JPH02150756A - Linear a/f sensor - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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- F02D41/1456—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with sensor output signal being linear or quasi-linear with the concentration of oxygen
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は内燃機関等の燃焼装置へ供給される混合気の
空燃比を検出するリニアＡ／Ｆセンサに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a linear A/F sensor that detects the air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to a combustion device such as an internal combustion engine.
従来より、リニアＡ／Ｆセンサを用いて内燃機関等の燃
焼装置へ供給される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を検出し
、混合気の空燃比をフィードバック制御することが行わ
れている。第４図は従来のリニアＡ／Ｆセンサの全体構
成図である。Conventionally, a linear A/F sensor has been used to detect the air-fuel ratio (A/F) of a mixture supplied to a combustion device such as an internal combustion engine, and feedback control of the air-fuel ratio of the mixture has been carried out. . FIG. 4 is an overall configuration diagram of a conventional linear A/F sensor.
第４図において、セルユニット１はジルｍ１−７にて形
成されるとともに、拡散孔２により排気通路６と連通し
ている第１のチャンバＣ１と、図示しない通路によって
参照気体としての大気と連通している第２のチャンバＣ
２とを有している。即ち、排気通路６と第１のチャンバ
Ｃ１は拡散孔２を有した第１の隔壁３にて仕切られてお
り、第１のチャンバＣ１と第２のチャンバＣ２は第２の
隔壁４にて仕切られている。In FIG. 4, the cell unit 1 is formed of a girder m1-7, and has a first chamber C1 that communicates with an exhaust passage 6 through a diffusion hole 2, and communicates with the atmosphere as a reference gas through a passage (not shown). The second chamber C
2. That is, the exhaust passage 6 and the first chamber C1 are partitioned by the first partition wall 3 having the diffusion hole 2, and the first chamber C1 and the second chamber C2 are partitioned by the second partition wall 4. It is being
上記第１の隔壁３の排気通路６側及び第１のチャンバＣ
１側にはそれぞれポンプセル電極１１Ａ１１１Ｂが配設
されており、上記第１の隔壁３、ポンプセル電極１１Ａ
及びＩＩＢにてポンプセル１０が構成されている。な右
、ポンプセル電極１１Ａ、ＩＩＢはプラチナ製で多数の
微小孔が形成されている。そして、ポンプセル１０は後
述するポンプ電流Ｉｐの流れの方向に応じて、排気通路
６内から第１のチャンバＣ１内へ、もしくは第１のチャ
ンバＣ１内から排気通路６内へと酸素イオンを移動させ
る。The exhaust passage 6 side of the first partition wall 3 and the first chamber C
Pump cell electrodes 11A and 111B are disposed on the first side, respectively, and the first partition wall 3 and the pump cell electrode 11A are arranged on the first side.
and IIB constitute a pump cell 10. On the right, pump cell electrodes 11A and IIB are made of platinum and have many micropores formed therein. Then, the pump cell 10 moves oxygen ions from the inside of the exhaust passage 6 to the first chamber C1 or from the inside of the first chamber C1 to the inside of the exhaust passage 6 depending on the flow direction of the pump current Ip, which will be described later. .
一方、第２の隔壁４の第１のチャンバＣ１側には排ガス
側電極２１が配設され、第２の隔壁４の第２のチャンバ
Ｃ２側には大気側電極２２が配設されている。排ガス側
電極２１及び大気側電極２２はプラチナ製で多数の微小
孔が形成されている。On the other hand, an exhaust gas side electrode 21 is arranged on the second partition wall 4 on the first chamber C1 side, and an atmosphere side electrode 22 is arranged on the second partition wall 4 on the second chamber C2 side. The exhaust gas side electrode 21 and the atmosphere side electrode 22 are made of platinum and have a large number of micropores formed therein.
そして、上記第２の隔壁４、排ガス側電極２１及び大気
側電極２２にてセンサセル２０が構成されている。セン
サセル２０は上記第１のチャンバＣ１内に導かれた排気
ガス中の酸素濃度と、上記第２のチャンバＣ２内に導か
れた大気中の酸素濃度との差に応じた電気信号を出力す
る。The second partition wall 4, the exhaust gas side electrode 21, and the atmosphere side electrode 22 constitute a sensor cell 20. The sensor cell 20 outputs an electric signal according to the difference between the oxygen concentration in the exhaust gas introduced into the first chamber C1 and the oxygen concentration in the atmosphere introduced into the second chamber C2.
セルユニット１の排気通路６とは反対側の隔壁５にはヒ
ータ８が設けられ、このヒータ８へ電源９からの電力を
供給することによりセルユニット１全体が加熱されるよ
うになっている。A heater 8 is provided on the partition wall 5 on the side opposite to the exhaust passage 6 of the cell unit 1, and by supplying electric power from a power source 9 to the heater 8, the entire cell unit 1 is heated.
