JPS6029065B2 - 空燃比制御信号発生装置 - Google Patents
空燃比制御信号発生装置Info
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- JPS6029065B2 JPS6029065B2 JP54095574A JP9557479A JPS6029065B2 JP S6029065 B2 JPS6029065 B2 JP S6029065B2 JP 54095574 A JP54095574 A JP 54095574A JP 9557479 A JP9557479 A JP 9557479A JP S6029065 B2 JPS6029065 B2 JP S6029065B2
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- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
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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
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1473—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method
- F02D41/1475—Regulating the air fuel ratio at a value other than stoichiometry
- F02D41/1476—Biasing of the sensor
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- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1477—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation circuit or part of it,(e.g. comparator, PI regulator, output)
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- G—PHYSICS
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- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
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- G—PHYSICS
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- 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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- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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- F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、雰囲気温度に大きく左されることなく空燃
比（空気と燃料との比）のフィードバック制御を可能に
する空燃比制御信号発生装置に関する。
比（空気と燃料との比）のフィードバック制御を可能に
する空燃比制御信号発生装置に関する。
自動車用エンジン等の燃焼装置においては、大気浄化の
ための排出ガス規制が設定されているが、この排出ガス
規制に適合させるための一手段として三元触媒方式があ
る。
ための排出ガス規制が設定されているが、この排出ガス
規制に適合させるための一手段として三元触媒方式があ
る。
この三元触媒方式は、一酸化炭素および炭化水素の酸化
と窒素酸化物の還元とを触媒の助けにより同時におこな
わせ、排出ガス中の有害ガス三成分を無害な二酸化炭素
、水蒸気および窒素に変換して清浄化をはかろうとする
ものである。このときに使用される三元触媒は、空気と
燃料との混合気が理論空燃比であるときに最も有効には
たらくため、三元触媒方式では混合気を常に理論空燃比
に保持しておくことが重要である。
と窒素酸化物の還元とを触媒の助けにより同時におこな
わせ、排出ガス中の有害ガス三成分を無害な二酸化炭素
、水蒸気および窒素に変換して清浄化をはかろうとする
ものである。このときに使用される三元触媒は、空気と
燃料との混合気が理論空燃比であるときに最も有効には
たらくため、三元触媒方式では混合気を常に理論空燃比
に保持しておくことが重要である。
そこで、混合気を理論空燃比に保持するための一手段と
して、理論空燃比を境に起電力が急激に変化する酸素セ
ンサ素子の信号を入力源とする空燃比制御装置がある。
第１図は現在広く実用化されている酸素センサ素子の模
式的断面図であって、一端を閉塞した酸素イオン伝導性
固体電解質層１の外表面に排出ガスＥと接触可能にした
測定側電極層２を設けると共に、固体電解質管１の内表
面に、大気Ｇと接触可能にした基準側電極層３を設けた
構造をなすものである。
して、理論空燃比を境に起電力が急激に変化する酸素セ
ンサ素子の信号を入力源とする空燃比制御装置がある。
第１図は現在広く実用化されている酸素センサ素子の模
式的断面図であって、一端を閉塞した酸素イオン伝導性
固体電解質層１の外表面に排出ガスＥと接触可能にした
測定側電極層２を設けると共に、固体電解質管１の内表
面に、大気Ｇと接触可能にした基準側電極層３を設けた
構造をなすものである。
この場合、一般的には固体電解質管１にはＣａｏやＹ２
０３などで安定化したＺの２嘘結体が用いられ、電極層
２，３には白金が用いられる。一方、排出ガスＥ中の酸
