JPH0548127Y2 - - Google Patents

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JPH0548127Y2
JPH0548127Y2 JP10738591U JP10738591U JPH0548127Y2 JP H0548127 Y2 JPH0548127 Y2 JP H0548127Y2 JP 10738591 U JP10738591 U JP 10738591U JP 10738591 U JP10738591 U JP 10738591U JP H0548127 Y2 JPH0548127 Y2 JP H0548127Y2
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oxygen
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air
oxygen pump
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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】 この考案は、内燃機関等
の排気ガス中の酸素濃度を測定して空燃比を検知
する装置に関するもので、特にイオン伝導性固体
電解質で構成された酸素ポンプ式の空燃比センサ
の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】 従来より、イオン伝導性固体電
解質(たとえば安定化ジルコニア)で構成された
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
つて理論空燃比での燃焼状態を検知することによ
り、たとえば自動車の機関を論理空燃比で運転す
るように制御することは周知である。
【0003】 ところで、上記酸素センサは空気と燃
料との重量比率である空燃比A/Fが理論空燃比
14.7である時は大きな変化出力が得られるが、他
の運転空燃比域では出力変化が殆んどなく、理論
空燃比以外の空燃比で機関を運転する場合には上
記酸素センサの出力を利用することができない。
かかる不都合を解消し任意の空燃比で機関を運転
可能にする酸素ポンプ式空燃比センサが提案され
ているが、特性の温度による変化が著しく実用に
至らない。
【0004】 図4は従来の酸素ポンプ式空燃比セン
サの構成図、図5は図4の−線に沿う断面図
である。図において、1は機関の排気管、2は排
気管1内に配設された空燃比センサである。この
センサ2は厚さが約0.5mmの平板状のイオン伝導
性固体電解質(安定化ジルコニア)3の両側面に
それぞれ白金電極4,5を設けて構成された固体
電解質酸素ポンプ6と、このポンプ6と同じよう
に平板状のイオン伝導性固体電解質7の両側面に
それぞれ白金電極8および9を設けて構成された
固体電解質酸素センサ10と、上記酸素ポンプ6
と酸素センサ10を0.1mm程度の微小間隙dを介
して対向配置するための支持台11で構成されて
いる。
【0005】 12は制御装置であり、酸素センサ1
0が電極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、
上記増幅器Aの非反転入力端子に印加されている
基準電圧Vと上記起電力eの差異に比例した上記
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6の電極4,5間に流すポ
ンプ電池IPを制御する機能を備えている。すなわ
ち上記起電力eを所定値Vに保つのに必要なポン
プ電流IPを供給する作用を行なう。
【0006】 またポンプ電流供給手段である直流電
源Bから供給されるポンプ電流IPに対応した出力
信号を得るための抵抗ROを備えている。この抵
抗ROは直流電源Bと対応してポンプ電流IPが過大
に流れないような所望の抵抗値が選ばれている。
Cはコンデンサであつて、演算増幅器Aとで積分
器を構成し起電力eを所定値Vに正確に一致させ
るように作用する。
【0007】 上記のように構成した従来の酸素ポン
プ式空燃比センサの特性図を図6に示す。この図
6において実線は空燃比センサの温度がたとえば
600℃のときの空燃比と酸素ポンプ6の電流の関
係を示しており、破線はたとえば800℃のときの
上記と同様の関係を示している。このような特性
変動は酸素ポンプ6および酸素センサ10を構成