ところで、センサセル２０の排気側電極２１はアースさ
れており、大気側電極２２は減算回路３１の一側入力端
に接続されるとともにプルダウン抵抗Ｒ２を介してアー
スされている。また、減算回路３１の＋側入力端は基準
電圧電源ＥＯに接続されている。そして、減算回路３１
はセンサセル２０の出力信号（センサセル出力電圧Ｖｓ
）と基準電圧電源Ｅｏからの基準電気信号（基準電圧Ｖ
ｒｅｆ）との差をΔＶｓ （＝Ｖｒｅｒ−Ｖｓ）として
出力する。即ち、排気ガス中の酸素濃度が理論空燃比（
Ａ／Ｆ＝１４．７）における酸素濃度よりも低い状態（
混合気がリッチである状態）ではセンサセル出力電圧Ｖ
ｓは基準電圧Ｖｒｅｆ（＝０．４５Ｖ）よりも高くなり
、減算回路３１の出力ΔＶｓは負（−）の信号となる。Incidentally, the exhaust side electrode 21 of the sensor cell 20 is grounded, and the atmosphere side electrode 22 is connected to one input terminal of the subtraction circuit 31 and grounded via a pull-down resistor R2. Further, the + side input terminal of the subtraction circuit 31 is connected to the reference voltage power source EO. And the subtraction circuit 31
is the output signal of the sensor cell 20 (sensor cell output voltage Vs
) and the reference electrical signal from the reference voltage power supply Eo (reference voltage V
ref) is output as ΔVs (=Vrer−Vs). In other words, the oxygen concentration in the exhaust gas is equal to the stoichiometric air-fuel ratio (
A/F=14.7)
When the air-fuel mixture is rich), the sensor cell output voltage V
s becomes higher than the reference voltage Vref (=0.45V), and the output ΔVs of the subtraction circuit 31 becomes a negative (-) signal.
そして、排気ガス中の酸素濃度が理論空燃比における酸
素濃度よりも高い状態（混合気がリーンである状態）で
はセンサセル出力電圧Ｖｓは基準電圧Ｖｒｅｆ （−
０，４５Ｖ）よりも低くなり、減算回路３１の出力ΔＶ
ｓは正（＋）の信号となる。Then, when the oxygen concentration in the exhaust gas is higher than the oxygen concentration at the stoichiometric air-fuel ratio (the air-fuel mixture is lean), the sensor cell output voltage Vs is the reference voltage Vref (-
0.45V), and the output ΔV of the subtraction circuit 31
s becomes a positive (+) signal.
一方、減算回路３１の出力端はＶ−Ｉコンバータ３２の
入力端に接続されており、Ｖ−Ｉコンバータ３２は比例
係数演算器３３と積分係数演算器３４とから構成されて
いる。On the other hand, the output terminal of the subtraction circuit 31 is connected to the input terminal of a VI converter 32, and the VI converter 32 is composed of a proportional coefficient calculator 33 and an integral coefficient calculator 34.
比例係数演算器３３は、所定のサンプリングタイムｔｓ
毎に減算回路３１の出力ΔＶｓをＫｐ倍し、
Ｐ＝ＫｐＸΔＶｓ （Ｋｐは定数）を出力する
。The proportional coefficient calculator 33 calculates a predetermined sampling time ts.
For each time, the output ΔVs of the subtraction circuit 31 is multiplied by Kp, and P=KpXΔVs (Kp is a constant) is output.
積分係数演算器３４は上記サンプリングタイムｔｓ毎に
減算回路３１の出力ΔＶｓを積分するとともに、該積分
値をＫｉ倍し、
１＝ＫｉＸ、Ｉ’ （ΔＶｓ）ｄｔ （Ｋｉは定数）
を出力する。The integral coefficient calculator 34 integrates the output ΔVs of the subtraction circuit 31 at each sampling time ts, and multiplies the integral value by Ki, 1=KiX, I' (ΔVs)dt (Ki is a constant).
Output.
そして、Ｖ−１コンバータ３２は比例係数演算器３３の
出力Ｐと積分係数演算器３４の出力■とを加算し、
Ｐ＋Ｉ＝ＫｐＸΔＶｓ
十ＫｉＸ、ｌ’ （ΔＶｓ）ｄｔ
を出力するよう構成されている。なお、上記Ｖ−■コン
バータの出力はイグニッションキーＯＦＦ時にリセット
される。The V-1 converter 32 is configured to add the output P of the proportional coefficient calculator 33 and the output ■ of the integral coefficient calculator 34, and output P+I=KpXΔVs 10 KiX, l' (ΔVs)dt. . Note that the output of the V-■ converter is reset when the ignition key is turned off.
