹部に保
持されている。

また、素子片２２は、保持体２３内に設けられ
た２本の白金電極２４，２５が挿入されており、
電極２４，２５はそれぞれ導電ガラスを介して端
子棒２６，２７に電気的に接続されている。しか
して、素子片２２の電気抵抗値は端子棒２６，２
７から取り出される。

素子片２２は、排気ガスにさらされるよう設け
られており、排気ガスの酸素濃度に対して敏感に
電気抵抗値Ｒが変化し、電気抵抗値Ｒはこの酸素
濃度と密接した関係にある空燃比Ａ／Ｆに対して
第３図に示すように変化する。この電気抵抗値
は、ガスセンサ１７の使用温度によつても変動
し、使用温度200℃、500℃、800℃では第３図の
曲線ａ，ｂ，ｃで示すように変動する。

次に第４図により空燃比検出装置について説明
する。吸入空気量センサ１８は、エンジン１に吸
入される空気量を検出するもので、この実施例で
は移動端子１８ａが吸入空気量に応じて移動する
可変抵抗器を用いている。

全閉センサ１９は、吸入空気量を調節するスロ
ツトル弁２１の全閉位置を検出するもので、この
実施例ではスロツトル弁２１が全閉位置になると
オフするスイツチを用いている。

制御回路２０において、３１，３２，３３はガ
スセンサ１７に接続点ａあるいはｂを介して接続
される基準抵抗で、このうち基準抵抗３１はガス
センサ１７に直列接続され、その一端には直流電
圧Ｖが加えられている。

また、基準抵抗３２は基準抵抗３１に並列接続
されかつガスセンサ１７に直列接続され、基準抵
抗３３はガスセンサ１７に並列接続されており、
かつこれらの基準抵抗３２，３３はガスセンサ１
７への接続が半導体スイツチ素子であるトランジ
スタ３４，３５によつて制御されるよう構成され
ている。そして、接続点ａあるいはｂは、比較器
３６の入力端子に接続されている。

設定電圧発生器は、1/2Ｖの設定電圧Vcを発生
するもので、分圧抵抗３７，３８から構成されて
おり、一端には直流電圧Ｖが加えられ、接続点ｃ
は比較器３６の入力端子に接続されている。

比較器３６は、接続点ａ（あるいはｂ）の電圧
と設定電圧とを比較するもので、接続点ａの電圧
が設定電圧Vcより小さいと“Ｏ”レベルの信号
を出力し、逆に接続点ａの電圧が設定電圧Vcよ
り大きいと“１”レベル信号を出力する。この出
力信号は、空燃比検出信号として図示しない駆動
回路に与えられ、駆動回路から混合気供給装置１
２の空燃比調整器に与えられる。

吸入空気量センサ１８は、一端に直流電圧Ｖが
加えられており、移動端子１８ａからは第５図に
示すように吸入空気量Ｇに対して正比例する電圧
Vgが出力される。そして、この出力電圧Vgは、
入力抵抗４１を介して比較器４２に入力される。

設定電圧発生器は、所定吸入空気量に対応する
設定電圧Vdを発生するもので、分圧抵抗４３，
４４から構成されており、一端には直流電圧Ｖが
加えられ、接続点ｄは比較器４２の入力端子に接
続されている。

比較器４２は、電圧Vgと設定電圧Vdとを比較
するもので、電圧Vgが設定電圧Vdより小さいと
“１”レベルの信号を出力し、逆に電圧Vgが設定
電圧Vdより大きいと“０”レベルの信号を出力
する。

この比較器４２の出力信号は、分圧抵抗４５，
４６により電圧Ｖと分圧された後、トランジスタ
３４のベースに入力される。したがつて、トラン
ジスタ３４は、比較器４２が“０”レベル信号を
出力するとオンし、“１”レベル信号を出力する
とオフする。

全閉センサ１９は、一端に直流電圧Ｖが加えら
れており、この全閉センサ１９の出力信号は分圧
抵抗３９，４０により分圧された後、トランジス
タ３５のベースに入力される。したがつて、トラ
ンジスタ３５は、全閉センサ１９がオフのときオ
ンし、全閉センサ１９がオンのときオフする。

上記構成において、ガスセンサ１７は、エンジ
ン１０から排出される排気ガスのガス成分、特に
酸素濃度に応じて電気抵抗値が変化する。排気ガ
ス成分は、混合気供給装置１２からエンジン１０
へ供給される混合気の空燃比Ａ／Ｆに応じて変化
するため、ガスセンサ１７は、空燃比Ａ／Ｆに対
して第３図の曲線ａ，ｂ，ｃで示すように電気抵
抗値Ｒが変化する。

ここで、アクセルペダルによりスロツトル弁２
１が適当に開かれるエンジン１０の通常運転時に
は、ガスセンサ１７の使用温度は500℃程度にな
り、ガスセンサ１７の抵抗値Ｒは第３図の曲線ｂ
で示すように変化する。

このとき、吸入空気量センサ１８の出力電圧
Vgは、設定電圧Vdより小さく、かつ全閉センサ
１９はオンしているので、トランジスタ３４，３
５は共にオフしており、基準抵抗３１のみがガス
センサ１７に接続点ａを介して接続された状態と
なり、基準抵抗全体の電気抵抗値は基準抵抗３１
に基づく値Rbとなる。

