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JPS59208452A - 機関の空燃比センサ - Google Patents

機関の空燃比センサ

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Publication number
JPS59208452A
JPS59208452A JP58083588A JP8358883A JPS59208452A JP S59208452 A JPS59208452 A JP S59208452A JP 58083588 A JP58083588 A JP 58083588A JP 8358883 A JP8358883 A JP 8358883A JP S59208452 A JPS59208452 A JP S59208452A
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JP
Japan
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fuel ratio
air
oxygen
sensor
pump
Prior art date
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JP58083588A
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English (en)
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JPH037267B2 (ja
Inventor
Yoshiaki Asayama
浅山　嘉明
Masaya Kominami
小南　正哉
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Mitsubishi Electric Corp
Nippon Tokushu Togyo KK
Niterra Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
NGK Spark Plug Co Ltd
Nippon Tokushu Togyo KK
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Publication date
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Priority to CA000453839A priority patent/CA1212994A/en
Priority to DE8484303156T priority patent/DE3475350D1/de
Priority to EP84303156A priority patent/EP0127964B1/en
Publication of JPS59208452A publication Critical patent/JPS59208452A/ja
Priority to US06/770,654 priority patent/US4601793A/en
Publication of JPH037267B2 publication Critical patent/JPH037267B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • 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
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Pathology (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、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あり、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（例えば安定化ジル
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
に制御することは衆知の通りである。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、
上記酸素センサの出力を利用することができない。
この発明は、理論空燃比の正確な検知が困難であると言
われていた。特開昭５６−１３０６４９号で提案されて
いるような固体電解質酸素ポンプ式の酸素濃度測定装置
を用い正確な理論空燃比の検知はもちろんのこと、それ
以外の空燃比をも検知することができる機関の空燃比セ
ンサを提供するものである。以下、この発明の一実施例
について説明する。
第１図はこの発明の一実施例を示す構成図であり、第２
図は第１図の■−■線に沿う断面図である。図中、（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。空燃比センサ（２）は厚さが約
０．５ｍｍの平板状のイオン伝導性固体電解質Ｃ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、この酸素ポンプ（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αＯと、上記酸素ポンプ（６）と上記酸素セン
サ（ＩｆｊをＯ，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０１）で構成されている。（イ）
は電子制御装置であり、上記酸素センサＱＯが電極（８
）、　（９１間に発生する起電力θを抵抗Ｒ１を介して
演算増幅器Ａの反転入力端予知印加し、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■１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）間に流すポンプ電流ｘＰ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、）に保つのに必要な上記ポンプ電流ＩＰを供給
する作用をする０また、ポンプ電流供給手段である直流
