JP3113373B2 - 空燃比センサの基準酸素供給方法 - Google Patents
空燃比センサの基準酸素供給方法Info
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- JP3113373B2 JP3113373B2 JP04049785A JP4978592A JP3113373B2 JP 3113373 B2 JP3113373 B2 JP 3113373B2 JP 04049785 A JP04049785 A JP 04049785A JP 4978592 A JP4978592 A JP 4978592A JP 3113373 B2 JP3113373 B2 JP 3113373B2
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- ratio sensor
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸素ポンプと酸素濃淡
電池とからなる空燃比センサの基準酸素供給方法に関す
るものである。
電池とからなる空燃比センサの基準酸素供給方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、エンジン等の燃焼状態を制御
するため、ガソリン等と空気との混合気の空燃比を測定
する必要があり、この目的で空燃比センサが使用されて
いる。この空燃比センサの一例として、従来からジルコ
ニア等の固体電解質からなる板状体の両表面に一対の電
極を設けた素子を準備し、この素子を間隙を介して積層
し、一方の素子を基準酸素を供給するための酸素ポンプ
とし、他方の素子を酸素濃淡電池とした構成のものが、
例えば特開昭５９−１７８３５４号公報において知られ
ている。
するため、ガソリン等と空気との混合気の空燃比を測定
する必要があり、この目的で空燃比センサが使用されて
いる。この空燃比センサの一例として、従来からジルコ
ニア等の固体電解質からなる板状体の両表面に一対の電
極を設けた素子を準備し、この素子を間隙を介して積層
し、一方の素子を基準酸素を供給するための酸素ポンプ
とし、他方の素子を酸素濃淡電池とした構成のものが、
例えば特開昭５９−１７８３５４号公報において知られ
ている。
【０００３】これら従来の空燃比センサにおいては、酸
素濃淡電池側を基準として酸素ポンプの出力から酸素濃
度を求める場合と、酸素ポンプ側を基準として酸素濃淡
電池の出力から酸素濃度を求める場合がある。そのう
ち、酸素濃淡電池側を基準とする場合は、従来酸素濃淡
電池を形成する素子の両表面に設けた電極間に供給する
基準酸素生成電流を例えば約３０μA とし、立ち上げ時
より一定の電流値として、基準電極側に例えば１００％
Ｏ2 の基準参照エアを満たす必要があった。これは、従
来は電源を入れた直後の立ち上がり時出力が一定になる
までの精度はそれほど問題にならなかったためであり、
また３０μA 程度の値であれば、素子に長時間供給し続
けても素子を形成する固体電解質の破壊などが生じない
レベルであるためである。
素濃淡電池側を基準として酸素ポンプの出力から酸素濃
度を求める場合と、酸素ポンプ側を基準として酸素濃淡
電池の出力から酸素濃度を求める場合がある。そのう
ち、酸素濃淡電池側を基準とする場合は、従来酸素濃淡
電池を形成する素子の両表面に設けた電極間に供給する
基準酸素生成電流を例えば約３０μA とし、立ち上げ時
より一定の電流値として、基準電極側に例えば１００％
Ｏ2 の基準参照エアを満たす必要があった。これは、従
来は電源を入れた直後の立ち上がり時出力が一定になる
までの精度はそれほど問題にならなかったためであり、
また３０μA 程度の値であれば、素子に長時間供給し続
けても素子を形成する固体電解質の破壊などが生じない
レベルであるためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の基準酸素供給方法では、３０μA 程度の電流を
立ちあげ時より一定としているため、基準酸素濃度の安
定時間が３０秒程度必要となり、立ち上がり時の精度が
悪くなるとともに、定常時においては、空燃比λ＝１の
ストイキ点でのポンプセル電流値Ｉp が約−２０〜３０
