JPH0260142B2 - - Google Patents
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- JPH0260142B2 JPH0260142B2 JP58237621A JP23762183A JPH0260142B2 JP H0260142 B2 JPH0260142 B2 JP H0260142B2 JP 58237621 A JP58237621 A JP 58237621A JP 23762183 A JP23762183 A JP 23762183A JP H0260142 B2 JPH0260142 B2 JP H0260142B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
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Description
【発明の詳細な説明】
［分野］
この発明は、内燃機関、ガス燃焼機器などの燃
焼装置の排気ガス中の酸素濃度もしくは空燃比を
測定もしくは制御するための検知装置に関する。
焼装置の排気ガス中の酸素濃度もしくは空燃比を
測定もしくは制御するための検知装置に関する。
［従来技術］
従来よりイオン伝導性固体電解質（例えば安定
化ジルコニア）に多孔質電極層（例えば白金製多
孔質層）を被着して構成された酸素センサを用
い、排気ガスの酸素分圧と空気の酸素分圧との差
によつて生じる起電力の変化によつて理論空燃比
付近の燃焼状態を検知することにより、例えば自
動車の機関を理論空燃比で運転するように制御す
ることは一般に知られている。
化ジルコニア）に多孔質電極層（例えば白金製多
孔質層）を被着して構成された酸素センサを用
い、排気ガスの酸素分圧と空気の酸素分圧との差
によつて生じる起電力の変化によつて理論空燃比
付近の燃焼状態を検知することにより、例えば自
動車の機関を理論空燃比で運転するように制御す
ることは一般に知られている。
ところで前記酸素センサは空気と燃料との重量
比率である運転空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比お
よそ14.7である時は大きな変化出力が得られる
が、他の運転空燃比域での変化はほとんどなく、
理論空燃比以外の空燃比で機関を運転する場合に
は前記酸素センサの出力を利用することができな
い。
比率である運転空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比お
よそ14.7である時は大きな変化出力が得られる
が、他の運転空燃比域での変化はほとんどなく、
理論空燃比以外の空燃比で機関を運転する場合に
は前記酸素センサの出力を利用することができな
い。
特開昭58−153155号において、板状の酸素イオ
ン導電性固体電解質の先側の両面に電極層を設け
た素子を、２枚間隔をおいて平行状に配して前記
先側に間隙部を設けて該両素子を固定し、一方の
素子を酸素ポンプ素子、他方の素子を周囲雰囲気
と前記間隙部との酸素濃度差によつて作動する酸
素濃淡電池素子とした応答性のよい酸素濃度検知
装置が提案されている。かかる酸素濃度検知装置
は出力信号に対応する理論空燃比数14.7よりひく
い燃料過濃域で作動させると燃料希薄域における
場合と同じ向きの出力を発生する特性をもつこと
が判つた。すなわち出力に対して２つの空燃比が
対応するようになるため空燃比制御が燃料過濃
域、あるいは燃料希薄域のいずれであるかはつき
りしている場合等にしか適用できないという問題
点が見出された。また、理論空燃比点またはその
近傍の空燃比での測定もしくは制御が困難である
という問題も見出された。
ン導電性固体電解質の先側の両面に電極層を設け
た素子を、２枚間隔をおいて平行状に配して前記
先側に間隙部を設けて該両素子を固定し、一方の
素子を酸素ポンプ素子、他方の素子を周囲雰囲気
と前記間隙部との酸素濃度差によつて作動する酸
素濃淡電池素子とした応答性のよい酸素濃度検知
装置が提案されている。かかる酸素濃度検知装置
は出力信号に対応する理論空燃比数14.7よりひく
い燃料過濃域で作動させると燃料希薄域における
場合と同じ向きの出力を発生する特性をもつこと
が判つた。すなわち出力に対して２つの空燃比が
対応するようになるため空燃比制御が燃料過濃
域、あるいは燃料希薄域のいずれであるかはつき
りしている場合等にしか適用できないという問題
点が見出された。また、理論空燃比点またはその
近傍の空燃比での測定もしくは制御が困難である
という問題も見出された。
［発明の目的］
本発明の第１目的は内燃機関等の燃焼装置の運
転空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比点を含む燃料過
濃域から燃料希薄域までの全域または一部区域に
おいて正しくかつ応答性よく検知できる空燃比検
知装置の提供であり、第２の目的は従つてまた、
前記空燃比の範囲で空燃比のフイードバツク制御
を行う場合においても精度よくかつ容易なフイー
ドバツク制御ができる利点を有する空燃比検知装
置を提供することである。
転空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比点を含む燃料過
濃域から燃料希薄域までの全域または一部区域に
おいて正しくかつ応答性よく検知できる空燃比検
知装置の提供であり、第２の目的は従つてまた、