素濃度は、ほぼエンジン等の燃焼装置の空燃比によって
決まり、第２図に破線で示すように空燃比の変化に対し
て徐々に変化する特性を示す。しかし、酸素センサ素子
の表面においては、電極層２の触媒作用によって電極表
面部の排出ガスに酸化反応を生じ、その結果理論空燃比
よりリッチ側では酸素濃度がほとんど零になるため、そ
のため、酸素センサ素子の出力電圧は理論空燃比を境に
急激に変化し、第２図に実線で示すような特性（温度６
００ご０）で示す。そこで、従来の空燃比制御装置では
、前記酸素センサ素子の出力電圧特性を利用し、理論空
燃比に相当する一定の比較電圧（たとえば第２図の場合
に５００Ｖ）と酸素センサ素子の出力電圧とを比較器に
より比較し、出力電圧かつ比較電圧よりも高いときには
燃料過剰側（リッチ側）の濃い混合気であると判定して
混合気を薄くするための指令を出し、出力電圧が比較電
圧よりも低いときには空気過剰側（リーン側）の薄い混
合気であると判定して混合気を濃くするための指令を出
すことによって、混合気が常に理論空燃比にあるように
フィードバック制御していた。さらに進んで、前記一端
閉塞型の固体電解質管１を用いた酸素センサ素子では、
基準酸素分圧として大気を導入しなければならないこと
、小型化が困難であること、破損を生じやすいことなど
の欠点を有するため、第３図および第４図に示すような
積層型の酸素センサ素子も開発されている。これは、基
板としての強度を保持する隔膜層５上に、基準側電極層
６、酸素イオン伝導性固体電解質層７および測定側電極
層８を順次積層し、前記団体電解質層７内で測定側電極
層８から基準側電極層６へ向けて（第３図の場合）、あ
るいは基準側電極層６から測定側電極層８へ向けて（第
４図の場合）酸素イオンの移動を生じさせる電流１（１
）または１（０）を流す直流電源９を接続すると共に、
両電極層６，８間に生ずる出力電圧Ｖ（１）またはＶ（
ロ）を測定するようにした構成をなすものである。そし
て、第３図に示す酸素センサ素子では、直流電源９から
の電流１（１）によって、測定側電極層８に存在する酸
素が酸素イオンとして固体電解質層７内を移動して基準
側電極層６に到達し、再び酸素となって基準側電極層６
に蓄積される。
０３などで安定化したＺの２嘘結体が用いられ、電極層
２，３には白金が用いられる。一方、排出ガスＥ中の酸
素濃度は、ほぼエンジン等の燃焼装置の空燃比によって
決まり、第２図に破線で示すように空燃比の変化に対し
て徐々に変化する特性を示す。しかし、酸素センサ素子
の表面においては、電極層２の触媒作用によって電極表
面部の排出ガスに酸化反応を生じ、その結果理論空燃比
よりリッチ側では酸素濃度がほとんど零になるため、そ
のため、酸素センサ素子の出力電圧は理論空燃比を境に
急激に変化し、第２図に実線で示すような特性（温度６
００ご０）で示す。そこで、従来の空燃比制御装置では
、前記酸素センサ素子の出力電圧特性を利用し、理論空
燃比に相当する一定の比較電圧（たとえば第２図の場合
に５００Ｖ）と酸素センサ素子の出力電圧とを比較器に
より比較し、出力電圧かつ比較電圧よりも高いときには
燃料過剰側（リッチ側）の濃い混合気であると判定して
混合気を薄くするための指令を出し、出力電圧が比較電
圧よりも低いときには空気過剰側（リーン側）の薄い混
合気であると判定して混合気を濃くするための指令を出
すことによって、混合気が常に理論空燃比にあるように
フィードバック制御していた。さらに進んで、前記一端
閉塞型の固体電解質管１を用いた酸素センサ素子では、
基準酸素分圧として大気を導入しなければならないこと
、小型化が困難であること、破損を生じやすいことなど
の欠点を有するため、第３図および第４図に示すような
積層型の酸素センサ素子も開発されている。これは、基
板としての強度を保持する隔膜層５上に、基準側電極層
６、酸素イオン伝導性固体電解質層７および測定側電極
層８を順次積層し、前記団体電解質層７内で測定側電極
層８から基準側電極層６へ向けて（第３図の場合）、あ
るいは基準側電極層６から測定側電極層８へ向けて（第
４図の場合）酸素イオンの移動を生じさせる電流１（１
）または１（０）を流す直流電源９を接続すると共に、
両電極層６，８間に生ずる出力電圧Ｖ（１）またはＶ（
ロ）を測定するようにした構成をなすものである。そし
て、第３図に示す酸素センサ素子では、直流電源９から
の電流１（１）によって、測定側電極層８に存在する酸
素が酸素イオンとして固体電解質層７内を移動して基準
側電極層６に到達し、再び酸素となって基準側電極層６
に蓄積される。
この蓄積された酸素量が多くなって酸素分圧が高くなり
、これが一定値以上になると前記固体電解質層７中の気
孔を通って外部に放出され、基準側電極層６に蓄積され
る酸素分圧はほぼ一定した値に保持される。そして、た
とえば６００００において電流１（１）＝３山Ａとした
ときにその他の条件にもよるが上記基準酸素分圧は１び
〜１ぴａｔｍ程度となり、空燃比と出力電圧Ｖ（１）と
の関係は第５図に実線で示すようになる。また、第４図
に示す酸素センサ素子では、直流電源９からの電流１（
０）によって基準側電極層６に存在する酸素が酸素イオ
ンとして固体電解質層７内を移動して測定側電極層８に
到達し、外部に放出される。
、これが一定値以上になると前記固体電解質層７中の気
孔を通って外部に放出され、基準側電極層６に蓄積され
る酸素分圧はほぼ一定した値に保持される。そして、た
とえば６００００において電流１（１）＝３山Ａとした
ときにその他の条件にもよるが上記基準酸素分圧は１び
〜１ぴａｔｍ程度となり、空燃比と出力電圧Ｖ（１）と
の関係は第５図に実線で示すようになる。また、第４図
に示す酸素センサ素子では、直流電源９からの電流１（
０）によって基準側電極層６に存在する酸素が酸素イオ
ンとして固体電解質層７内を移動して測定側電極層８に
到達し、外部に放出される。
そして、基準側電極層６における酸素分圧が低くなりす
ぎると前記固体電解質層７中の気孔を通って被測定ガス
が吸込まれ、基準側電極層６における酸素分圧はほぼ一
定した値に保持される。そして、たとえば６００００に
おいて電流１（０）＝３山Ａとしたときにその他の条件
にもよるが上記基準酸素分圧は１０‐２ｏ〜１０‐２２
