JPS6276452A - Oxygen concentration detection device - Google Patents
Oxygen concentration detection deviceInfo
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- JPS6276452A JPS6276452A JP60218515A JP21851585A JPS6276452A JP S6276452 A JPS6276452 A JP S6276452A JP 60218515 A JP60218515 A JP 60218515A JP 21851585 A JP21851585 A JP 21851585A JP S6276452 A JPS6276452 A JP S6276452A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
失血n1
本発明はエンジン排気ガス等の気体中の酸素濃度を検出
する酸素濃度検出装置に関する。
1旦且韮
内燃エンジンの1)1気ガス浄化、燃費改善等を目的と
して、排気ガス中の酸素濃度を検出し、この検出結果に
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211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゛度検出
装置とじて被測定気体中の酸素濃度に比例した出力を発
生ずるものがある(特開昭58−153155号)。か
かる酸素濃度検出装置に43いては、一対の平板状のf
li索イオン伝導性固IA電解質材を右づる酸素濃度検
出器が設けられている。
その固体電解質材は被測定気体中に配置されるにうにな
され、固体電解質材の各人宍面には電極が各々形成され
かつ固体電解資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71材の一方が酸素
・1?ンプ素子として、他方が酸素溌度比ml定用雷池
素子どして作用するようになっている。被測定気体中に
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、酸素ポンプ索子の負極面
側にて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f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。このとぎ、間隙部中の酸素ガスの減少に
より間隙部内の気体と゛市i′li!素子外側の気体と
の間に酸素濃度差が生ずるのでその電圧を一定値にづる
ようにB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1iCiが被測定
気体中の酸^濃度にほぼ直線的に比例することになる。
また酸素ポンプ素子への供給比rXjを一定にすること
により電池素子の電極間に被測定気体中の酸素濃度にほ
ぼ比例した電圧が発生づるのである。
かかる酸素濃度検出装置においては、酸素ポンプ素子に
過剰の電流を供給すると、固体電解質材から酸素を奪う
ブラックニング現象が発生ずる。
例えば、固体電解資材としてZr02(二酸化ジルコニ
ウム)が用いられた場合、酸素ポンプ索子への過剰電流
供給によりZrO2からM素02がC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9は酸素ポ
ンプ素子の劣化を急速に進め酸素濃度検出器としての性
能を悪化ざVる原因となるので酸素ポンプ素子への供給
電流値はブラックニング現象発生領域の値より小さくし
なければならない。
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索子への供給ポンプ電流fif
fIp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1男係特性とh)様に1次
関数的特性である。
また酸素濃度検出装置においては、通常、酸素濃度検出
器、tなわち酸素ポンプ素子及び電池素子を加熱するた
めにヒータが設けられている。これは酸素濃度検出器の
温度がヒータの発熱によって所定湯度(例えば、650
℃)付近に達しなければ、酸素濃度検出器が活性状態と
ならず電池素子に電圧がBlood Loss n1 The present invention relates to an oxygen concentration detection device for detecting oxygen concentration in gas such as engine exhaust gas. 1) For the purpose of gas purification and fuel efficiency improvement of the internal combustion engine, the oxygen concentration in the exhaust gas is detected, and the air-fuel ratio of the mixture supplied to the engine is set to the target air-fuel ratio according to the detection result. There is an air-fuel ratio control device that performs feedback control 211. There is an oxygen concentration detection device used in such an air-fuel ratio control device that generates an output proportional to the oxygen concentration in the gas to be measured (Japanese Patent Laid-Open No. 153155/1983). In such an oxygen concentration detection device 43, a pair of flat plate f
An oxygen concentration detector is provided that monitors the ionically conductive solid IA electrolyte material. The solid electrolyte material is placed in the gas to be measured, and electrodes are formed on each side of the solid electrolyte material, and the solid electrolyte materials are arranged in parallel so as to face each other with a predetermined gap in between. It is located. One side of solid electrolyte 71 material is oxygen 1? As a pump element, the other acts as a lightning pond element for determining the oxygen permeability ratio ml. When a current is supplied between the electrodes of the oxygen pump element so that the electrode on the gap side becomes the negative electrode in the gas to be measured, the oxygen gas in the gap gas is ionized on the negative electrode side of the oxygen pump cord, and the oxygen pump It moves within the element f toward the positive electrode surface and is released from the positive electrode surface as oxygen gas. At this point, due to the decrease in oxygen gas in the gap, the gas in the gap and the gas in the gap are reduced. Since there is a difference in oxygen concentration between the gas outside the element and the gas outside the element, if the pump current value supplied to the B element pump element is changed so as to keep the voltage at a constant value, the pump current 1iCi at a constant temperature will be It is almost linearly proportional to the acid^ concentration. Furthermore, by keeping the supply ratio rXj to the oxygen pump element constant, a voltage approximately proportional to the oxygen concentration in the gas to be measured is generated between the electrodes of the battery element. In such an oxygen concentration detection device, when an excessive current is supplied to the oxygen pump element, a blackening phenomenon occurs in which oxygen is taken away from the solid electrolyte material. For example, when ZrO2 (zirconium dioxide) is used as the solid electrolytic material, excessive current supply to the oxygen pump cord decomposes M element O2 from ZrO2 and deposits zirconium Zr. This blackening causes rapid deterioration of the oxygen pump element and deteriorates its performance as an oxygen concentration detector, so the value of the current supplied to the oxygen pump element should be smaller than the value in the area where the blackening phenomenon occurs. There must be. Figure 1 shows the oxygen concentration and the pump current fif supplied to the oxygen pump cord, using the voltage Vs generated in the battery element as a parameter.