前記空燃比の範囲で空燃比のフイードバツク制御
を行う場合においても精度よくかつ容易なフイー
ドバツク制御ができる利点を有する空燃比検知装
置を提供することである。
［発明の構成］
本発明の空燃比検知方法および装置の第１の発
明は、酸素イオン伝導性固体電解質の両側面に多
孔性電極を設けた固体電解質酸素濃淡電池素子お
よび固体電解質酸素ポンプ素子を備え、該酸素濃
淡電池素子と酸素ポンプ素子とを小間隙を介して
対向配設し、前記酸素ポンプ素子の小間隙の側と
反対側に外気と連通する空気室を形成し、前記酸
素ポンプ素子に電流を流して前記小間隙から空気
室へおよびまたはその逆の方向へ酸素を移送する
ことによつて前記酸素濃淡電池素子に出力電圧を
発生させ、前記酸素ポンプ電流と前記酸素濃淡電
池素子の出力電圧とから排気の空燃比を検知する
空燃比検知方法において、前記酸素ポンプ素子に
前記空気室から前記小間隙へ酸素を移送する方向
に充分大きい電流を流すことにより前記酸素濃淡
電池に理論空燃比点で急峻な出力電圧変化を生ぜ
じめ、前記出力電圧により空燃比が燃料過濃側に
あるか稀薄側にあるかを判別し、しかして燃料過
濃域から稀薄域にかけての排気の空燃比を検知す
ることを構成とし、第２の発明は、酸素イオン伝
導性固体電解質の両側面に多孔性電極を設けた固
体電解質酸素濃淡電池素子および固体電解質酸素
ポンプ素子を備え、該酸素濃淡電池素子と酸素ポ
ンプ素子とを小間隙を介して対向配設し、前記酸
素ポンプ素子に空燃比測定用電流源もしくは電流
調整器を接続して電流を流し前記微小間隙から空
気室側へおよびまたはその逆の方向へ酸素を移送
することによつて前記酸素濃淡電池素子に出力電
圧を発生させ前記酸素ポンプ電流と前記酸素濃淡
電池素子の出力電圧とから排気の空燃比を検知す
るようにする空燃比検知装置において、前記空気
室から前記微小間隙側へ酸素を移送する方向に充
分大きい定電流を前記酸素ポンプ素子に流しうる
大電流用定電流源もしくは定電流調整器と、前記
酸素ポンプ素子の前記空燃比測定用電流源もしく
は電流調整器に対する接続を前記大電流用定電流
源もしくは定電流調整器に切換えるための切換手
段とを設け、前記切換手段により前記酸素ポンプ
素子に前記大電流用定電流源もしくは定電流調整
器を接続したとき、前記酸素濃淡電池素子に理論
空燃比点で急峻な出力電圧変化を生ぜしめ、該出
力電圧の変化により空燃比が理論空燃比に対し燃
料過濃側にあるか稀薄側にあるかを判別し、しか
して燃料過濃域から稀薄域にかけて排気の空燃比
を検知することを構成とする。
明は、酸素イオン伝導性固体電解質の両側面に多
孔性電極を設けた固体電解質酸素濃淡電池素子お
よび固体電解質酸素ポンプ素子を備え、該酸素濃
淡電池素子と酸素ポンプ素子とを小間隙を介して
対向配設し、前記酸素ポンプ素子の小間隙の側と
反対側に外気と連通する空気室を形成し、前記酸
素ポンプ素子に電流を流して前記小間隙から空気
室へおよびまたはその逆の方向へ酸素を移送する
ことによつて前記酸素濃淡電池素子に出力電圧を
発生させ、前記酸素ポンプ電流と前記酸素濃淡電
池素子の出力電圧とから排気の空燃比を検知する
空燃比検知方法において、前記酸素ポンプ素子に
前記空気室から前記小間隙へ酸素を移送する方向
に充分大きい電流を流すことにより前記酸素濃淡
電池に理論空燃比点で急峻な出力電圧変化を生ぜ
じめ、前記出力電圧により空燃比が燃料過濃側に
あるか稀薄側にあるかを判別し、しかして燃料過
濃域から稀薄域にかけての排気の空燃比を検知す
ることを構成とし、第２の発明は、酸素イオン伝
導性固体電解質の両側面に多孔性電極を設けた固
体電解質酸素濃淡電池素子および固体電解質酸素
ポンプ素子を備え、該酸素濃淡電池素子と酸素ポ
ンプ素子とを小間隙を介して対向配設し、前記酸
素ポンプ素子に空燃比測定用電流源もしくは電流
調整器を接続して電流を流し前記微小間隙から空
気室側へおよびまたはその逆の方向へ酸素を移送
することによつて前記酸素濃淡電池素子に出力電
圧を発生させ前記酸素ポンプ電流と前記酸素濃淡
電池素子の出力電圧とから排気の空燃比を検知す
るようにする空燃比検知装置において、前記空気
室から前記微小間隙側へ酸素を移送する方向に充
分大きい定電流を前記酸素ポンプ素子に流しうる
大電流用定電流源もしくは定電流調整器と、前記
酸素ポンプ素子の前記空燃比測定用電流源もしく
は電流調整器に対する接続を前記大電流用定電流
源もしくは定電流調整器に切換えるための切換手
段とを設け、前記切換手段により前記酸素ポンプ
素子に前記大電流用定電流源もしくは定電流調整
器を接続したとき、前記酸素濃淡電池素子に理論
空燃比点で急峻な出力電圧変化を生ぜしめ、該出
力電圧の変化により空燃比が理論空燃比に対し燃
料過濃側にあるか稀薄側にあるかを判別し、しか
して燃料過濃域から稀薄域にかけて排気の空燃比
を検知することを構成とする。
［発明の効果］
本発明の空燃比検知装置は、上記構成により次
の効果を奏する。
の効果を奏する。
空燃比（Ａ／Ｆ）を理論空燃比を含む燃料過濃
域から燃料希薄域までの全域もしくは一部区域に
おいて正しくかつ応答性よく検知することがで
き、また小さいポンプ電流（電極面における小さ
い電流密度）で出力信号をとれるので寿命の大き
い検知装置が得られる。
域から燃料希薄域までの全域もしくは一部区域に
おいて正しくかつ応答性よく検知することがで
き、また小さいポンプ電流（電極面における小さ
い電流密度）で出力信号をとれるので寿命の大き
い検知装置が得られる。
［実施例］
つぎに本発明を図に示す実施例に基づき説明す