ａｔｍ程度となり、空燃比と出力電圧Ｖ（ｍとの関係は
第５図に破線で示すようになる。第６図は前記酸素セン
サ素子の固体電解質層７の抵抗Ｒと酸素センサ素子温度
との関係を示すもので、素子温度が低くなるにつれて抵
抗Ｒが増大している。
ぎると前記固体電解質層７中の気孔を通って被測定ガス
が吸込まれ、基準側電極層６における酸素分圧はほぼ一
定した値に保持される。そして、たとえば６００００に
おいて電流１（０）＝３山Ａとしたときにその他の条件
にもよるが上記基準酸素分圧は１０‐２ｏ〜１０‐２２
ａｔｍ程度となり、空燃比と出力電圧Ｖ（ｍとの関係は
第５図に破線で示すようになる。第６図は前記酸素セン
サ素子の固体電解質層７の抵抗Ｒと酸素センサ素子温度
との関係を示すもので、素子温度が低くなるにつれて抵
抗Ｒが増大している。
ところで、第３図および第４図に示す酸素センサ素子で
は、基準側電極層６と測定側電極層８との間で直流電源
９および出力電圧測定手段を接続するようにしているた
め、定電流１（１）または１（ロ）を流すことにより固
体電解質層７（抵抗Ｒ（Ｔ））の両端に生ずる電圧１（
１）×Ｒ（Ｔ）または１（０）×Ｒ（Ｔ）が酸素センサ
素子自体の起電力に加算された出力電圧Ｖ（１）または
Ｖ（０）として測定されることになり、したがって出力
電圧Ｖ（１）またはＶ（ロ）は温度によって大きく変動
することになって第７図および第８図に示す如く温度が
低いほど出力電圧が上昇した特性を示すようになる。
は、基準側電極層６と測定側電極層８との間で直流電源
９および出力電圧測定手段を接続するようにしているた
め、定電流１（１）または１（ロ）を流すことにより固
体電解質層７（抵抗Ｒ（Ｔ））の両端に生ずる電圧１（
１）×Ｒ（Ｔ）または１（０）×Ｒ（Ｔ）が酸素センサ
素子自体の起電力に加算された出力電圧Ｖ（１）または
Ｖ（０）として測定されることになり、したがって出力
電圧Ｖ（１）またはＶ（ロ）は温度によって大きく変動
することになって第７図および第８図に示す如く温度が
低いほど出力電圧が上昇した特性を示すようになる。
このため、空燃比制御装置において比較電圧Ｖｃを０．
５Ｖの一定電圧に設定したとすると、酸素センサ素子温
度が４５０ｏｏ以下の場合に出力電圧Ｖ（１），Ｖ（ｎ
）が比較電圧Ｖｃよりも低くならないので、空燃比のフ
ィードバック制御が不可能になる。
５Ｖの一定電圧に設定したとすると、酸素センサ素子温
度が４５０ｏｏ以下の場合に出力電圧Ｖ（１），Ｖ（ｎ
）が比較電圧Ｖｃよりも低くならないので、空燃比のフ
ィードバック制御が不可能になる。
換言すれば、酸素センサ素子の温度がかなり高く、たと
えば５５０ｏｏ以上にならないと安定した空燃比のフィ
ードバック制御ができなくなるという問題を有していた
。この発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し
、酸素センサ素子が低い場合においても前記温度に左右
されることなく安定した空燃比制御信号を発生して良好
な空燃比のフィードバック制御をおこなうことができる
ようにした空燃比制御信号発生装置を提供することにあ
る。
えば５５０ｏｏ以上にならないと安定した空燃比のフィ
ードバック制御ができなくなるという問題を有していた
。この発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し
、酸素センサ素子が低い場合においても前記温度に左右
されることなく安定した空燃比制御信号を発生して良好
な空燃比のフィードバック制御をおこなうことができる
ようにした空燃比制御信号発生装置を提供することにあ
る。
この発明は、第１酸素センサ素子の固体電解質内および
第ロ酸素センサ素子の固体電解質内で相互に反対方向の
酸素イオンの移動を生じさせる電流を流すと共に、前記
第１酸素センサ素子の出力電圧と第ロ酸素センサ素子の
出力電圧とを比較回路により比較して両出力電圧の大小
に対応した空燃比制御信号を発生させるようにしたこと
を特徴としている。
第ロ酸素センサ素子の固体電解質内で相互に反対方向の
酸素イオンの移動を生じさせる電流を流すと共に、前記
第１酸素センサ素子の出力電圧と第ロ酸素センサ素子の
出力電圧とを比較回路により比較して両出力電圧の大小
に対応した空燃比制御信号を発生させるようにしたこと
を特徴としている。
次にこの発明の実施例を図面に基いてさらに詳細に説明
する。
する。
第９図はこの一実施例を示すもので、この場合第１隔膜
層と第０隅膜層とを共通の一体物よりなりかつ構造基体
としての強度を保持する隔膜層１１から形成し、この隔
膜層１１の片面側で第１基準側電極層１２Ａ、多孔性の
酸素イオン伝導性固体電解質層１３Ａ、測定側電極層１
４Ａを順次積層して第１酸素センサ素子を形成すると共
に、隔膜層１１の他面側で第０基準側電極層１２Ｂ、多
孔性の酸素イオン伝導性固体電解質層１３Ｂおよび測定
側電極層１４Ｂを順次頭層して第ロ酸素センサ素子を形
成し、前記第１基準側電極層１２Ａと第１測定側電極層
１４Ａとの間にはさまれた第１固体電解質層１３Ａ内で
、第１測定側電極層１４Ａから第１基準側電極層１２Ａ
へ向けて酸素イオンの移動を生じさせる電流１（１）好
ましくは定電流を強制的に流す直流電源１５Ａを接続す
ると共に、前記第０基準側電極層１２Ｂと第０測定側電
極層１４Ｂとの間にはさまれた第ロ固体電解質層１３Ｂ
内で、第０基準側電極層１２Ｂから第ロ測定側電極層１
４Ｂへ向けて酸素イオンの移動を生じさせる電流１（ロ
）好ましくは定電流を強制的に流す直流電源１５Ｂを接
続し、第１酸素センサ素子における出力電圧Ｖ（１）と
第０酸素センサ素子における出力電圧Ｖ（ロ）とを比較
回路に入力するようにしたものである。
層と第０隅膜層とを共通の一体物よりなりかつ構造基体
としての強度を保持する隔膜層１１から形成し、この隔
膜層１１の片面側で第１基準側電極層１２Ａ、多孔性の
酸素イオン伝導性固体電解質層１３Ａ、測定側電極層１
４Ａを順次積層して第１酸素センサ素子を形成すると共
に、隔膜層１１の他面側で第０基準側電極層１２Ｂ、多
孔性の酸素イオン伝導性固体電解質層１３Ｂおよび測定
側電極層１４Ｂを順次頭層して第ロ酸素センサ素子を形