The relationship characteristics with fIp and the area where the blackening phenomenon occurs are shown, and the boundary line with the area where the blackening phenomenon occurs is a linear function characteristic as shown in h), which is a one-man characteristic with the voltage Vs as a parameter. Further, in an oxygen concentration detection device, a heater is usually provided to heat the oxygen concentration detector, that is, the oxygen pump element and the battery element. This is because the temperature of the oxygen concentration detector is set to a predetermined hot water temperature (for example, 650℃) by the heat generated by the heater.
℃), the oxygen concentration detector will not become active and voltage will not be applied to the battery element.
【Jとんど発生しないので耐糸
濃度に比例した出力特性が得られないためである。
しかしながら、酸素濃度比例電流出力型の酸素濃度検出
装置においては、酸素濃度検出器の不活性状態には電池
素子の発′[電)丁が予め定められた一定値に上界させ
るために電流供給手段が酸素ポンプ素子への供給′電流
値を増加させるように動作するので酸素ポンプ素子への
供給電流値がブラックニング現象発生境界116以上に
なってブラックニング現象発生ザることがあるという問
題点があった。
また酸素濃度比例電圧出力型の酸素濃度検出装置におい
て1よ、酸素濃度検出器の不活凹状態にt、1電池素子
の電極間の電圧からは空燃比が目標空燃比よりちリーン
であると判別されるのC供給j昆合気の空燃比がリッチ
方向に制御される。しかしながら、空燃比がリッチにな
るほどブラックニング現象発生境界値は小さく、また耐
Δポンプ素子への供給電流値は一定であるので空燃比が
リッチ方向に制御されると酸素ポンプ素子への供給電流
値がブラックニング現象発生境界値以上になってブラッ
クニング現象発生することがあるという問題点があった
。
fl豊旦】
そこで、本発明の目的は酸素濃度検出器の不活竹時にお
けるブラックニング現象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電池素子の゛1h極間に微
小電流を供給し、該微小電流供給助の電池素子の電極間
の電圧から電池素子の内部抵抗値を検出し、その内部抵
抗値が基準値以下のとき酸素濃度検出用の電流を酸素ポ
ンプ素子の゛電極間に供給づることをIR”flとして
いる。
見−五一贋
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
第2図は本フコ明にJ:る酸素濃度比例電圧出力型の酸
素濃度検出装置を用いた空燃比制御]装置を示している
。本装胃においては、互いに平行な−7・lの平板状素
子の酸素ポンプ素子1及び電池索子2からなるM素CJ
度検出器は排気管(図示せず)内に配設される。酸素ポ
ンプ素子1及び電池素子2の主体は酸素イオン伝導性固
体電解質材からなり、その一端部間には間隙部3が形成
され、他端部はスペーサ4を介して互いに結合されてい
る。また酸素ポンプ素子1及び電池素子2の一端部の表
裏面に多孔質の耐熱金属からなる方形状の電極板5ない
し8が設けられ、他端部面には電極板5ないし8の引き
出し線5aないし8aが形成されている。
酸素ポンプ索子1の電極板5,6間には定電流・回路1
1から定電流が供給される。定電流回路11は吸い込み
型回路であり、オペアンプ12.NPNI−ランジスタ
13及び抵抗15ないし17からなる。オペアンプ12
の出力端は抵抗15を介して1〜ランジスタ13のベー
スに接続されている。
また1〜ランジスタ13のエミッタは抵抗16を介して
アースされると共に抵抗17を介してオペアンプ12の
反Iλ入力端に接続され−Cいる。1−ランジスタ13
のコレクタはl’l’、lポンプ素子1の内側電極板6
[こ引き出し線6aを介しC接続され、外fll’l
M棒積5には電圧V [1が引き出し線5aを介して供
給されるようになっている。
一方、電池索子2の内側電極板7は引き出し線7aを介
してアースされ、外側゛電極板8【ま引き出し線8a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30に接続されている。非反転増幅器30の
出力端は空燃比制御回路31のVs’−入力端に接続さ
れている。空燃比制御回路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は空燃比
制御回路31のIc制御出力端から出力されるI+・値
指令データに応じた電圧を発生する。D/A変1!l!