る。
る。
第１図および第２図は本発明の一実施例を示
す。
す。
１は内燃機関の排気管、２は該排気管１内に配
設された空燃比検知装置の検知栓部分である。空
燃比検知栓部分２は、厚さが約0.5mmの平板状の
酸素イオン伝導性固体電解質（例えば安定化ジル
コニア）３の両側面にそれぞれ厚膜技術を用いて
約20μの厚さの多孔質白金電極層４および５を設
けて構成された固体電解質酸素ポンプ素子６と、
該酸素ポンプ素子６と同様の平板状のイオン伝導
性固体電解質７の両側面にそれぞれ前記多孔質白
金電極層４および５と同様に厚膜技術を用いて多
孔質白金電極層８および９を設けて構成された固
体電解質酸素濃淡電池素子１０とを備え、上記酸
素ポンプ素子６と上記酸素濃淡電池素子１０とは
0.1mm程度の間隔寸法の小間隙ａを形成して排気
管１の内部で対向配置させるため、足元部を耐熱
性で絶縁性のスペーサ（充填接着剤でよい）１１
を介して互いに固定されている。上記酸素ポンプ
素子６の酸素濃淡電池素子１０の他側の多孔質白
金電極層５は、外気に連通すべく金属やセラミツ
クなどの耐熱性で気密な部材により空気室ｂを形
成するように室壁１２が設けられ、多孔質白金電
極層５を外気と導通するよう多孔質白金電極層５
の足元部をぞく周辺に室壁１２が気密的に固定さ
れている。
設された空燃比検知装置の検知栓部分である。空
燃比検知栓部分２は、厚さが約0.5mmの平板状の
酸素イオン伝導性固体電解質（例えば安定化ジル
コニア）３の両側面にそれぞれ厚膜技術を用いて
約20μの厚さの多孔質白金電極層４および５を設
けて構成された固体電解質酸素ポンプ素子６と、
該酸素ポンプ素子６と同様の平板状のイオン伝導
性固体電解質７の両側面にそれぞれ前記多孔質白
金電極層４および５と同様に厚膜技術を用いて多
孔質白金電極層８および９を設けて構成された固
体電解質酸素濃淡電池素子１０とを備え、上記酸
素ポンプ素子６と上記酸素濃淡電池素子１０とは
0.1mm程度の間隔寸法の小間隙ａを形成して排気
管１の内部で対向配置させるため、足元部を耐熱
性で絶縁性のスペーサ（充填接着剤でよい）１１
を介して互いに固定されている。上記酸素ポンプ
素子６の酸素濃淡電池素子１０の他側の多孔質白
金電極層５は、外気に連通すべく金属やセラミツ
クなどの耐熱性で気密な部材により空気室ｂを形
成するように室壁１２が設けられ、多孔質白金電
極層５を外気と導通するよう多孔質白金電極層５
の足元部をぞく周辺に室壁１２が気密的に固定さ
れている。
酸素ポンプ素子６、酸素濃淡電池素子１０およ
び室壁１２の足元部の外辺部には、ねじ部１３を
有した支持台１４が耐熱性で絶縁性である接着部
材１５により取付けられており、排気管１に設け
られた空燃比検知栓部分２の検知栓部取付用ねじ
部１６に前記支持台１４のねじ部１３をねじ込む
ことにより空燃比検知栓部分２が排気管１に取付
られている。
び室壁１２の足元部の外辺部には、ねじ部１３を
有した支持台１４が耐熱性で絶縁性である接着部
材１５により取付けられており、排気管１に設け
られた空燃比検知栓部分２の検知栓部取付用ねじ
部１６に前記支持台１４のねじ部１３をねじ込む
ことにより空燃比検知栓部分２が排気管１に取付
られている。
１７は、電子制御装置部分の例であり、上記酸
素濃淡電池素子１０の多孔質白金電極層８，９間
に発生する起電力ｅを抵抗Ｒ１を介して演算増幅
器Ａの反転入力端子に印加し、上記演算増幅器Ａ
の非反転入力端子に印加されている基準電圧Vr
と上記起電力ｅとの差に比例した上記演算増幅器
Ａの出力によりトランジスタTrを駆動して上記
酸素ポンプ素子６の多孔質白金電極層４．５間に
流すポンプ電流Ipを制御する機能を備えている。
すなわち、上記起電力ｅを一定値である基準電圧
Vrに保つのに必要な上記ポンプ電流Ipを供給す
る作用をする。また直流電源Ｂから供給される上
記ポンプ電流Ipに対応した出力信号を出力端子１
８に得るために抵抗Ｒ０を備えている。Ｃはコン
デンサである。１９は酸素ポンプ素子６の入出力
端子の片端に設けられた切換スイツチ手段で、本
実施例ではＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の４ステツプ
に分割されており、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は酸素ポン
プ素子６が酸素を空気室ｂから小間隙ａに汲み入
れるべく、Ｖ１は50mAの定電流源Ｅ１、Ｖ２は
30mAの定電流源Ｅ２およびＶ３は15mAの定電
流源Ｅ３にそれぞれ連通され、Ｖ４はポンプ電流
Ipに対応した出力信号を得るべく抵抗Ｒ０の一端
に接続されていおり、前記起電力ｅを検知するた
めの出力端子２０を備えている。
素濃淡電池素子１０の多孔質白金電極層８，９間
に発生する起電力ｅを抵抗Ｒ１を介して演算増幅
器Ａの反転入力端子に印加し、上記演算増幅器Ａ
の非反転入力端子に印加されている基準電圧Vr
と上記起電力ｅとの差に比例した上記演算増幅器
Ａの出力によりトランジスタTrを駆動して上記
酸素ポンプ素子６の多孔質白金電極層４．５間に
流すポンプ電流Ipを制御する機能を備えている。
すなわち、上記起電力ｅを一定値である基準電圧
Vrに保つのに必要な上記ポンプ電流Ipを供給す
る作用をする。また直流電源Ｂから供給される上
記ポンプ電流Ipに対応した出力信号を出力端子１
８に得るために抵抗Ｒ０を備えている。Ｃはコン
デンサである。１９は酸素ポンプ素子６の入出力
端子の片端に設けられた切換スイツチ手段で、本