成し、前記第１基準側電極層１２Ａと第１測定側電極層
１４Ａとの間にはさまれた第１固体電解質層１３Ａ内で
、第１測定側電極層１４Ａから第１基準側電極層１２Ａ
へ向けて酸素イオンの移動を生じさせる電流１（１）好
ましくは定電流を強制的に流す直流電源１５Ａを接続す
ると共に、前記第０基準側電極層１２Ｂと第０測定側電
極層１４Ｂとの間にはさまれた第ロ固体電解質層１３Ｂ
内で、第０基準側電極層１２Ｂから第ロ測定側電極層１
４Ｂへ向けて酸素イオンの移動を生じさせる電流１（ロ
）好ましくは定電流を強制的に流す直流電源１５Ｂを接
続し、第１酸素センサ素子における出力電圧Ｖ（１）と
第０酸素センサ素子における出力電圧Ｖ（ロ）とを比較
回路に入力するようにしたものである。
そして、比較回路は、出力電圧Ｖ（１）をプラス側に入
力しかつ出力電圧Ｖ（ロ）をマイナス側に入力した比較
器（コンパレータ）１６と、前記比較器１６からの出力
を抵抗Ｒ，を介してベースに入力したスイッチングトラ
ンジスタ１７とをそなえ、トランジスタ１７のコレクタ
側を抵抗Ｒ２を介して定電圧源Ｖｃに接続すると共に、
そのェミタ側を抵抗Ｒ３を介して接地しかつ制御信号Ｓ
を出力しうるようにしている。そこで、たとえば、第３
図に示す酸素センサ素子が第１酸素センサ素子に対応し
、第４図に示す酸素センサ素子が第０酸素センサ素子に
対応するものとすれば、両酸素センサ素子における出力
電圧と空燃比との関係は前記第５図に示したものと概略
同様の特性を示す。
力しかつ出力電圧Ｖ（ロ）をマイナス側に入力した比較
器（コンパレータ）１６と、前記比較器１６からの出力
を抵抗Ｒ，を介してベースに入力したスイッチングトラ
ンジスタ１７とをそなえ、トランジスタ１７のコレクタ
側を抵抗Ｒ２を介して定電圧源Ｖｃに接続すると共に、
そのェミタ側を抵抗Ｒ３を介して接地しかつ制御信号Ｓ
を出力しうるようにしている。そこで、たとえば、第３
図に示す酸素センサ素子が第１酸素センサ素子に対応し
、第４図に示す酸素センサ素子が第０酸素センサ素子に
対応するものとすれば、両酸素センサ素子における出力
電圧と空燃比との関係は前記第５図に示したものと概略
同様の特性を示す。
したがって、空燃比がリッチ側の状態にあるときには出
力電圧Ｖ（１）＞Ｖ（ロ）となって比較器１６のプラス
側入力が大きくなり、出力を発生してスイッチングトラ
ンジスタ１７を作動させて所定電圧の制御信号Ｓを送る
。このとき、たとえば定電圧源Ｖｃを１２Ｖ，Ｒ２を１
１ＫＱ、Ｒ３をＩＫＱとすればＩＶの制御信号Ｓが送出
されて混合気がリッチ側の濃いものであるという情報を
伝達し、混合気を薄くして理論空燃比に近づけさせるこ
とができる。また、空燃比がリーン側にあって出力電圧
Ｖ（１）＜Ｖ（０）であるときには比較器１６のマイナ
ス側入力が大きくなるため出力を発生しなくなり、トラ
ンジスタ１７が不動作状態となる。したがって、ＯＶの
制御信号Ｓが送出されて混合気がリーン側の薄いもので
あるという情報を伝達し、混合気を濃くして理論空燃比
に近づけさせることができる。このため、たとえ酸素セ
ンサ素子が低温状態にあってそれぞれの出力電圧Ｖ（１
）、Ｖ（ロ）が第７図に示すように大きくなったとして
も、出力電圧Ｖ（１），Ｖ（ロ）の大小関係には変化が
ないため、空燃比のフィードバック制御を良好におこな
うことができる。
力電圧Ｖ（１）＞Ｖ（ロ）となって比較器１６のプラス
側入力が大きくなり、出力を発生してスイッチングトラ
ンジスタ１７を作動させて所定電圧の制御信号Ｓを送る
。このとき、たとえば定電圧源Ｖｃを１２Ｖ，Ｒ２を１
１ＫＱ、Ｒ３をＩＫＱとすればＩＶの制御信号Ｓが送出
されて混合気がリッチ側の濃いものであるという情報を
伝達し、混合気を薄くして理論空燃比に近づけさせるこ
とができる。また、空燃比がリーン側にあって出力電圧
Ｖ（１）＜Ｖ（０）であるときには比較器１６のマイナ
ス側入力が大きくなるため出力を発生しなくなり、トラ
ンジスタ１７が不動作状態となる。したがって、ＯＶの
制御信号Ｓが送出されて混合気がリーン側の薄いもので
あるという情報を伝達し、混合気を濃くして理論空燃比
に近づけさせることができる。このため、たとえ酸素セ
ンサ素子が低温状態にあってそれぞれの出力電圧Ｖ（１
）、Ｖ（ロ）が第７図に示すように大きくなったとして
も、出力電圧Ｖ（１），Ｖ（ロ）の大小関係には変化が
ないため、空燃比のフィードバック制御を良好におこな
うことができる。
第１０図はこの発明の他の実施例を示すもので、この場
合、第１隔膜層と第０隔膜層とを共通の一体物よりなり
かつ構造基体としての強度を保持する隔膜層１１から形
成し、前記隔膜層１１の同一面上で、第１基準側電極層
１２Ａ、第１固体電解質層１３Ａおよび第１測定側電極
層１４Ａを順次積層した第１酸素センサ素子と、第ロ基
準側電極層１２Ｂ、第０団体電解質層１３Ｂおよび第ロ
測定側電極層１４Ｂを順次積層した第ロ酸素センサ素子
とを形成した構成をなすものである。
合、第１隔膜層と第０隔膜層とを共通の一体物よりなり
かつ構造基体としての強度を保持する隔膜層１１から形
成し、前記隔膜層１１の同一面上で、第１基準側電極層
１２Ａ、第１固体電解質層１３Ａおよび第１測定側電極
層１４Ａを順次積層した第１酸素センサ素子と、第ロ基
準側電極層１２Ｂ、第０団体電解質層１３Ｂおよび第ロ
測定側電極層１４Ｂを順次積層した第ロ酸素センサ素子
とを形成した構成をなすものである。
そして第１固体電解質層１３Ａおよび第０固体電解質層
１３Ｂ内でそれぞれ反対方向に酸素イオンの移動を生じ
させる電流１（１），１（０）を強制的に流す直流電源
１５Ａ，１５Ｂを接続し、両出力電圧Ｖ（１），Ｖ（ロ
）を比較器１６に入力してスイッチングトランジスタ１
７を制御しうるようにしている。このようにしても、第
９図の場合と同様に酸素センサ素子の温度に影響される
ことなく良好な空燃比のフィードバック制御が可能であ
る。第１１図はこの発明のさらに他の実施例を示すもの
で、第１０図に示す第１および第０酸素センサ素子にお
ける第１固体電解質層１３Ａと第０固体電解質層１３Ｂ
とを共通の一体物よりなる固体電解質層１３から形成し
た場合を示している。
１３Ｂ内でそれぞれ反対方向に酸素イオンの移動を生じ