ところで、Ｖ−Ｉコンバータ３２の出力端は空燃比検出
用抵抗Ｒ１を介してポンプセル電極１１Ａに接続されて
いる。また、ポンプセル電極ｌＩＢはアースされている
。そして、Ｖ−Ｉコンバータの出力（Ｐ＋Ｉ）＜０の場
合はポンプセル電極１１Ａから空燃比検出用抵抗Ｒ１を
介してＶ−ｔコンバータ３２へ向かう方向にポンプ電流
Ｉｐが流れ、（Ｐ十Ｉ）＞Ｑの場合はＶ−１コンバータ
３２から空燃比検出用抵抗Ｒ１を介してポンプセル電極
１１Ａへ向かう方向にポンプ電流１ｐが流れるよう構成
されている。即ち、ポンプ電流１ｐは第１のチャンバＣ
１内の排気ガス中の酸素濃度が第２のチャンバＣ２内の
大気中の酸素濃度と等しくなるように、排気通路６内か
ら第１のチャンバＣ１内へ、もしくは第１のチャンバＣ
１内から排気通路６内へと酸素イオンを移動させる。Incidentally, the output end of the VI converter 32 is connected to the pump cell electrode 11A via an air-fuel ratio detection resistor R1. Further, the pump cell electrode IIB is grounded. When the output of the VI converter (P+I)<0, the pump current Ip flows from the pump cell electrode 11A to the Vt converter 32 via the air-fuel ratio detection resistor R1, and (P+I)> In the case of Q, the pump current 1p is configured to flow from the V-1 converter 32 in the direction toward the pump cell electrode 11A via the air-fuel ratio detection resistor R1. That is, the pump current 1p is applied to the first chamber C.
from the inside of the exhaust passage 6 into the first chamber C1 or from the first chamber C so that the oxygen concentration in the exhaust gas in the second chamber C2 becomes equal to the oxygen concentration in the atmosphere in the second chamber C2.
Oxygen ions are moved from inside 1 to inside exhaust passage 6.
一方、空燃比検出用抵抗Ｒ１の両端はそれぞれ電圧検出
回路４１の入力端に接続されており、該電圧検出回路４
１の出力端は加算回路４２の入力端に接続されている。On the other hand, both ends of the air-fuel ratio detection resistor R1 are connected to the input terminals of the voltage detection circuit 41, respectively.
The output terminal of 1 is connected to the input terminal of the adder circuit 42.
電圧検出回路４１は空燃比検出用抵抗Ｒ１の両端の電圧
差を検出する。該電圧差は負（−）の値も含むため、加
算回路４２にてバイアス値を加え、これを空燃比信号と
して出力する。即ち、電圧検出回路４１及び加算回路４
２にて空燃比検出手段４０が構成されている。The voltage detection circuit 41 detects the voltage difference between both ends of the air-fuel ratio detection resistor R1. Since the voltage difference includes a negative (-) value, a bias value is added in the addition circuit 42 and outputted as an air-fuel ratio signal. That is, the voltage detection circuit 41 and the addition circuit 4
2 constitutes an air-fuel ratio detection means 40.
空燃比検出手段４０ （加算回路４２）の出力端は図示
しないマイクロコンピュータ（ＥＣＵ）に接続されてお
り、ＥＣＵは空燃比検出手段４０からの空燃比信号に応
じて混合気のリッチ化またはリーン化の制御を行うので
ある。The output terminal of the air-fuel ratio detection means 40 (addition circuit 42) is connected to a microcomputer (ECU) (not shown), and the ECU makes the air-fuel mixture richer or leaner depending on the air-fuel ratio signal from the air-fuel ratio detection means 40. control.
具体的には、エンジン始動直後の暖機状態では混合気を
リッチ化する必要があり、ＥＣＵは混合気への燃料噴射
量が増加するよう燃料噴射装置を制御する。混合気のリ
ッチ化を行うと、第１のチャンバＣ１内の酸素濃度が第
２のチャンバＣ２内の酸素濃度よりも低くなる。この濃
度差を是正するため、ポンプセル電極１１Ａから空燃比
検出用抵抗Ｒ１を介してＶ−Ｉコンバータ３２へ向かう
方向にポンプ電流Ｉｐが流れ、空燃比検出手段４０から
の空燃比信号は混合気リッチを示すようになる。そして
、ＥＣＵは空燃比信号の大きさ、即ち、混合気リッチの
度合いに応じて燃料噴射装置を駆動するのである。Specifically, in a warm-up state immediately after the engine is started, it is necessary to enrich the air-fuel mixture, and the ECU controls the fuel injection device to increase the amount of fuel injected into the air-fuel mixture. When the air-fuel mixture is enriched, the oxygen concentration in the first chamber C1 becomes lower than the oxygen concentration in the second chamber C2. In order to correct this concentration difference, the pump current Ip flows from the pump cell electrode 11A to the VI converter 32 via the air-fuel ratio detection resistor R1, and the air-fuel ratio signal from the air-fuel ratio detection means 40 indicates that the mixture is rich. It comes to show. The ECU then drives the fuel injection device according to the magnitude of the air-fuel ratio signal, that is, the degree of richness of the air-fuel mixture.