! 2;32の出力端はオペアンプからなる電圧ホロワ
回路33を介して積分回路34に接続されている。
積分回路34は抵抗35.36及びコンデンナ37から
なり、その出力電圧がオペアンプ12の非反転入力端に
供給される。
空燃比制御回路31は好ましくはマイクロコンピユータ
からなり、上記したIc出力端、Vs−入力端の他にI
S出力端及びΔ/F駆動端を有している。Is出力端
にはバッファ139を介して定電流回路40が接続され
ている。バッファ39はIs出力喘から出力される微小
電流供給指令に応じて低レベル信号を発生し、微小電流
供給指令の停止時には高レベル信号を発生ずる。定電流
回路40はPNPt−ランラスタ41.抵抗42及びツ
ェナーダイオード43からなり、1−ランジスタ41の
エミッタに電圧V[+が抵抗42を介して供給され、コ
レクタが定電流出力として電池索子2の電極板8の引き
出し線8aに接続されている。トランジスタ41のベー
スはバッファ3つの出力9′jl:に接続され、またツ
ェナーダイオード43はベースと抵抗42の一端との間
に接続されている。土たA2/[駆動部;には2次空気
供給調整用の電磁弁44に接続されている。電磁か/I
4はエンジンの気化器絞り弁下流の吸気通路に連通J−
る吸気2次空気供給通路に設けられている。
なお、第3図に示すJ、うに酸素ポンプ素子1及び電池
索子2と平行にヒータ38が設けられている。ヒータ3
8はエンジンなFi動時に図示しない電流供給回路から
供給されるヒータ電流によって発熱して酸素ポンプ索子
1及び電池素子2を加熱覆る。
かかる構成においては、酸素ポンプ素子1及び電池索子
2の活性化の完了後に空燃比制御回路31の10出力端
からIP値指令データがD/A変換器32にに出力され
ると、D/A変換器32によってI p lfi指令デ
ータが電圧に変換され、その変換電圧が電圧ホロワ回路
33を介して積分回路34に供給される。積分回路34
の出力電圧は抵抗35.36およびコンデンサ−37に
よる積分時定数によって徐々に上背して抵抗35.36
による上記変換電圧の分11電圧に達する。この分y]
−′市圧は以準電圧V r’ + としてAペアンプ1
2の非反転入力O;、iに供給される。′4A準電圧V
r+の供給11!Iに酸素ポン/素子1の電極板5,6
間を流れるボンプ電流碩1「・は抵抗16の端子電圧に
よって検出され、その端子゛1h圧は抵IA 17を介
してオペアンプ12の反転入力端に供給される。端子、
′h圧が基へ(電11TVr+、上り小のときに(,1
オペアンプ12の出力レベルが高レベルになりトランジ
スタ13のベース′市流を増加さ住るのて゛ポンプ電流
lρが増大し、仝i:子電圧電圧へを電圧Vr1より人
のときに(よA−ベアング12の出力レベル【よ低レベ
ルとなり、1〜ランジスタ13のベース電流を減少さけ
るのぐポンプih流が低下する。この動作が高速で繰り
返されるのでポンプ電流1pは基準電圧Vr+に応じた
定電流値となる。
一方、電池素子2の電極板7,8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、非反転増
幅器30は電圧Vsを電圧増幅して酸素cJ度検出出力
として空燃比制御回路31のVs−入力端に供給する。
空燃比制御回路31は所定用1’JI毎に次の如< f
JJ作する。空燃比11す罪回路31は第4図に示すJ
:うに先ず、イグニッションスイッチ(図示せず)のオ
ンを表わすフラグFIGが1″に等しいか否かを判別し
くステップ51)、F+c=Oならば、イグニツシ」ン
スイツヂがオンからオンに切替わったか否かを判別する
(ステップ52) 、、イグニッションスイッチがオン
ならば、フラグF+cに“1″をセラ1〜しくステップ
53)、微小電流供給指令を発生する(ステップ54)
。これによりバッファ39が低レベル信号を定電流回路
40に供給し1〜ランジスタ41が能動状態どなり、定
゛心流回路40から電池素子2の電極板7,8間に予め
定められた値11の微小電流が供給される。次に非反転
増幅器30の出力電圧Vs−を読み込み(ステップ55
〉、読み込んだ出力電圧Vs−を微小電流値11で割り
算してその算出値を電池抵抗11fjR+oとする(ス
テップ56)。その電池抵抗値Rhoが活性化1i’v
;値R1より大であるか否かを判別する(ステップ57
)。R+ o >R+ならば、酸素ポンプ索子1及び電
池素子2は不活性でありブラックニング現象の発生の可
能性があると児なし、空燃比制御回路31の内部タイム
カウンタ△に61教時間としてT1をセラ(〜してダウ
ン61教を開始させる(ステップ58)。一方、R+0
≦R+ならば、その状態が時間T1以上継続したかをタ
イムカウンタΔの51数値から判別する(ステップ59
)。時間T1は例えば、エンジン冷1」水温、が高いほ
ど小さく、吸気温が高いほど小さく、又はエンジン始動
後の経過時間が短いほど人さ−く設定される。R+o≦
R1状態が時間T1以上継続した場合には酸素ポンプ素
子1及び電池素子2の活性が完了したと見なし、活性判
別用のフラグFo2に活性化完了を表わす′1″をセラ
1〜しくステップ60)、電池素子2の電極板7゜8間
への微小電流の供給を停止するために微小電流供給指令
の発生を停止しくステップ61)、微小電流値■1より
十分に大なる酸素濶度検出用のポンプ電流を供給するた
めにIρ値指令γ−りの内容を設定する(ステップ62
)。そして、出ツノ電)1.: V S−を読み込み(
ステップ63)、あtみ込んだ電圧Vs−が目標空燃比
に対応する基準電J1vr2より人であるか古かを判別
する(ステップ64)。出力電圧V3−は供給混合気の
空燃比がリッチになるに従って高くなるので、Vs−>
VF6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空燃比制御回路31は電磁弁44を
開弁駆動して2次空気をコーンジンに供給せしめる(ス
テップ65)。Vs−≦■r2ならば、空燃比がリーン
であるとして空燃比制御回路31は電磁弁44の開弁駆
動を停止し、2次空気のエンジンへの供給が停止される
