JPS6063457A - 機関の空燃比センサ - Google Patents
機関の空燃比センサInfo
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- JPS6063457A JPS6063457A JP58171588A JP17158883A JPS6063457A JP S6063457 A JPS6063457 A JP S6063457A JP 58171588 A JP58171588 A JP 58171588A JP 17158883 A JP17158883 A JP 17158883A JP S6063457 A JPS6063457 A JP S6063457A
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- oxygen
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- G01—MEASURING; TESTING
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- 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
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、内燃機関等の排気ガス中のｍ累濃度を測定
して空燃比を検知する装置に関するものであシ、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。
して空燃比を検知する装置に関するものであシ、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。
従来より、イオン伝導性固体電解質（たとえば安定化ノ
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って生じる起電力
の変化によって理論空燃比での燃焼状態を検知すること
Ｋより、たと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衆知の通）である。ところで上記
置床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であるときは大きな変化
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。
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って生じる起電力
の変化によって理論空燃比での燃焼状態を検知すること
Ｋより、たと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衆知の通）である。ところで上記
置床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であるときは大きな変化
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。
第１図は従来の酸素ポンプ式空燃比センサの構成図であ
シ、第２図は第１図の■−■線におけるＩＡｆｒｍ図で
ある。図において、１は機関の排気管、２はこの排気管
１内に配設された空燃比センサである。センサ２は厚さ
が約０．５ｎ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Ｑ、ｌｉｉ＋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。１２は
電子制御装置であシ、上記酸素センサ１０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、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■と起電力ｅの差異に比例
した演算増幅器Ａの出力によシトランジスタＴａを駆動
して上記酸素ポンプ６の電極４，５１Ｈ］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。
シ、第２図は第１図の■−■線におけるＩＡｆｒｍ図で
ある。図において、１は機関の排気管、２はこの排気管
１内に配設された空燃比センサである。センサ２は厚さ
が約０．５ｎ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Ｑ、ｌｉｉ＋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。１２は
電子制御装置であシ、上記酸素センサ１０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、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■と起電力ｅの差異に比例
した演算増幅器Ａの出力によシトランジスタＴａを駆動
して上記酸素ポンプ６の電極４，５１Ｈ］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。
起電力ｅを所定値Ｖに保つのに必要なポンプ電流Ｉｐを
供給する作用をする。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
であって、演算増幅器Ａと組合わされて積分器を構成し
起電力ｅを所定Ｖに正確に一致させるように作用するも
のである。かように負帰環制御された従来の酸素ポンプ
式空燃比センサの静特性の一例を第３図に示す。