ところで、従来のリニアＡ／Ｆセンサにおいて、センサ
セル出力信号の温度依存性は非常に重要である。即ち、
第６図に示すようにセンサセルの温度が低い状態ではセ
ンサセル出力電圧Ｖｓも低くなる（センサセルの不活性
状態）。したがって、排気ガス中の酸素濃度が低い（混
合気リッチ）にもかかわらず、センサセル出力信号Ｖｓ
が基準電圧Ｖｒｅｆよりも低くなり、空燃比検出手段４
０からＥＣＵへは排気ガス中の酸素濃度が高いことそこ
で、上記不具合を解消するためセンサセル近傍にヒータ
を配設し、エンジン始動（ＩＧ、 ＯＮ）後所定時間ヒ
ータに通電し、同所定時間が経過して初めてリニアＡ／
Ｆセンサを用いた燃料制御を開始することが行われてい
た。By the way, in conventional linear A/F sensors, the temperature dependence of the sensor cell output signal is very important. That is,
As shown in FIG. 6, when the temperature of the sensor cell is low, the sensor cell output voltage Vs is also low (the sensor cell is in an inactive state). Therefore, even though the oxygen concentration in the exhaust gas is low (air mixture rich), the sensor cell output signal Vs
becomes lower than the reference voltage Vref, and the air-fuel ratio detection means 4
From zero to ECU, the oxygen concentration in the exhaust gas is high. Therefore, in order to eliminate the above problem, a heater is installed near the sensor cell, and after the engine is started (IG, ON), the heater is energized for a predetermined period of time. Linear A/ for the first time after
Fuel control using the F sensor was started.
しかしながら、上記ヒータに通電する所定時間は、ヒー
タ能力が最も低くかつ雰囲気（大気）温度及び排気ガス
温度が最も低い状態を想定して決定されるため、第５図
に示すように、リニアＡ／Ｆセンサを用いたＡ／Ｆ制御
の禁止時間が必要以上に長くなるという問題が生じてい
た。However, the predetermined time for energizing the heater is determined assuming a state where the heater capacity is the lowest and the atmosphere (atmospheric) temperature and exhaust gas temperature are the lowest, so as shown in FIG. A problem has arisen in that the prohibition time for A/F control using the F sensor becomes longer than necessary.
第５図はエンジン冷態時の始動後で、混合気のリッチ化
制御が行われる場合のセンサセル出力電圧Ｖｓとポンプ
電流ｒｐの時間変化を示している。FIG. 5 shows temporal changes in the sensor cell output voltage Vs and the pump current rp when the air-fuel mixture enrichment control is performed after the engine is started in a cold state.
第５図において、時刻ｔｏにエンジンが始動（ＩＣ，Ｏ
Ｎ）すると、セルユニット１のヒータ８が通電されると
ともに図示しないタイマが作動する。In FIG. 5, the engine starts at time to (IC, O
N) Then, the heater 8 of the cell unit 1 is energized and a timer (not shown) is activated.
そして、センサセルの温度上昇とともにセンサセル出力
電圧Ｖｓも上昇し、時刻ｔａにて基準電圧Ｖｒｅｆより
も高くなっている。即ち、センサセルが活性化され、セ
ンサセルは混合気がリッチであることを示すようになる
。しかし、まだＩｐ制御禁止時間が経過していないため
、Ａ／Ｆフィードバック制御は行われない。そして、Ｉ
Ｇ、 ＯＮ後後１ｐ御禁止時間が経過すると初めてＡ／
Ｆフィードバック制御が開始される。即ち、センサセル
活性化時間Ｔｗｕが経過すると、Ａ／Ｆフィードバック
制御が可能となるが、Ａ／Ｆフィードバック制御はＩｐ
制御禁止時間が経過した時刻ｔｂにて初めて開始される
。その後、エンジンの暖機が進むにつれて目標空燃比も
リーン側へ移行し、ポンプ電流ｒｐも減少する。As the temperature of the sensor cell rises, the sensor cell output voltage Vs also rises and becomes higher than the reference voltage Vref at time ta. That is, the sensor cell is activated and the sensor cell indicates that the air-fuel mixture is rich. However, since the Ip control prohibition time has not yet elapsed, A/F feedback control is not performed. And I
G, A/ for the first time after 1p prohibition time has passed after ON
F feedback control is started. That is, after the sensor cell activation time Twu has elapsed, A/F feedback control becomes possible;
It is started for the first time at time tb when the control prohibition time has elapsed. Thereafter, as the engine warms up, the target air-fuel ratio also shifts to the lean side, and the pump current rp also decreases.
一方、ヒータが断線した場合は、エンジン始動後所定時
間が経過してもセンサセル温度が上昇せず、センサセル
が不活性のままＡ／Ｆフィードバック制御が開始されて
しまう。即ち、センサセル出力電圧が低いので、混合気
をリッチ化する制御をいくら行っても混合気がリーンで
あると判定され、ポンプセルに過大な電流が流れてポン
プセルの素子が破壊される恐れがあった。On the other hand, if the heater is disconnected, the sensor cell temperature will not rise even after a predetermined period of time has passed after starting the engine, and A/F feedback control will be started while the sensor cell remains inactive. In other words, because the sensor cell output voltage is low, no matter how much control is performed to enrich the air-fuel mixture, it is determined that the air-fuel mixture is lean, and there is a risk that an excessive current will flow through the pump cell and destroy the pump cell element. .