μA とマイナス側へシフトしてしまい、望ましい値であ
るＩp ＝０に近くならない問題があった。
た従来の基準酸素供給方法では、３０μA 程度の電流を
立ちあげ時より一定としているため、基準酸素濃度の安
定時間が３０秒程度必要となり、立ち上がり時の精度が
悪くなるとともに、定常時においては、空燃比λ＝１の
ストイキ点でのポンプセル電流値Ｉp が約−２０〜３０
μA とマイナス側へシフトしてしまい、望ましい値であ
るＩp ＝０に近くならない問題があった。
【０００５】本発明の目的は上述した課題を解消して、
電源を入れることによる立ち上がり時から精度の良い測
定値を得ることができる空燃比センサの基準酸素供給方
法を提供しようとするものである。
電源を入れることによる立ち上がり時から精度の良い測
定値を得ることができる空燃比センサの基準酸素供給方
法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の空燃比センサの
基準酸素供給方法は、酸素ポンプと酸素濃淡電池とから
なる空燃比センサの基準酸素供給方法において、酸素濃
淡電池に供給する基準酸素生成電流を、立ち上がり直後
の最初の段階では大きな電流値として基準酸素を早く生
成させ、その後必要最小限度の小さな電流値とすること
を特徴とするものであり、さらに好ましい例として、空
燃比センサの温度を６５０℃以上にした後に、上記工程
を実施することを特徴とするものである。
基準酸素供給方法は、酸素ポンプと酸素濃淡電池とから
なる空燃比センサの基準酸素供給方法において、酸素濃
淡電池に供給する基準酸素生成電流を、立ち上がり直後
の最初の段階では大きな電流値として基準酸素を早く生
成させ、その後必要最小限度の小さな電流値とすること
を特徴とするものであり、さらに好ましい例として、空
燃比センサの温度を６５０℃以上にした後に、上記工程
を実施することを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】上述した構成において、酸素濃淡電池に供給す
る基準酸素生成電流を、電源を入れた直後の立ち上がり
時には従来より大きい電流とし、立ち上がり時に基準酸
素を早く生成できるとともに、その後必要最小限度の従
来より小さい電流としているため、安定した後は素子へ
の負荷を低減でき、長寿命化を達成できる。また、素子
が低温のとき、本発明のように従来の基準酸素生成電流
より大きい電流を供給すると、素子の破壊や黒化を生じ
る場合があるため、素子をある程度の高温すなわち６５
０℃程度の温度まで加熱した状態で電源を入れて上記工
程を実施すると好ましい。
る基準酸素生成電流を、電源を入れた直後の立ち上がり
時には従来より大きい電流とし、立ち上がり時に基準酸
素を早く生成できるとともに、その後必要最小限度の従
来より小さい電流としているため、安定した後は素子へ
の負荷を低減でき、長寿命化を達成できる。また、素子
が低温のとき、本発明のように従来の基準酸素生成電流
より大きい電流を供給すると、素子の破壊や黒化を生じ
る場合があるため、素子をある程度の高温すなわち６５
０℃程度の温度まで加熱した状態で電源を入れて上記工
程を実施すると好ましい。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明の基準酸素供給方法を実施す
る空燃比センサの一例の構成を示す断面図である。図１
に示す例では、空燃比センサ１を酸素濃淡電池２、酸素
ポンプ３および保護カバー４を、保護カバー４と酸素濃
淡電池２との間に隙間５を、また酸素濃淡電池２と酸素
ポンプ３との間に隙間６をガス拡散層８により設けて、
一体に積層して構成している。酸素濃淡電池２は、ジル
コニア等の固体電解質からなる板状のセンシングセル１
１の両表面に一対の電極１２−１、１２−２を設けて構
成している。酸素ポンプ３は、同様に固体電解質からな
る板状のポンピングセル２１の両表面に一対の電極２２
−１、２２−２を設けて構成している。また、本実施例
では、酸素ポンプ３の外側にヒータ７を設け、空燃比セ
ンサ１を例えば６５０℃程度の温度まで加熱できるよう
構成しているが、場合によってはヒータ７を設けなくて
も良い。
る空燃比センサの一例の構成を示す断面図である。図１
に示す例では、空燃比センサ１を酸素濃淡電池２、酸素