(ステップ66)。またステップ57においてR+o>
R+ と判別したときにはステップ58の実行((にス
テップ66を実行して2次空気のエンジンへの供給を停
止さ゛ぜる。
ステップ51においてF+c=1と判別したならば、イ
グニッションスイッチがオンになったことを既に判別し
ているので活性判別用のフラグFo2が″1″に等しい
か否かを判別する(ステップ67)。FO2=0ならば
、活性化した判別されいていないのでステップ54を実
行し、FO2−1ならば、活性化が完了しているので直
ちにステップ63を実行する。
なお、フラグF+c及びFO2は電源投入時に” o
”に初III設定される。
第5図は本発明による酸素濃度比例電流出力型の酸素濃
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、第2図に示した装置と同一部分は同一符号
によって示しており、酸素ポンプ素子1の電極板5,6
間には電流供給回路45によって電流が供給される。電
流供給回路45はAベアシブ46.NPNI−ランジス
タ48及び抵抗47.49からなる。オペアンプ46の
出力9席は抵抗47を介してトランジスタ48のベース
に接続されている。またトランジスタ48のエミッタは
抵抗4つを介してアースされている。抵抗49は酸素ポ
ンプ素子1の電極板5,6間に流れるポンプ電流値rp
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1pとして制御回路31のIp入力端に供給さ
れる。1〜ランジスタ48のコレクタは酸素ポンプ素子
1の内側電極板6に引ぎ出し線6aを介して接続され、
外側電極板5には電圧VOが引さ出し線5aを介して供
給されるにうになっている。また非反中ムj(1幅2;
30の出力Oη:はオペアンプ46の反転入力Qi;に
接続されている。その他の+j+1成は第2図に示しt
こ装置と同様である。
かかる構成においては、空燃比制御回路31のIc出力
端からVs値指令データがD/△変換器32に出力され
ると、D/△変換器32ににつてV S値指令f−夕が
制御電圧Vcに変換され、そのr[、!I御電圧VCが
電圧小ロワ回路33を介して積分回路34に供給される
。積分回路34の出力電圧は抵抗35.36及びコンデ
ンサ37ににる積分時定数によって徐々に上昇して抵抗
35.36による制御電圧VCの分圧電圧に達する。こ
の分圧電圧は基準電J工Vr3としてオペアンプ46の
非反転入)NI”Aに供給される。このとき、オペアン
プ46の反転入力端の電圧レベルは基準電圧Vr3より
小であるのでオペアンプ46の出力レベルは高レベルと
なり1〜ランジスタ48がオンとなる。
トランジスタ48のオンにJ:り酸素ポンプ素子1の雷
(〜板5,6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2の電極板7゜8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、非反転増幅器30は電圧VSを電圧増幅してオ
ペアンプ46の反転入力端に供給する。を圧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Vr3を越えるとオペアン
プ46の出力レベルが低レベルに反転し、トランジスタ
48がオフとなる。トランジスタ48のオフによりポン
プ電流が減少するので電池索子2の電極板7゜8間の発
生゛電圧Vsが低下し、非反転増幅器30からAベアシ
ブ46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Vr3を下回ると再びAベア
シブ46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S賄指令データが表
わすI+r+に応じた電圧となる。
基準電圧VI”3のオペアンプ4Gへの供給時に酸素ポ
ンプ索子1の′電極板5,6間を流れるポンプ電流値I
pは抵抗49の端子電圧によって検出され、その端子電
圧は空燃比制御回路31のIP入力端に供給される。
空燃比制御回路31は所定周期毎に第6図に示すように
動作する。空燃比制御回路31は第4図に示した酸素濃
度比例電圧出力型の場合と同様にステップ51ないし6
2を実行し、ポンプ電流を供給するために■5lll′
1指令データの内容を11す定する(ステップ62a)
。そして、抵抗4つの※η1子電圧電圧ンプ電流値1p
として読み込み(ステップ63a)、読み込んだポンプ
電流値1pが目標空燃比に対応する基準値[rより小で
あるか否かを判別する(ステップ64a)。Ir〈Ir
ならば、エンジンに供給された混合気の空燃比がリッチ
であるとして空燃比制御回路31は電磁弁44を聞弁駆
t;」シて2次空気をエンジンに供給せしめる(ステッ
プ65)。IP≧lrならば、空燃比がリーンであると
して空燃比制御回路31は電磁弁44の11;1弁駆動
を停止1−シ、2次空気のエンジンへの供給がt“:ち
止される(ステップ6G)。
このように本発明の酸素濃度検出器2tに・おいては、
Iンジン始動+1.’lの酸素ポンプ索子1及び電池索
子2の不活性状態にヒータ38にヒータ上流が供給され
ると、酸素ポンプ素工1及び?liに也索子2がヒータ
38の光熱によって加熱され゛(酸素ボンゾメ・;了1
及び電池索子2の記庇がト昇づる。このとき、電池索子
2の内部抵抗1i[i Rt oは第7図に示FJよう
に加熱が進むに従って徐々に低下する。
内部抵抗値Rhoが予め実験結果等により定められた活
性化章型値R1に達すると酸素ポンプ索子1及び電池素
子2が活性化が完了したどし、それから更に時間T1だ
け経過してから酸素ポンプ索子1に酸素濃度検出用のポ
ンプ上流が供給される。
これに」:リブラックニング現蒙の発(1を確実に防止
−づることができる。
l旦しど狸ヌ
以上の如く、本発明の酸素ci度検出装置においては、
電池素子の電極間に微小゛電流を供給し、該微小電流供
給1.1の電池素子の電極間の電圧から電池素子の内部
抵抗(1「1を検出し、その内部抵抗値が3;’、 !
