JP2846735B2 - 空燃比センサの出力補正方法 - Google Patents
空燃比センサの出力補正方法Info
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- JP2846735B2 JP2846735B2 JP2337836A JP33783690A JP2846735B2 JP 2846735 B2 JP2846735 B2 JP 2846735B2 JP 2337836 A JP2337836 A JP 2337836A JP 33783690 A JP33783690 A JP 33783690A JP 2846735 B2 JP2846735 B2 JP 2846735B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は空燃比センサの出力補正方法に係り、特に自
動車の内燃機関や各種の工業炉において、燃焼排ガス中
の過剰酸素濃度および不足酸素濃度等を空燃比センサを
用いて測定して、燃焼混合ガスの空燃比等を求める測定
系乃至は制御系に対して、好適に適用され得て、測定精
度を有利に向上せしめ得る。空燃比センサの出力補正方
法に関するものである。
動車の内燃機関や各種の工業炉において、燃焼排ガス中
の過剰酸素濃度および不足酸素濃度等を空燃比センサを
用いて測定して、燃焼混合ガスの空燃比等を求める測定
系乃至は制御系に対して、好適に適用され得て、測定精
度を有利に向上せしめ得る。空燃比センサの出力補正方
法に関するものである。
（背景技術） 従来より、自動車用内燃機関や各種工業炉等の燃焼混
合ガスの空燃比を計測する一般的な方法においては、そ
の燃焼混合ガスの燃焼後の排ガス成分（O2,CO2,CO,H2,H
C等）を計測して、その結果から、目的とする空燃比が
演算して求められていた。また、かかる燃焼排ガス中の
O2成分の計測については、酸素濃淡電池方式の電気化学
的セルから成る、所謂シングルセルタイプの空燃比セン
サが、主に用いられていたが、近年、酸素濃淡電池方式
の電気化学的セルと酸素ポンプ方式の電気化学的セルと
を組み合わせた、所謂ダブルセルタイプの空燃比センス
が開発され、これによって、燃焼混合ガスの燃焼後の排
ガス成分とセンサ出力（酸素ポンプ電流）との対応関係
に基づいて、燃焼混合ガスの空燃比:A/Fを、有利に計測
することができるようになった。
合ガスの空燃比を計測する一般的な方法においては、そ
の燃焼混合ガスの燃焼後の排ガス成分（O2,CO2,CO,H2,H
C等）を計測して、その結果から、目的とする空燃比が
演算して求められていた。また、かかる燃焼排ガス中の
O2成分の計測については、酸素濃淡電池方式の電気化学
的セルから成る、所謂シングルセルタイプの空燃比セン
サが、主に用いられていたが、近年、酸素濃淡電池方式
の電気化学的セルと酸素ポンプ方式の電気化学的セルと
を組み合わせた、所謂ダブルセルタイプの空燃比センス
が開発され、これによって、燃焼混合ガスの燃焼後の排
ガス成分とセンサ出力（酸素ポンプ電流）との対応関係
に基づいて、燃焼混合ガスの空燃比:A/Fを、有利に計測
することができるようになった。
このダブルセルタイプのものは、酸素イオン伝導性の
固体電解質体に少なくとも一対の電極を設けて成る電気
化学的セルの二つを用いて構成されていると共に、それ
ら二つのセル間に、燃焼排ガスが所定の拡散抵抗下に導
かれる内部空間が形成されている。そして、第一のセル
（酸素濃淡電池方式のセル、以下センサセルという）に
よって、内部空間の酸素分圧に応じたネルンストの式に
基づく起電力を得る一方、該センサセルの起電力が酸素
過剰率：λ＝１に相当する一定の発生電圧になるよう
に、第二のセル（酸素ポンプ方式のセル、以下ポンプセ
ルという）における酸素ポンピング作用によって、内部
空間の酸素分圧を調節せしめることにより、かかる燃焼
排ガスの成分に応じた出力を、該ポンプセルにおけるポ
ンプ電流値として得ることができるのである。
固体電解質体に少なくとも一対の電極を設けて成る電気
化学的セルの二つを用いて構成されていると共に、それ
ら二つのセル間に、燃焼排ガスが所定の拡散抵抗下に導
かれる内部空間が形成されている。そして、第一のセル
（酸素濃淡電池方式のセル、以下センサセルという）に
よって、内部空間の酸素分圧に応じたネルンストの式に
基づく起電力を得る一方、該センサセルの起電力が酸素
過剰率：λ＝１に相当する一定の発生電圧になるよう
に、第二のセル（酸素ポンプ方式のセル、以下ポンプセ
ルという）における酸素ポンピング作用によって、内部
空間の酸素分圧を調節せしめることにより、かかる燃焼
排ガスの成分に応じた出力を、該ポンプセルにおけるポ
ンプ電流値として得ることができるのである。
すなわち、前述のシングルセルタイプの空燃比センサ
にあっては、下記（ｉ式）に示されるネルンストの式に
基づいて、燃焼排ガス中の酸素分圧に応じた出力（起電
力値）:Eを与える。
にあっては、下記（ｉ式）に示されるネルンストの式に
基づいて、燃焼排ガス中の酸素分圧に応じた出力（起電
力値）:Eを与える。
一方、ダブルセルタイプの空燃比センサ（TiOセンサ
によってリーン，リッチを判別して、ポンプセルに供給
する電圧の極性を変える方式のものを含む）にあって
は、下記（ii式）に示される関係に基づいて、燃焼排ガ
ス中の酸素分圧やCO,H2分圧に応じた出力（ポンプ電流
値）:Ipを与える。
によってリーン，リッチを判別して、ポンプセルに供給
する電圧の極性を変える方式のものを含む）にあって
は、下記（ii式）に示される関係に基づいて、燃焼排ガ
ス中の酸素分圧やCO,H2分圧に応じた出力（ポンプ電流
値）:Ipを与える。
また、燃焼排ガス成分は、下記（iii式）に示され
る、燃焼前と燃焼後の反応モル数比較によって得ること
ができる。
る、燃焼前と燃焼後の反応モル数比較によって得ること
ができる。
従って、下記（iv式）に示される水性ガス反応係数:K
（ｔ）を入れて、上記燃焼前後の方程式を解くことによ
って、空燃比センサ出力と燃焼排ガス中の酸素濃度、空
燃比センサ出力と過剰空気率、或いは空燃比センサ出力
と燃焼混合ガスの空燃比（A/F）との関係を、直接実験
結果や近似計算結果を利用して求めることができるので
ある。
（ｔ）を入れて、上記燃焼前後の方程式を解くことによ
って、空燃比センサ出力と燃焼排ガス中の酸素濃度、空
燃比センサ出力と過剰空気率、或いは空燃比センサ出力
と燃焼混合ガスの空燃比（A/F）との関係を、直接実験
結果や近似計算結果を利用して求めることができるので
ある。
しかしながら、このようにして空燃比センサの出力か
ら燃焼混合ガスの空燃比等を求めるに際して、空燃比セ
ンサがシングルセルタイプのもので、ある場合には、ネ
ルンストの式で示されるように、空燃比センサのチップ
温度の燃焼排ガスの圧力によって、その出力値が変化す
ると、燃焼排ガス中の酸素分圧が変化した値として測定
され、その結果、燃焼混合ガスの空燃比等の関係も変化
してしまうことは、理論上からも明らかであり、換言す
れば、そのような空燃比センサの温度や燃焼排ガスの圧
力等の変化に伴う誤差が避けられなかったのである。尤
も、現段階では、このようなシングルセルタイプの空燃
比センサであって、燃焼混合ガスの空燃比（A/F）を、
燃焼混合ガスが理論空燃比点よりも燃料過剰であるリッ
チ側に跨がってまで測定し得るものは実現されていな
い。
ら燃焼混合ガスの空燃比等を求めるに際して、空燃比セ
ンサがシングルセルタイプのもので、ある場合には、ネ
ルンストの式で示されるように、空燃比センサのチップ
温度の燃焼排ガスの圧力によって、その出力値が変化す
ると、燃焼排ガス中の酸素分圧が変化した値として測定
され、その結果、燃焼混合ガスの空燃比等の関係も変化
してしまうことは、理論上からも明らかであり、換言す
れば、そのような空燃比センサの温度や燃焼排ガスの圧
力等の変化に伴う誤差が避けられなかったのである。尤
も、現段階では、このようなシングルセルタイプの空燃
比センサであって、燃焼混合ガスの空燃比（A/F）を、
燃焼混合ガスが理論空燃比点よりも燃料過剰であるリッ
チ側に跨がってまで測定し得るものは実現されていな
い。
一方、ダブルセルタイプの空燃比センサにあっては、
前述の如く、燃焼混合ガスの空燃比を、リーン側からリ
ッチ側にまで渡って測定することができることから、近
年、好適に用いられてきているが、かかるダブルセルタ
イプの空燃比センサも、センサのチップ温度や排ガス圧
力、或いは排ガス温度等の変化によって、その測定値に
誤差が生ずることが認められている。
前述の如く、燃焼混合ガスの空燃比を、リーン側からリ
ッチ側にまで渡って測定することができることから、近
年、好適に用いられてきているが、かかるダブルセルタ
イプの空燃比センサも、センサのチップ温度や排ガス圧
力、或いは排ガス温度等の変化によって、その測定値に
誤差が生ずることが認められている。
しかしながら、従来では、それらチップ温度や排ガス
圧力、或いは排ガス温度の変化等に対する有効な補正方
法が、未だ見い出されてはいなかったのであり、かかる
チップ温度や排ガス圧力、排ガス温度を、何れも定数項
として扱っていたために、それらの変化に起因する誤差
が避けられなかったのである。
圧力、或いは排ガス温度の変化等に対する有効な補正方
法が、未だ見い出されてはいなかったのであり、かかる
チップ温度や排ガス圧力、排ガス温度を、何れも定数項
として扱っていたために、それらの変化に起因する誤差
が避けられなかったのである。
そして、特に、自動車用内燃機関における排ガス規制
の強化や燃料消費率改善等のために、より高精度な空燃
比制御が要求されるようになってきている近年において
は、空燃比センサの検出精度の向上のために、センサ出
力の有効な補正方法の実現が切望されていたのである。
の強化や燃料消費率改善等のために、より高精度な空燃
比制御が要求されるようになってきている近年において
は、空燃比センサの検出精度の向上のために、センサ出
力の有効な補正方法の実現が切望されていたのである。
（解決課題） ここにおいて、本発明は、上述の如き事情を背景とし
て為されたものであって、その解決課題とするところ
は、内燃機関等の燃焼混合ガスの燃焼後の排ガスを測定
することにより該燃焼混合ガスの空燃比を計測する空燃
比センサの計測精度の向上を図るべく、空燃比センサの
チップ温度や燃焼排ガスの圧力、或いは燃焼排ガスの温
度の変化に対する、空燃比センサ出力の有効な補正方法
を提供することを、その解決課題とするものである。
て為されたものであって、その解決課題とするところ
は、内燃機関等の燃焼混合ガスの燃焼後の排ガスを測定
することにより該燃焼混合ガスの空燃比を計測する空燃
比センサの計測精度の向上を図るべく、空燃比センサの
チップ温度や燃焼排ガスの圧力、或いは燃焼排ガスの温
度の変化に対する、空燃比センサ出力の有効な補正方法
を提供することを、その解決課題とするものである。