電源Ｂから供給される上記ポンプ電流工Ｐに対応した出
力信号を得るための抵抗Ｒ８を備えている。この抵抗Ｒ
６は上記直流電源Ｂと対応して上記ポンプ冒流工Ｐ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、Ｓは上記基準電圧をＶ、からｖ２に変更す
るための切換装置である。
以上のように構成されたこの発明の空燃比センサを国産
乗用車用２０００°０のガソリン機関に装着して試験し
た結果を第３図に示す。過大なポンプ電流ＩＰが流れる
と上記酸素ポンプ（６）が破壊するので上記ポンプ電流
ＩＰは１００ｍＡ以上流れないように上記直流電源Ｂに
より制限した。また基準電圧ｖ１は５５ｍＶとしｖ２は
２００ｍＶに設定して試験した結果、切換袋＠日により
基準電圧をＶ、＝５５ｍＶにした場合は第３図に示す（
ａ）の特性が得られた、また上記切換装置ＢＫより上記
基準電圧をＶ２＝　２００ｍＶに変更すると（ｂ）の特
性が得られた。上記特性を利用して空燃比Ａ／Ｆを１２
〜１９の広い範囲で検知しようとすると（ａ）の特性で
は同じポンプ電流値の空燃比点が２個所存在するので、
上記ポンプ電流値のみで検知することができない。他方
（ｂ）の特性では理論空燃比１４．７以下の範囲ではポ
ンプ電流ＩＰの変化がないのでこの範囲での空燃比を検
知することはできない。そこで、この発明は上記切換装
置Ｓにより基準電圧なり１またはｖ２に任意に変更し、
上記（ａ）および（ｂ）の両方の特性を利用して上記広
い範囲の空燃比を検知するようにしたものである。例え
ば機関運転中の空燃比を検知する場合、まず、上記切換
装置ＳＩＣよシ上記基準電圧をｖ２に設定する。
そうすると上記０））の特性にょシ、上記運転空燃比が
理論空燃比よシ小さい時はポンプ電流エアはｌｏｏｍＡ
となり、理論空燃比よシ大きい時は１００ｍＡより小さ
い値となるので上記運転空燃比が理論空燃比より小さい
か大きいかの検知ができる。つぎに上記切換装置８によ
り上記基準電圧をＶｌに変更し、上記（ａ）の特性にょ
）、理論空燃比よシ小さい範囲または大きい範囲におい
て上記運転空燃比を検知するのである。
なお、第３図の特性が示すように、空燃比Ａ／Ｅ’が理
論空燃比より大きい範囲で、ポンプ電流工、が　　−空
燃比に比例して変化する理由は特開昭５６−１３０６４
９号に記載されている。すなわち微小間隙部ｄ内に導入
された排気ガスの酸素分圧を上記酸素ポンプ（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と差異をもたせ、この酸素分圧の差
異に応じて発生する上記酸素センサ００の起電力θが所
定値となるように上記酸素ポンプ（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のである。そ
して空燃比は上記酸素濃度にほぼ比例するので結果的に
上記ポンプ冒流工Ｐは空燃比Ａ／Ｆに比例して変化する
のである。
ところで理論空燃比より小さい範囲でポンプ電流ＩＰが
変化するのは排気ガス中の一酸化炭素（ｏｏ）濃度に上
記空燃比センサ（２）が感応しているように考えられる
。
以上のようにこの発明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
電解質酸素センサを備え、該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
流に対応した出力信号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、上記所定値に保た
れた酸素センサの起電力を切換装置日による基準電圧ｖ
１の変更により、変えるようにしたので広い範囲で空燃
比を検知することができる機関の空燃比センサを得るこ
とができた。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明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２０００°０の
ガソリン機関を用いて試験して得られた特性図である。 図中の符号〔１）は排気管、（６）は固体型解質酸素ポ
ンプ、００は固体電解質酸素センサ、（至）は電子制御
装置、Ｓは切換スイッチ、Ｖ、、Ｖ２は基準電圧を示す
。 代理人　大岩増雄 第１図 第３図 理□　　（Ａ／Ｆ） 手続補正書（自発） ３．補正をする者 代表者片１１１仁八部 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄。 ６、補正の内容 明細書第８頁第４行の「言われていた。特開昭」を［言
われていた特開昭］と補正する。 以上

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （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区解質酸素センサ
    とを備え、該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両流に対応した出
    力信号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、上記所定値に保たれた酸素センサ
    の起電力を機関運転中に任意に変更する手段を備えた機
    関の空燃比センサ。
  2. （２）固体電解質酸素センサの出力を基準電圧と比較し
    て、この比較出力によりポンプ電流供給手段を制御して
    上記酸素センサが発生する起電力を所定値に保つように
    した特許請求の範囲第（１）項記載の機関の空燃比セン
    サ０ 〔３）　　基準電圧を切換手段によって変化させて酸素
    センサの起電力を変更するようにした特許請求の範囲第
    （２）項記載の機関の空燃比センサ。
JP58083588A 1983-05-11 1983-05-11 機関の空燃比センサ Granted JPS59208452A (ja)

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EP84303156A EP0127964B1 (en) 1983-05-11 1984-05-10 Air-to-fuel ratio sensor for engine
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