さらに、ｉｐ制御禁止時間を計測するタイマが必要なた
め、コストが上昇するという問題も生じていた。Furthermore, since a timer is required to measure the IP control prohibition time, there is also the problem of increased costs.
本発明は上記に鑑み、エンジン始動後置短時間でＡ／Ｆ
フィードバックが開始されるとともに、センサセルが不
活性な状態ではポンプセルに流れる電流を制限すること
を目的としたリニアＡ／Ｆセンサであって、混合気を燃
焼室で燃焼した後の排気ガス中の酸素濃度と参照気体中
の酸素濃度との差に応じた電気信号を出力するセンサセ
ルと、同センサセルからの出力に応じて極性を変えて電
気制御信号を出力する制御手段と、上記制御手段から供
給される電気制御信号に応じて酸素イオンを移動させる
ポンプセルと、上記制御手段とポンプセルとの間で授受
される制御電流を検出する制御電流検出手段と、上記制
御電流検出手段によって検出された制御電流から空燃比
を検出する空燃比検出手段と、上記センサセルの参照気
体側電極に六紀基準電気信号を常時印加する基準電圧電
源とを具え、上記センサセルが不活性である場合は同セ
ンサセルが上記基準電気信号を出力するよう構成された
ことを特徴とする。In view of the above, the present invention provides A/F in a short time after starting the engine.
It is a linear A/F sensor whose purpose is to limit the current flowing to the pump cell when feedback is started and the sensor cell is inactive. A sensor cell that outputs an electric signal according to the difference between the oxygen concentration and the oxygen concentration in the reference gas, a control means that outputs an electric control signal with the polarity changed depending on the output from the sensor cell, and a a pump cell that moves oxygen ions in response to an electrical control signal; a control current detection means that detects a control current exchanged between the control means and the pump cell; and a control current detected by the control current detection means. The sensor cell includes an air-fuel ratio detection means for detecting an air-fuel ratio, and a reference voltage power source that constantly applies a hexagonal reference electric signal to the reference gas side electrode of the sensor cell, and when the sensor cell is inactive, the sensor cell receives the reference electric signal. It is characterized in that it is configured to output a signal.
〔作用〕
本発明のリニアＡ／Ｆセンサは、センサセルが不活性な
状態ではセンサセルが基準電気信号を出力し、ポンプセ
ルに流れる電流を制限する。また、センサセルが活性状
態になると、センサセルが出力する電気信号と基準電気
信号との間に差が生じ、リニアＡ／Ｆセンサを用いたＡ
／Ｆフィードバック制御が可能となる。[Function] In the linear A/F sensor of the present invention, when the sensor cell is inactive, the sensor cell outputs a reference electric signal and limits the current flowing to the pump cell. In addition, when the sensor cell becomes active, a difference occurs between the electrical signal output by the sensor cell and the reference electrical signal, and the A/F sensor using the linear A/F sensor
/F feedback control becomes possible.
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第１図は本発明によるリニアＡ／Ｆセンサの全体構成図
である。第１図において、セルユニット１を構成するポ
ンプセル１０、センサセル２０、ヒータ８、第１のチャ
ンバＣ１１第２のチャンバ０２等に関しては、前述の〔
従来の技術〕の項におけるリニアＡ／Ｆセンサと同一で
あるので説明を省略する。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a linear A/F sensor according to the present invention. In FIG. 1, regarding the pump cell 10, sensor cell 20, heater 8, first chamber C11, second chamber 02, etc. that constitute the cell unit 1, the above-mentioned [
Since it is the same as the linear A/F sensor in the section ``Prior Art'', the explanation will be omitted.
本実施例においては、センサセル２０の大気側電極２２
に電圧検出用抵抗Ｒ３を介して基準電圧Ｖｒｅｆ （＝
０．４５Ｖ）が印加されている。即ち、センサセル出力
電圧Ｖｓは基準電圧Ｖｒｅｆ近傍まで吊り上げられてい
る。また、電圧検出用抵抗Ｒ３のセンサセル側端子は減
算回路３１の一側入力端に接続され、基準電圧電源Ｅｏ
側端子は減算回路３１の＋側入力端に接続されている。In this embodiment, the atmosphere side electrode 22 of the sensor cell 20
The reference voltage Vref (=
0.45V) is applied. That is, the sensor cell output voltage Vs is raised to the vicinity of the reference voltage Vref. Further, the sensor cell side terminal of the voltage detection resistor R3 is connected to one side input terminal of the subtraction circuit 31, and the reference voltage power source Eo
The side terminal is connected to the + side input terminal of the subtraction circuit 31.
さらに、減算回路３１の出力端はＶ−Ｉコンバータ３２
の入力端に接続されている。Furthermore, the output terminal of the subtraction circuit 31 is connected to a V-I converter 32.
is connected to the input end of the
一方、ポンプセル電極１１Ａは空燃比検出用抵抗Ｒ１を
介してＶ−ｔコンバータ３２の出力端に接続され、ポン
プセル電極１１Ｂとセンサセル１０の排ガス側電極２１
はアースされている。On the other hand, the pump cell electrode 11A is connected to the output end of the Vt converter 32 via the air-fuel ratio detection resistor R1, and the pump cell electrode 11B and the exhaust gas side electrode 21 of the sensor cell 10
is grounded.