ポンプ３および保護カバー４を、保護カバー４と酸素濃
淡電池２との間に隙間５を、また酸素濃淡電池２と酸素
ポンプ３との間に隙間６をガス拡散層８により設けて、
一体に積層して構成している。酸素濃淡電池２は、ジル
コニア等の固体電解質からなる板状のセンシングセル１
１の両表面に一対の電極１２−１、１２−２を設けて構
成している。酸素ポンプ３は、同様に固体電解質からな
る板状のポンピングセル２１の両表面に一対の電極２２
−１、２２−２を設けて構成している。また、本実施例
では、酸素ポンプ３の外側にヒータ７を設け、空燃比セ
ンサ１を例えば６５０℃程度の温度まで加熱できるよう
構成しているが、場合によってはヒータ７を設けなくて
も良い。
【０００９】図１に示す構造の空燃比センサ１では、電
極１２−１、１２−２の間に図示のように電極を接続
し、所定の基準酸素生成電流を電極１２−１、１２−２
の間に流すことにより、隙間５内に１００％Ｏ2 からな
る基準参照エアを生成させる一方、隙間６内に供給され
る被測定ガス中の酸素と隙間５中の基準参照エア中の酸
素とが平衡になろうとする際、ポンピングセル２１を流
れるポンピング電流Ｉpを測定して酸素濃度を求めてい
る。この動作は従来の空燃比センサとなんら変わるとこ
ろはない。
極１２−１、１２−２の間に図示のように電極を接続
し、所定の基準酸素生成電流を電極１２−１、１２−２
の間に流すことにより、隙間５内に１００％Ｏ2 からな
る基準参照エアを生成させる一方、隙間６内に供給され
る被測定ガス中の酸素と隙間５中の基準参照エア中の酸
素とが平衡になろうとする際、ポンピングセル２１を流
れるポンピング電流Ｉpを測定して酸素濃度を求めてい
る。この動作は従来の空燃比センサとなんら変わるとこ
ろはない。
【００１０】本発明で重要なのは、図１に示す空燃比セ
ンサにおいて、基準酸素生成電流を立ち上がった最初は
所定の短時間の間従来の３０μA より大きい好ましくは
４０〜６０μA の電流とするとともに、所定の短時間経
過後は従来の３０μA よりも小さい５〜１５μA 好まし
くは１０〜１５μA に切り替える点である。そのための
回路の一例を図２および図３に示す。図２(a) に示す回
路では、センシングセル１１と、電源１３と、並列に接
続した抵抗１４−１、１４−２とを抵抗１４−１の抵抗
値Ｒを大、抵抗１４−２の抵抗値を小としてスイッチ１
５を介して接続し、スイッチ１５を切り換えることによ
り、立ち上がり初期は大きい基準酸素生成電流Ｉcpと
し、その後は小さい基準酸素生成電流Ｉcpとしている。
また、図３(a) に示す回路では、センシングセル１１
と、電源１３と、コンデンサ１６と、並列に接続した抵
抗１４−１、１４−２とをスイッチ１５を介して接続
し、スイッチ１５を入れることにより、図３(b) に示す
ように、立ち上がり初期は大きいＩcpでその後徐々に小
さいＩcpとしている。
ンサにおいて、基準酸素生成電流を立ち上がった最初は
所定の短時間の間従来の３０μA より大きい好ましくは
４０〜６０μA の電流とするとともに、所定の短時間経
過後は従来の３０μA よりも小さい５〜１５μA 好まし
くは１０〜１５μA に切り替える点である。そのための
回路の一例を図２および図３に示す。図２(a) に示す回
路では、センシングセル１１と、電源１３と、並列に接
続した抵抗１４−１、１４−２とを抵抗１４−１の抵抗
値Ｒを大、抵抗１４−２の抵抗値を小としてスイッチ１
５を介して接続し、スイッチ１５を切り換えることによ
り、立ち上がり初期は大きい基準酸素生成電流Ｉcpと
し、その後は小さい基準酸素生成電流Ｉcpとしている。
また、図３(a) に示す回路では、センシングセル１１
と、電源１３と、コンデンサ１６と、並列に接続した抵
抗１４−１、１４−２とをスイッチ１５を介して接続
し、スイッチ１５を入れることにより、図３(b) に示す
ように、立ち上がり初期は大きいＩcpでその後徐々に小
さいＩcpとしている。
【００１１】なお、図１に示す構造の空燃比センサ１
（被測定ガスが大気の場合、ＩP ＝５mAを出力するも
の）において、基準酸素生成電流Ｉcpと基準酸素安定時
間すなわち隙間５が１００％Ｏ2 で満たされるまでの時
間との関係を図４に示す。図４から、基準酸素生成電流
Ｉcpが５０μA では約１０秒で安定することがわかり、