i’; fifN以−Lときには酸素濃度検出器が不活
性状態であるとi11断して微小電流より人なる酸素濃
度検出用のポンプ上流の供給を停止1′するので不活刊
時のブラックニング現象の発生を防止することができる
のである。[This is because J hardly occurs, so output characteristics proportional to yarn resistance density cannot be obtained. However, in an oxygen concentration detection device that outputs a current proportional to oxygen concentration, when the oxygen concentration detector is in an inactive state, current is supplied to the battery element in order to raise the output voltage to a predetermined constant value. The problem is that since the means operates to increase the current value supplied to the oxygen pump element, the current value supplied to the oxygen pump element may exceed the blackning phenomenon occurrence limit 116, causing the blackning phenomenon to occur. was there. In addition, in the oxygen concentration proportional voltage output type oxygen concentration detection device, when the oxygen concentration detector is in an inactive concave state, it is determined that the air-fuel ratio is leaner than the target air-fuel ratio from the voltage between the electrodes of the battery element. The air-fuel ratio of the determined C-supply air is controlled in the rich direction. However, as the air-fuel ratio becomes richer, the blackening phenomenon occurrence boundary value becomes smaller, and the supply current value to the anti-Δ pump element is constant, so when the air-fuel ratio is controlled in the rich direction, the supply current value to the oxygen pump element decreases. There has been a problem in that the blackening phenomenon may occur when the amount exceeds the threshold value for the occurrence of the blackning phenomenon. fl Toyotan] Therefore, an object of the present invention is to provide an oxygen concentration detection device that can prevent the blackening phenomenon when the oxygen concentration detector is inactive. The oxygen concentration detection device of the present invention supplies a minute current between the electrodes of the battery element, detects the internal resistance value of the battery element from the voltage between the electrodes of the battery element that helps supply the minute current, and detects the internal resistance value of the battery element. IR"fl is used to supply a current for oxygen concentration detection between the electrodes of the oxygen pump element when the current is less than a reference value. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Figure 2 shows an air-fuel ratio control device using an oxygen concentration proportional voltage output type oxygen concentration detection device. M-element CJ consisting of an oxygen pump element 1 and a battery cable 2 in the form of an element
The degree detector is disposed within the exhaust pipe (not shown). The main body of the oxygen pump element 1 and the battery element 2 is made of an oxygen ion conductive solid electrolyte material, and a gap 3 is formed between one end thereof, and the other end thereof is connected to each other via a spacer 4. Further, rectangular electrode plates 5 to 8 made of porous heat-resistant metal are provided on the front and back surfaces of one end of the oxygen pump element 1 and the battery element 2, and the lead wires 5a of the electrode plates 5 to 8 are provided on the other end surface. 8a are formed. A constant current circuit 1 is connected between the electrode plates 5 and 6 of the oxygen pump cord 1.
A constant current is supplied from 1. The constant current circuit 11 is a sink type circuit, and the operational amplifier 12. It consists of an NPNI transistor 13 and resistors 15 to 17. operational amplifier 12
The output terminal of is connected to the bases of transistors 1 to 13 via a resistor 15. Further, the emitters of transistors 1 to 13 are grounded through a resistor 16 and connected to the inverse Iλ input terminal of the operational amplifier 12 through a resistor 17. 1-ransistor 13
The collector of l'l' is the inner electrode plate 6 of l pump element 1.
[This is connected via the lead wire 6a, and the external
A voltage V[1 is supplied to the M bar 5 via a lead wire 5a. On the other hand, the inner electrode plate 7 of the battery cord 2 is grounded via the lead wire 7a, and the outer electrode plate 8 is connected to the operational amplifier 26 via the lead wire 8a. It is connected to a non-inverting amplifier 30 consisting of resistors 27-29. The output terminal of the non-inverting amplifier 30 is connected to the Vs'- input terminal of the air-fuel ratio control circuit 31. D is connected to the Ic control output terminal of the air-fuel ratio control circuit 31.
/A converter 32 is connected, and D/A converter 32 generates a voltage according to I+ value command data output from the Ic control output terminal of air-fuel ratio control circuit 31. D/A strange 1! l!