実施例ではＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の４ステツプ
に分割されており、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は酸素ポン
プ素子６が酸素を空気室ｂから小間隙ａに汲み入
れるべく、Ｖ１は50mAの定電流源Ｅ１、Ｖ２は
30mAの定電流源Ｅ２およびＶ３は15mAの定電
流源Ｅ３にそれぞれ連通され、Ｖ４はポンプ電流
Ipに対応した出力信号を得るべく抵抗Ｒ０の一端
に接続されていおり、前記起電力ｅを検知するた
めの出力端子２０を備えている。
第３図および第４図は上記第１図および第２図
に示した空燃比検知栓部分２の特性図である。
に示した空燃比検知栓部分２の特性図である。
第３図には酸素ポンプ素子６が空気室ｂより小
間隙ａに酸素を汲み入れた時の起電力ｅを示した
もので、上記定電流源Ｅを変えて上記ポンプ電流
Ipを50mA、30mA、15mAにそれぞれ保ち、空
燃比（Ａ／Ｆ）を変えた時の起電力ｅ（ｅ＜Ｏ）
の変化を示したものである。ポンプ電流Ipを
50mA以上に保つた場合は、理論空燃比14.7より
十分小さい空燃比まで（燃料過濃域）一定の起電
力ｅを発生させることができ（第３図ａ）、一方
理論空燃比14.7付近では起電力ｅが急激に低減
し、理論空燃比14.7より大きい範囲の空燃比域
（燃料希薄域）ではほとんど起電力ｅは発生しな
い。ポンプ電流Ipを30mAに保つた場合は、空燃
比１１から１２の付近で急激に一定量の起電力ｅ
を発生し、理論空燃比14.7付近で再び起電力ｅが
急激に低減し、理論空燃比14.7より大きい範囲の
空燃比域（燃料希薄域）ではほとんど起電力ｅは
発生しない。ポンプ電流Ipを15mAに保つた場合
は、空燃比１３から１４の付近で急激に一定量の
起電力ｅを発生し、理論空燃比14.7付近で再び起
電力ｅが急激に低減し、理論空燃比14.7より大き
い範囲の空燃比域（燃料希薄域）ではほとんど起
電力ｅを発生しない。このように酸素ポンプ素子
６の汲み入れ電流の大きさを変えると、燃料過濃
域において酸素濃淡電池素子１０の起電力ｅが急
激に変化する空燃比が移動することが明らかにな
つた。この特性を利用して燃料過濃域の任意の空
燃比を設定しフイードバツク制御を行なえる。
間隙ａに酸素を汲み入れた時の起電力ｅを示した
もので、上記定電流源Ｅを変えて上記ポンプ電流
Ipを50mA、30mA、15mAにそれぞれ保ち、空
燃比（Ａ／Ｆ）を変えた時の起電力ｅ（ｅ＜Ｏ）
の変化を示したものである。ポンプ電流Ipを
50mA以上に保つた場合は、理論空燃比14.7より
十分小さい空燃比まで（燃料過濃域）一定の起電
力ｅを発生させることができ（第３図ａ）、一方
理論空燃比14.7付近では起電力ｅが急激に低減
し、理論空燃比14.7より大きい範囲の空燃比域
（燃料希薄域）ではほとんど起電力ｅは発生しな
い。ポンプ電流Ipを30mAに保つた場合は、空燃
比１１から１２の付近で急激に一定量の起電力ｅ
を発生し、理論空燃比14.7付近で再び起電力ｅが
急激に低減し、理論空燃比14.7より大きい範囲の
空燃比域（燃料希薄域）ではほとんど起電力ｅは
発生しない。ポンプ電流Ipを15mAに保つた場合
は、空燃比１３から１４の付近で急激に一定量の
起電力ｅを発生し、理論空燃比14.7付近で再び起
電力ｅが急激に低減し、理論空燃比14.7より大き
い範囲の空燃比域（燃料希薄域）ではほとんど起
電力ｅを発生しない。このように酸素ポンプ素子
６の汲み入れ電流の大きさを変えると、燃料過濃
域において酸素濃淡電池素子１０の起電力ｅが急
激に変化する空燃比が移動することが明らかにな
つた。この特性を利用して燃料過濃域の任意の空
燃比を設定しフイードバツク制御を行なえる。
第４図は基準電圧Vrを例えば100mV一定にし
たもので、起電力ｅを100mVにすると理論空燃
比14.7付近でポンプ電流Ipは急激に減少し、理論
空燃比14.7より大きい範囲の空燃比域（燃料希薄
域）では上記ポンプ電流Ipは空燃比の増大に対し
て漸次増大する。この実施例は第３図および第４
図に示す特性を利用するものである。
たもので、起電力ｅを100mVにすると理論空燃
比14.7付近でポンプ電流Ipは急激に減少し、理論
空燃比14.7より大きい範囲の空燃比域（燃料希薄
域）では上記ポンプ電流Ipは空燃比の増大に対し
て漸次増大する。この実施例は第３図および第４
図に示す特性を利用するものである。
すなわち切換スイツチ手段１９をＶ１に設定す
ることにより起電力ｅを検知する出力端子２０で
は図中ａの特性を得る。この特性を利用して最大
起電力と最小起電力との中間に任意の基準点であ
るＰ点を設定し、電圧がＰ点より大きい時（燃料
過濃域）と電圧がＰ点より小さい時（燃料希薄
域）を感知させるようにする。そこで上記機関が
燃料過濃域で運転された場合、あるいは燃料過濃
域で運転する場合は、上記切換スイツチ手段１９
をＶ１に設定することにより起電力ｅはＰ点より
大きいこと、または大きくなつたことを確認し、
この情報を得て切換スイツチ手段１９をＶ２やＶ
３に設定することで過濃混合比側の上記機関の運
転空燃比（Ａ／Ｆ）の制御をする。切換スイツチ
手段１９のＶ２，Ｖ３の定電流源Ｅ２，Ｅ３は各
種設定できるもので、種々変更することにより燃
料過濃域の広い範囲を任意に測定あるいは制御で
きる。上記機関が燃料希薄域で運転される場合
は、上記切換スイツチ手段１９をＶ１に設定する
