JPS6355453A - 空燃比測定装置 - Google Patents

空燃比測定装置

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JPS6355453A
JPS6355453A JP61198890A JP19889086A JPS6355453A JP S6355453 A JPS6355453 A JP S6355453A JP 61198890 A JP61198890 A JP 61198890A JP 19889086 A JP19889086 A JP 19889086A JP S6355453 A JPS6355453 A JP S6355453A
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市川 範男
Takayuki Itsuji
貴之 井辻
Masayuki Miki
三木 政之
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Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は空燃比測定装置に係り、特に自動車燃焼ガス成
分がら空燃比を検出するのに好適な空燃比測定装置に関
する。
〔従来の技術〕
一般に回路の切換えなしで、リーンおよび理論空燃比を
検出する従来の装置は、特開58−179351号公報
に記載のように過濃側で示される起電力より小さく、限
界電流値が発生する印加電圧よりも高い特定電圧を検出
素子の両電極間に印加して、希薄空燃比はO〜正のリニ
ア出力として検出し、過濃空燃比側ではセンサに発生す
る超電力と前記印加電圧との差に応じた逆向きの電流に
相当する負の電圧として検出し、理論空燃比はOvから
負の電圧に急変する点として検出している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、理論空燃比をクリアなステップ信号と
して得るには理論空燃比(λ=1)を含むリッチ領域の
信号が負の出力となるため、コンピュータで信号の処理
を行なうには、正の信号に反転する必要がある。またリ
ッチ側信号とリーン側の信号が理論空燃比点で急変する
為、リッチ側からλ=1へ行く場合と、リーン側からλ
=1へ行く場合にその出力値が異なるので、広範囲な空
燃比制御を行なう場合λ=1の信号処理が複雑となる。
上記問題点は、特願昭60−19982号に示すように
リッチ領域からリーン領域の全域にわたって、リニアな
正の出力電圧により空燃比を検出するセンサ処理回路に
より解決されるが、本発明の目的はリニア出力に加え、
現02センサと同様理論空燃比点(λ=1)のみを示す
ステップ信号を出力する機能を付加し、触媒浄化効率の
最も良いλ=1制御の3元フィードバック専用の信号を
得ることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、酸素イオンによるポンピング電流の方向が
、空燃比がリッチからリーンおよびり−ンからリッチへ
の変化に対応して切換わることを利用し、例えばポンプ
電流検出手段である抵抗器の両端電圧を、差動増幅機能
を有する比較器により比較することにより達成される。
このステップ信号を、現行起電力タイプのo2゜センサ
と同等の信号とするには、リーン領域すなわちポンプ電
流が正の場合低出力、リッチ領域すなわちポンプ電流が
負の場合高出力とするように、比較器への人出を設定す
れば良い。
この方法によれば、リッチ−リーン空燃比をリニア出力
として連続して測定しながら、λ=1に相当する信号出
力が得られる。
(実施例〕     ゛ 以下、本発明の一実施例を図により説明する。
第1図は本発明にかかわる空燃比測定装置の回路構成の
概略を示す図である。検出素子6は袋管形の一部を示す
もので、酸素イオン固体導伝体であるジルコニア固体電
解質6bの対向する面に、それぞれ白金の無電解メツ等
により形成した検出型41i6a、基準電極6dを設け
、検出電極周辺にはガス拡散を律速する拡散抵抗層6a
が設けられている。検出電極6cの電圧Ve’は、増幅
器2に負帰還され、検出素子6に流れるポンプ電流Ip
が変化しても、基準電圧V p 、 a ;と等しく一
定になる□ように、トランジスタ3に流れる電流が増幅
器2により制御される。一方基準電極6dの電圧V&は
増幅器4によりVp、a、+Vsに等しくなるようにポ
ンプ電流Ipを制御する。これにより検出素子の電極間
の電位差はVsに保たれる。基準電圧V p 、o、は
基準電圧発生源1aにより作られ、基準電圧と極間電圧
Vsは、基準電圧+極間電圧発生源1. bにより作ら
れる。ここで極間電圧Vsは第2図に示すV−I特性に
おいて、ポンプ電流IPが限界電流を示す範囲の値、例
えば0.4Vに設定されている。空燃比がリーンの場合
、検出素子6の極間電圧はVsより低くなるため、Va
=0.4V とするように酸素イオンが検出電極6cか
ら基準電極6dへ向って流れる。すなわちポンプ電流I
Pが増幅器4により基準電極6dから検出電極6cの向
きに流される。空燃比がリッチに変化すると、こんどは
極間電圧がVsより高くなるためリーンの時とは逆に酸
素イオンが移動する。
すなわち、増幅器2によりポンプ電流Ipが検出電極6
cから基準電極6dの方向に流れる。空燃比を表わすワ
イドレンジリニア出力Voは、Ip検出抵抗Rsにポン
プ電流が流れ次式で求められる。
Vo=Va十Ip−Rs = (Vp、o、+ Vs) 十I p−Rg   −
(1)ここでV p 、 a、 e V s + Rs
は一定な定数であるからvOはIPのみにより従属変化
する。ポンプ電流Ip  (限界電流値)は第2図に示
す検出素子6のV−I特性から、空燃比(空気過剰率)
に応じて、ある一定の値をとるため、ポンプ電流IPを
検出すれば、空燃比を測定することが出来る。また第2
図からも明らかなように、理論空燃比(A/F=1.4
.7)ではI p = Oであり、リーン域ではIp>
O、リッチ域ではIp<Oとなる。(1)式%式% ば、第3図に示すようにIp =Oすなわち理論空燃比
における出力がVo=2.5Vとなるリニアな出力とし
て、空燃比を測定出来る。このリニア出力を用いれば、
任意の空燃比制御が可能となるが、触媒の浄化効率が最
も良い3元フィードバック(理論空燃比点制御)制御用
に、従来の起電力形Ozセンサと同等のステップ状0N