! The output terminal of 2; 32 is connected to an integrating circuit 34 via a voltage follower circuit 33 consisting of an operational amplifier. The integrating circuit 34 is made up of resistors 35, 36 and a capacitor 37, and its output voltage is supplied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 12. The air-fuel ratio control circuit 31 preferably includes a microcomputer, and in addition to the above-mentioned Ic output terminal and Vs-input terminal,
It has an S output end and a Δ/F drive end. A constant current circuit 40 is connected to the Is output terminal via a buffer 139. The buffer 39 generates a low level signal in response to the minute current supply command output from the Is output, and generates a high level signal when the minute current supply command is stopped. The constant current circuit 40 is a PNPt-run raster 41. It consists of a resistor 42 and a Zener diode 43, a voltage V[+ is supplied to the emitter of the transistor 41 via the resistor 42, and the collector is connected to the lead wire 8a of the electrode plate 8 of the battery cord 2 as a constant current output. ing. The base of the transistor 41 is connected to the outputs 9'jl: of the three buffers, and the Zener diode 43 is connected between the base and one end of the resistor 42. The drive unit A2 is connected to a solenoid valve 44 for adjusting secondary air supply. Electromagnetic?/I
4 communicates with the intake passage downstream of the engine's carburetor throttle valve J-
It is provided in the intake secondary air supply passage. Note that a heater 38 is provided in parallel with the sea urchin oxygen pump element 1 and the battery cord 2 shown in FIG. Heater 3
8 generates heat by a heater current supplied from a current supply circuit (not shown) when the engine is in operation, heating the oxygen pump cord 1 and the battery element 2. In this configuration, when the IP value command data is output from the 10 output terminal of the air-fuel ratio control circuit 31 to the D/A converter 32 after the activation of the oxygen pump element 1 and the battery cable 2 is completed, the D/A converter 32 The I p lfi command data is converted into voltage by the A converter 32 , and the converted voltage is supplied to the integration circuit 34 via the voltage follower circuit 33 . Integrating circuit 34
The output voltage of resistor 35.36 gradually increases due to the integration time constant due to resistor 35.36 and capacitor 37.
11 voltage of the above converted voltage is reached. This minute y]
-'The city voltage is equal to the voltage V r' + A amplifier 1
2 non-inverting inputs O;, i. '4A quasi-voltage V
r+ supply 11! Oxygen pump to I/electrode plates 5, 6 of element 1
The pump current flowing between the terminals 1 and 1 is detected by the voltage at the terminal of the resistor 16, and the voltage at the terminal 1h is supplied to the inverting input terminal of the operational amplifier 12 via the resistor IA 17.
'h pressure is the base (voltage 11TVr+, when the rise is small (,1
Since the output level of the operational amplifier 12 becomes high level and the current at the base of the transistor 13 increases, the pump current lρ increases, and when the voltage Vr1 becomes higher than the voltage Vr1, the output voltage of the transistor 13 increases. The output level of 12 becomes a very low level, and the pump ih flow decreases while avoiding a decrease in the base current of transistor 13. This operation is repeated at high speed, so the pump current 1p becomes a constant current value according to the reference voltage Vr+. On the other hand, a voltage VS is generated between the electrode plates 7 and 8 of the battery element 2, and the voltage Vs is supplied to the non-inverting amplifier 30, which amplifies the voltage Vs and detects the degree of oxygen cJ. It is supplied as an output to the Vs-input terminal of the air-fuel ratio control circuit 31.
Created by J.J. The air-fuel ratio 11 sin circuit 31 is shown in FIG.
Step 51) First, it is determined whether the flag FIG indicating the ON state of the ignition switch (not shown) is equal to 1". If F+c=O, it is determined whether the ignition switch has been switched from ON to ON. (Step 52) If the ignition switch is on, set flag F+c to "1" (Step 53), and generate a minute current supply command (Step 54)
. As a result, the buffer 39 supplies a low level signal to the constant current circuit 40, transistors 1 to 41 become active, and the constant current circuit 40 sends a predetermined value 11 between the electrode plates 7 and 8 of the battery element 2. A small current is supplied. Next, read the output voltage Vs- of the non-inverting amplifier 30 (step 55
>, the read output voltage Vs- is divided by the minute current value 11, and the calculated value is set as the battery resistance 11fjR+o (step 56). The battery resistance value Rho is activated 1i'v
; Determine whether it is greater than the value R1 (step 57
). If R+ o > R+, the oxygen pump cord 1 and the battery element 2 are inactive and there is a possibility of blackening occurring, and the internal time counter △ of the air-fuel ratio control circuit 31 is set as 61 hours. Sera T1 (~ and start Down 61 teaching (step 58). Meanwhile, R+0
If ≦R+, it is determined from the 51 value of the time counter Δ whether the state has continued for more than time T1 (step 59
). For example, the time T1 is set to be smaller as the engine cold water temperature is higher, smaller as the intake air temperature is higher, or set to be more discreet as the time elapsed after starting the engine is shorter. R+o≦
If the R1 state continues for more than time T1, it is assumed that the activation of the oxygen pump element 1 and the battery element 2 has been completed, and the flag Fo2 for determining activation is set to ``1'' indicating completion of activation (Step 60). , step 61) to stop the generation of the minute current supply command in order to stop the supply of minute current between the electrode plates 7.8 of the battery element 2; step 61); The contents of the Iρ value command γ-ri are set in order to supply a pump current of (step 62
). And Tsunoden) 1. : Read VS- (
In step 63), it is determined whether the voltage Vs- that has been inserted is older than the reference voltage J1vr2 corresponding to the target air-fuel ratio (step 64). Since the output voltage V3- increases as the air-fuel ratio of the supplied air-fuel mixture becomes richer, Vs->
If it is VF6, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is rich, and the air-fuel ratio control circuit 31 opens the solenoid valve 44 to supply secondary air to the corn gin (step 65). If Vs-≦r2, it is assumed that the air-fuel ratio is lean, and the air-fuel ratio control circuit 31 stops driving the solenoid valve 44 to open, and the supply of secondary air to the engine is stopped (step 66). Also, in step 57, R+o>
If it is determined that F+c is 1, then step 58 is executed ((then step 66 is executed to stop the supply of secondary air to the engine. Since this has already been determined, it is determined whether the activation determination flag Fo2 is equal to "1" (step 67). If FO2 = 0, it has not been determined that it is activated, so step 54 is executed. , FO2-1, the activation is completed and step 63 is executed immediately.Furthermore, the flag F+c and FO2 are set to "o" when the power is turned on.