供給する作用をする。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
であって、演算増幅器Ａと組合わされて積分器を構成し
起電力ｅを所定Ｖに正確に一致させるように作用するも
のである。かように負帰環制御された従来の酸素ポンプ
式空燃比センサの静特性の一例を第３図に示す。
図において、特性ａおよびｂは第１図の規準電圧■を切
換えて得られる特性であって、空燃比（Ａ／１２）をリ
ッチ（Ａ／Ｆ＜ １４．７ ）に、あるいはリーン（ｌ
ＶＦ＞ １’ ４．７ ）に制御するときはａの特性が
好ましく、空燃比配・を理論空燃比（７′／Ｆ＝ １４
．７ ）に制御するときはｂの特性によるのが長当であ
る。
換えて得られる特性であって、空燃比（Ａ／１２）をリ
ッチ（Ａ／Ｆ＜ １４．７ ）に、あるいはリーン（ｌ
ＶＦ＞ １’ ４．７ ）に制御するときはａの特性が
好ましく、空燃比配・を理論空燃比（７′／Ｆ＝ １４
．７ ）に制御するときはｂの特性によるのが長当であ
る。
上記のように第１図に示した空燃比センサはリーン域あ
るいはリッチ域において空燃比とポンプ電流Ｉｐがリニ
アに相関するので原理的には任意の空燃比で機関を運転
可能にする優れた特性を有している。しかるに第１図の
空燃比センサにおいて酸素ポンプ６および酸素センサ１
０は少なくとも１次の電気的遅れが生じる。また微小間
隙ｄに排気管ｌ内の被測定ガスが拡散侵入するに要する
遅れ時間も無視できない。さらにとの空燃比センサでは
上述のように酸素センサ１０の起電力ｅを基準電圧Ｖに
正しく一致させるために積分器を介在した負帰環制御を
不可欠とするので動特性において以下に説明する不都合
が生じる。第１に各部の遅れ時間の相果効果によつ、て
空燃比センサとしての応答遅れが大きく、機関の空燃比
制御に必要とされる性能を満足しない。第２に酸素ポン
プ６および酸素センサ１０などの遅れ要素によって位相
遅れが少なくとも１８０′存在し、さらに積分器によっ
て位相遅れを９σ追加しているので第１図の空燃比セン
サは発振する危険性を有する。実験によれば被測定ガス
の流量温度あるいは空燃比など種々のパラメータの組合
わせによってしばしば発振状態に陥ることが判明してい
る。
るいはリッチ域において空燃比とポンプ電流Ｉｐがリニ
アに相関するので原理的には任意の空燃比で機関を運転
可能にする優れた特性を有している。しかるに第１図の
空燃比センサにおいて酸素ポンプ６および酸素センサ１
０は少なくとも１次の電気的遅れが生じる。また微小間
隙ｄに排気管ｌ内の被測定ガスが拡散侵入するに要する
遅れ時間も無視できない。さらにとの空燃比センサでは
上述のように酸素センサ１０の起電力ｅを基準電圧Ｖに
正しく一致させるために積分器を介在した負帰環制御を
不可欠とするので動特性において以下に説明する不都合
が生じる。第１に各部の遅れ時間の相果効果によつ、て
空燃比センサとしての応答遅れが大きく、機関の空燃比
制御に必要とされる性能を満足しない。第２に酸素ポン
プ６および酸素センサ１０などの遅れ要素によって位相
遅れが少なくとも１８０′存在し、さらに積分器によっ
て位相遅れを９σ追加しているので第１図の空燃比セン
サは発振する危険性を有する。実験によれば被測定ガス
の流量温度あるいは空燃比など種々のパラメータの組合
わせによってしばしば発振状態に陥ることが判明してい
る。
この発明は演算増幅器の特性を、積分器として作用する
項と比例した電圧を発生する項との和で与えるようにす
ることにより、酸素ポンプ式空燃比センサの特性を改善
し、良好な応答性を実現することを目的とする。
項と比例した電圧を発生する項との和で与えるようにす
ることにより、酸素ポンプ式空燃比センサの特性を改善
し、良好な応答性を実現することを目的とする。
以下この発明の一実施例を図について説明する。
第４図において、演算増幅器Ａの帰環回路がコンデンサ
Ｃと抵抗Ｒ２の直列接続によって構成されている点のみ
が第１図のものと相違している。この抵抗Ｒ２の作用を
以下に説明する。すなわち演算増幅器Ａおよび抵抗Ｒｔ
、Ｒｔ、コンデンサＣで構成される回路の伝達関数Ｇ
は で表わされる。上式において第１項は入力電圧、すなわ
ち酸素センサ１０の起電力ｅと所定の電圧■との誤差電
圧に比例した電圧を発生する項、第２項は誤差電圧を積
分した電圧を発生する項を表わしており、第１図の従来
の装置では第２項のみによって構成されていることは言
うまでもない。
Ｃと抵抗Ｒ２の直列接続によって構成されている点のみ
が第１図のものと相違している。この抵抗Ｒ２の作用を
以下に説明する。すなわち演算増幅器Ａおよび抵抗Ｒｔ
、Ｒｔ、コンデンサＣで構成される回路の伝達関数Ｇ
は で表わされる。上式において第１項は入力電圧、すなわ
ち酸素センサ１０の起電力ｅと所定の電圧■との誤差電
圧に比例した電圧を発生する項、第２項は誤差電圧を積
分した電圧を発生する項を表わしており、第１図の従来
の装置では第２項のみによって構成されていることは言
うまでもない。
さて、上式において明らかなように伝達関数Ｇは高周波
域ではＧ −Ｒ２／Ｒ，、低周波域ではＧ−’１ｓｃＲ
。
域ではＧ −Ｒ２／Ｒ，、低周波域ではＧ−’１ｓｃＲ
。
となる。すなわち、低周波においては従来と同様積分器
として作用し、誤差電圧を正しく０に終束させる機能を
有している。逆に高周波の誤差電圧変動に際してはＲ２
／Ｒ１で定まる充分に高いゲインを有し、かつ位相遅れ
のない誤差増幅器として作用するために応答性がよい。
として作用し、誤差電圧を正しく０に終束させる機能を
有している。逆に高周波の誤差電圧変動に際してはＲ２
／Ｒ１で定まる充分に高いゲインを有し、かつ位相遅れ
のない誤差増幅器として作用するために応答性がよい。