（解決手段） そして、かかる課題を解決するために、本発明にあっ
ては、酸素イオン伝導性の固体電解質体と少なくとも一
対の電極とからなる電気化学的セルの少なくとも一つを
有する空燃比センサを用いて、燃焼排ガスを測定し、該
燃焼排ガス中の酸素濃度に応じた出力を得るに際して、
前記空燃比センサにおける検出部のチップ温度:Tcを検
出し、該空燃比センサの出力:y0に対して、下記（１
式）に従う温度補正を加えることにより、チップ温度補
正出力:ytを得る空燃比センサの出力補正方法を、その
特徴とするものである。
ては、酸素イオン伝導性の固体電解質体と少なくとも一
対の電極とからなる電気化学的セルの少なくとも一つを
有する空燃比センサを用いて、燃焼排ガスを測定し、該
燃焼排ガス中の酸素濃度に応じた出力を得るに際して、
前記空燃比センサにおける検出部のチップ温度:Tcを検
出し、該空燃比センサの出力:y0に対して、下記（１
式）に従う温度補正を加えることにより、チップ温度補
正出力:ytを得る空燃比センサの出力補正方法を、その
特徴とするものである。
また、本発明にあっては、酸素イオン伝導性の固体電
解質体と少なくとも一対の電極とからなる第一及び第二
の電気化学的セルを有する空燃比センサを用いて、燃焼
排ガスを測定し、該第一の電気化学的セルにおける酸素
濃淡電池作用によって、燃焼排ガスが所定の拡散抵抗下
に導かれる内部空間における酸素分圧に応じた起電力を
得る一方、前記第二の電気化学的セルにおける酸素ポン
ピング作用によって、該第一の電気化学的セルの起電力
が略一定となるように、前期内部空間の酸素分圧を調節
することにより、該燃焼排ガス中の酸素濃度に応じた出
力を、かかる第二の電気化学的セルにおけるポンプ電流
値として得るに際して、前記燃焼排ガスの圧力:Pgを検
出し、前記空燃比センサの出力:y0に対して、下記（2A
式）に従う圧力補正を加えることにより、ガス圧力補正
出力:yPを得る空燃比センサの出力補正方法も、その特
徴とするものである。
解質体と少なくとも一対の電極とからなる第一及び第二
の電気化学的セルを有する空燃比センサを用いて、燃焼
排ガスを測定し、該第一の電気化学的セルにおける酸素
濃淡電池作用によって、燃焼排ガスが所定の拡散抵抗下
に導かれる内部空間における酸素分圧に応じた起電力を
得る一方、前記第二の電気化学的セルにおける酸素ポン
ピング作用によって、該第一の電気化学的セルの起電力
が略一定となるように、前期内部空間の酸素分圧を調節
することにより、該燃焼排ガス中の酸素濃度に応じた出
力を、かかる第二の電気化学的セルにおけるポンプ電流
値として得るに際して、前記燃焼排ガスの圧力:Pgを検
出し、前記空燃比センサの出力:y0に対して、下記（2A
式）に従う圧力補正を加えることにより、ガス圧力補正
出力:yPを得る空燃比センサの出力補正方法も、その特
徴とするものである。
更にまた、本発明は、酸素イオン伝導性の固体電解質
体と少なくとも一対の電極とからなる電気化学的セルを
有する空燃比センサを用いて、燃焼排ガスを測定し、該
燃焼排ガス中の酸素濃度に応じた出力を、かかる電気化
学的セルにおける発生起電力値として得るに際して、前
記燃焼排ガスの圧力:Pgを検出し、前記空燃比センサの
出力:y0に対して、下記（2B式）に従う圧力補正を加え
ることにより、ガス圧力補正出力:yPを得る空燃比セン
サの出力補正方法をも、その特徴とするものである。
体と少なくとも一対の電極とからなる電気化学的セルを
有する空燃比センサを用いて、燃焼排ガスを測定し、該
燃焼排ガス中の酸素濃度に応じた出力を、かかる電気化
学的セルにおける発生起電力値として得るに際して、前
記燃焼排ガスの圧力:Pgを検出し、前記空燃比センサの
出力:y0に対して、下記（2B式）に従う圧力補正を加え
ることにより、ガス圧力補正出力:yPを得る空燃比セン
サの出力補正方法をも、その特徴とするものである。
また、本発明は、酸素イオン伝導性の固体電解質体と
少なくとも一対の電極とからなる第一及び第二の電気化
学的セルを有する空燃比センサを用いて、燃焼排ガスを
測定し、該第一の電気化学的セルにおける酸素濃淡電池
作用によって、燃焼排ガスが所定の拡散抵抗下に導かれ
る内部空間における酸素分圧に応じた起電力を得る一
方、前記第二の電気化学的セルにおける酸素ポンピング
作用によって、該第一の電気化学的セルの起電力が略一
定となるように、前期内部空間の酸素分圧を調節するこ
とにより、該燃焼排ガス中の酸素濃度に応じた出力を、
かかる第二の電気化学的セルにおけるポンプ電流値とし
て得るに際して、前記空燃比センサにおける検出部のチ
ップ温度:Tcおよび前記燃焼排ガスの圧力:Pgをそれぞれ
検出し、該空燃比センサの出力:y0に対して、下記（3A
式）に従うチップ温度・ガス圧力補正を加えることによ
り、チップ温度・ガス圧力補正出力:ytPを得る空燃比セ
ンサの出力補正方法をも、その特徴とするものである。
少なくとも一対の電極とからなる第一及び第二の電気化
学的セルを有する空燃比センサを用いて、燃焼排ガスを
測定し、該第一の電気化学的セルにおける酸素濃淡電池
作用によって、燃焼排ガスが所定の拡散抵抗下に導かれ
る内部空間における酸素分圧に応じた起電力を得る一
方、前記第二の電気化学的セルにおける酸素ポンピング
作用によって、該第一の電気化学的セルの起電力が略一
定となるように、前期内部空間の酸素分圧を調節するこ
とにより、該燃焼排ガス中の酸素濃度に応じた出力を、
かかる第二の電気化学的セルにおけるポンプ電流値とし
て得るに際して、前記空燃比センサにおける検出部のチ
ップ温度:Tcおよび前記燃焼排ガスの圧力:Pgをそれぞれ
検出し、該空燃比センサの出力:y0に対して、下記（3A
式）に従うチップ温度・ガス圧力補正を加えることによ
り、チップ温度・ガス圧力補正出力:ytPを得る空燃比セ
ンサの出力補正方法をも、その特徴とするものである。
更にまた、本発明にあっては、酸素イオン伝導性の固
体電解質体と少なくとも一対の電極とからなる電気化学
的セルを有する空燃比センサを用いて、燃焼排ガスを測
定し、該燃焼排ガス中の酸素濃度に応じた出力を、かか
る電気化学的セルにおける発生起電力値として得るに際
して、前記空燃比センサにおける検出部のチップ温度:T
cおよび前記燃焼排ガスの圧力:Pgをそれぞれ検出し、該
空燃比センサの出力:y0に対して、下記（3B式）に従う
チップ温度・ガス圧力補正を加えることにより、チップ
温度・ガス圧力補正出力:ytPを得る空燃比センサの出力
補正方法をも、その特徴とするものである。
体電解質体と少なくとも一対の電極とからなる電気化学
的セルを有する空燃比センサを用いて、燃焼排ガスを測
定し、該燃焼排ガス中の酸素濃度に応じた出力を、かか
る電気化学的セルにおける発生起電力値として得るに際
して、前記空燃比センサにおける検出部のチップ温度:T
cおよび前記燃焼排ガスの圧力:Pgをそれぞれ検出し、該
空燃比センサの出力:y0に対して、下記（3B式）に従う
チップ温度・ガス圧力補正を加えることにより、チップ
温度・ガス圧力補正出力:ytPを得る空燃比センサの出力
補正方法をも、その特徴とするものである。
また、本発明は、酸素イオン伝導性の固体電解質体と
少なくとも一対の電極とからなる電気化学的セルの少な
くとも一つを有する空燃比センサを用いて、燃焼排ガス
を測定し、該燃焼排ガス中の酸素濃度に応じた出力を得
るに際して、少なくとも理論空燃比点よりも燃料過剰で
あるリッチ側のセンサ出力が得られた場合に、前記燃焼
排ガスの温度:Tgを検出し、予め実験により近似的に求
めた関係式に基づいて、該燃焼排ガスの温度:Tgから燃
焼排ガス系の平衡反応状態を実際に与える水性ガス反応
温度:THを近似的に算出せしめ、かかる空燃比センサの
出力を、該水性ガス反応温度:TH下における水性ガス反
応平衡条件に基づいて処理することにより、ガス温度補
正を加える空燃比センサの出力補正方法もまた、その特
徴とするものである。
少なくとも一対の電極とからなる電気化学的セルの少な
くとも一つを有する空燃比センサを用いて、燃焼排ガス
を測定し、該燃焼排ガス中の酸素濃度に応じた出力を得
るに際して、少なくとも理論空燃比点よりも燃料過剰で
あるリッチ側のセンサ出力が得られた場合に、前記燃焼
排ガスの温度:Tgを検出し、予め実験により近似的に求
めた関係式に基づいて、該燃焼排ガスの温度:Tgから燃
焼排ガス系の平衡反応状態を実際に与える水性ガス反応
温度:THを近似的に算出せしめ、かかる空燃比センサの
出力を、該水性ガス反応温度:TH下における水性ガス反
応平衡条件に基づいて処理することにより、ガス温度補
正を加える空燃比センサの出力補正方法もまた、その特
徴とするものである。
（発明の具体的構成・作用） このような本発明は、前述の如きセンサ検出部のチッ
プ温度や排ガス圧力、排ガス温度等の要因に基づいて発
生する空燃比センサの出力誤差について、本発明者が多
数の実験を行なうと共に、詳細な検討を加えた結果、完
成され得たものである。
プ温度や排ガス圧力、排ガス温度等の要因に基づいて発
生する空燃比センサの出力誤差について、本発明者が多
数の実験を行なうと共に、詳細な検討を加えた結果、完
成され得たものである。
すなわち、先ず、ダブルセルタイプの空燃比センサに
ついて、センサのチップ温度および燃焼排ガスの圧力
が、その出力値に及ぼす影響について検討を加えた。そ
こにおいて、かかるセンサの出力値:Ipは、前記（ii
式）で示されることとなるが、かかるii式中、Ko2,Kco,
KH2は、それぞれ各成分の濃度電流感度係数であり、空
燃比センサの形状（内部空間のギャップ形状等）と各成
分の拡散形態によって決定される。具体的には、100Å
以下の狭いギャップの拡散形態はクンダーソン拡散形態
となり、その拡散定数:Dkは空燃比センサの検出部のチ
ップ温度:Tcの1/2乗比例する一方、広いギャップの拡散
形態はバルク拡散形態となり、その拡散係数:Dbは空燃
比センサの検出部のチップ温度:Tcの2/3乗に比例し、且
つ排ガス圧力:Pgに逆比例する。そして、これら両拡散
係数の合成拡散定数:Dは、下記（ｖ式）にて示される。
ついて、センサのチップ温度および燃焼排ガスの圧力
が、その出力値に及ぼす影響について検討を加えた。そ
こにおいて、かかるセンサの出力値:Ipは、前記（ii
式）で示されることとなるが、かかるii式中、Ko2,Kco,
KH2は、それぞれ各成分の濃度電流感度係数であり、空
燃比センサの形状（内部空間のギャップ形状等）と各成
分の拡散形態によって決定される。具体的には、100Å
以下の狭いギャップの拡散形態はクンダーソン拡散形態
となり、その拡散定数:Dkは空燃比センサの検出部のチ
ップ温度:Tcの1/2乗比例する一方、広いギャップの拡散
形態はバルク拡散形態となり、その拡散係数:Dbは空燃
比センサの検出部のチップ温度:Tcの2/3乗に比例し、且
つ排ガス圧力:Pgに逆比例する。そして、これら両拡散
係数の合成拡散定数:Dは、下記（ｖ式）にて示される。
また一方、一成分としての拡散限界酸素ポンプ電流:I