しかして、エンジン１０に供給された混合気の
空燃比Ａ／Ｆが設定値である理論空燃比STより
大きくなると、ガスセンサ１７の電気抵抗値Ｒが
基準抵抗値Rbよりも大きくなる。この結果、接
続点ａの電圧は設定電圧Vcより大きくなり、比
較器３６は“１”レベルの空燃比検出信号を出力
し、駆動回路を介して混合気供給装置１２の空燃
比調整器を空燃比Ａ／Ｆが小さくなるよう作動さ
せ、エンジン１０に供給される混合気の空燃比
Ａ／Ｆを理論空燃比STとする。

また、逆に空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比STより
小さくなると、ガスセンサ１７の電気抵抗値Ｒが
基準抵抗値Rbよりも小さくなる。この結果、接
続点ａの電圧は設定電圧Vcより小さくなり、比
較器３６は“０”レベルの空燃比検出信号を出力
し、駆動回路を介して混合気供給装置１２の空燃
比調整器を空燃比Ａ／Ｆが大きくなるように作動
させ、エンジン１０に供給される混合気の空燃比
Ａ／Ｆを理論空燃比STとする。

スロツトル弁２１がさらに大きな開度に開かれ
ると吸入空気量が増大し、吸入空気量センサ１８
の出力電圧Vgが設定電圧Vdより大きくなる。こ
のため、比較器４２の出力信号は“１”から
“０”レベルに反転し、トランジスタ３４がオン
する。

したがつて、基準抵抗３１及び３２がガスセン
サ１７に接続された状態となり、基準抵抗全体の
電気抵抗値は基準抵抗３１，３２に基づく値 Rc（＝Ｒ３１・Ｒ３２／Ｒ３１＋Ｒ３２＜Rb）となる
。

こうして、吸入空気量が設定値より増大する
と、ガスセンサ１７の使用温度が800℃程度に上
昇し、電気抵抗値Ｒがシフトして低下するが、基
準抵抗全体の電気抵抗値もRcとなつて低下し、
比較器３６による空燃比検出は、使用温度500℃
程度のときと同様に良好に行われる。

また、エンジン１０のアイドリング運転時のよ
うにスロツトル弁２１が全閉位置になると、吸入
空気量は微量となり吸入空気量センサ１８の出力
電圧Vgが設定電圧Vdより小さくなつてトランジ
スタ３４がオフする。一方、全閉センサ１９がオ
ンからオフとなり、トランジスタ３５がオンす
る。

したがつて、基準抵抗３１及び３３がガスセン
サ１７に接続された状態となり、基準抵抗全体の
電気抵抗値は基準抵抗３１，３３に基づく値Ra
（＞Rb）となる。

こうして、スロツトル弁２１が全閉位置になる
と、ガスセンサ１７の使用温度が200℃程度に下
降し、電気抵抗値Ｒがシフトして上昇するが、見
かけ上基準抵抗全体の抵抗値もRaとなつて上昇
し、比較器３６による空燃比検出は、使用温度
500℃、800℃のときと同様に良好に行われる。

しかして、ガスセンサ１７の使用温度の上昇、
下降に応じて基準抵抗全体の電気抵抗値が温度補
正され常に良好なる空燃比検出が行われる。

さらに、ガスセンサ１７の電気抵抗値変化によ
り吸気系の空燃比Ａ／Ｆを制御するようにした
が、２次空気供給装置付エンジンであれば、排気
系の空燃比Ａ／Ｆを制御することもできる。

以上述べたように本発明によれば、抵抗変化検
出型のガスセンサの電気抵抗値が排気系の温度に
より大幅に変化しても、エンジンの吸入空気量及
びスロツトル弁開度の情報を用いてこのガスセン
サに接続される基準抵抗の電気抵抗値を適切に調
整することによつて、そのガスセンサの抵抗値変
化を補償でき、種々のエンジン状態において安定
した空燃比検出を行い得るという優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図、
第２図は第１図図示のガスセンサを示す断面図、
第３図はガスセンサの電気抵抗値を示すグラフ、
第４図は第１図図示の制御回路を示す電気回路
図、第５図は作動説明に供するグラフである。 １７……ガスセンサ、１８，１９……エンジン
センサをなす吸入空気量センサ、全閉センサ、３
１，３２，３３……基準抵抗、３４，３５……ス
イツチ素子をなすトランジスタ、３６……比較
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジンの排気ガス成分から空燃比を検出
   し、この空燃比に応じて電気抵抗値が変化するガ
   スセンサと、電源に対しこのガスセンサと直列接
   続された第１の抵抗と、この第１の抵抗と並列接
   続された第２の抵抗回路と、前記ガスセンサと並
   列接続された第３の抵抗回路と、前記ガスセンサ
   と前記第１の抵抗との接続点の電圧値を設定値と
   比較し、空燃比検出信号を出力する比較手段と、
   エンジンの吸入空気量を検出する吸入空気量セン
   サと、エンジンスロツトル弁全閉位置を検出する
   全閉センサと、前記吸入空気量センサの出力を受
   け吸入空気量が所定値以上になると前記第２の抵
   抗回路を導通状態にする第１のスイツチ素子と、
   前記全閉センサの出力を受けスロツトル弁が全閉
   位置になると前記第３の抵抗回路を導通状態にす
   る第２のスイツチ素子とを備えることを特徴とす
   る空燃比検出装置。