この図からＩcpの切り換え時期を決定することができ
る。また、一例としてリッチガス中における基準酸素生
成電流Ｉcpと基準酸素による発生起電力との関係を図５
に示す。図５から、最低５μA 程度の基準酸素生成電流
Ｉcpでそれ以上のＩcpのときと変わらない発生起電力を
得られることがわかり、切り換え後はのＩcpは５μA よ
り大きければ十分であることがわかる。さらに、同一の
センサにおけるλ＝１のストイキ点における基準酸素生
成電流Ｉcpとポンプ電流Ｉp との関係を図６に示す。図
６から、基準酸素電流が５μA のときストイキ点のＩp
は約−３μA 、つまりＯ2 出力＝−0.01％であり、ゼロ
点調整を行わなくとも実用上問題のないことがわかる。
（被測定ガスが大気の場合、ＩP ＝５mAを出力するも
の）において、基準酸素生成電流Ｉcpと基準酸素安定時
間すなわち隙間５が１００％Ｏ2 で満たされるまでの時
間との関係を図４に示す。図４から、基準酸素生成電流
Ｉcpが５０μA では約１０秒で安定することがわかり、
この図からＩcpの切り換え時期を決定することができ
る。また、一例としてリッチガス中における基準酸素生
成電流Ｉcpと基準酸素による発生起電力との関係を図５
に示す。図５から、最低５μA 程度の基準酸素生成電流
Ｉcpでそれ以上のＩcpのときと変わらない発生起電力を
得られることがわかり、切り換え後はのＩcpは５μA よ
り大きければ十分であることがわかる。さらに、同一の
センサにおけるλ＝１のストイキ点における基準酸素生
成電流Ｉcpとポンプ電流Ｉp との関係を図６に示す。図
６から、基準酸素電流が５μA のときストイキ点のＩp
は約−３μA 、つまりＯ2 出力＝−0.01％であり、ゼロ
点調整を行わなくとも実用上問題のないことがわかる。
【００１２】さらに、本発明の上記生成電流切り換え工
程において、空燃比センサ１の温度が低温のとき、従来
の基準酸素生成電流よりも大きい電流を供給すると、空
燃比センサ１の破壊や黒化を生じることがある。そのた
め、ヒータ７によって空燃比センサ１をある程度の高温
すなわち６５０℃程度の温度まで加熱した状態で電源を
入れて上記工程を実施すると、空燃比センサ１の破壊や
黒化を防止することができるため好ましい。
程において、空燃比センサ１の温度が低温のとき、従来
の基準酸素生成電流よりも大きい電流を供給すると、空
燃比センサ１の破壊や黒化を生じることがある。そのた
め、ヒータ７によって空燃比センサ１をある程度の高温
すなわち６５０℃程度の温度まで加熱した状態で電源を
入れて上記工程を実施すると、空燃比センサ１の破壊や
黒化を防止することができるため好ましい。
【００１３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、酸素濃淡電池に供給する基準酸素生成電流
を、電源を入れた直後の立ち上がり時には従来より大き
い電流としているため、立ち上がり時に基準酸素を早く
生成できるとともに、その後必要最小限度の従来より小
さい電流としているため、安定した後は素子への負荷を
低減でき、長寿命化を達成できる。また、素子をある程
度の高温すなわち６５０℃程度の温度まで加熱した状態
で電源を入れて上記工程を実施すると、素子の破壊や黒
化を防止できるため好ましい。
によれば、酸素濃淡電池に供給する基準酸素生成電流
を、電源を入れた直後の立ち上がり時には従来より大き
い電流としているため、立ち上がり時に基準酸素を早く
生成できるとともに、その後必要最小限度の従来より小
さい電流としているため、安定した後は素子への負荷を
低減でき、長寿命化を達成できる。また、素子をある程
度の高温すなわち６５０℃程度の温度まで加熱した状態
で電源を入れて上記工程を実施すると、素子の破壊や黒
化を防止できるため好ましい。
【図１】本発明の基準酸素供給方法を実施する空燃比セ
ンサの一例の構造を示す断面図である。
ンサの一例の構造を示す断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の基準酸素供給方法を実施する
回路の一例を示す図であり、（ｂ）はその動作を説明す
るためのグラフである。
回路の一例を示す図であり、（ｂ）はその動作を説明す
るためのグラフである。