pと成分ガスの分圧:Pgとの関係は、下記（vi式）にて示
される。
pと成分ガスの分圧:Pgとの関係は、下記（vi式）にて示
される。
従って、以上の考案結果から、ダブルセルタイプの空
燃比センサにあっては、その出力値（Ip）が、センサの
チップ温度のみならず、燃焼排ガス圧力の変化に対して
も、何等かの関係をもって変化することが明らかとなっ
たのである。
燃比センサにあっては、その出力値（Ip）が、センサの
チップ温度のみならず、燃焼排ガス圧力の変化に対して
も、何等かの関係をもって変化することが明らかとなっ
たのである。
そこで、次に、本発明者は、ダブルセルタイプの空燃
比センサにおいて、センサ検出部のチップ温度:Tcの変
化とセンサ出力値:Ipの変化との関係を明らかにすべ
く、多数の実験を実施した。そして、それらの実験結果
について詳細に検討した結果、センサ検出部のチップ温
度の変化とセンサ出力値の変化との関係が、下記（vii
式）にて有利に近似され得ることを見い出し得た。な
お、ここでいうセンサ検出部のチップ温度とは、空燃比
センサは、通常、検出部のみが高温の燃焼排ガスに晒さ
れて、該検出部がより高温に上昇することから、その検
出部の温度を指すものである。
比センサにおいて、センサ検出部のチップ温度:Tcの変
化とセンサ出力値:Ipの変化との関係を明らかにすべ
く、多数の実験を実施した。そして、それらの実験結果
について詳細に検討した結果、センサ検出部のチップ温
度の変化とセンサ出力値の変化との関係が、下記（vii
式）にて有利に近似され得ることを見い出し得た。な
お、ここでいうセンサ検出部のチップ温度とは、空燃比
センサは、通常、検出部のみが高温の燃焼排ガスに晒さ
れて、該検出部がより高温に上昇することから、その検
出部の温度を指すものである。
因みに、センサ検出部のチップ温度:Tcの変化とセン
サ出力値:Ipの変化との関係を実測した実験結果の一例
を、下記第１表に示すと共に、かかる実験によって得ら
れた、上記（vii式）に対応する関係式を同表中に示
し、更に該関係式によって算出されたセンサ出力値:I
p′を、かかる第１表に併せ示しておくこととする。な
お、かかる実験は、大気エア中にて実施した。
サ出力値:Ipの変化との関係を実測した実験結果の一例
を、下記第１表に示すと共に、かかる実験によって得ら
れた、上記（vii式）に対応する関係式を同表中に示
し、更に該関係式によって算出されたセンサ出力値:I
p′を、かかる第１表に併せ示しておくこととする。な
お、かかる実験は、大気エア中にて実施した。
そして、上記（vii式）に示される結果に基づいて、
前記（１式）にて示される、センサ出力の温度補正方法
が完成されるに至ったのである。
前記（１式）にて示される、センサ出力の温度補正方法
が完成されるに至ったのである。
次いで、本発明者は、ダブルセルタイプの空燃比セン
サにおいて、ガス圧力:Pgの変化とセンサ出力値:Ipの変
化との関係を明らかにすべく、多数の実験を実施した。
そして、それらの実験結果について詳細に検討した結
果、ガス圧力の変化とセンサ出力値の変化との関係が、
下記（viii式）にて有利に近似され得ることを見い出し
得た。
サにおいて、ガス圧力:Pgの変化とセンサ出力値:Ipの変
化との関係を明らかにすべく、多数の実験を実施した。
そして、それらの実験結果について詳細に検討した結
果、ガス圧力の変化とセンサ出力値の変化との関係が、
下記（viii式）にて有利に近似され得ることを見い出し
得た。
因みに、ガス圧力:Pgの変化とセンサ出力値:Ipの変化
との関係を実測した実験結果の一例を、下記第２表に示
すと共に、かかる実験によって得られた、上記（viii
式）に対応する関係式を同表中に示し、更に該関係式に
よって算出されたセンサ出力値:Ip′を、かかる第２表
に併せ示しておくこととする。なお、かかる実験は、大
気エアを用いて実施した。
との関係を実測した実験結果の一例を、下記第２表に示
すと共に、かかる実験によって得られた、上記（viii
式）に対応する関係式を同表中に示し、更に該関係式に
よって算出されたセンサ出力値:Ip′を、かかる第２表
に併せ示しておくこととする。なお、かかる実験は、大
気エアを用いて実施した。
そして、上記（viii式）に示される結果に基づいて、
前記（2A式）にて示される、センサ出力のガス圧力補正
方法が完成されるに至ったのである。
前記（2A式）にて示される、センサ出力のガス圧力補正
方法が完成されるに至ったのである。
また、上記（vii式）および（viii式）を組み合わせ
ることにより、センサ検出部のチップ温度:Tcおよびガ
ス圧力:Pgの変化と、センサ出力値:Ipの変化との関係
が、下記（ix式）にて有利に近似され得ることが見い出
された。
ることにより、センサ検出部のチップ温度:Tcおよびガ
ス圧力:Pgの変化と、センサ出力値:Ipの変化との関係
が、下記（ix式）にて有利に近似され得ることが見い出
された。
そして、かかる（ix式）に示される結果に基づいて、
前記（3A式）にて示されるセンサ出力の補正方法が完成
されるに至ったのである。
前記（3A式）にて示されるセンサ出力の補正方法が完成
されるに至ったのである。
一方、シングルセルタイプの空燃比センサにおいて
は、前記（ｉ式）にて示されるネルンストの式に基づい
て、その出力値（起電力）が得られることとなるところ
から、かかる出力値:E0は、センサ検出部のチップ温度:
TCの変化に応じて変化することは明らかである。
は、前記（ｉ式）にて示されるネルンストの式に基づい
て、その出力値（起電力）が得られることとなるところ
から、かかる出力値:E0は、センサ検出部のチップ温度:
TCの変化に応じて変化することは明らかである。
そして、その補正は、前記ダブルセルタイプの空燃比
センサにおけるチップ温度の補正式（１式）が、そのま
ま適用され得る。なお、その場合には、ネルンストの式
からも明らかなように、かかる（１式）中におけるチッ
プ温度変動指数:A＝１とされることとなる。
センサにおけるチップ温度の補正式（１式）が、そのま
ま適用され得る。なお、その場合には、ネルンストの式
からも明らかなように、かかる（１式）中におけるチッ
プ温度変動指数:A＝１とされることとなる。
また、シングルセルタイプの空燃比センサにおける出
力値に対して、ガス圧力補正を実施する方法について、
以下に説明する。
力値に対して、ガス圧力補正を実施する方法について、
以下に説明する。
すなわち、シングルセルタイプの空燃比センサにおけ
る出力値:E0は、前記（ｉ式）にて示されるネルンスト
の式に基づくこととなるが、かかる式中、基準ガス中の
O2分圧:Po2（Ｉ）は、基準ガスの全圧:Pg0に該基準ガス
中の酸素濃度:Co2（Ｉ）を掛けたものとして、また被測
定ガス（燃焼排ガス）中のO2分圧:Po2（II）は、被測定
ガスの全圧:Pgに該被測定ガス中の酸素濃度:Co2（II）
を掛けたものとして、それぞれ表されることから、ネル
ンストの式は、下記の如く表される。
る出力値:E0は、前記（ｉ式）にて示されるネルンスト
の式に基づくこととなるが、かかる式中、基準ガス中の
O2分圧:Po2（Ｉ）は、基準ガスの全圧:Pg0に該基準ガス
中の酸素濃度:Co2（Ｉ）を掛けたものとして、また被測
定ガス（燃焼排ガス）中のO2分圧:Po2（II）は、被測定
ガスの全圧:Pgに該被測定ガス中の酸素濃度:Co2（II）
を掛けたものとして、それぞれ表されることから、ネル
ンストの式は、下記の如く表される。
従って、ネルンストの式は、下記の如く変形できる。
すなわち、このようにして得られた（ｘ式）におい
て、左項は被測定ガスの圧力:Pgの変化による影響が除
去されたセンサ出力値（Ｅ）を示すものであり、これに
よって、ガス圧力:Pgの変化とセンサ出力値（Ｅ）の変
化との関係が見い出され得た。
て、左項は被測定ガスの圧力:Pgの変化による影響が除
去されたセンサ出力値（Ｅ）を示すものであり、これに
よって、ガス圧力:Pgの変化とセンサ出力値（Ｅ）の変
化との関係が見い出され得た。
そして、かかる（ｘ式）に示される結果に基づいて、
前記（2B式）にて示される、センサ出力のガス圧力補正
方法が完成されるに至ったのである。
前記（2B式）にて示される、センサ出力のガス圧力補正
方法が完成されるに至ったのである。
さらに、かかる（ｘ式）の両片に（Tc0/Tc）を掛ける
ことによって、下記（xi式）を得ることができる。
ことによって、下記（xi式）を得ることができる。
すなわち、このようにして得られた（xi式）におい
て、左項はセンサのチップ温度:Tcおよび被測定ガスの
圧力:Pgの変化による影響が除去されたセンサ出力値
（Ｅ）を示すものであり、これによって、センサのチッ
プ温度:Tcおよびガス圧力:Pgの変化とセンサ出力値
（Ｅ）の変化との関係が見い出され得た。
て、左項はセンサのチップ温度:Tcおよび被測定ガスの
圧力:Pgの変化による影響が除去されたセンサ出力値
（Ｅ）を示すものであり、これによって、センサのチッ
プ温度:Tcおよびガス圧力:Pgの変化とセンサ出力値
（Ｅ）の変化との関係が見い出され得た。
そして、かかる（xi式）に示される結果に基づいて、
前記（3B式）にて示される、センサ出力の温度およびガ
ス圧力補正方法が完成されるに至ったのである。
前記（3B式）にて示される、センサ出力の温度およびガ
ス圧力補正方法が完成されるに至ったのである。
更にまた、空燃比センサの出力値から燃焼排ガス中の
酸素濃度等を算出するに際して用いられる、前記（iv
式）にて示される水性ガス反応係数:K（ｔ）にあって
は、水性ガス平衡反応温度に応じて変化するものである
ことから、特に、内燃機関等の如く、機関運転状況等に
よって数百℃の範囲で排ガス温度が変化する場合、かか
る水性ガス平衡反応温度の変化を無視した処理を行って
いた従来の手法では、相当な測定誤差が内在することが
明らかである。
酸素濃度等を算出するに際して用いられる、前記（iv
式）にて示される水性ガス反応係数:K（ｔ）にあって
は、水性ガス平衡反応温度に応じて変化するものである
ことから、特に、内燃機関等の如く、機関運転状況等に
よって数百℃の範囲で排ガス温度が変化する場合、かか
る水性ガス平衡反応温度の変化を無視した処理を行って
いた従来の手法では、相当な測定誤差が内在することが
明らかである。
従って、センサ出力値に対して、排ガス温度変化をも
考慮した処理を施し、排ガス温度変化による影響を除去
することにより、より高精度なセンサ出力値を得ること
が可能となるのである。
考慮した処理を施し、排ガス温度変化による影響を除去
することにより、より高精度なセンサ出力値を得ること
が可能となるのである。
そして、そこにおいて、本発明者の実験および検討結
果により、水性ガス反応平衡温度として、燃焼排ガスの
温度から近似的に算出した値を用いることによって、水
性ガス反応平衡温度の変化をも考慮した処理が有利に実
現され得ることが、見い出され得たのであり、以てかか