ことにより起電力ｅがＰ点より小さくなつたこと
を確認し、この情報より切換スイツチ１９をＶ４
に設定することで第４図示した如き酸素ポンプ素
子６のポンプ電流Ipに対応した空燃比出力信号を
検知することにより任意の運転空燃比（Ａ／Ｆ）
の測定または任意の空燃比の制御をする。また上
記機関を理論空燃比（14.7）で運転される場合
は、上記切換スイツチ手段１９をＶ１に設定する
ことにより酸素濃淡電池素子１０の起電力ｅの急
激な変化を生ぜしめこれを利用して制御すること
ができる。このようにして、上記構成により燃料
過濃域および燃料希薄域の広い範囲においても上
記機関の空燃比の数値を正確に測定することが可
能となるのである。
ることにより起電力ｅを検知する出力端子２０で
は図中ａの特性を得る。この特性を利用して最大
起電力と最小起電力との中間に任意の基準点であ
るＰ点を設定し、電圧がＰ点より大きい時（燃料
過濃域）と電圧がＰ点より小さい時（燃料希薄
域）を感知させるようにする。そこで上記機関が
燃料過濃域で運転された場合、あるいは燃料過濃
域で運転する場合は、上記切換スイツチ手段１９
をＶ１に設定することにより起電力ｅはＰ点より
大きいこと、または大きくなつたことを確認し、
この情報を得て切換スイツチ手段１９をＶ２やＶ
３に設定することで過濃混合比側の上記機関の運
転空燃比（Ａ／Ｆ）の制御をする。切換スイツチ
手段１９のＶ２，Ｖ３の定電流源Ｅ２，Ｅ３は各
種設定できるもので、種々変更することにより燃
料過濃域の広い範囲を任意に測定あるいは制御で
きる。上記機関が燃料希薄域で運転される場合
は、上記切換スイツチ手段１９をＶ１に設定する
ことにより起電力ｅがＰ点より小さくなつたこと
を確認し、この情報より切換スイツチ１９をＶ４
に設定することで第４図示した如き酸素ポンプ素
子６のポンプ電流Ipに対応した空燃比出力信号を
検知することにより任意の運転空燃比（Ａ／Ｆ）
の測定または任意の空燃比の制御をする。また上
記機関を理論空燃比（14.7）で運転される場合
は、上記切換スイツチ手段１９をＶ１に設定する
ことにより酸素濃淡電池素子１０の起電力ｅの急
激な変化を生ぜしめこれを利用して制御すること
ができる。このようにして、上記構成により燃料
過濃域および燃料希薄域の広い範囲においても上
記機関の空燃比の数値を正確に測定することが可
能となるのである。
上記のように燃料希薄域においてポンプ酸素汲
み出し電流Ipが空燃比に比例して変化することに
ついては例えば特開昭58−153155号に記載されて
いる。すなわち小間隙ａ内に導入された排気ガス
の酸素分圧を上記酸素ポンプ素子６の作用により
変更することにより、排気管１内を流れる排気ガ
スの酸素分圧に対して差異をもたせ、この酸素分
圧の差異に応じて発生する上記酸素濃淡電池素子
１０の起電力ｅが一定となるように上記酸素ポン
プ素子６に供給されるポンプ電流Ipを制御する
時、このポンプ電流Ipは上記排気ガス中の酸素濃
度に比例して変化することが判明したのである。
また酸素ポンプ素子６が空気室ｂから小間隙ａに
ある一定の酸素を汲み入れる時、その酸素量に対
応したある空燃比において酸素濃淡電池素子１０
の起電力ｅが急激な変化を起こすのは次のように
して生じる。すなわち酸素ポンプ素子６に定電流
を流して空気室ｂから小間隙ａに汲み入れる汲み
入れ酸素量と小間隙ａの開口部を介して排気ガス
によつて消費もしくは拡散される酸素量（この酸
素量は排気ガスの空燃比によつて変わる）とのバ
ランスによつて決まる小間隙ａの酸素濃度と、排
気管１内を流れる排気ガスの酸素濃度との間の差
異（比率）は、汲み入れ酸素量に対応するある狭
い範囲の燃料過濃域の空燃比範囲において急激に
生じ、酸素濃淡電池素子１０に急激な起電力ｅ変
化を生じさせる。そして酸素ポンプ素子６が空気
室ｂより小間隙ａに酸素を汲み入れる量すなわち
定電流量を変更すると起電力ｅが急激な変化をす
る空燃比が変化するのである。
み出し電流Ipが空燃比に比例して変化することに
ついては例えば特開昭58−153155号に記載されて
いる。すなわち小間隙ａ内に導入された排気ガス
の酸素分圧を上記酸素ポンプ素子６の作用により
変更することにより、排気管１内を流れる排気ガ
スの酸素分圧に対して差異をもたせ、この酸素分
圧の差異に応じて発生する上記酸素濃淡電池素子
１０の起電力ｅが一定となるように上記酸素ポン
プ素子６に供給されるポンプ電流Ipを制御する
時、このポンプ電流Ipは上記排気ガス中の酸素濃
度に比例して変化することが判明したのである。
また酸素ポンプ素子６が空気室ｂから小間隙ａに
ある一定の酸素を汲み入れる時、その酸素量に対
応したある空燃比において酸素濃淡電池素子１０
の起電力ｅが急激な変化を起こすのは次のように
して生じる。すなわち酸素ポンプ素子６に定電流
を流して空気室ｂから小間隙ａに汲み入れる汲み
入れ酸素量と小間隙ａの開口部を介して排気ガス
によつて消費もしくは拡散される酸素量（この酸
素量は排気ガスの空燃比によつて変わる）とのバ
ランスによつて決まる小間隙ａの酸素濃度と、排
気管１内を流れる排気ガスの酸素濃度との間の差
異（比率）は、汲み入れ酸素量に対応するある狭
い範囲の燃料過濃域の空燃比範囲において急激に
生じ、酸素濃淡電池素子１０に急激な起電力ｅ変
化を生じさせる。そして酸素ポンプ素子６が空気
室ｂより小間隙ａに酸素を汲み入れる量すなわち
定電流量を変更すると起電力ｅが急激な変化をす
る空燃比が変化するのである。
上記実施例で燃料過濃域の空燃比制御信号とし