Figure 5 shows an air-fuel ratio control device using the oxygen concentration proportional current output type oxygen concentration detection device according to the present invention.In this device, the device shown in FIG. Identical parts are indicated by the same reference numerals, and electrode plates 5 and 6 of the oxygen pump element 1
A current is supplied between them by a current supply circuit 45. The current supply circuit 45 is an A Bearsive 46. Consists of NPNI transistor 48 and resistor 47.49. Nine outputs of the operational amplifier 46 are connected to the base of a transistor 48 via a resistor 47. Further, the emitter of the transistor 48 is grounded via four resistors. A resistor 49 corresponds to the pump current value rp flowing between the electrode plates 5 and 6 of the oxygen pump element 1.
The terminal voltage is supplied to the Ip input terminal of the control circuit 31 as the pump current value 1p. 1 to the collectors of the transistors 48 are connected to the inner electrode plate 6 of the oxygen pump element 1 via the lead wire 6a,
A voltage VO is supplied to the outer electrode plate 5 via a lead wire 5a. Also, non-anti-Chumu j (1 width 2;
30's output Oη: is connected to the inverting input Qi; of the operational amplifier 46. Other +j+1 configurations are shown in Figure 2.
It is similar to this device. In this configuration, when the Vs value command data is output from the Ic output terminal of the air-fuel ratio control circuit 31 to the D/Δ converter 32, the Vs value command f- is controlled by the D/Δ converter 32. It is converted to voltage Vc, and its r[,! The I control voltage VC is supplied to the integrating circuit 34 via the low voltage lower circuit 33. The output voltage of the integrating circuit 34 gradually rises due to the integration time constant of the resistor 35, 36 and the capacitor 37, and reaches the divided voltage of the control voltage VC by the resistor 35, 36. This divided voltage is supplied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 46 as a reference voltage Vr3.At this time, since the voltage level at the inverting input terminal of the operational amplifier 46 is smaller than the reference voltage Vr3, The output level becomes a high level and the transistors 1 to 48 are turned on. A voltage Vs is generated between the two electrode plates 7.8, and the voltage Vs is supplied to a non-inverting amplifier 30. The non-inverting amplifier 30 amplifies the voltage VS and supplies it to the inverting input terminal of the operational amplifier 46. When the voltage Vs rises, the output voltage Vs- of the non-inverting amplifier 30 also rises.When the output voltage Vs- exceeds the reference voltage Vr3, the output level of the operational amplifier 46 is inverted to a low level, and the transistor 48 is turned off.Transistor 48 is turned off, the pump current decreases, so the voltage Vs generated between the electrode plates 7 and 8 of the battery cord 2 decreases, and the voltage Vs- supplied from the non-inverting amplifier 30 to the inverting input terminal of the A-bearing 46 also decreases. When the voltage Vs' falls below the reference voltage Vr3, the output level of the A passive 46 becomes high again, increasing the pump current.This operation is repeated at high speed, so the voltage Vs is controlled to a constant value. The voltage corresponds to I+r+ expressed by the S supply command data.The pump current value I flowing between the electrode plates 5 and 6 of the oxygen pump cable 1 when the reference voltage VI"3 is supplied to the operational amplifier 4G.
p is detected by the terminal voltage of the resistor 49, and the terminal voltage is supplied to the IP input terminal of the air-fuel ratio control circuit 31. The air-fuel ratio control circuit 31 operates at predetermined intervals as shown in FIG. The air-fuel ratio control circuit 31 performs steps 51 to 6 as in the case of the oxygen concentration proportional voltage output type shown in FIG.
2 and to supply the pump current ■5lll'
The contents of the 1 command data are set as 11 (step 62a).
. Then, the voltage voltage current value 1p of the four resistors *η1
It is determined whether or not the read pump current value 1p is smaller than a reference value [r corresponding to the target air-fuel ratio (step 64a). Ir〈Ir
If so, assuming that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is rich, the air-fuel ratio control circuit 31 operates the solenoid valve 44 to supply secondary air to the engine (step 65). If IP≧lr, the air-fuel ratio is lean, and the air-fuel ratio control circuit 31 stops driving the 11;1 valve of the solenoid valve 44.1-S, the supply of secondary air to the engine is stopped at t": (Step 6G).In this way, in the oxygen concentration detector 2t of the present invention,
Engine starting +1. When the heater 38 is supplied with the heater upstream to the inactive state of the oxygen pump element 1 and the battery element 2 of 'l, the oxygen pump elements 1 and ? In the li, Yasukko 2 is heated by the light from the heater 38 (oxygen bomb).
And the eaves of the battery cord 2 rises. At this time, the internal resistance 1i [i Rt o of the battery cord 2 gradually decreases as the heating progresses, as shown in FIG. 7 FJ. When the internal resistance value Rho reaches the activation value R1 determined in advance based on experimental results etc., activation of the oxygen pump cord 1 and the battery element 2 is completed, and after a further time T1 has elapsed, the oxygen pump cable 1 and the battery element 2 are activated. The pump cord 1 is supplied with a pump upstream for oxygen concentration detection. As described above, in the oxygen ci degree detection device of the present invention, the occurrence of rib blackning can be reliably prevented.