したがって第４図に示した空燃比センサを使用して機関
の空燃比制御を行なうと応答性がよいために良好な制御
が可能である。また、高周波域での位相遅れを９０″低
減したので、従来の空燃比センサのように発振する危険
性が少ない。なお実験によれば被測定ガスの流量、温度
あるいは空燃比などの機関の諸パラメータの存在しうる
あらゆる組合わせにおいて発振は発生せず良好な特性が
確認された。
の空燃比制御を行なうと応答性がよいために良好な制御
が可能である。また、高周波域での位相遅れを９０″低
減したので、従来の空燃比センサのように発振する危険
性が少ない。なお実験によれば被測定ガスの流量、温度
あるいは空燃比などの機関の諸パラメータの存在しうる
あらゆる組合わせにおいて発振は発生せず良好な特性が
確認された。
以上のようにこの発明によれば、誤差増＋１１１π器の
特性を積分器として作用する項と、比例した電圧を発生
する項との和で与えられるものであるため５酸素センサ
の起電力を正しく所定電圧に一致させる制御を損ねるこ
とがなく応答性が良くかつ発振の恐れのない安定した特
性を有する空燃比センサを得ることができる。また従来
の装置に対して抵抗Ｒ２を付加したものであシ極めて簡
単に所望の特性が得られる。さらに誤差積分器と誤差比
例増幅器とを独立に設け、各々の出力を加算増幅器で加
算することも可能である。
特性を積分器として作用する項と、比例した電圧を発生
する項との和で与えられるものであるため５酸素センサ
の起電力を正しく所定電圧に一致させる制御を損ねるこ
とがなく応答性が良くかつ発振の恐れのない安定した特
性を有する空燃比センサを得ることができる。また従来
の装置に対して抵抗Ｒ２を付加したものであシ極めて簡
単に所望の特性が得られる。さらに誤差積分器と誤差比
例増幅器とを独立に設け、各々の出力を加算増幅器で加
算することも可能である。
第１図は従来の空燃比センサの構成図、第２１９１は第
１図の■−■線における断面図、第３図は第１図の特性
図、第４図はこの発明の一実施例を示す空燃比センサの
構成図である。 １・・・排気管、２・・・空燃比センサ、６・・・ｒ１
タ素ポンプ、７・・・酸素センサ、１ｏ・・・酸素セン
サ、Ｊ２−・・電子制御装置、Ａ・・・演算増幅器、Ｃ
・・・コンデンサ、Ｒ，、Ｒ２・・・抵抗。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大 岩 増 雄 第３図 第４図 手続補正書（自発） 事件の表示 特願昭５８−１７１５８８号補正をする者 代表者片山仁八部 ５、補正の対象 明細１．０発明の詳細な説明の橢 ６、補正の内容 明細書５頁１４行「相乗効果」を「相乗効果」と訂正す
る。
１図の■−■線における断面図、第３図は第１図の特性
図、第４図はこの発明の一実施例を示す空燃比センサの
構成図である。 １・・・排気管、２・・・空燃比センサ、６・・・ｒ１
タ素ポンプ、７・・・酸素センサ、１ｏ・・・酸素セン
サ、Ｊ２−・・電子制御装置、Ａ・・・演算増幅器、Ｃ
・・・コンデンサ、Ｒ，、Ｒ２・・・抵抗。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大 岩 増 雄 第３図 第４図 手続補正書（自発） 事件の表示 特願昭５８−１７１５８８号補正をする者 代表者片山仁八部 ５、補正の対象 明細１．０発明の詳細な説明の橢 ６、補正の内容 明細書５頁１４行「相乗効果」を「相乗効果」と訂正す
る。
Claims (1)
- 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を備え、
この酸素センナ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ボングミ流に対応した出力信号に
よシ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、上記酸素センナの起電力と所定の規準電圧
の誤差に比例した第１０帰環量と、この誤差を積分した
第２の帰環量との和若しくは和に相当する電気信号を電
流に変換し、この電流によって上記酸素ポンプを駆動し
、誤差がほぼ Ｏとなるように制御することを特徴とす
る機関の空燃比センサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58171588A JPS6063457A (ja) | 1983-09-17 | 1983-09-17 | 機関の空燃比センサ |
| US06/650,495 US4622126A (en) | 1983-09-17 | 1984-09-14 | Engine air/fuel ratio sensing device |
| DE8484306349T DE3475568D1 (en) | 1983-09-17 | 1984-09-17 | Engine air/fuel ratio sensing device |
| EP84306349A EP0136144B1 (en) | 1983-09-17 | 1984-09-17 | Engine air/fuel ratio sensing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58171588A JPS6063457A (ja) | 1983-09-17 | 1983-09-17 | 機関の空燃比センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6063457A true JPS6063457A (ja) | 1985-04-11 |