る知見に基づいて、ガス温度補正方法が完成されるに至
ったのである。
果により、水性ガス反応平衡温度として、燃焼排ガスの
温度から近似的に算出した値を用いることによって、水
性ガス反応平衡温度の変化をも考慮した処理が有利に実
現され得ることが、見い出され得たのであり、以てかか
る知見に基づいて、ガス温度補正方法が完成されるに至
ったのである。
なお、燃焼排ガス中のHCは各種の成分をもっている
が、燃焼混合ガスが理論空燃比点よりも空気過剰である
リーン側にある場合には、燃焼排ガス中における各種HC
の中でも特に燃焼し難いCH4までも、空燃比センサの電
極近傍で再燃焼反応が行われる結果、かかる燃焼排ガス
が殆どCO,CO2,H2,H2O,O2,N2成分によって構成されるこ
とが、実験によって明らかとなった。
が、燃焼混合ガスが理論空燃比点よりも空気過剰である
リーン側にある場合には、燃焼排ガス中における各種HC
の中でも特に燃焼し難いCH4までも、空燃比センサの電
極近傍で再燃焼反応が行われる結果、かかる燃焼排ガス
が殆どCO,CO2,H2,H2O,O2,N2成分によって構成されるこ
とが、実験によって明らかとなった。
従って、燃焼混合ガスが理論空燃比点よりも空気過剰
であるリーン側にある場合には、燃焼排ガス中の水素お
よび炭素分子は酸素と反応してCO2,H2Oの分子を構成す
ることとなり、水性ガス反応は生じないところから、上
述の如きガス温度補正は、必ずしも実施する必要はな
い。
であるリーン側にある場合には、燃焼排ガス中の水素お
よび炭素分子は酸素と反応してCO2,H2Oの分子を構成す
ることとなり、水性ガス反応は生じないところから、上
述の如きガス温度補正は、必ずしも実施する必要はな
い。
（実施例） 以下、このような本発明の構成を一層明らかにするた
めに、本発明方法に従う一つの空燃比センサの出力補正
の実施例を具体的に示し、図面を参照しつつ、その出力
補正操作を詳細に説明することとする。
めに、本発明方法に従う一つの空燃比センサの出力補正
の実施例を具体的に示し、図面を参照しつつ、その出力
補正操作を詳細に説明することとする。
先ず、第１図には、所謂ダブルセルタイプの酸素セン
サを利用して、内燃機関における燃焼排ガス中の酸素濃
度を検出することにより、燃焼混合ガスの空燃比等を測
定する空燃比センサに対して本発明を適用し、かかる空
燃比センサの出力値に対して、本発明に従う補正処理を
実施するための装置構成の概略図が、また、第２図に
は、そのような補正処理を施すに際しての具体的操作を
示すソフトブロック図が、それぞれ示されている。
サを利用して、内燃機関における燃焼排ガス中の酸素濃
度を検出することにより、燃焼混合ガスの空燃比等を測
定する空燃比センサに対して本発明を適用し、かかる空
燃比センサの出力値に対して、本発明に従う補正処理を
実施するための装置構成の概略図が、また、第２図に
は、そのような補正処理を施すに際しての具体的操作を
示すソフトブロック図が、それぞれ示されている。
第１図中、10は、自動車等に搭載される内燃機関のエ
ンジンであり、インテークマニホールド12を通じて吸入
された燃焼混合ガスが、シリンダ14内で燃焼せしめられ
た後、排気管16を通じて外部に排気されるようになって
いる。また、かかる排気管16上には、排ガス浄化のため
の触媒18が配設されている。そして、この排気管16にお
ける触媒18よりもシリンダ14側に、空燃比センサ本体2
0,圧力センサ22および温度センサ24が、それぞれ配設さ
れており、これら各センサ20,22,24からの出力信号が、
測定装置26のI/Oポート28に入力されるようになってい
る。かかる制御装置26は、CPU30,ROM32,RAM34,外部入力
装置36,出力装置38などを備えた所謂マイクロコンピュ
ータであって、RAM34の記憶機能を利用しつつ、ROM32に
予め記憶されたプログラムに従って入力信号を処理し、
エンジンに供給される燃焼混合ガスの空燃比を測定した
信号を、出力装置38から出力するようになっている。
ンジンであり、インテークマニホールド12を通じて吸入
された燃焼混合ガスが、シリンダ14内で燃焼せしめられ
た後、排気管16を通じて外部に排気されるようになって
いる。また、かかる排気管16上には、排ガス浄化のため
の触媒18が配設されている。そして、この排気管16にお
ける触媒18よりもシリンダ14側に、空燃比センサ本体2
0,圧力センサ22および温度センサ24が、それぞれ配設さ
れており、これら各センサ20,22,24からの出力信号が、
測定装置26のI/Oポート28に入力されるようになってい
る。かかる制御装置26は、CPU30,ROM32,RAM34,外部入力
装置36,出力装置38などを備えた所謂マイクロコンピュ
ータであって、RAM34の記憶機能を利用しつつ、ROM32に
予め記憶されたプログラムに従って入力信号を処理し、
エンジンに供給される燃焼混合ガスの空燃比を測定した
信号を、出力装置38から出力するようになっている。
以下、このような構成の装置を用いての、空燃比セン
サ出力の補正方法について、第２図を参照しつつ、説明
する。先ず、第２図中、40は、空燃比センサであって、
公知の如く、燃焼排ガスが所定の拡散抵抗下に導かれる
内部空間内の酸素濃度に応じた起電力:Vsを出力するセ
ンサセル42と該内部空間内に酸素イオンを給排するポン
プセル44を備えた、前記空燃比センサ本体20と、かかる
センサセル42の起電力:Vsが、予め設定された基準値:Vs
1となるように、ポンプセル44に対して給電せしめられ
るポンプ電流:Ipを制御するIpコントローラ46を含む制
御系とによって構成されている。そして、そのようにポ
ンプ電流:Ipをフィードバック制御せしめた際におけ
る、かかるポンプ電流:Ipが、燃焼排ガス中に酸素濃度
に対応したセンサ出力値:yCとして、出力されることと
なるのである。
サ出力の補正方法について、第２図を参照しつつ、説明
する。先ず、第２図中、40は、空燃比センサであって、
公知の如く、燃焼排ガスが所定の拡散抵抗下に導かれる
内部空間内の酸素濃度に応じた起電力:Vsを出力するセ
ンサセル42と該内部空間内に酸素イオンを給排するポン
プセル44を備えた、前記空燃比センサ本体20と、かかる
センサセル42の起電力:Vsが、予め設定された基準値:Vs
1となるように、ポンプセル44に対して給電せしめられ
るポンプ電流:Ipを制御するIpコントローラ46を含む制
御系とによって構成されている。そして、そのようにポ
ンプ電流:Ipをフィードバック制御せしめた際におけ
る、かかるポンプ電流:Ipが、燃焼排ガス中に酸素濃度
に対応したセンサ出力値:yCとして、出力されることと
なるのである。
また、そこにおいて、特に、本実施例における空燃比
センサ40にあっては、ポンプ電流のフィードバック制御
系に対して、（１＋t1s）および（１＋t2s）といった一
次進み系の伝達関数で表される要素52,54が、それぞれ
付加されており、センサセル42の起電力:Vsに位相補正
が施されるようになっている。
センサ40にあっては、ポンプ電流のフィードバック制御
系に対して、（１＋t1s）および（１＋t2s）といった一
次進み系の伝達関数で表される要素52,54が、それぞれ
付加されており、センサセル42の起電力:Vsに位相補正
が施されるようになっている。
これは、センサ本体20内における信号系が、下記，
，に示される三つの一次遅れ伝達関数にて表される
要素56,58,60を含んだモデルとして示されることから、
センサセル42の起電力:Vsに基づいて、ポンプセル44に
給電するポンプ電流:Ipを、直接的にフィードバック制
御すると、周波数応答速度を早めた際に、かかるフィー
ドバック系に発振が生じる恐れがあり、かかる発振を防
止するためである。
，に示される三つの一次遅れ伝達関数にて表される
要素56,58,60を含んだモデルとして示されることから、
センサセル42の起電力:Vsに基づいて、ポンプセル44に
給電するポンプ電流:Ipを、直接的にフィードバック制
御すると、周波数応答速度を早めた際に、かかるフィー
ドバック系に発振が生じる恐れがあり、かかる発振を防
止するためである。
燃焼排ガス排気管から前記内部空間内に至る部分にお
ける伝達遅れ要素56を表す伝達関数： 内部空間内において、燃焼排ガスがポンプセルの電極
側からセンサセルの電極側に至る部分における伝達遅れ
要素58を表す伝達関数： 内部空間内において、燃焼排ガスがセンサセルの電極
内を固体電解質体表面上にまで至る部分における伝達遅
れ要素60を表す伝達関数： 即ち、かかるフィードバック系において、ポンプ電
流:Ipとセンサセル42の起電力:Vsとの間における伝達関
数は、二個のポール点を持つ二次遅れ伝達関数：〔1/
（１＋T1s）〕・〔1/（１＋T2s）〕として表されること
から、センサセル42の起電力:VsをIpコントローラ46に
取り込む前に、この二次遅れ伝達関数の時定数T1および
T2に対応した時定数t1およびt2を有する二次進み伝達関
数：（１＋t1s）・（１＋t2s）を入れて、センシングの
位相遅れ補償を行なうことにより、系の発振が効果的に
防止され得て、安定したIpコントロールが可能となるの
である。
ける伝達遅れ要素56を表す伝達関数： 内部空間内において、燃焼排ガスがポンプセルの電極
側からセンサセルの電極側に至る部分における伝達遅れ
要素58を表す伝達関数： 内部空間内において、燃焼排ガスがセンサセルの電極
内を固体電解質体表面上にまで至る部分における伝達遅
れ要素60を表す伝達関数： 即ち、かかるフィードバック系において、ポンプ電
流:Ipとセンサセル42の起電力:Vsとの間における伝達関
数は、二個のポール点を持つ二次遅れ伝達関数：〔1/
（１＋T1s）〕・〔1/（１＋T2s）〕として表されること
から、センサセル42の起電力:VsをIpコントローラ46に
取り込む前に、この二次遅れ伝達関数の時定数T1および
T2に対応した時定数t1およびt2を有する二次進み伝達関
数：（１＋t1s）・（１＋t2s）を入れて、センシングの
位相遅れ補償を行なうことにより、系の発振が効果的に
防止され得て、安定したIpコントロールが可能となるの
である。
そして、本実施例では、このような空燃比センサ10に
よって得られた、燃焼排ガス中の酸素濃度に応じた出力
値（通常は、ポンプ電流値として出力されることとな
る）:y0が、先ず、チップ温度補正部48に入力せしめら
れ、そこにおいて、空燃比センサにおける検出部のチッ
プ温度の変化を補償するための、チップ温度補正が実施
されることとなる。
よって得られた、燃焼排ガス中の酸素濃度に応じた出力
値（通常は、ポンプ電流値として出力されることとな
る）:y0が、先ず、チップ温度補正部48に入力せしめら
れ、そこにおいて、空燃比センサにおける検出部のチッ
プ温度の変化を補償するための、チップ温度補正が実施
されることとなる。
要するに、空燃比センサ40の出力値は、前述した如
く、センサ検出部におけるチップ温度:Tcの変化による