【図３】（ａ）は本発明の基準酸素供給方法を実施する
回路の他の例を示す図であり、（ｂ）はその動作を説明
するためのグラフである。
回路の他の例を示す図であり、（ｂ）はその動作を説明
するためのグラフである。
【図４】基準酸素生成電流と基準酸素安定時間との関係
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図５】リッチガス中における基準酸素生成電流と基準
酸素による発生起電力との関係を示すグラフである。
酸素による発生起電力との関係を示すグラフである。
【図６】ストイキ点における基準酸素生成電流とポンプ
電流との関係を示すグラフである。
電流との関係を示すグラフである。
１ 空燃比センサ １１ 酸素濃淡電池 ２１ 酸素ポンプ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/419 G01N 27/409
Claims (3)
- 【請求項１】 酸素ポンプと酸素濃淡電池とからなる空
燃比センサの基準酸素供給方法において、酸素濃淡電池
に供給する基準酸素生成電流を、立ち上がり直後の最初
の段階では大きな電流値として基準酸素を早く生成さ
せ、その後必要最小限度の小さな電流値とすることを特
徴とする空燃比センサの基準酸素供給方法。 - 【請求項２】 前記最初の大きな電流値が４０〜６０μ
A であり、前記必要最小限度の小さな電流値が５〜１５
μA である請求項１記載の空燃比センサの基準酸素供給
方法。 - 【請求項３】 空燃比センサの温度を６５０℃以上にし
た後、請求項１記載の工程を実施することを特徴とする
空燃比センサの基準酸素供給方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04049785A JP3113373B2 (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | 空燃比センサの基準酸素供給方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04049785A JP3113373B2 (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | 空燃比センサの基準酸素供給方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05249077A JPH05249077A (ja) | 1993-09-28 |
| JP3113373B2 true JP3113373B2 (ja) | 2000-11-27 |
Family
ID=12840819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04049785A Expired - Lifetime JP3113373B2 (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | 空燃比センサの基準酸素供給方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3113373B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5166354B2 (ja) * | 2009-06-05 | 2013-03-21 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ素子及びガスセンサ |
| JP5134065B2 (ja) | 2009-12-22 | 2013-01-30 | 日本特殊陶業株式会社 | センサ制御装置 |
-
1992
- 1992-03-06 JP JP04049785A patent/JP3113373B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05249077A (ja) | 1993-09-28 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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