させる電流１（１），１（０）を強制的に流す直流電源
１５Ａ，１５Ｂを接続し、両出力電圧Ｖ（１），Ｖ（ロ
）を比較器１６に入力してスイッチングトランジスタ１
７を制御しうるようにしている。このようにしても、第
９図の場合と同様に酸素センサ素子の温度に影響される
ことなく良好な空燃比のフィードバック制御が可能であ
る。第１１図はこの発明のさらに他の実施例を示すもの
で、第１０図に示す第１および第０酸素センサ素子にお
ける第１固体電解質層１３Ａと第０固体電解質層１３Ｂ
とを共通の一体物よりなる固体電解質層１３から形成し
た場合を示している。
このようにしても、第１０図の場合と同様に良好な空燃
比のフィードバック制御が可能である。第１２図はこの
発明のさらに他の実施例を示すもので、第１固体電解質
層と第０固体電解質層とを共通の一体物よりかなりかつ
構造基体としての強度を保持する団体電解質層１３から
形成し、この固体電解質層１３を中心にして、第１測定
側電極層１４Ａ、第１基準側電極層１２Ａおよび第１陣
膜層１１Ａを各々積層した第１酸素センサ素子を形成す
ると共に、第ロ測定側電極層１４Ｂ、第０基準側電極層
１２Ｂおよび第Ｄ隔膜層１１Ｂを各々糟層した第０酸素
センサ素子を形成する。そして、固体電解質層１３が繊
密である場合に第１および第ロ隔腹層１１Ａ，１１Ｂを
適宜な多孔性として両基準側電極層１２Ａ，１２Ｂにお
ける基準酸素分圧がほぼ保たれるようにする。このよう
にしても高温のみならず低温時における良好な空燃比の
フィードバック制御が可能になる。第１３図はこの発明
のさらに他の実施例を示すもので、第１２図に示す第１
隔膜層１１Ａと第ロ隔膜層１１Ｂとを共通の一体物より
なる多孔性の隔膜層１１から形成した場合を示している
。
比のフィードバック制御が可能である。第１２図はこの
発明のさらに他の実施例を示すもので、第１固体電解質
層と第０固体電解質層とを共通の一体物よりかなりかつ
構造基体としての強度を保持する団体電解質層１３から
形成し、この固体電解質層１３を中心にして、第１測定
側電極層１４Ａ、第１基準側電極層１２Ａおよび第１陣
膜層１１Ａを各々積層した第１酸素センサ素子を形成す
ると共に、第ロ測定側電極層１４Ｂ、第０基準側電極層
１２Ｂおよび第Ｄ隔膜層１１Ｂを各々糟層した第０酸素
センサ素子を形成する。そして、固体電解質層１３が繊
密である場合に第１および第ロ隔腹層１１Ａ，１１Ｂを
適宜な多孔性として両基準側電極層１２Ａ，１２Ｂにお
ける基準酸素分圧がほぼ保たれるようにする。このよう
にしても高温のみならず低温時における良好な空燃比の
フィードバック制御が可能になる。第１３図はこの発明
のさらに他の実施例を示すもので、第１２図に示す第１
隔膜層１１Ａと第ロ隔膜層１１Ｂとを共通の一体物より
なる多孔性の隔膜層１１から形成した場合を示している
。
このようにしても空燃比のフィードバック制御が可能で
ある。上述した各実施例に示すものにおいて、測定側電
極層１４Ａ，１４Ｂおよび基準側電極層１２Ａ，１２Ｂ
の素材としては、触媒作用のないＡｕ，ＡｇおよびＳＩ
Ｃ、あるいはＴｉ０２，Ｃｏｏ，ＱＣｒ０３などの酸化
物半導体、あるいは触媒作用のあるＲｕ，Ｐｄ，Ｒｈ，
瓜，ｌｒ，Ｐｔ等の白金族元素の単体もしくはこれらの
合金、さらには白金族元素との合金などを用いることが
できる。
ある。上述した各実施例に示すものにおいて、測定側電
極層１４Ａ，１４Ｂおよび基準側電極層１２Ａ，１２Ｂ
の素材としては、触媒作用のないＡｕ，ＡｇおよびＳＩ
Ｃ、あるいはＴｉ０２，Ｃｏｏ，ＱＣｒ０３などの酸化
物半導体、あるいは触媒作用のあるＲｕ，Ｐｄ，Ｒｈ，
瓜，ｌｒ，Ｐｔ等の白金族元素の単体もしくはこれらの
合金、さらには白金族元素との合金などを用いることが
できる。
そして、このような電極素材を固体電解質層や隔膜層表
面に形成するに際しては、スパッタリングやイオンプレ
ーティングなどの物理的な蒸着法、めつきなどの如き電
気化学的な方法、あるいはペーストを用いた印刷焼成法
などを採用することができる。また、酸素イオン伝導性
固体電解質層１３，１３Ａ，１ ３Ｂの素材としては、
Ｃａ○，Ｙ２０３，Ｓの，Ｍｇ○，Ｔｈｏ２，Ｗ０３，
Ｔａ２０５などで安定化したＺの２、あるいはＮＱＱ，
Ｓの，Ｗ０３，Ｔａ２０５，Ｙ２０３などで安定化した
Ｂｉ２０３、さらにはＴｈｏ２一Ｙ２０３，Ｃａ０−Ｙ
２０３などの既知のものを用いることができる。そして
、この固体電解質素材を第１２図および第１４図に示す
ように構造基体として使用する場合には、粉末を用いた
圧粉成形焼結体や、リーンシートの焼結体などを採用す
ることができる。また、第９図ないし第１１図に示すよ
うに構造基体として隔膜層１１を使用する場合の固体電
解質層の形成に際しては、スパッタリングやイオンプレ
ーティングなどの物理的な蒸着法、めつきなどの電気化
学的な方法、あるいはペーストを用いた印刷焼成法など
を採用することができる。さらに、該隔膜層１１には電
気的絶縁材料たとえばアルミナ、ムライト、スピネル、
フオルステラィトなどを使用でき、構造基体としての隔
膜層１１の成形体には、粉末を用いた圧粉成形焼結体や
グリーンシートの焼結体、あるいは通常の切削加工成形
体など従来既知の手段によるものを採用できる。
面に形成するに際しては、スパッタリングやイオンプレ
ーティングなどの物理的な蒸着法、めつきなどの如き電
気化学的な方法、あるいはペーストを用いた印刷焼成法
などを採用することができる。また、酸素イオン伝導性
固体電解質層１３，１３Ａ，１ ３Ｂの素材としては、
Ｃａ○，Ｙ２０３，Ｓの，Ｍｇ○，Ｔｈｏ２，Ｗ０３，
Ｔａ２０５などで安定化したＺの２、あるいはＮＱＱ，
Ｓの，Ｗ０３，Ｔａ２０５，Ｙ２０３などで安定化した
Ｂｉ２０３、さらにはＴｈｏ２一Ｙ２０３，Ｃａ０−Ｙ
２０３などの既知のものを用いることができる。そして
、この固体電解質素材を第１２図および第１４図に示す
ように構造基体として使用する場合には、粉末を用いた
圧粉成形焼結体や、リーンシートの焼結体などを採用す
ることができる。また、第９図ないし第１１図に示すよ
うに構造基体として隔膜層１１を使用する場合の固体電
解質層の形成に際しては、スパッタリングやイオンプレ
ーティングなどの物理的な蒸着法、めつきなどの電気化