誤差を内在するものであり、特に、通常の自動車用エン
ジンにあっては、車両走行条件等によって燃焼排ガス温
度が数百℃の範囲で変化するために、相当なチップ温
度:Tcの変化が避けられないのであり、チップ温度補正
とは、かかるチップ温度:Tcの変化による測定誤差を軽
減乃至は除去するためのものである。
く、センサ検出部におけるチップ温度:Tcの変化による
誤差を内在するものであり、特に、通常の自動車用エン
ジンにあっては、車両走行条件等によって燃焼排ガス温
度が数百℃の範囲で変化するために、相当なチップ温
度:Tcの変化が避けられないのであり、チップ温度補正
とは、かかるチップ温度:Tcの変化による測定誤差を軽
減乃至は除去するためのものである。
具体的には、かかるチップ温度補正を行なうために
は、先ず、前述の如き空燃比センサ40による空燃比検出
時におけるセンサ検出部のチップ温度の測定が実施され
る。かかるチップ温度は、例えば、予め燃焼排ガス温度
とチップ温度との関係を実測しておき、燃焼排ガス温度
を測定することによって、検出すること等も可能である
が、本実施例では、空燃比センサ本体20の検出部に配設
されたヒータ抵抗に対して印加されるヒータ電圧:VHと
ヒータ電流:IHとを測定することによって、チップ温度
が検出されるようになっている。即ち、ヒータ抵抗:RH
は、良く知られているように、温度に応じて変化するこ
とから、ヒータ電圧:VHとヒータ電流:IHとから算出した
ヒータ抵抗:RHと、予め設定された基準抵抗値（例えば
常温下での抵抗値）:RH0との比:Xtを求めれば、かかる
抵抗比:Xtより、実測データから予め求めた関係式:50に
基づいて、センサ検出部のチップ温度（絶対温度）:Tc
を算出することができるのである。
は、先ず、前述の如き空燃比センサ40による空燃比検出
時におけるセンサ検出部のチップ温度の測定が実施され
る。かかるチップ温度は、例えば、予め燃焼排ガス温度
とチップ温度との関係を実測しておき、燃焼排ガス温度
を測定することによって、検出すること等も可能である
が、本実施例では、空燃比センサ本体20の検出部に配設
されたヒータ抵抗に対して印加されるヒータ電圧:VHと
ヒータ電流:IHとを測定することによって、チップ温度
が検出されるようになっている。即ち、ヒータ抵抗:RH
は、良く知られているように、温度に応じて変化するこ
とから、ヒータ電圧:VHとヒータ電流:IHとから算出した
ヒータ抵抗:RHと、予め設定された基準抵抗値（例えば
常温下での抵抗値）:RH0との比:Xtを求めれば、かかる
抵抗比:Xtより、実測データから予め求めた関係式:50に
基づいて、センサ検出部のチップ温度（絶対温度）:Tc
を算出することができるのである。
従って、第２図に示されているように、このようにし
て得られたチップ温度:Tcの値と、予め入力されたセン
サの基準チップ温度:Tc0およびチップ温度変動指数:Aと
を用いて、関係式62にて温度補正係数:KAを算出し、更
に温度補正式64によって、空燃比センサ40の出力値:y0
を処理することにより、チップ温度変化による誤差が軽
減乃至は除去されたチップ温度補正出力値:ytを得るこ
とができるのである。
て得られたチップ温度:Tcの値と、予め入力されたセン
サの基準チップ温度:Tc0およびチップ温度変動指数:Aと
を用いて、関係式62にて温度補正係数:KAを算出し、更
に温度補正式64によって、空燃比センサ40の出力値:y0
を処理することにより、チップ温度変化による誤差が軽
減乃至は除去されたチップ温度補正出力値:ytを得るこ
とができるのである。
さらに、本実施例では、このようにしてチップ温度補
正が施されたセンサ出力値:ytが、ガス圧力補正部66に
入力せしめられ、そこにおいて、燃焼排ガスにおける圧
力変化による出力誤差を補償するための、ガス圧力補正
が実施されることとなる。
正が施されたセンサ出力値:ytが、ガス圧力補正部66に
入力せしめられ、そこにおいて、燃焼排ガスにおける圧
力変化による出力誤差を補償するための、ガス圧力補正
が実施されることとなる。
要するに、空燃比センサ40の出力値は、前述した如
く、燃焼排ガス圧力:Pgの変化による誤差を内在するも
のであり、特に、通常の自動車用エンジンにあっては、
一般に、エンジン負荷に応じた排気ガス量が各気筒の排
ガスに生じ、この排ガス量の二乗に比例したガス圧力変
動が惹起されることとなり、かかるガス圧力変動の大き
さは触媒や排気管の圧力損失等によっても種々変化する
が、通常、０〜450mmHg程度の変動が避けられない。こ
こにおいて、ガス圧力補正とは、かかる燃焼排ガス圧
力:Pgの変化による測定誤差を軽減乃至は除去するため
のものである。
く、燃焼排ガス圧力:Pgの変化による誤差を内在するも
のであり、特に、通常の自動車用エンジンにあっては、
一般に、エンジン負荷に応じた排気ガス量が各気筒の排
ガスに生じ、この排ガス量の二乗に比例したガス圧力変
動が惹起されることとなり、かかるガス圧力変動の大き
さは触媒や排気管の圧力損失等によっても種々変化する
が、通常、０〜450mmHg程度の変動が避けられない。こ
こにおいて、ガス圧力補正とは、かかる燃焼排ガス圧
力:Pgの変化による測定誤差を軽減乃至は除去するため
のものである。
具体的には、かかるガス圧力補正を行なうためには、
先ず、前述の如く空燃比センサ40による空燃比検出時に
おける燃焼排ガス圧力:Pgの測定が実施される。かかる
燃焼排ガス圧力:Pgは、通常、排気管16内に配設された
圧力センサ22（第１図参照）にて、直接検出されること
となるが、その他、例えば、内燃機関のエンジン回転
数:Nを検出し、関係式68に基づいて、燃焼排ガス圧力:P
gを近似的に算出することも可能であり、圧力センサ22
による検出値の代わりに、このようにしてエンジン回転
数から算出された圧力近似値を用いるようにしても良
い。なお、かかる関係式68中、Kpは、予め入力される比
例定数である。
先ず、前述の如く空燃比センサ40による空燃比検出時に
おける燃焼排ガス圧力:Pgの測定が実施される。かかる
燃焼排ガス圧力:Pgは、通常、排気管16内に配設された
圧力センサ22（第１図参照）にて、直接検出されること
となるが、その他、例えば、内燃機関のエンジン回転
数:Nを検出し、関係式68に基づいて、燃焼排ガス圧力:P
gを近似的に算出することも可能であり、圧力センサ22
による検出値の代わりに、このようにしてエンジン回転
数から算出された圧力近似値を用いるようにしても良
い。なお、かかる関係式68中、Kpは、予め入力される比
例定数である。
ところで、圧力センサ22によって燃焼排ガス圧力:Pg
を検出した場合、その検出値をそのまま用いて、後述の
ガス圧力補正を実施することも可能ではあるが、それら
燃焼排ガス圧力:Pgと空燃比センサ40の出力値:y0との間
には、圧力センサ22と空燃比センサ40との応答速度の違
いに起因する位相差と、それら両センサ22,20の排気管1
6上における取付位置の違いによる圧力伝播時間差に起
因する位相差とが存在するために、特に本実施例にあっ
ては、ガス圧力補正を実施する前の段階において、圧力
センサ22の出力値に対して、下記に示されるむだ時間
付一次遅れ伝達関数にて表される要素70による処理が施
されることとなる。
を検出した場合、その検出値をそのまま用いて、後述の
ガス圧力補正を実施することも可能ではあるが、それら
燃焼排ガス圧力:Pgと空燃比センサ40の出力値:y0との間
には、圧力センサ22と空燃比センサ40との応答速度の違
いに起因する位相差と、それら両センサ22,20の排気管1
6上における取付位置の違いによる圧力伝播時間差に起
因する位相差とが存在するために、特に本実施例にあっ
ては、ガス圧力補正を実施する前の段階において、圧力
センサ22の出力値に対して、下記に示されるむだ時間
付一次遅れ伝達関数にて表される要素70による処理が施
されることとなる。
なお、かかる伝達関数において、Ｌは、圧力センサ
22と空燃比センサ40との排気管上における取付位置の違
いに起因する、それら両センサ22,40間における圧力伝
播時間差（sec）であって、予め外部から入力された一
定の値:L2を採用することも可能であるが、より高精度
な圧力補正が要求される場合には、例えば、前記排気管
16に配設された温度センサ24にて得られる燃焼排ガス温
度:Tgを用い、下記（xii式）にて示される関係式76に従
って算出された値:L1が、好適に用いられることとな
る。
22と空燃比センサ40との排気管上における取付位置の違
いに起因する、それら両センサ22,40間における圧力伝
播時間差（sec）であって、予め外部から入力された一
定の値:L2を採用することも可能であるが、より高精度
な圧力補正が要求される場合には、例えば、前記排気管
16に配設された温度センサ24にて得られる燃焼排ガス温
度:Tgを用い、下記（xii式）にて示される関係式76に従
って算出された値:L1が、好適に用いられることとな
る。
また、上記伝達関数において、T6は、圧力センサ22
と空燃比センサ40との応答速度の違いに起因する位相差
を補正するための時定数であって、近似的に、前記空燃
比センサ本体20における外乱系の伝達遅れ関数中におけ
る時定数T1,T2の和を採用することができる。
と空燃比センサ40との応答速度の違いに起因する位相差
を補正するための時定数であって、近似的に、前記空燃
比センサ本体20における外乱系の伝達遅れ関数中におけ
る時定数T1,T2の和を採用することができる。
従って、第２図に示されているように、このようにし
て得られた燃焼排ガス圧力:Pgの値と、予め入力された
燃焼排ガスの測定基準圧力:Pg0およびガス圧力変動指
数:Bとを用いて、関係式72にて圧力補正指数:KBを算出
し、更に圧力補正式74によって、前記チップ温度補正部
48において温度補正が施された空燃比センサ40の出力
値:ytを処理することにより、チップ温度変化による誤
差に加えて、燃焼排ガスの圧力変化による誤差も軽減乃
至は除去されたチップ温度・ガス圧力補正出力値:ytpを
得ることができるのである。
て得られた燃焼排ガス圧力:Pgの値と、予め入力された
燃焼排ガスの測定基準圧力:Pg0およびガス圧力変動指
数:Bとを用いて、関係式72にて圧力補正指数:KBを算出
し、更に圧力補正式74によって、前記チップ温度補正部
48において温度補正が施された空燃比センサ40の出力
値:ytを処理することにより、チップ温度変化による誤
差に加えて、燃焼排ガスの圧力変化による誤差も軽減乃
至は除去されたチップ温度・ガス圧力補正出力値:ytpを
得ることができるのである。
そして、上述の如きチップ温度・ガス圧力補正を施す
ことによって得られた空燃比センサ40の出力値:ytpを用
いて、前記燃焼前後のガス成分のモル数比較を示す（ii
i式）および水性ガス反応を示す（iv式）に基づき、燃
焼排ガス中の酸素分圧,CO,H2分圧等の関係が求められ、
この結果、燃焼排ガス中の酸素濃度（±O2％）、更に燃