た起電力ｅは酸素ポンプ素子６のポンプ電流Ipの
向きを空気室ｂから小間隙ａに酸素を汲み込む方
向（Ip＜Ｏ）として得たが、逆に小間隙ａから空
気室ｂに酸素を汲み出す方向（Ip＞Ｏ）に流すよ
うにして得てもよく、このようにする時の起電力
ｅの変化の様子を第５図に示す。
た起電力ｅは酸素ポンプ素子６のポンプ電流Ipの
向きを空気室ｂから小間隙ａに酸素を汲み込む方
向（Ip＜Ｏ）として得たが、逆に小間隙ａから空
気室ｂに酸素を汲み出す方向（Ip＞Ｏ）に流すよ
うにして得てもよく、このようにする時の起電力
ｅの変化の様子を第５図に示す。
また上記実施例で空燃比の燃料希薄域で制御信
号として使用したポンプ電流Ipは、小間隙ａから
空気室ｂへ酸素を汲み出す方向（Ip＞Ｏ）に流し
たが、逆に空気室ｂから小間隙ａに酸素を汲み入
れる方向（Ip＜Ｏ）に流すようにしてもよく、こ
の時の酸素濃淡電池素子１０の出力ｅ（ｅ＜Ｏ）
を一定とするポンプ電流Ipの特性を第６図に示
す。運転空燃比（Ａ／Ｆ）とポンプ電流Ipとが対
応して変化するので、この特性も利用し得るので
ある。
号として使用したポンプ電流Ipは、小間隙ａから
空気室ｂへ酸素を汲み出す方向（Ip＞Ｏ）に流し
たが、逆に空気室ｂから小間隙ａに酸素を汲み入
れる方向（Ip＜Ｏ）に流すようにしてもよく、こ
の時の酸素濃淡電池素子１０の出力ｅ（ｅ＜Ｏ）
を一定とするポンプ電流Ipの特性を第６図に示
す。運転空燃比（Ａ／Ｆ）とポンプ電流Ipとが対
応して変化するので、この特性も利用し得るので
ある。
本発明は上記諸特性を単独、もしくは複数利用
して、それぞれフイードバツク制御するよう切換
スイツチ手段１９を必要なときに短時間だけ、酸
素ポンプ素子に酸素と空気室ｂから小間隙ａへ汲
み入れる方向に大電流を流すべく切換えて、酸素
濃淡電池素子に理論空燃比点で急激な変化を生じ
る出力を発生させ、これを利用して空燃比がリツ
チ側かリーン側かを判断しながら、全運転範囲で
運転空燃比の測定またはフイードバツク制御を行
なうものである。
して、それぞれフイードバツク制御するよう切換
スイツチ手段１９を必要なときに短時間だけ、酸
素ポンプ素子に酸素と空気室ｂから小間隙ａへ汲
み入れる方向に大電流を流すべく切換えて、酸素
濃淡電池素子に理論空燃比点で急激な変化を生じ
る出力を発生させ、これを利用して空燃比がリツ
チ側かリーン側かを判断しながら、全運転範囲で
運転空燃比の測定またはフイードバツク制御を行
なうものである。
第１図は本発明の空燃比検知装置の一実施例を
示す構成図、第２図は第１図の−線に沿う断
面図、第３図は酸素ポンプ素子の汲み入れポンプ
電流Ip（Ip＜Ｏ）を一定にしたときの酸素濃淡電
池素子の起電力ｅの空燃比に対する変化を示す特
性図、第４図は酸素濃淡電池素子の起電力ｅ（ｅ
＞Ｏ）を一定とする酸素ポンプ素子の汲み出しポ
ンプ電流Ipの空燃比に対する変化を示す特性図、
第５図は酸素ポンプ素子の汲み出し電流（Ip＞
Ｏ）を一定とする酸素濃淡電池素子の起電力ｅの
空燃比に対する変化の様子を示す図、第６図は酸
素濃淡電池素子の起電力ｅ（ｅ＜Ｏ）を一定とす
る酸素ポンプ素子の汲み入れポンプ電流Ipの空燃
比に対する変化を示す特性図である。 図中、１……排気管、６……固体電解質酸素ポ
ンプ素子、１０……固体電解質酸素濃淡電池素
子、１９……切換スイツチ手段、ａ……小間隙、
ｂ……空気室。
示す構成図、第２図は第１図の−線に沿う断
面図、第３図は酸素ポンプ素子の汲み入れポンプ
電流Ip（Ip＜Ｏ）を一定にしたときの酸素濃淡電
池素子の起電力ｅの空燃比に対する変化を示す特
性図、第４図は酸素濃淡電池素子の起電力ｅ（ｅ
＞Ｏ）を一定とする酸素ポンプ素子の汲み出しポ
ンプ電流Ipの空燃比に対する変化を示す特性図、
第５図は酸素ポンプ素子の汲み出し電流（Ip＞
Ｏ）を一定とする酸素濃淡電池素子の起電力ｅの
空燃比に対する変化の様子を示す図、第６図は酸
素濃淡電池素子の起電力ｅ（ｅ＜Ｏ）を一定とす
る酸素ポンプ素子の汲み入れポンプ電流Ipの空燃
比に対する変化を示す特性図である。 図中、１……排気管、６……固体電解質酸素ポ
ンプ素子、１０……固体電解質酸素濃淡電池素
子、１９……切換スイツチ手段、ａ……小間隙、
ｂ……空気室。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 酸素イオン伝導性固体電解質の両側面に多孔
性電極を設けた固体電解質酸素濃淡電池素子およ
び固体電解質酸素ポンプ素子を備え、該酸素濃淡
電池素子と酸素ポンプ素子とを小間隙を介して対
向配設し、前記酸素ポンプ素子の小間隙の側と反
対側に外気と連通する空気室を形成し、前記酸素
ポンプ素子に電流を流して上記小間隙から空気室
へおよびまたはその逆の方向へ酸素を移送するこ
とによつて前記酸素濃淡電池素子に出力電圧を発
生させ、前記酸素ポンプ電流と前記酸素濃淡電池
素子の出力電圧とから排気の空燃比を検知する空
燃比検知方法において、 前記酸素ポンプ素子に前記空気室から前記小間
隙へ酸素を移送する方向に充分大きい電流を流す
ことにより前記酸素濃淡電池に理論空燃比点で急
峻な出力電圧変化を生ぜじめ、前記出力電圧によ
り空燃比が燃料過濃側にあるか稀薄側にあるかを
判別し、しかして燃料過濃域から稀薄域にかけて
の排気の空燃比を検知することを特徴とする空燃
比検知方法。 ２ 前記酸素ポンプ素子に前記空気室から前記小
間隙へ酸素を移送する方向に充分大きい電流を流
すことにより前記酸素濃淡電池素子に理論空燃比
点で急峻な出力変化を生ぜしめ、該出力電圧の変