さらに、空燃比検出用抵抗Ｒ１の両端はそれぞれ電圧検
出回路４１０入力端に接続されており、電圧検出回路４
１の出力端は加算回路４２の入力端に接続されている。Furthermore, both ends of the air-fuel ratio detection resistor R1 are connected to the input terminals of the voltage detection circuit 410, respectively.
The output terminal of 1 is connected to the input terminal of the adder circuit 42.
そして、加算回路４２（空燃比検出手段４０）の出力端
は図示しないマイクロコンピュータ（ＥＣＵ）に接続さ
れている。The output end of the addition circuit 42 (air-fuel ratio detection means 40) is connected to a microcomputer (ECU) not shown.
上記構成からなるリニアＡ／Ｆセンサにおいて、排気ガ
ス中の酸素濃度の検出は以下のように行われる。In the linear A/F sensor having the above configuration, the oxygen concentration in the exhaust gas is detected as follows.
まず、センサセル出力電圧Ｖｓは第２図に示す等価回路
より、下式（１）にて表される。First, the sensor cell output voltage Vs is expressed by the following equation (1) from the equivalent circuit shown in FIG.
Ｖｓ＝Ｖｒｅｆ＋ （Ｅ−Ｖｒｅｆ）
Ｘ （Ｒ３／ （Ｒ３＋Ｒｓ）） （１）ここで、
Ｅはセンサセルに生じる起電力、Ｒｓはセンサセル２０
の内部抵抗である。Vs=Vref+ (E-Vref) X (R3/ (R3+Rs)) (1) Here,
E is the electromotive force generated in the sensor cell, Rs is the sensor cell 20
is the internal resistance of
今、エンジンを冷態状態で始動した直後でセンサセル２
０が不活性である場合は、センサセル２０の内部抵抗Ｒ
ｓは太き（、排ガス側電極２１と大気側電極２２の間の
電位差は小さい。即ち、Ｒｓ）Ｒ３
Ｅζ０ （ｖ）
また、
Ｖｒｅｆ＝０． ４５ （Ｖ）
Ｒ３＝１ （ＭΩ）
とすれば、
Ｖｓ’＝Ｖｒｅｆ＝０． ４５ （Ｖ）となる。Right now, just after starting the engine in a cold state, sensor cell 2
0 is inactive, the internal resistance R of the sensor cell 20
s is thick (the potential difference between the exhaust gas side electrode 21 and the atmosphere side electrode 22 is small, that is, Rs) R3 Eζ0 (v) Also, Vref=0. 45 (V) If R3=1 (MΩ), then Vs'=Vref=0. 45 (V).
したがって、減算回路３１の出力ΔＶｓはΔＶｓ＝Ｖｒ
ｅ ｆ−Ｖｓ＝０
となり、Ｖ−１コンバータ３２を構成する比例係数演算
器３３の出力（Ｐ＝ＫｐＸΔＶｓ）も０となる。また、
積分係数演算器３４の出力はΔＶｓ＝０となるまでの値
が保持される。。Therefore, the output ΔVs of the subtraction circuit 31 is ΔVs=Vr
e f-Vs=0, and the output (P=KpXΔVs) of the proportional coefficient calculator 33 forming the V-1 converter 32 also becomes 0. Also,
The output of the integral coefficient calculator 34 is held at a value until ΔVs=0. .
ところで、積分係数演算器３４の積分値Ｓ（ΔＶｓ）ｄ
ｔはイグニッションキーＯＦＦ時にリセットされるため
、エンジン始動直後でセンサセルが不活性の場合には積
分係数演算器３４の出力も０となっている。したがって
、Ｖ−Ｉコンバータ３２の出力（Ｐ＋１）は、
Ｐ十Ｉ＝ＫｐＸΔＶｓ
＋ＫｉＸ、Ｉ’（ΔＶｓ）ｄｔ＝０
となり、ポンプ電流１ｐは流れず、空燃比検出手段４０
からＥＣＵへは空燃比が理論空燃比に制御されていると
の擬似信号が送られる。そして、この状態でＥＣＵが燃
料噴射量を増加し、混合気をリッチ化する制御を行って
も、センサセル２０が活性化するまではポンプ電流ｈｐ
が流れることはない。By the way, the integral value S(ΔVs)d of the integral coefficient calculator 34
Since t is reset when the ignition key is turned off, the output of the integral coefficient calculator 34 is also 0 if the sensor cell is inactive immediately after the engine is started. Therefore, the output (P+1) of the VI converter 32 is P1I=KpXΔVs +KiX,I'(ΔVs)dt=0, and the pump current 1p does not flow, and the air-fuel ratio detection means 40
A pseudo signal indicating that the air-fuel ratio is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio is sent to the ECU. Even if the ECU increases the fuel injection amount and performs control to enrich the air-fuel mixture in this state, the pump current hp will not increase until the sensor cell 20 is activated.
never flows.