学的な方法、あるいはペーストを用いた印刷焼成法など
を採用することができる。さらに、該隔膜層１１には電
気的絶縁材料たとえばアルミナ、ムライト、スピネル、
フオルステラィトなどを使用でき、構造基体としての隔
膜層１１の成形体には、粉末を用いた圧粉成形焼結体や
グリーンシートの焼結体、あるいは通常の切削加工成形
体など従来既知の手段によるものを採用できる。
また、固体電解質層１３を構造基体とする場合には上記
素材を用いた印刷法や蒸着法、溶射法などを採用するこ
とができる。さらに、少なくとも第１および第０測定側
電極層１４Ａおよび１４Ｂを多孔質保護層で被覆してお
くのも好ましく、この場合には、カルシウムジルコネー
ト（Ｃａ０‐Ｚの２）、アルミナ（ＡＩ２０３）、スピ
ネルなどを素材として、浸債焼成法あるいはプラズマ溶
射法などにより付着させるのがよい。
素材を用いた印刷法や蒸着法、溶射法などを採用するこ
とができる。さらに、少なくとも第１および第０測定側
電極層１４Ａおよび１４Ｂを多孔質保護層で被覆してお
くのも好ましく、この場合には、カルシウムジルコネー
ト（Ｃａ０‐Ｚの２）、アルミナ（ＡＩ２０３）、スピ
ネルなどを素材として、浸債焼成法あるいはプラズマ溶
射法などにより付着させるのがよい。
以上のように、この発明によれば、第１および第０酸素
センサ素子の各々第１および第Ｄ固体電解質層内でそれ
ぞれ反対方向の酸素イオンの移動を生じさせるように直
流電源を接続し、両酸素センサ素子における出力電圧の
大小を比較してこれに対応した空燃比制御信号を発生さ
せるようにしたから、たとえ低温状態において出力電圧
が増大したとしても両出力電圧の大４・関係をそのまま
維持することができるため、前記温度に左右されること
なく安定した空燃比制御信号を発生させることができ、
良好な空燃比のフィードバック制御を可能にするという
非常にすぐれた効果を有する。図面の簡単な説明第１図
は従来の固体電解質管を用いた酸素センサ素子の模式的
断面図、第２図は第１図に示す酸素センサ素子の出力電
圧および排出ガス中の酸素濃度と空燃比との関係を示す
グラフ、第３図および第４図は各々積層型酸素センサ素
子の模式的断面図、第５図は積層型酸素センサ素子の出
力電圧と空燃比との関係を示すグラフ、第６図は固体電
解質層の抵抗と酸素センサ素子温度との関係を示すグラ
フ、第７図は積層型酸素センサ素子の出力電圧と酸素セ
ンサ素子温度との関係を示すグラフ、第８図は酸素セン
サ素子温度と出力電圧と空燃比との関係を示すグラフ、
第９図ないし第１３図はこの発明の各実施例における空
燃比制御信号発生装置の部分模式的断面説明図である。
センサ素子の各々第１および第Ｄ固体電解質層内でそれ
ぞれ反対方向の酸素イオンの移動を生じさせるように直
流電源を接続し、両酸素センサ素子における出力電圧の
大小を比較してこれに対応した空燃比制御信号を発生さ
せるようにしたから、たとえ低温状態において出力電圧
が増大したとしても両出力電圧の大４・関係をそのまま
維持することができるため、前記温度に左右されること
なく安定した空燃比制御信号を発生させることができ、
良好な空燃比のフィードバック制御を可能にするという
非常にすぐれた効果を有する。図面の簡単な説明第１図
は従来の固体電解質管を用いた酸素センサ素子の模式的
断面図、第２図は第１図に示す酸素センサ素子の出力電
圧および排出ガス中の酸素濃度と空燃比との関係を示す
グラフ、第３図および第４図は各々積層型酸素センサ素
子の模式的断面図、第５図は積層型酸素センサ素子の出
力電圧と空燃比との関係を示すグラフ、第６図は固体電
解質層の抵抗と酸素センサ素子温度との関係を示すグラ
フ、第７図は積層型酸素センサ素子の出力電圧と酸素セ
ンサ素子温度との関係を示すグラフ、第８図は酸素セン
サ素子温度と出力電圧と空燃比との関係を示すグラフ、
第９図ないし第１３図はこの発明の各実施例における空
燃比制御信号発生装置の部分模式的断面説明図である。
１１，１１Ａ，１１８・・・隔膜層、１２Ａ，１２８・
・・基準側電極層、１３，１３Ａ，１３Ｂ・・・酸素イ
オン伝導性固体電解質層、１４Ａ，１４Ｂ・・・測定側
電極層、１５Ａ，１５８・・・直流電源、１６・・・比
較器。
・・基準側電極層、１３，１３Ａ，１３Ｂ・・・酸素イ
オン伝導性固体電解質層、１４Ａ，１４Ｂ・・・測定側
電極層、１５Ａ，１５８・・・直流電源、１６・・・比
較器。
第３図
第１図
第２図
第４図
第５図
第６図
第１３図
第７図
第８図
第９図
第１０図
第１１図
第１２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第I隔膜層、第I基準側電極層、酸素イオン伝導性第
I固体電解質層および第I測定側電極層を順次積層し且つ
第I隔膜層および第I固体電解質層の少なくともいずれか
を多孔性とした第I酸素センサ素子と、第II隔膜層、第
II基準側電極層、酸素イオン伝導性第II固体電解質層お
よび第II測定側電極層を順次積層し且つ第II隔膜層およ
び第II固体電解質層の少なくともいずれかを多孔性とし
た第II酸素センサ素子とをそなえると共に、前記第I基
準側電極層と第I測定側電極層との間にはさまれた固体
電解質層内および第II基準側電極層と第II測定側電極層
との間にはさまれた固体電解質層内でその一方において
基準側電極層から測定側電極層へ向けて酸素イオンの移
動を生じさせかつ他方において測定側電極層から基準側
電極層へ向けて酸素イオンの移動を生じさせる電流を流
す直流電源をそなえ、前記第I酸素センサ素子における
出力電圧と第II酸素センサ素子における出力電圧を比較
して両出力電圧の大小に対応した空燃比制御信号を発生
する比較回路を設けたことを特徴とする空燃比制御信号
発生装置。 ２ 第I隔膜層と第II隔膜層とを共通の一体物よりなり
かつ構造基体としての強度を保持する隔膜層から形成し
、前記隔膜層の片面側で第I酸素センサ素子を形成する
と共に前記隔膜層の地面側で第IIセンサ素子を形成した
特許請求の範囲第１項記載の空燃比制御信号発生装置。 ３ 第I隔膜層と第II隔膜層とを共通の一体物よりなり
かつ構造基体としての強度を保持する隔膜層から形成し