化により理論空燃比を検知し制御するようにする
特許請求の範囲第１項記載の空燃比検知方法。 ３ 酸素イオン伝導性固体電解質の両側面に多孔
性電極を設けた固体電解質酸素濃淡電池素子およ
び固体電解質酸素ポンプ素子を備え、該酸素濃淡
電池素子と酸素ポンプ素子とを小間隙を介して対
向配設し、前記酸素ポンプ素子に空燃比測定用電
流源もしくは電流調整器を接続して電流を流し前
記微小間隙から空気室側へおよびまたはその逆の
方向へ酸素を移送することによつて前記酸素濃淡
電池素子に出力電圧を発生させ前記酸素ポンプ電
流と前記酸素濃淡電池素子の出力電圧とから排気
の空燃比を検知するようにする空燃比検知装置に
おいて、 前記空気室から前記微小間隙側へ酸素を移送す
る方向に充分大きい定電流を前記酸素ポンプ素子
に流しうる大電流用定電流源もしくは定電流調整
器と、前記酸素ポンプ素子の前記空燃比測定用電
流源もしくは電流調整器に対する接続を前記大電
流用定電流源もしくは定電流調整器に切換えるた
めの切換手段とを設け、前記切換手段により前記
酸素ポンプ素子に前記大電流用定電流源もしくは
定電流調整器を接続したとき、前記酸素濃淡電池
素子に理論空燃比点で急峻な出力電圧変化を生ぜ
しめ、該出力電圧の変化により空燃比が理論空燃
比に対し燃料過濃側にあるか稀薄側にあるかを判
別し、しかして燃料過濃域から稀薄域にかけて排
気の空燃比を検知することを特徴とする空燃比検
知装置。 ４ 前記空燃比測定用電流源もしくは電流調整器
は、前記酸素ポンプ素子の出力電圧を入力しこれ
を所定値に保つよう前記酸素ポンプ電流を自動調
整する機能を有する変動電流源もしくは変動電流
調節器であり、そのポンプ電流に対応した空燃比
信号をうるようにした特許請求の範囲第３項記載
の空燃比検知装置。 ５ 前記大電流用定電流源もしくは定電流調整器
からの定電流がおよそ50mAである特許請求の範
囲第３項記載の空燃比検知装置。 ６ 前記微小間隙の間隙寸法がおよそ0.1〜0.05
mmである特許請求の範囲第３項記載の空燃比検知
装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58237621A JPS60128350A (ja) | 1983-12-15 | 1983-12-15 | 空燃比検知方法および装置 |
| US06/681,333 US4615787A (en) | 1983-12-15 | 1984-12-13 | Air/fuel ratio detector |
| DE19843445754 DE3445754A1 (de) | 1983-12-15 | 1984-12-14 | Verfahren zur messung des luft/kraftstoffverhaeltnisses in einem abgas und luft/kraftstoffverhaeltnis-detektor dafuer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58237621A JPS60128350A (ja) | 1983-12-15 | 1983-12-15 | 空燃比検知方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60128350A JPS60128350A (ja) | 1985-07-09 |
| JPH0260142B2 true JPH0260142B2 (ja) | 1990-12-14 |
Family
ID=17018029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58237621A Granted JPS60128350A (ja) | 1983-12-15 | 1983-12-15 | 空燃比検知方法および装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4615787A (ja) |
| JP (1) | JPS60128350A (ja) |
| DE (1) | DE3445754A1 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6141960A (ja) * | 1984-08-03 | 1986-02-28 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 空燃比検出装置 |
| JPS61138155A (ja) * | 1984-12-10 | 1986-06-25 | Mitsubishi Electric Corp | 空燃比検知装置 |
| JPS61195349A (ja) * | 1985-02-25 | 1986-08-29 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 内燃機関の空燃比検出装置 |
| JPS61247957A (ja) * | 1985-04-25 | 1986-11-05 | Honda Motor Co Ltd | 酸素濃度検出装置 |
| JPS62123350A (ja) * | 1985-11-22 | 1987-06-04 | Mitsubishi Motors Corp | 空燃比検出装置 |
| JPH079417B2 (ja) * | 1986-03-27 | 1995-02-01 | 本田技研工業株式会社 | 酸素濃度センサの異常検出方法 |