次に、セルユニット１の温度が上昇し、センサセル２０
が活性状態となると、センサセル２０の内部抵抗Ｒｓは
小さくなり、排ガス側電極２１と大気側電極２２の間の
電位差は大きくなる。そして、第３図に示すように、エ
ンジン冷態時の始動直後で混合気のリッチ化制御が行わ
れる場合は、センサセル２０の活性化とともにセンサセ
ル出力Ｖｓは、
Ｖｓ＞Ｖｒｅｆ
となり、減算回路３１の出力は、
ΔＶｓ＜０
となる。そして、比例係数演算器３３の出力Ｐ及び精分
係数演算器３４の出力■は、それぞれＰ＝ＫｐＸΔＶｓ
＜０
１＝ＫｉＸＳ（ΔＶｓ）ｄｔ＜０
となり、ｖ−■コンバータ３２の出力（Ｐ＋Ｉ）は、
ｐ＋ｒ＜。Next, the temperature of the cell unit 1 rises, and the sensor cell 20
When the sensor cell 20 becomes active, the internal resistance Rs of the sensor cell 20 decreases, and the potential difference between the exhaust gas side electrode 21 and the atmosphere side electrode 22 increases. As shown in FIG. 3, when the air-fuel mixture enrichment control is performed immediately after starting when the engine is cold, the sensor cell output Vs becomes Vs>Vref as the sensor cell 20 is activated, and the subtraction circuit 31 The output becomes ΔVs<0. Then, the output P of the proportional coefficient calculator 33 and the output ■ of the fine coefficient calculator 34 are P=KpXΔVs, respectively.
<0 1=KiXS(ΔVs)dt<0, and the output (P+I) of the v-■ converter 32 is p+r<.
となる。becomes.
したがって、ポンプセル電極１１Ａから空燃比検出用抵
抗Ｒ１を介してＶ−１コンバータ３２へ向かう方向にポ
ンプ電流１ｐが流れ、空燃比検出手段４０からＥＣＵへ
は、混合気がリッチであることを示す信号が送られる。Therefore, the pump current 1p flows from the pump cell electrode 11A to the V-1 converter 32 via the air-fuel ratio detection resistor R1, and a signal indicating that the air-fuel mixture is rich is sent from the air-fuel ratio detection means 40 to the ECU. will be sent.
即ち、センサセル２０が活性化したかどうかに応じてΔ
／Ｆフィードバック制御を開始することができる。That is, Δ depends on whether the sensor cell 20 is activated or not.
/F Feedback control can be started.
また、ヒータ８が断線した場合も、センサセル２０が不
活性な状態ではポンプ電流Ｉｐは流れず、排気ガスの熱
等によりセンサセル温度が上昇し、センサセル２０が活
性化したかどうかに応じてＡ／Ｆフィードバック制御を
開始することができる。Furthermore, even if the heater 8 is disconnected, the pump current Ip will not flow while the sensor cell 20 is inactive, and the sensor cell temperature will rise due to the heat of exhaust gas, etc., and the A/ F feedback control can be started.
上記構成からなるリニアＡ／Ｆセンサでは、センサセル
の活性化を観てＡ／Ｆフィードバック制御を開始するこ
とができるため、タイマを設けて！ｐ制御禁止時間（即
ち、Ａ／Ｆフィードバック禁止時間）を設定する必要が
ない。また、センサセル不活性時にはセンサセルが基準
電圧を出力するため、ポンプセルに過大電流が流れるこ
とが防・止される。さらに、タイマを設ける必要がなく
、コストの低減がはかれる。In the linear A/F sensor with the above configuration, A/F feedback control can be started by checking the activation of the sensor cell, so a timer is provided! There is no need to set a p-control prohibition time (that is, an A/F feedback prohibition time). Furthermore, since the sensor cell outputs a reference voltage when the sensor cell is inactive, excessive current is prevented from flowing through the pump cell. Furthermore, there is no need to provide a timer, resulting in cost reduction.
本発明によるリニアＡ／、Ｆセンサでは、タイマにてＩ
ｐ制御禁止時間を設定する必要がなく、センサセルの活
性化とともにＡ／Ｆフィードバック制御を開始すること
ができる。また、センサセル不活性時にポンプセルに過
大電流が流れ、ポンプセルの素子が破壊される恐れがな
い。さらに、タイマが不要となり、コストの低減がはか
れる。In the linear A/F sensor according to the present invention, the I
There is no need to set a p-control prohibition time, and A/F feedback control can be started at the same time as the sensor cell is activated. Furthermore, there is no risk that an excessive current will flow through the pump cell when the sensor cell is inactive and the elements of the pump cell will be destroyed. Furthermore, a timer is not required, reducing costs.