、前記隔膜層の同一面上でそれぞれ第I酸素センサ素子
および第II酸素センサ素子を形成した特許請求の範囲第
１項記載の空燃比制御信号発生装置。 ４ 第I固体電解質層と第II固体電解質層とを共通の一
体物よりなる固体電解質層から形成した特許請求の範囲
第３項記載の空燃比制御信号発生装置。 ５ 第I固体電解質層と第II固体電解質層とを共通の一
体物よりなりかつ構造基体としての強度を保持する固体
電解質層から形成した特許請求の範囲第１項記載の空燃
比制御信号発生装置。 ６ 第I隔膜層と第II隔膜層とを共通の一体物よりなる
隔膜層から形成した特許請求の範囲第５項記載の空燃比
制御信号発生装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54095574A JPS6029065B2 (ja) | 1979-07-28 | 1979-07-28 | 空燃比制御信号発生装置 |
| US06/172,227 US4302312A (en) | 1979-07-28 | 1980-07-25 | Device for producing control signal for feedback control of air/fuel mixing ratio |
| GB8024444A GB2056083B (en) | 1979-07-28 | 1980-07-25 | Device for producing control signal for feedback control of air/fuel mixing ratio |
| FR8016502A FR2462706A1 (fr) | 1979-07-28 | 1980-07-25 | Dispositif de production d'un signal pour le reglage par reaction du rapport d'un melange air/carburant |
| DE3028599A DE3028599C2 (de) | 1979-07-28 | 1980-07-28 | Einrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals für die Rückkopplungssteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einer Brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54095574A JPS6029065B2 (ja) | 1979-07-28 | 1979-07-28 | 空燃比制御信号発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5621052A JPS5621052A (en) | 1981-02-27 |
| JPS6029065B2 true JPS6029065B2 (ja) | 1985-07-08 |
Family
ID=14141352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54095574A Expired JPS6029065B2 (ja) | 1979-07-28 | 1979-07-28 | 空燃比制御信号発生装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4302312A (ja) |
| JP (1) | JPS6029065B2 (ja) |
| DE (1) | DE3028599C2 (ja) |
| FR (1) | FR2462706A1 (ja) |
| GB (1) | GB2056083B (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2494445A1 (fr) * | 1980-11-17 | 1982-05-21 | Socapex | Capteur electrochimique des concentrations d'especes dans un melange fluide et systeme de regulation de la richesse d'un melange air-carburant mettant en oeuvre un tel capteur |
| JPS57192848A (en) * | 1981-05-25 | 1982-11-27 | Ngk Insulators Ltd | Regulator for oxygen concentration |
| JPS57192856A (en) * | 1981-05-25 | 1982-11-27 | Ngk Insulators Ltd | Oxygen concentration detector |
| JPS57200850A (en) * | 1981-06-04 | 1982-12-09 | Ngk Insulators Ltd | Detector for oxygen concentration |
| JPS5819553A (ja) * | 1981-07-27 | 1983-02-04 | Nippon Denso Co Ltd | 多機能酸素濃度検出器 |
| US4377460A (en) * | 1981-10-19 | 1983-03-22 | Westinghouse Electric Corp. | Solid electrolyte gas sensing apparatus |
| NL8105116A (nl) * | 1981-11-12 | 1983-06-01 | Philips Nv | Sensor voor het bepalen van het zuurstofgehalte in een fluidum. |
| JPS5930059A (ja) * | 1982-08-13 | 1984-02-17 | Hitachi Ltd | 空気−燃料比センサ |
| JPS59184854A (ja) * | 1983-04-06 | 1984-10-20 | Hitachi Ltd | 酸素センサ |