| JPH0697220B2 (ja) * | 1986-05-08 | 1994-11-30 | 株式会社日立製作所 | 空燃比検出装置 |
| JPS6321549A (ja) * | 1986-07-15 | 1988-01-29 | Ngk Insulators Ltd | 限界電流測定回路 |
| JPH0635955B2 (ja) * | 1986-07-30 | 1994-05-11 | 三菱自動車工業株式会社 | 空燃比検出装置 |
| US4841934A (en) * | 1987-02-20 | 1989-06-27 | Ford Motor Company | Oxygen pumping device for control of the air fuel ratio |
| US4915813A (en) * | 1987-12-09 | 1990-04-10 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Oxygen concentration detecting device |
| JPH07117527B2 (ja) * | 1987-12-28 | 1995-12-18 | 本田技研工業株式会社 | 酸素濃度検出装置 |
| JP3065127B2 (ja) * | 1991-06-14 | 2000-07-12 | 本田技研工業株式会社 | 酸素濃度検出装置 |
| JPH08507376A (ja) * | 1993-03-01 | 1996-08-06 | フォード モーター カンパニー | 電流複製回路および排気中の酸素モニタリング |
| DE4333231A1 (de) * | 1993-09-30 | 1995-04-06 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum Betrieb einer Sauerstoffsonde mit interner Referenzatmosphäre |
| JP3521170B2 (ja) * | 1996-03-19 | 2004-04-19 | 日本特殊陶業株式会社 | 排気ガスセンサ及びそれを用いたセンサシステム |
| FR2757213B1 (fr) * | 1996-12-13 | 1999-02-12 | Renault | Procede et dispositif permettant de determiner la richesse du melange carbure d'un moteur |
| JP5539309B2 (ja) * | 2008-03-21 | 2014-07-02 | アボット ポイント オブ ケア インコーポレイテッド | 赤血球中に含まれるヘモグロビンの固有色素を利用して血液試料の赤血球指数を決定するための方法及び装置 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3514377A (en) * | 1967-11-27 | 1970-05-26 | Gen Electric | Measurement of oxygen-containing gas compositions and apparatus therefor |
| JPS55156855A (en) * | 1979-05-25 | 1980-12-06 | Nissan Motor Co Ltd | Air fuel ratio measuring device |
| JPS6042367Y2 (ja) * | 1979-09-28 | 1985-12-26 | 日産自動車株式会社 | 空燃比制御装置 |
| JPS57131046A (en) * | 1981-02-06 | 1982-08-13 | Hitachi Ltd | Air-fuel ratio controller for internal combustion engine |
| JPS5882040A (ja) * | 1981-11-11 | 1983-05-17 | Hitachi Ltd | 空燃比制御装置 |
| JPS58153155A (ja) * | 1982-03-09 | 1983-09-12 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素センサ |
-
1983
- 1983-12-15 JP JP58237621A patent/JPS60128350A/ja active Granted
-
1984
- 1984-12-13 US US06/681,333 patent/US4615787A/en not_active Expired - Fee Related
- 1984-12-14 DE DE19843445754 patent/DE3445754A1/de active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3445754A1 (de) | 1985-08-01 |
| DE3445754C2 (ja) | 1987-04-09 |
| JPS60128350A (ja) | 1985-07-09 |
| US4615787A (en) | 1986-10-07 |
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