第１図は本発明によるリニアＡ／Ｆセンサの全体構成図
、第２図は同センサの等価回路図、第３図は同センサを
用いたＡ／Ｆフィードバック制御におけるセンサセル出
力電圧Ｖｓとポンプ電流■ｐの関係を示す図、第４図は
従来のリニアＡ／Ｆセンサの全体構成図、第５図は同セ
ンサを用いたＡ／Ｆフィードバック制御におけるセンサ
セル出力電圧Ｖｓとポンプ電流ｒｐの関係を示す図、６
図はセンサセルの温度特性図である。
１：セルユニット ２：拡散孔
３〜５：隔壁 ６：排気通路
８：ヒータ ９：電源
Ｃ１：第１のチャンバ
Ｃ２：第２のチャンバ
１０：ポンプセル
１１ＡＳＢ：ポンプセル電極
２０：センサセル ２１：排気側電極２２：大気側電
極 ３１：減算回路
３２：Ｖ−１コンバータ
３３：比例係数演算器
３４：積分係数演算器
４０：空燃比検出手段
４１：電圧検出回路 ４２：加算回路
Ｒ１：空燃比検出用抵抗
Ｒ２ニブルダウン抵抗
Ｒ３：電圧検出用抵抗
Ｒ６：センサセル内部抵抗
第
Ｅ：センサセル起電力
Ｅｏ：基準電圧電源
出願人 三菱自動車工業株式会社
第
図
第
図
′ＸＰ＃夙グ
ＩＰ（箱Ａ）
ＶＳ＜Ｖ）
第
す
図Fig. 1 is an overall configuration diagram of a linear A/F sensor according to the present invention, Fig. 2 is an equivalent circuit diagram of the sensor, and Fig. 3 is a sensor cell output voltage Vs and pump current in A/F feedback control using the same sensor. Figure 4 shows the overall configuration of a conventional linear A/F sensor, and Figure 5 shows the relationship between sensor cell output voltage Vs and pump current rp in A/F feedback control using the same sensor. Figure 6
The figure is a temperature characteristic diagram of the sensor cell. 1: Cell unit 2: Diffusion holes 3 to 5: Partition wall 6: Exhaust passage 8: Heater 9: Power supply C1: First chamber C2: Second chamber 10: Pump cell 11ASB: Pump cell electrode 20: Sensor cell 21: Exhaust side electrode 22: Atmospheric side electrode 31: Subtraction circuit 32: V-1 converter 33: Proportional coefficient calculator 34: Integral coefficient calculator 40: Air-fuel ratio detection means 41: Voltage detection circuit 42: Addition circuit R1: Air-fuel ratio detection resistor R2 Nibble-down resistor R3: Voltage detection resistor R6: Sensor cell internal resistance No. E: Sensor cell electromotive force Eo: Reference voltage power supply Applicant: Mitsubishi Motors Corporation Figure
Claims (1)
参照気体中の酸素濃度との差に応じた電気信号を出力す
るセンサセルと、同センサセルからの出力に応じて極性
を変えて電気制御信号を出力する制御手段と、上記制御
手段から供給される電気制御信号に応じて酸素イオンを
移動させるポンプセルと、上記制御手段とポンプセルと
の間で授受される制御電流を検出する制御電流検出手段
と、上記制御電流検出手段によって検出された制御電流
から空燃比を検出する空燃比検出手段と、上記センサセ
ルの参照気体側電極に基準電気信号を常時印加する基準
電圧電源とを具え、上記センサセルが不活性である場合
は同センサセルが上記基準電気信号を出力するよう構成
されたことを特徴とするリニアＡ／Ｆセンサ。A sensor cell that outputs an electrical signal according to the difference between the oxygen concentration in the exhaust gas after the mixture is combusted in the combustion chamber and the oxygen concentration in the reference gas, and an electric signal that changes polarity depending on the output from the sensor cell. A control means for outputting a control signal, a pump cell for moving oxygen ions according to an electric control signal supplied from the control means, and a control current detection for detecting a control current exchanged between the control means and the pump cell. means, an air-fuel ratio detection means for detecting an air-fuel ratio from the control current detected by the control current detection means, and a reference voltage power source for constantly applying a reference electric signal to the reference gas side electrode of the sensor cell, A linear A/F sensor, wherein the sensor cell is configured to output the reference electric signal when the sensor cell is inactive.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30377188A JP2636386B2 (en) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | Linear A / F sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30377188A JP2636386B2 (en) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | Linear A / F sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02150756A true JPH02150756A (en) | 1990-06-11 |
| JP2636386B2 JP2636386B2 (en) | 1997-07-30 |
Family
ID=17925089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30377188A Expired - Lifetime JP2636386B2 (en) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | Linear A / F sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2636386B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007012406A (en) * | 2005-06-30 | 2007-01-18 | Sanyo Electric Co Ltd | Battery pack and its manufacturing method |
-
1988
- 1988-11-30 JP JP30377188A patent/JP2636386B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007012406A (en) * | 2005-06-30 | 2007-01-18 | Sanyo Electric Co Ltd | Battery pack and its manufacturing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2636386B2 (en) | 1997-07-30 |
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