A minute current is supplied between the electrodes of the battery element, and the internal resistance of the battery element (1 is detected from the voltage between the electrodes of the battery element of the minute current supply 1.1, and the internal resistance value is 3;' , !
i'; When the oxygen concentration detector is in an inactive state, the oxygen concentration detector is cut off and the supply upstream of the pump for detecting the oxygen concentration is stopped using a minute current, so there is no blackening when the sensor is inactive. This makes it possible to prevent the phenomenon from occurring.
第1図は酸素υ力麿−ポンプ電流14性及びブラックニ
ング現象発生領域を承り図、第2図は本発明の実施例を
示す回路図、第3図は酸素濃度検出器の構成を示づ゛斜
視図、第4図は第2図に示した装置中の空燃比制御回路
の動伯を示すフロー図、第4図は電池素子電圧−ポンプ
抵抗特性にJ:ってブラックニング現染発生境界を示す
図、第5図は本発明の他の実施例を示す回路図、第6図
は第5図に示した装置中の空燃比制御回路の動負を示す
フロー図、第7図は活性化時の電池素子の内部抵抗値の
変化を示す図である。
主要部分の符号の説明
1・・・・・・酸素ポンプ素子
2・・・・・′1゛u曲2る子
3・・・・・・間隙部
4・・・・・・スベー(Y
5ないし8・・・・・・電極板
11.40・・・・・・定゛上流回路
30・・・・・・非反転増幅器
44・・・・・・°:1で磁弁
45・・・・・・電流供給回路
出願人 本田技研工業株式会社
代理人 ブt I’l! i−、停(4元彦本1図
毛3 コFig. 1 is a diagram showing the oxygen pump current characteristics and the blackening phenomenon occurrence area, Fig. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, and Fig. 3 shows the configuration of an oxygen concentration detector.゛Perspective view. Figure 4 is a flow diagram showing the movement of the air-fuel ratio control circuit in the device shown in Figure 2. Figure 4 shows the battery element voltage vs. pump resistance characteristic. FIG. 5 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention, FIG. 6 is a flow diagram showing the dynamics of the air-fuel ratio control circuit in the device shown in FIG. 5, and FIG. 7 is a diagram showing the boundaries. FIG. 3 is a diagram showing changes in internal resistance value of a battery element upon activation. Explanation of symbols of main parts 1...Oxygen pump element 2...'1゛u bend 2Ruko 3...Gap section 4...Sube (Y 5 or 8... Electrode plate 11, 40... Constant upstream circuit 30... Non-inverting amplifier 44... Magnetic valve 45 at °:1... ...Current supply circuit applicant Honda Motor Co., Ltd. agent But I'l!
Claims (1)
電解質材を有しその各固体電解質材に一対の電極が形成
されかつ前記一対の固体電解質材が所定の間隙部を介し
て対向するように配置され前記一対の固体電解質材の一
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器と、前記酸素ポ
ンプ素子の電極間に電流を供給する電流供給手段とを含
み、前記電池素子の電極間の電圧又は前記酸素ポンプ素
子の電極間に流れる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、前記電流供給手段は前記電池素
子の電極間に微小電流を供給し、該微小電流供給時の前
記電池素子の電極間の電圧から前記電池素子の内部抵抗
値を検出し、その内部抵抗値が基準値以下のとき酸素濃
度検出用の電流を前記酸素ポンプ素子の電極間に供給す
ることを特徴とする酸素濃度検出装置A pair of oxygen ion conductive solid electrolyte materials disposed in a gas to be measured, a pair of electrodes formed on each of the solid electrolyte materials, and the pair of solid electrolyte materials facing each other with a predetermined gap interposed therebetween. an oxygen concentration detector arranged in such a manner that one of the pair of solid electrolyte materials acts as an oxygen pump element and the other acts as a battery element for measuring oxygen concentration ratio; and a current supply that supplies current between the electrodes of the oxygen pump element. an oxygen concentration detection device that uses a voltage between the electrodes of the battery element or a current value flowing between the electrodes of the oxygen pump element as an oxygen concentration detection value, the current supply means includes a voltage between the electrodes of the battery element; A minute current is supplied between them, and the internal resistance value of the battery element is detected from the voltage between the electrodes of the battery element when the minute current is supplied, and when the internal resistance value is less than a reference value, a current for oxygen concentration detection is detected. is supplied between the electrodes of the oxygen pump element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60218515A JPS6276452A (en) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | Oxygen concentration detection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60218515A JPS6276452A (en) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | Oxygen concentration detection device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6276452A true JPS6276452A (en) | 1987-04-08 |
| JPH0580619B2 JPH0580619B2 (en) | 1993-11-09 |
Family
ID=16721135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60218515A Granted JPS6276452A (en) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | Oxygen concentration detection device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6276452A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5895564A (en) * | 1996-09-30 | 1999-04-20 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method and a device for controlling an air/fuel ratio sensor |
-
1985
- 1985-09-30 JP JP60218515A patent/JPS6276452A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5895564A (en) * | 1996-09-30 | 1999-04-20 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method and a device for controlling an air/fuel ratio sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0580619B2 (en) | 1993-11-09 |
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