| JPH0412422B2 JPH0412422B2 (ja) | 1992-03-04 |
Family
ID=15925937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58171588A Granted JPS6063457A (ja) | 1983-09-17 | 1983-09-17 | 機関の空燃比センサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4622126A (ja) |
| EP (1) | EP0136144B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6063457A (ja) |
| DE (1) | DE3475568D1 (ja) |
Cited By (4)
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| JPS61294357A (ja) * | 1985-06-21 | 1986-12-25 | Honda Motor Co Ltd | 酸素濃度検出装置 |
| JPS62198750A (ja) * | 1986-02-26 | 1987-09-02 | Mazda Motor Corp | エンジンの空燃比検出装置 |
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| JPS61247957A (ja) * | 1985-04-25 | 1986-11-05 | Honda Motor Co Ltd | 酸素濃度検出装置 |
| JPS6281559A (ja) * | 1985-10-05 | 1987-04-15 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 空燃比センサ |
| US4818362A (en) * | 1986-03-19 | 1989-04-04 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Oxygen concentration sensing apparatus |
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| EP0444674B1 (en) * | 1990-02-28 | 1996-04-17 | Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | Air fuel ratio detecting device |
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-
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- 1983-09-17 JP JP58171588A patent/JPS6063457A/ja active Granted
-
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- 1984-09-14 US US06/650,495 patent/US4622126A/en not_active Expired - Lifetime
- 1984-09-17 DE DE8484306349T patent/DE3475568D1/de not_active Expired
- 1984-09-17 EP EP84306349A patent/EP0136144B1/en not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56130649A (en) * | 1980-03-03 | 1981-10-13 | Ford Motor Co | Method of measuring oxygen partial pressure and electrochemical apparatus therefor |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61294357A (ja) * | 1985-06-21 | 1986-12-25 | Honda Motor Co Ltd | 酸素濃度検出装置 |
| JPS61294359A (ja) * | 1985-09-03 | 1986-12-25 | Honda Motor Co Ltd | 酸素濃度検出装置 |
| JPS62198750A (ja) * | 1986-02-26 | 1987-09-02 | Mazda Motor Corp | エンジンの空燃比検出装置 |
| JPS62249046A (ja) * | 1986-04-22 | 1987-10-30 | Japan Electronic Control Syst Co Ltd | 内燃機関用酸素センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0136144A3 (en) | 1985-05-29 |
| DE3475568D1 (en) | 1989-01-12 |
| EP0136144A2 (en) | 1985-04-03 |
| EP0136144B1 (en) | 1988-12-07 |
| JPH0412422B2 (ja) | 1992-03-04 |
| US4622126A (en) | 1986-11-11 |
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