するイオン伝導性固定電解質3,7の温度が変化
すると、イオン伝導度が変化することによつて生
じるものと考えられる。
【0008】
【考案が解決しようとする課題】 実験によると
空燃比センサの温度を機関排気の温度範囲に亘つ
て変化させると同一の空燃比に対応する酸素ポン
プ6の電流は数10%に及ぶことが判明しており、
空燃比センサとしての実用には耐えられない。図
7は上記図4の空燃比センサであつて、各種固定
電解質に共通の特性である。 この考案は上記の図7の特性を応用し、温度に
よる特性の変化を空燃比センサ自身の内部抵抗に
より検出して補正を行なうようにした空燃比セン
サを提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】 この考案は、機
関の排気ガスを導入する間隙部と、この間隙部内
の酸素分圧を制御する固体電解質酸素ポンプと、
上記間隙部内の酸素分圧と上記間隙部外の排気ガ
ス中の酸素分圧に対応した起電力を発生する固体
電解質酸素センサと、上記酸素ポンプに直列接続
された測定用抵抗を有し、上記酸素センサが発生
する起電力を所定値に保つのに必要な上記酸素ポ
ンプのポンプ電流を流す電流制御手段とを備え、
上記酸素ポンプのポンプ電流に対応した信号値に
より上記機関の空燃比を検知するようにした空燃
比センサにおいて、上記抵抗の両端子電圧を測定
し、これらの端子電圧値と上記抵抗の既知の抵抗
値に基づいて、上記酸素ポンプの内部抵抗値と上
記酸素ポンプのポンプ電流に対応した信号値を算
出し、この内部抵抗値に応じて上記酸素ポンプの
ポンプ電流に対応した信号値を補正する補正手段
を備えたことを特徴とする機関の空燃比センサで
ある。
【0010】
【作用】 この考案においては、上記の構成によ
り酸素ポンプの直列接続された抵抗の両端子電圧
を測定し、これらの測定値とその抵抗の既知の抵
抗値により酸素ポンプの内部抵抗値とポンプ電流
に対応する信号値を算出し、上記内部抵抗値によ
りその信号値を補正することになり、上記内部抵
抗値を測定するための特別な温度センサ等の装置
を必要とせず、またポンプ電流に対応する信号値
を得るに際してのデータを用いて内部抵抗値をも
算出できるようになり、装置は単純化され、それ
らの同時測定を可能にする。
【0011】
【実施例】 以下この考案の一実施例を図につい
て説明する。図1において、13は2チヤンネル
のA/D変換器、14はポンプ電流ipおよび酸素
ポンプ6の内部抵抗reを算出する演算部、15は
ポンプ電流ipおよび内部抵抗reによつて補正した
ポンプ電流ip′を算出する補正部である。なおそ
の他の構成要素は図4と同一であるので説明は省
略する。
【0012】 次にこの考案の作用について説明す
る。抵抗ROの各々の端子電圧v1,v2は次式で与
えられる。 v1=ip・(RO+re) v2=ip・re ここでipは酸素ポンプ6のポンプ電流、reは酸素
ポンプ6の内部抵抗である。
【0013】 端子電圧v1,v2は演算処理を容易にす
るためA/D変換器13によつてデジタル信号に
変換されている。デイジタル化された端子電圧
v1,v2は演算部14に与えられる。そして演算部
では、次式、 ip=(v1−v2)÷RO re=v2÷ip の演算が行なわれ、両端子電圧v1,v2から酸素ポ
ンプ6のポンプ電流ipおよび内部抵抗reが算出さ
れ、そしてipおよびreは補正部15に与えられ
る。
【0014】 補正部15は上記ポンプ電流ipを内部
抵抗reで補正しip′として出力する。この補正方
法を図2及び図3を用いて説明する。図2はip′,
ipおよびre各々の変数の相関を示している。この
相関は内部抵抗reとセンサ温度の相関(図7)お
よびセンサ温度と空燃比を指示するポンプ電流ip
の相関(図6)を考慮したものであつて、測定時
の内部抵抗reを知ることによつてポンプ電流ipを
温度補正したip′を求めることができる。そこで
補正部15に図2の特性ip′=f(ip・re)を予め
記憶させておき、ポンプ電流ipおよび内部抵抗re
から温度補正したip′を演算し出力することが可
能である。
【0015】 ところで関数形ip′=(ip・re)を予め
規定するのが困難な場合もあるが、その場合は図
3に示すようなマツプデータによる補正が実用的
である。 図3に示したマツプはマイクロプロセツサによつ
て制御システムを構成する際によく使用される公
知のものであるので詳述はしないが、内部抵抗
re1、re2,re3…に対応してポンプ電流ipを正しく