焼混合ガス中の酸素過剰率：λや空燃比:A/F等が求めら
れることとなるが、特に、本実施例では、それら酸素濃
度等の算出に先立って、かかる出力値:ytPが、それぞ
れ、校正ガスを用いた実測データに基づいて求められる
補正式84,86により、標準的なセンサ出力値に原位合わ
せされて、センサ個体間における出力誤差が除去される
こととなる。
ことによって得られた空燃比センサ40の出力値:ytpを用
いて、前記燃焼前後のガス成分のモル数比較を示す（ii
i式）および水性ガス反応を示す（iv式）に基づき、燃
焼排ガス中の酸素分圧,CO,H2分圧等の関係が求められ、
この結果、燃焼排ガス中の酸素濃度（±O2％）、更に燃
焼混合ガス中の酸素過剰率：λや空燃比:A/F等が求めら
れることとなるが、特に、本実施例では、それら酸素濃
度等の算出に先立って、かかる出力値:ytPが、それぞ
れ、校正ガスを用いた実測データに基づいて求められる
補正式84,86により、標準的なセンサ出力値に原位合わ
せされて、センサ個体間における出力誤差が除去される
こととなる。
より具体的には、燃焼排ガス中の酸素分圧やCO,H2分
圧とセンサ出力（ポンプ電流値）:Ipとの関係を示す前
記（ii式）は、下記（ii′式）の如く表すことができ
る。
圧とセンサ出力（ポンプ電流値）:Ipとの関係を示す前
記（ii式）は、下記（ii′式）の如く表すことができ
る。
従って、予め酸素濃度が判明している校正ガスを用い
て、前記空燃比センサ40に固有の酸素濃度電流感度係
数:Ko2を求め、該空燃比センサ40に固有の酸素濃度電流
感度係数:Ko2に応じた修正係数:Kαを採用して、空燃比
センサ40の出力値:ytpに対し、補正式84に従う修正を加
えることにより、酸素濃度電流感度補正が実施されて、
修正出力値:ytp′が得られるのである。
て、前記空燃比センサ40に固有の酸素濃度電流感度係
数:Ko2を求め、該空燃比センサ40に固有の酸素濃度電流
感度係数:Ko2に応じた修正係数:Kαを採用して、空燃比
センサ40の出力値:ytpに対し、補正式84に従う修正を加
えることにより、酸素濃度電流感度補正が実施されて、
修正出力値:ytp′が得られるのである。
そして、空燃比センサ40の出力値:IPが、IP≧０で、
燃焼混合ガスがリーン側である出力を与える場合（λ≧
１）には、このようにして得られた空燃比センサ40の修
正出力値:ytp′から、リニアライザ82を介して、酸素濃
度（＋O2％）が演算されることとなる。
燃焼混合ガスがリーン側である出力を与える場合（λ≧
１）には、このようにして得られた空燃比センサ40の修
正出力値:ytp′から、リニアライザ82を介して、酸素濃
度（＋O2％）が演算されることとなる。
一方、空燃比センサ40の出力値:IPが、IP＜で、燃焼
混合ガスがリッチ側である出力を与える場合（λ＜１）
には、更に、修正係数:KMを採用して、前記（ii式）を
変形することにより、下記（ii″式）を得る。
混合ガスがリッチ側である出力を与える場合（λ＜１）
には、更に、修正係数:KMを採用して、前記（ii式）を
変形することにより、下記（ii″式）を得る。
そして、予めCO,H2濃度が判明している校正ガスを用
いて、前記空燃比センサ40に固有の酸素濃度電流感度係
数:Ko2および修正係数:KMを求め、（Ko2・KM）を修正係
数:Kβとして、空燃比センサ40の修正出力値:ytp′に対
し、補正式86に従う修正を加えることにより、酸素濃度
電流感度補正が実施されて、修正出力値:ytp″が得られ
るのである。
いて、前記空燃比センサ40に固有の酸素濃度電流感度係
数:Ko2および修正係数:KMを求め、（Ko2・KM）を修正係
数:Kβとして、空燃比センサ40の修正出力値:ytp′に対
し、補正式86に従う修正を加えることにより、酸素濃度
電流感度補正が実施されて、修正出力値:ytp″が得られ
るのである。
そうして、燃焼混合ガスがリッチ側である出力を与え
る場合には、このようにして得られた修正出力値:ytp″
が、更に、ガス温度補正部78に入力せしめられて、かか
るガス温度補正部78において、燃焼排ガス系の平衡反応
状態を実際に与える水性ガス反応温度条件下に処理され
ることにより、ガス温度補正が加えられて、空燃比等の
値が算出されることとなる。
る場合には、このようにして得られた修正出力値:ytp″
が、更に、ガス温度補正部78に入力せしめられて、かか
るガス温度補正部78において、燃焼排ガス系の平衡反応
状態を実際に与える水性ガス反応温度条件下に処理され
ることにより、ガス温度補正が加えられて、空燃比等の
値が算出されることとなる。
要するに、空燃比センサ10の出力値は、前述した如
く、水性ガス反応平衡温度:THの変化による誤差を内在
するものであり、特に、通常の自動車用エンジンにあっ
ては、一般に、車両の走行条件等によって燃焼排ガス温
度が230〜900℃の範囲で変化するために、相当な水性ガ
ス反応平衡温度:THの変化が避けられない。ここにおい
て、ガス温度補正とは、かかる水性ガス反応平衡温度:T
Hの変化による測定誤差を軽減乃至は除去するものであ
る。
く、水性ガス反応平衡温度:THの変化による誤差を内在
するものであり、特に、通常の自動車用エンジンにあっ
ては、一般に、車両の走行条件等によって燃焼排ガス温
度が230〜900℃の範囲で変化するために、相当な水性ガ
ス反応平衡温度:THの変化が避けられない。ここにおい
て、ガス温度補正とは、かかる水性ガス反応平衡温度:T
Hの変化による測定誤差を軽減乃至は除去するものであ
る。
そして、そこにおいて、内燃機関における燃焼排ガス
にあっては、被平衡反応状態から準平衡反応状態に至る
間にシリンダや排気管等に熱を奪われ、更に内燃機関の
吸気、圧縮、爆発、排気の四工程中のうち吸気、圧縮、
爆発の三工程の間、各気筒の排気管内で滞留され、この
間に水性ガスの再反応が低温側に進むこととなるところ
から、燃焼排ガスの温度:Tgと水性ガス反応平衡温度:TH
との間に一つの対応関係が得られ、従って、燃焼排ガス
温度:Tgを検出することにより、実際に平衡反応状態を
与える水性ガス反応平衡温度:THを近似的に、容易に求
めることができるのである。
にあっては、被平衡反応状態から準平衡反応状態に至る
間にシリンダや排気管等に熱を奪われ、更に内燃機関の
吸気、圧縮、爆発、排気の四工程中のうち吸気、圧縮、
爆発の三工程の間、各気筒の排気管内で滞留され、この
間に水性ガスの再反応が低温側に進むこととなるところ
から、燃焼排ガスの温度:Tgと水性ガス反応平衡温度:TH
との間に一つの対応関係が得られ、従って、燃焼排ガス
温度:Tgを検出することにより、実際に平衡反応状態を
与える水性ガス反応平衡温度:THを近似的に、容易に求
めることができるのである。
すなわち、かかるガス温度補正を行なうためには、先
ず、空燃測定時における燃焼排ガス温度:Tgの測定が実
施される。かかる燃焼排ガス温度:Tgは、通常、前記排
気管16内に配設された温度センサ24（第１図参照）に
て、直接検出されることとなるが、燃焼排ガスは、シリ
ンダ14内から排気管16を通じて排気される間に大きな温
度降下を伴うものであるところから、かかる温度センサ
24にて得られた燃焼排ガス温度:Tgを、水性ガス反応平
衡温度:THとしてそのまま用いると、大きな誤差が生じ
ることとなる。
ず、空燃測定時における燃焼排ガス温度:Tgの測定が実
施される。かかる燃焼排ガス温度:Tgは、通常、前記排
気管16内に配設された温度センサ24（第１図参照）に
て、直接検出されることとなるが、燃焼排ガスは、シリ
ンダ14内から排気管16を通じて排気される間に大きな温
度降下を伴うものであるところから、かかる温度センサ
24にて得られた燃焼排ガス温度:Tgを、水性ガス反応平
衡温度:THとしてそのまま用いると、大きな誤差が生じ
ることとなる。
そこで、かかる温度センサ24にて得られる燃焼排ガス
温度:Tgと、かかる燃焼排ガスに対して平衡反応状態を
実際に与える水性ガス反後平衡温度:THとの関係を、予
め実験によって、多項式近似関数や折線近似関数等の関
係式80として求めておき、かかる関係式80に基づいて、
燃焼排ガス温度:Tgから水性ガス反応平衡温度:THが算出
されることとなる。
温度:Tgと、かかる燃焼排ガスに対して平衡反応状態を
実際に与える水性ガス反後平衡温度:THとの関係を、予
め実験によって、多項式近似関数や折線近似関数等の関
係式80として求めておき、かかる関係式80に基づいて、
燃焼排ガス温度:Tgから水性ガス反応平衡温度:THが算出
されることとなる。
そして、このようにして得られた水性ガス反応平衡温
度:THを用いて、前記燃焼前後のガス成分のモル数比較
を示す（iii式）および水性ガス反応を示す（iv式）に
基づき、空燃比センサ40の出力値:ytp″と燃焼排ガス中
の酸素分圧,CO,H2分圧等の関係を求め、その結果から、
燃焼排ガス中の酸素濃度（−O2％）の値を算出すること
によって、センサチップの温度変化および燃焼排ガスの
圧力変化による誤差に加えて、ガス温度変化による誤差
も、有利に軽減乃至は除去された値として、酸素濃度を
算出することができるのである。
度:THを用いて、前記燃焼前後のガス成分のモル数比較
を示す（iii式）および水性ガス反応を示す（iv式）に
基づき、空燃比センサ40の出力値:ytp″と燃焼排ガス中
の酸素分圧,CO,H2分圧等の関係を求め、その結果から、
燃焼排ガス中の酸素濃度（−O2％）の値を算出すること
によって、センサチップの温度変化および燃焼排ガスの
圧力変化による誤差に加えて、ガス温度変化による誤差
も、有利に軽減乃至は除去された値として、酸素濃度を
算出することができるのである。
ところで、このように水性ガス反応平衡温度:THおよ
び空燃比センサ40の出力値:ytp″から、酸素濃度（−O2
％）の値を得るに際しては、前記燃焼前後のガス成分の
モル数比較を示す（iii式）および水性ガス反応を示す
（iv式）に基づき、直接に算出することも可能である
が、特に、自動車用内燃機関等では高速応答性が要求さ
れることから、計算データを予めテーブル化しておい
て、補完法によって演算する手法が、好適に採用され得
る。
び空燃比センサ40の出力値:ytp″から、酸素濃度（−O2
％）の値を得るに際しては、前記燃焼前後のガス成分の
モル数比較を示す（iii式）および水性ガス反応を示す
（iv式）に基づき、直接に算出することも可能である
が、特に、自動車用内燃機関等では高速応答性が要求さ
れることから、計算データを予めテーブル化しておい
て、補完法によって演算する手法が、好適に採用され得
る。
具体的には、例えば、下記第３表に示されているよう
に、燃焼混合ガス中の水素の炭素のモル比:H/Cおよび酸
素と炭素のモル比:O/Cを予め設定して、水性ガス反応平
衡温度:THと空燃比センサ40の修正出力値:ytp″と、酸
素濃度（−O2％＝（H2＋CO）/2）との対応表を、燃焼混