| WO1986003587A1 (en) * | 1983-04-18 | 1986-06-19 | Logothetis Eleftherios M | PLANAR ZrO2 OXYGEN PUMPING SENSOR |
| US4487680A (en) * | 1983-04-18 | 1984-12-11 | Ford Motor Company | Planar ZrO2 oxygen pumping sensor |
| DE3482745D1 (de) * | 1983-11-18 | 1990-08-23 | Ngk Insulators Ltd | Elektrochemische vorrichtung mit einem messfuehlelement. |
| JPS61155751A (ja) * | 1984-12-28 | 1986-07-15 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 空燃比センサおよび装置 |
| EP0216977B1 (en) * | 1985-10-01 | 1990-06-13 | Honda Motor Company Ltd. | Method and device for determining oxygen in gases |
| DE3543753A1 (de) * | 1985-12-11 | 1987-06-19 | Draegerwerk Ag | Verfahren zur erzeugung einer sensitiven phase in einer festen ionenleiter enthaltenden festkoerperkette sowie ionenleiter hierzu |
| US4740288A (en) * | 1987-03-02 | 1988-04-26 | Stemcor Corporation | Oxygen-sensing element |
| US4925609A (en) * | 1987-03-02 | 1990-05-15 | Stemcor Corporation | Oxygen-sensing element |
| US5089113A (en) * | 1988-07-22 | 1992-02-18 | Ford Motor Company | Measurement and control of exhaust gas recirculation with an oxygen pumping device |
| US5360528A (en) * | 1992-07-20 | 1994-11-01 | General Motors Corporation | Wide range oxygen sensor |
| US6746584B1 (en) * | 1999-12-15 | 2004-06-08 | Delphi Technologies, Inc. | Oxygen sensing device |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3915830A (en) * | 1974-06-12 | 1975-10-28 | Westinghouse Electric Corp | Solid electrolyte electrochemical cell with self contained reference |
| JPS584986B2 (ja) * | 1978-06-16 | 1983-01-28 | 日産自動車株式会社 | 酸素濃度測定装置 |
| JPS5562349A (en) * | 1978-11-02 | 1980-05-10 | Nissan Motor Co Ltd | Measuring method for air fuel ratio |
| JPS55156855A (en) * | 1979-05-25 | 1980-12-06 | Nissan Motor Co Ltd | Air fuel ratio measuring device |
| JPS562548A (en) * | 1979-06-22 | 1981-01-12 | Nissan Motor Co Ltd | Controller for air fuel ratio of internal combustion engine |
-
1979
- 1979-07-28 JP JP54095574A patent/JPS6029065B2/ja not_active Expired
-
1980
- 1980-07-25 US US06/172,227 patent/US4302312A/en not_active Expired - Lifetime
- 1980-07-25 FR FR8016502A patent/FR2462706A1/fr active Granted
- 1980-07-25 GB GB8024444A patent/GB2056083B/en not_active Expired
- 1980-07-28 DE DE3028599A patent/DE3028599C2/de not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4302312A (en) | 1981-11-24 |
| DE3028599A1 (de) | 1981-03-12 |
| FR2462706A1 (fr) | 1981-02-13 |
| DE3028599C2 (de) | 1986-10-16 |
| GB2056083B (en) | 1983-07-27 |
| FR2462706B1 (ja) | 1984-06-22 |
| GB2056083A (en) | 1981-03-11 |
| JPS5621052A (en) | 1981-02-27 |
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