空燃比を指示するように読み換えた値ip′が表記
されている。
【0016】 この表記は予めテストをして実測デー
タを元に作成するので関数形が不明であつても容
易に作成可能である。補正方法は補正部15に予
めこの表を記憶させておき、ポンプ電流ipと内部
抵抗reの値から温度補正したip′を検索し出力す
る。
【0017】 なお、図3の表記はip,reを適度に区
分して代表点で作成してあるが、実際に演算部1
4が出力する実データip,reは代表点とは限らな
いので、たとえば四捨五入によつて最寄の代表点
の数値を使うか、あるいはデータip,reをはさむ
両側の代表点の数値を使用して補間演算する方法
などが実用的である。
【0018】
【考案の効果】 以上説明したようにこの考案に
よれば、酸素ポンプに直列接続された抵抗の両端
子電圧を測定し、これらの測定値とその抵抗の既
知の抵抗値に基づいて酸素ポンプの内部抵抗値と
ポンプ電流に対応する信号値を算出し、内部抵抗
値によりその信号値を補正するように構成したの
で、内部抵抗値を測定するための特別な温度セン
サ等の装置を必要とせず、また、ポンプ電流に対
応する信号値を得るに際してのデータを用いて内
部抵抗値をも算出できるので、装置が安価且つ簡
単化し、それらの同時測定が可能となり精度が向
上する効果がある。
【0019】 また、補正を酸素ポンプのポンプ電流
に対応する信号値と内部抵抗をパラメータとする
マツプ値から演算する場合には、パラメータを2
種類用いて補正し、パラメータ値がマツプにない
場合にも補間演算でき、補正の精度が向上できる
効果がある。
【0020】 また酸素ポンプ側の内部電気抵抗値を
利用する場合にあつては、電流値を元に測定して
いるため、酸素ポンプの端子電圧のみを追加的に
計測すれば容易に内部抵抗を演算可能である。さ
らに演算部や補正部の構成要素は、マイクロプロ
セツサによる処理が可能であり、機関の空燃比を
制御するシステムをマイクロプロセツサで構成し
ている場合にあつては機能を流用できるのでハー
ドウエアの追加が殆んど無用である。このように
この考案では構成を複雑化せず、かつ高コストに
なることなく優れた特性を有する空燃比センサが
得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この考案による空燃比センサの構成図。
【図2】補正部に付寄する特性図。
【図3】同マツプ図。
【図4】従来の酸素ポンプ式の空燃比センサの構
成図。
【図5】図4の−線に沿う断面図。
【図6】図4におけるセンサの特性図。
【図7】温度と内部抵抗の関係を示す特性図。
【符号の説明】
1 排気管 6 酸素ポンプ 10 酸素センサ 12 制御装置 12′ 制御装置 13 A/D変換器 14 演算部 15 補正部。

Claims (2)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 機関の排気ガスを導入する間隙部
    と、 上記間隙部内の酸素分圧を制御する固体電解質酸
    素ポンプと、 上記間隙部内の酸素分圧と上記間隙部外の排気ガ
    ス中の酸素分圧とに対応した起電力を発生する固
    体電解質酸素センサと、 上記酸素ポンプに直列接続された測定用抵抗を有
    し、上記酸素センサが発生する起電力を所定値に
    保つのに必要な上記酸素ポンプのポンプ電流を流
    す電流制御手段と、 を備え、上記酸素ポンプのポンプ電流に対応した
    信号値により上記機関の空燃比を検知するように
    した機関の空燃比センサにおいて、 上記抵抗の両端子の各々の端子電圧を測定し、こ
    れらの端子電圧値と上記抵抗の既知の抵抗値に基
    づいて、上記酸素ポンプの内部抵抗値と上記酸素
    ポンプのポンプ電流とに対応した信号値を算出す
    る演算手段と、 上記内部抵抗値に応じて上記酸素ポンプのポンプ
    電流に対応した信号値を補正する補正手段と を備えたことを特徴とする機関の空燃比センサ。
  2. 【請求項2】 上記補正手段は、上記酸素ポンプ
    のポンプ電流に対応した信号値および上記内部抵
    抗値に対応した信号値をパラメータとしたマツプ
    値により上記酸素ポンプのポンプ電流に対応した
    信号値を補正することを特徴とする請求項1の機
    関の空燃比センサ。
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