合ガス燃焼前後における各成分のモル数比較と水性ガス
反応条件を入れて予め計算してテーブル化しておき、か
かるテーブル化された対応表を用いて、前記燃焼排ガス
温度から求めた水性ガス反応温度:THと空燃比センサ40
の修正出力値:ytp″から、補完法によって、酸素濃度
（−O2％）を演算により求められることとなる。
に、燃焼混合ガス中の水素の炭素のモル比:H/Cおよび酸
素と炭素のモル比:O/Cを予め設定して、水性ガス反応平
衡温度:THと空燃比センサ40の修正出力値:ytp″と、酸
素濃度（−O2％＝（H2＋CO）/2）との対応表を、燃焼混
合ガス燃焼前後における各成分のモル数比較と水性ガス
反応条件を入れて予め計算してテーブル化しておき、か
かるテーブル化された対応表を用いて、前記燃焼排ガス
温度から求めた水性ガス反応温度:THと空燃比センサ40
の修正出力値:ytp″から、補完法によって、酸素濃度
（−O2％）を演算により求められることとなる。
また、本実施例では、前述の如く、空燃比センサ40の
出力値:ytp′,ytp″から、先ず、酸素濃度（±O2％）の
値が求められることとなるところから、その他のデー
タ、例えば空気過剰率（λ）や空燃比（A/F）の値が必
要な場合には、関係式88,90に基づいて、それらの値を
算出する必要がある。因みに、酸素濃度（±O2％）の値
から空気過剰率（λ）を算出する式を、下記（xiii式）
に示すこととする。
出力値:ytp′,ytp″から、先ず、酸素濃度（±O2％）の
値が求められることとなるところから、その他のデー
タ、例えば空気過剰率（λ）や空燃比（A/F）の値が必
要な場合には、関係式88,90に基づいて、それらの値を
算出する必要がある。因みに、酸素濃度（±O2％）の値
から空気過剰率（λ）を算出する式を、下記（xiii式）
に示すこととする。
従って、上述の如き手法に従い、空燃比センサ40から
の出力値:y0に対して、チップ温度補正およびガス圧力
補正を実施し、得られた補正出力値:ytp′,ytp″を用い
て、ガス温度補正を考慮しつつ、空燃比等の信号を求め
ることによって、従来から問題となっていたセンチのチ
ップ温度や燃焼排ガスの圧力および温度の変化に起因す
る誤差が、極めて有効に補正され得ることとなったので
あり、それによって空燃比センサによる検出精度値、延
いては自動車用内燃機関の燃焼混合ガスの空燃比等の計
測の精度が向上し、その結果、燃焼制御精度の向上が極
めて有利に達成され得ることとなったのである。
の出力値:y0に対して、チップ温度補正およびガス圧力
補正を実施し、得られた補正出力値:ytp′,ytp″を用い
て、ガス温度補正を考慮しつつ、空燃比等の信号を求め
ることによって、従来から問題となっていたセンチのチ
ップ温度や燃焼排ガスの圧力および温度の変化に起因す
る誤差が、極めて有効に補正され得ることとなったので
あり、それによって空燃比センサによる検出精度値、延
いては自動車用内燃機関の燃焼混合ガスの空燃比等の計
測の精度が向上し、その結果、燃焼制御精度の向上が極
めて有利に達成され得ることとなったのである。
以上、本発明の構成について、具体例を示しつつ詳述
してきたが、本発明は、上述の説明によって、何等限定
的に解釈されるものでないことは、言うまでもないとこ
ろであり、一々列挙はしないが、本発明には、その趣旨
を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々
なる変更や修正、改良等が加えられ得るものであって、
且つそのようなものが、本発明の範囲内に含まれるもの
であることは、勿論である。
してきたが、本発明は、上述の説明によって、何等限定
的に解釈されるものでないことは、言うまでもないとこ
ろであり、一々列挙はしないが、本発明には、その趣旨
を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々
なる変更や修正、改良等が加えられ得るものであって、
且つそのようなものが、本発明の範囲内に含まれるもの
であることは、勿論である。
例えば、前記実施例では、空燃比センサにおけるポン
プ電流のフィードバック制御系に対して、位相補正が加
えられるようになっていたが、そのような位相補正は、
必ずしも行なう必要はない。
プ電流のフィードバック制御系に対して、位相補正が加
えられるようになっていたが、そのような位相補正は、
必ずしも行なう必要はない。
また、前記実施例では、空燃比センサの出力値に対し
て、チップ温度補正、ガス圧力補正およびガス温度補正
を、順次加える場合の一具体的補正方法について説明し
たが、それらチップ温度補正、ガス圧力補正およびガス
温度補正のうちの何れか一つ、或いは二つのみを、空燃
比センサの出力値に対して施すことも、勿論可能であ
り、そのような補正によっても、空燃比センサの出力精
度を向上させるという、本発明の目的は有効に達成され
得るものである。
て、チップ温度補正、ガス圧力補正およびガス温度補正
を、順次加える場合の一具体的補正方法について説明し
たが、それらチップ温度補正、ガス圧力補正およびガス
温度補正のうちの何れか一つ、或いは二つのみを、空燃
比センサの出力値に対して施すことも、勿論可能であ
り、そのような補正によっても、空燃比センサの出力精
度を向上させるという、本発明の目的は有効に達成され
得るものである。
また、前記実施例では、空燃比センサ出力に対して圧
力補正を施すに際して、圧力センサが空燃比センサより
もエンジン側に設置されているために、それら圧力セン
サと空燃比センサとの取付間距離に起因する位相差を除
去するために、圧力センサの出力値に対してむだ時間伝
達関数による処理を施していたが、圧力センサよりも空
燃比センサの方がエンジン側に設置されている場合に
は、それら両センサ間における取付間距離に起因する位
相差が逆となるために、空燃比センサの出力値に対し
て、むだ時間伝達関数:e-LSによる処理が施されること
となる。
力補正を施すに際して、圧力センサが空燃比センサより
もエンジン側に設置されているために、それら圧力セン
サと空燃比センサとの取付間距離に起因する位相差を除
去するために、圧力センサの出力値に対してむだ時間伝
達関数による処理を施していたが、圧力センサよりも空
燃比センサの方がエンジン側に設置されている場合に
は、それら両センサ間における取付間距離に起因する位
相差が逆となるために、空燃比センサの出力値に対し
て、むだ時間伝達関数:e-LSによる処理が施されること
となる。
尤も、かかる空燃比センサと圧力センサとの取付間距
離に起因する位相差、更にはそれら両センサの応答速度
に起因する位相差は、必ずしも合わせ込む必要はない。
離に起因する位相差、更にはそれら両センサの応答速度
に起因する位相差は、必ずしも合わせ込む必要はない。
また、前記具体例では、チップ温度補正およびガス圧
力補正にあっては、温度補正係数:KA,圧力補正係数:KB
の算出およびそれらの係数によるセンサ出力補正値:yt,
ytpの算出が、何れも、計算によって直接的に為される
ようにされていたが、それらの補正も、ガス温度補正に
ついて示したように、予め、センサ出力値:y0および温
度変動指数:A,圧力変動指数:Bと、センサ出力補正値:
yt,ypとの関係を示す表を作製してテーブル化してお
き、一次補完方法で処理すること等も可能である。
力補正にあっては、温度補正係数:KA,圧力補正係数:KB
の算出およびそれらの係数によるセンサ出力補正値:yt,
ytpの算出が、何れも、計算によって直接的に為される
ようにされていたが、それらの補正も、ガス温度補正に
ついて示したように、予め、センサ出力値:y0および温
度変動指数:A,圧力変動指数:Bと、センサ出力補正値:
yt,ypとの関係を示す表を作製してテーブル化してお
き、一次補完方法で処理すること等も可能である。
更にまた、前記具体例では、ダブルセルタイプの酸素
センサを用いた空熱比センサに対して、本発明を適用し
たものを例示したが、本発明は、シングルセルタイプの
酸素センサを用いた空燃比センサに対しても、有効に適
用され得るものである。なお、シングルセルタイプの酸
素センサを用いた場合、多くは酸素濃淡電池を使用する
こととなる。この場合、空燃比センサの出力値:yが、セ
ンサ起電力（EMF）とされることとなり、チップ温度補
正を実施するに際しては、前記（１式）が採用され、ま
たガス圧力補正を実施するに際しては、前記（2B）式が
採用されることとなる。更に、その際、燃焼用ガスにお
ける水素と炭素のモル比:H/Cおよび酸素と炭素のモル
比:O/Cを予め設定して、燃焼用ガスの燃焼反応前後と水
性ガス反応温度とによって、空燃比センサの出力をセン
サの発生起電力（EMF）で求めておけば、前記実施例の
如く、ダブルセルタイプの空燃比センサを用いた場合と
同じように、かかるセンサ出力値（EMF）からの、酸素
濃度（±O2％）、更に空気過剰率（λ）、空燃比（A/
F）の演算を、容易且つ迅速に行なうことが可能とな
る。
センサを用いた空熱比センサに対して、本発明を適用し
たものを例示したが、本発明は、シングルセルタイプの
酸素センサを用いた空燃比センサに対しても、有効に適
用され得るものである。なお、シングルセルタイプの酸
素センサを用いた場合、多くは酸素濃淡電池を使用する
こととなる。この場合、空燃比センサの出力値:yが、セ
ンサ起電力（EMF）とされることとなり、チップ温度補
正を実施するに際しては、前記（１式）が採用され、ま
たガス圧力補正を実施するに際しては、前記（2B）式が
採用されることとなる。更に、その際、燃焼用ガスにお
ける水素と炭素のモル比:H/Cおよび酸素と炭素のモル
比:O/Cを予め設定して、燃焼用ガスの燃焼反応前後と水
性ガス反応温度とによって、空燃比センサの出力をセン
サの発生起電力（EMF）で求めておけば、前記実施例の
如く、ダブルセルタイプの空燃比センサを用いた場合と
同じように、かかるセンサ出力値（EMF）からの、酸素
濃度（±O2％）、更に空気過剰率（λ）、空燃比（A/
F）の演算を、容易且つ迅速に行なうことが可能とな
る。
加えて、本発明は、自動車用エンジン以外の分野に適
用される空燃比センサに対しても、有効に適用され得る
ものであることは、勿論である。
用される空燃比センサに対しても、有効に適用され得る
ものであることは、勿論である。
（発明の効果） 上述の説明から明らかなように、本発明に従えば、空
燃比センサ出力に対して、従来の空燃比センサでは何等
の考慮もされてはいなかったセンサチップ温度やガス圧
力、合或いはガス温度の変化に起因する出力補正が、極
めて有効に且つ容易に為され得るのであり、それによっ
て空燃比センサによる検出精度の向上、延いては燃焼制
御系における制御精度の向上が、効果的に達成され得る
こととなったのである。
燃比センサ出力に対して、従来の空燃比センサでは何等
の考慮もされてはいなかったセンサチップ温度やガス圧
力、合或いはガス温度の変化に起因する出力補正が、極
めて有効に且つ容易に為され得るのであり、それによっ