−OFF信号を得る方法について述べる。
ポンプ電流Ipはすでに述べたように、理論空燃比を境
にしてその値の符号が変わる6すなわち第1図に示した
IPの流れの方向が切換わる。そこで、このポンプ電流
の方向が切換わる状態を検出する手段と、該状態をステ
ップ信号出力として出力する手段とを設け、前記したリ
ニアなワイドレンジ出力Voとを区別して出力を得るこ
ととした。すなわち、第1図において、ポンプ電流Ip
の方向切換わりを検出する手段として、ポンプ電流値を
検出するIp検出抵抗器の両端電圧Va、V。
を、比較器5を用いて比較することとし、ステップ信号
を得るために前記比較器に差動増幅器を用いた回路構成
とした。この簡単な回路構成により、リッチ域において
はポンプ電流Ipは検出電極6cから基準電極6dに向
って流れるので、V。
< V aとなりIP検出抵抗器の両端電圧を比較する
比較器5の■入出電圧をVo、  ○入カ電圧をVaと
なるように接続すれば、差動増幅機能を有する比較機5
からのλ=1信号出カVλは第3図に示すようにリッチ
域で高出力となる。逆にり−ン域ではV o > V 
aとなり低出力となる。
以上の回路構成により、理論空燃比(λ=1)でステッ
プ変化するλ=1信号出カVλが、ワイドレンジなリニ
ア出力Voと区別して別々に得ることが出来る。
次に2.OQ、4サイクルの実エンジンにより、従来の
起電力形02センサを用いて3元フィードバック制御(
λ=1制御)をした時の実験結果の1例(R/L60k
m/h相当)を第4図に示す。Vλの信号出力と同時に
、ワイドレンジ出力Vo、Oxセンサの起電力の変化を
、ウニイブメモライザにより記録したものである。これ
らの出力は、02センサによる空燃比制御をした場合の
空燃比の変化を表わすものである。
ワイドレンジ出力vOは第3図に示すようにA/F=1
4.7(λ=1)の理論空燃比点の出力を2.5vに調
整しである。Vo=2.5V を境にして、ポンプ電流
Ipの方向切換わりに対応して、λ=1の信号出力Vλ
は電気的に高出力(Ip<O,リッチ域)と低出力(I
 p 、 > Ot リーン域)を繰り返す。その周期
は600〜700m5ecである。一方02センサの出
力変化も、Vλの変化にほぼ同期しており、その同期も
600〜700w+secと同等なことが確認された。
更にVλの値を115に減じOzセンサの0N−OFF
信号の代用として上記エンジンの3元フィードバックを
行なったが、第4図に示す結果と同等の結果が得られ、
10モード燃費10.5km/Q、10モード排気値も
Co 0.82g/km。
HC0,14g/laa、NOx  0.19g/km
でOzセンサと同等であった。
〔発明の効果] 本発明によれば、簡単な回路構成を追加するだけで、ワ
イドレンジなリニア出力と独立したλ=1相当の信号出
力を得ることが出来る。
また別の効果として、現行の起電力形02センサと同等
の信号が得られるので、触媒浄化効率が最大となる理論
空燃比点に制御する3元フィードバック専用の信号とし
て使用することが出来るので、センサが使い易くなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のセンサ駆動回路構成を示す
回路図、第2図は検出素子のポンプ電流とセンサ極間電
圧との関係を示すV−I特性図、第3図は本発明のセン
サ駆動回路による出方特性を示す特性図、第4図は、実
エンジンにおける理論空燃比制御時における各出方特性
を同時比較した実験データを示すものである。 2.4・・・増幅器、5・・・比較器、6・・・検出素
子、Rs・・・Ip検出抵抗器、Ip・・・ポンプ電流
、Vo・・・ワイドレンジリニア出力、Vλ・・・λ=
1信号出力。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ジルコニア固体電解質と、該電解質の対向する面に
    基準極および検出極を有し、該検出極周辺にガス拡散を
    律速する拡散部材を設けた検出素子と、前記両電極間に
    電圧を印加し双方向に酸素イオンをポンピングして限界
    電流を検出する駆動回路により燃料ガスの空燃比を過濃
    空燃比、理論空燃比、希薄空燃比の全域にわたりリニア
    出力として、測定する空燃比測定装置において、酸素イ
    オンポンピング電流の流れの方向が切換わる状態を検出
    する手段と、該状態をステップ信号として出力する手段
    を有し、前記リニア出力と該ステップ信号出力とを区別
    して出力せしめる構成としたことを特徴とする空燃比測
    定装置。 2、特許請求の範囲第1項においてポンプ電流の方向切
    換わり検出手段として、ポンプ電流値を検出するための
    抵抗器の両端電圧を比較器により比較することを特徴と
    する空燃比測定装置。 3、特許請求の範囲第1項においてステップ信号出力手
    段として、第2項記載の比較器に差動増幅器を用いたこ
    とを特徴とする空燃比測定装置。
JP61198890A 1986-08-27 1986-08-27 空燃比測定装置 Granted JPS6355453A (ja)

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US07/084,077 US4799018A (en) 1986-08-27 1987-08-11 Air fuel ratio measuring system
KR1019870008881A KR910004212B1 (ko) 1986-08-27 1987-08-13 공연비 측정시스템
DE19873728335 DE3728335A1 (de) 1986-08-27 1987-08-25 Messsystem zur bestimmung des luft-kraftstoff-verhaeltnisses

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JPH0545181B2 JPH0545181B2 (ja) 1993-07-08

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JPH0545181B2 (ja) 1993-07-08
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