て空燃比センサによる検出精度の向上、延いては燃焼制
御系における制御精度の向上が、効果的に達成され得る
こととなったのである。
第１図は、ダブルセルタイプの酸素センサを利用した空
燃比センサの出力値に対して本発明に従う補正処理を実
施するための装置構成を概略的に示す説明図であり、第
２図には、かかる補正処理を施すに際しての具体的操作
を示すソフトブロック図である。 10:エンジン、14:シリンダ 16:排気管、20:空燃比センサ本体 22:圧力センサ、24:温度センサ 26:空燃比測定装置、40:空燃比センサ 42:センサセル、44:ポンプセル 48:チップ温度補正部 68:ガス圧力補正部、78:ガス温度補正部
燃比センサの出力値に対して本発明に従う補正処理を実
施するための装置構成を概略的に示す説明図であり、第
２図には、かかる補正処理を施すに際しての具体的操作
を示すソフトブロック図である。 10:エンジン、14:シリンダ 16:排気管、20:空燃比センサ本体 22:圧力センサ、24:温度センサ 26:空燃比測定装置、40:空燃比センサ 42:センサセル、44:ポンプセル 48:チップ温度補正部 68:ガス圧力補正部、78:ガス温度補正部
Claims (6)
- 【請求項１】酸素イオン伝導性の固体電解質体と少なく
とも一対の電極とからなる電気化学的セルの少なくとも
一つを有する空燃比センサを用いて、燃焼排ガスを測定
し、該燃焼排ガス中の酸素濃度に応じた出力を得るに際
して、 前記空燃比センサにおける検出部のチップ温度:Tcを検
出し、該空燃比センサの出力:y0に対して、下記（１）
式に従う温度補正を加えることにより、チップ温度補正
出力:ytを得ることを特徴とする空燃比センサの出力補
正方法。 但し、 Tc0:空燃比センサにおける検出部の測定基準チップ温度 A :予め空燃比センサ個体について実測したチップ温度
変動指数 - 【請求項２】酸素イオン伝導性の固体電解質体と少なく
とも一対の電極とからなる第一及び第二の電気化学的セ
ルを有する空燃比センサを用いて、燃焼排ガスを測定
し、該第一の電気化学的セルにおける酸素濃淡電池作用
によって、燃焼排ガスが所定の拡散抵抗下に導かれる内
部空間における酸素分圧に応じた起電力を得る一方、前
記第二の電気化学的セルにおける酸素ポンピング作用に
よって、該第一の電気化学的セルの起電力が略一定とな
るように、前期内部空間の酸素分圧を調節することによ
り、該燃焼排ガス中の酸素濃度に応じた出力を、かかる
第二の電気化学的セルにおけるポンプ電流値として得る
に際して、 前記燃焼排ガスの圧力:Pgを検出し、前記空燃比センサ
の出力:y0に対して、下記（2A）式に従う圧力補正を加
えることにより、ガス圧力補正出力:yPを得ることを特
徴とする空燃比センサの出力補正方法。 yP＝y0×KB ・・・（2A） KB＝（Pg0/Pg）Ｂ 但し、 Pg0:燃焼排ガスにおける測定基準圧力 B :予め空燃比センサ個体について実測したガス圧力変
動指数 - 【請求項３】酸素イオン伝導性の固体電解質体と少なく
とも一対の電極とからなる電気化学的セルを有する空燃
比センサを用いて、燃焼排ガスを測定し、該燃焼排ガス
中の酸素濃度に応じた出力を、かかる電気化学的セルに
おける発生起電力値として得るに際して、 前記燃焼排ガスの圧力:Pgを検出し、前記空燃比センサ
の出力:y0に対して、下記（2B）式に従う圧力補正を加
えることにより、ガス圧力補正出力:yPを得ることを特
徴とする空燃比センサの出力補正方法。 但し、 R :気体定数 Tc :空燃比センサにおける検出部のチップ温度 F :ファラデー常数 Pg0:燃焼排ガスにおける測定基準圧力 - 【請求項４】酸素イオン伝導性の固体電解質体と少なく
とも一対の電極とからなる第一及び第二の電気化学的セ
ルを有する空燃比センサを用いて、燃焼排ガスを測定
し、該第一の電気化学的セルにおける酸素濃淡電池作用
によって、燃焼排ガスが所定の拡散抵抗下に導かれる内
部空間における酸素分圧に応じた起電力を得る一方、前
記第二の電気化学的セルにおける酸素ポンピング作用に
よって、該第一の電気化学的セルの起電力が略一定とな
るように、前期内部空間の酸素分圧を調節することによ
り、該燃焼排ガス中の酸素濃度に応じた出力を、かかる
第二の電気化学的セルにおけるポンプ電流値として得る
に際して、 前記空燃比センサにおける検出部のチップ温度:Tcおよ
び前記燃焼排ガスの圧力:Pgをそれぞれ検出し、該空燃
比センサの出力:y0に対して、下記（3A）式に従うチッ
プ温度・ガス圧力補正を加えることにより、チップ温度
・ガス圧力補正出力:ytPを得ることを特徴とする空燃比
センサの出力補正方法。 ytP＝y0×KA×KB ・・・（3A） KA＝（Tc0/Tc）Ａ KB＝（Pg0/Pg）Ｂ 但し、 Tc0:空燃比センサにおける検出部の測定基準温度 A :予め空燃比センサ個体について実測したチップ温度
変動指数 Pg0:燃焼排ガスにおける測定基準圧力 B :予め空燃比センサ個体について実測したガス圧力変
動指数 - 【請求項５】酸素イオン伝導性の固体電解質体と少なく
とも一対の電極とからなる電気化学的セルを有する空燃
比センサを用いて、燃焼排ガスを測定し、該燃焼排ガス
中の酸素濃度に応じた出力を、かかる電気化学的セルに
おける発生起電力値として得るに際して、 前記空燃比センサにおける検出部のチップ温度:Tcおよ
び前記燃焼排ガスの圧力:Pgをそれぞれ検出し、該空燃
比センサの出力:y0に対して、下記（3B）式に従うチッ
プ温度・ガス圧力補正を加えることにより、チップ温度
・ガス圧力補正出力:ytPを得ることを特徴とする空燃比
センサの出力補正方法。 但し、 A :チップ温度変動指数＝１ Tc0:空燃比センサにおける検出部の測定基準温度 R :気体定数 Tc :空燃比センサにおける検出部のチップ温度 F :ファラデー常数 Pg0:燃焼排ガスにおける測定基準圧力 - 【請求項６】酸素イオン伝導性の固体電解質体と少なく
とも一対の電極とからなる電気化学的セルの少なくとも
一つを有する空燃比センサを用いて、燃焼排ガスを測定
し、該燃焼排ガス中の酸素濃度に応じた出力を得るに際
して、 少なくとも理論空燃比点よりも燃料過剰であるリッチ側
のセンサ出力が得られた場合に、前記燃焼排ガスの温
度:Tgを検出し、予め実験により近似的に求めた関係式
に基づいて、該燃焼排ガスの温度:Tgから燃焼排ガス系
の平衡反応状態を実際に与える水性ガス反応温度:THを
近似的に算出せしめ、かかる空燃比センサの出力を、該
水性ガス反応温度:TH下における水性ガス反応平衡条件
に基づいて処理することにより、ガス温度補正を加える
ことを特徴とする空燃比センサの出力補正方法。
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|---|---|---|---|
| JP2337836A JP2846735B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 空燃比センサの出力補正方法 |
| DE69117269T DE69117269T2 (de) | 1990-11-30 | 1991-11-29 | Verfahren zur Kompensation des Signals eines Luft/Kraftstoffverhältnissensors |
| EP91311124A EP0488791B1 (en) | 1990-11-30 | 1991-11-29 | Method of compensating output of an air/fuel ratio sensor |
| US07/801,380 US5249453A (en) | 1990-11-30 | 1991-12-02 | Method of compensating output of A/F ratio sensor |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2337836A JP2846735B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 空燃比センサの出力補正方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04204246A JPH04204246A (ja) | 1992-07-24 |
| JP2846735B2 true JP2846735B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=18312430
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2337836A Expired - Fee Related JP2846735B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 空燃比センサの出力補正方法 |
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|---|---|
| US (1) | US5249453A (ja) |
| EP (1) | EP0488791B1 (ja) |
| JP (1) | JP2846735B2 (ja) |
| DE (1) | DE69117269T2 (ja) |
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| JP2009210450A (ja) * | 2008-03-05 | 2009-09-17 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ＮＯｘセンサ制御装置及び車両側制御装置 |
| KR20130091681A (ko) * | 2012-02-08 | 2013-08-19 | 로베르트 보쉬 게엠베하 | 내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 적응 방법 및 장치 |
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1991
- 1991-11-29 DE DE69117269T patent/DE69117269T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-11-29 EP EP91311124A patent/EP0488791B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-12-02 US US07/801,380 patent/US5249453A/en not_active Expired - Lifetime
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