JP2880273B2 - 酸素濃度検出装置 - Google Patents
酸素濃度検出装置Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は酸素濃度検出装置に係わり特に酸素イオン電
導性固体電解質を用いた酸素濃度検出装置に関する。
導性固体電解質を用いた酸素濃度検出装置に関する。
従来より、センシングセルに発生する起電力を所定値
に制御し、このときポンピングセルに流れる電流値より
酸素濃度を検出するものがある。またこのときセンサの
耐久性を良くするために上記電流値を限界電流の80％に
抑えるものもある（例えばSAE880133）。
に制御し、このときポンピングセルに流れる電流値より
酸素濃度を検出するものがある。またこのときセンサの
耐久性を良くするために上記電流値を限界電流の80％に
抑えるものもある（例えばSAE880133）。
しかし、限界電流の80％の電流値より酸素濃度を検出
する上述のものを吸気管に用いた場合、吸気管の酸素濃
度は排気管の酸素濃度に比べ高いため、吸気管内の圧力
脈動によってポンピング電流が酸素濃度の高い方に大き
くシフトする。そのため精度よく酸素濃度を検出するこ
とができずエミッションが悪化し、エミッションを規制
値内に抑えることができないという問題がある。
する上述のものを吸気管に用いた場合、吸気管の酸素濃
度は排気管の酸素濃度に比べ高いため、吸気管内の圧力
脈動によってポンピング電流が酸素濃度の高い方に大き
くシフトする。そのため精度よく酸素濃度を検出するこ
とができずエミッションが悪化し、エミッションを規制
値内に抑えることができないという問題がある。
本発明は、吸気管内の酸素濃度を精度よく検出し、エ
ミッションの悪化を抑制することを目的とする。
ミッションの悪化を抑制することを目的とする。
上記課題を解決する手段として本発明は 酸素イオンを伝導し得る固体電解質より成るポンピン
グセル及びセンシングセルと、 このポンピングセル及びセンシングセルの両面に形成
した電極と、 前記ポンピングセル及び前記センシングセルに結合さ
れて閉空間を形成する関連支持構造体と、 前記閉空間の酸素分圧が周囲環境中の酸素分圧と等し
くなる傾向を持つように前記閉空間と前記周囲環境とを
連通する開口部と、 前記センシングセルの電極間に発生する起電力を検出
する起電力検出手段と、 前記ポンピングセルの電極間に電圧を印加する電圧源
と、 前記ポンピングセルの電極間に電圧を印加したとき前
記ポンピングセルに流れる電流を酸素濃度を表す信号と
して検出する電流検出手段と、 前記起電力が、前記電流を限界電流の50％から70％の
間にする所定値で一定となるように前記電圧を制御する
制御手段と、 を備えたことを特徴とする酸素濃度検出装置を提案す
る。
グセル及びセンシングセルと、 このポンピングセル及びセンシングセルの両面に形成
した電極と、 前記ポンピングセル及び前記センシングセルに結合さ
れて閉空間を形成する関連支持構造体と、 前記閉空間の酸素分圧が周囲環境中の酸素分圧と等し
くなる傾向を持つように前記閉空間と前記周囲環境とを
連通する開口部と、 前記センシングセルの電極間に発生する起電力を検出
する起電力検出手段と、 前記ポンピングセルの電極間に電圧を印加する電圧源
と、 前記ポンピングセルの電極間に電圧を印加したとき前
記ポンピングセルに流れる電流を酸素濃度を表す信号と
して検出する電流検出手段と、 前記起電力が、前記電流を限界電流の50％から70％の
間にする所定値で一定となるように前記電圧を制御する
制御手段と、 を備えたことを特徴とする酸素濃度検出装置を提案す
る。
これにより、センシングセルの両電極間に発生する起
電力を検出し、この起電力が一定になるようにポンピン
グセルに印加する電圧を制御する。このときポンピング
セルに流れるポンピング電流を酸素濃度を表す信号とし
て検出する。また上記ポンピング電流は限界電流の50％
から70％の間とされ、上記ポンピング電流のシフトは低
く抑えられる。
電力を検出し、この起電力が一定になるようにポンピン
グセルに印加する電圧を制御する。このときポンピング
セルに流れるポンピング電流を酸素濃度を表す信号とし
て検出する。また上記ポンピング電流は限界電流の50％
から70％の間とされ、上記ポンピング電流のシフトは低
く抑えられる。
本発明により、ポンピング電流を限界電流の50％から
70％の間とすることにより、ポンピング電流のシフト量
を１％以下に抑えると共に、ポンピング電流が小さくな
ることにより生じる誤差をも抑えることができ、ポンピ
ング電流値により精度よく酸素濃度を検出でき、エミッ
ションの悪化を抑えエミッションの排出量を規制値内に
抑えることができるという優れた効果がある。
70％の間とすることにより、ポンピング電流のシフト量
を１％以下に抑えると共に、ポンピング電流が小さくな
ることにより生じる誤差をも抑えることができ、ポンピ
ング電流値により精度よく酸素濃度を検出でき、エミッ
ションの悪化を抑えエミッションの排出量を規制値内に
抑えることができるという優れた効果がある。
本発明の実施例について、以下図面を用いて説明す
る。
る。
第１図は本発明の第１の実施例の全体構成を示す構成
図である。
図である。
１は酸素濃度を検出するセンサ、２はセンサ１からの
信号を検出する検出回路である。
信号を検出する検出回路である。
101,102はセンシングセル及びポンピングセルであ
り、板状のジルコニア等の酸素イオン伝導性固体電解質
である。そしてその裏表面にそれぞれ多孔質の薄膜状貴
金属電極1011,1012,1021,1022（例えば白金）を形成し
ている。この電極1011,1012,1021,1022にはそれぞれ端
子1013,1014,1023,1024が接続されている。センシング
セル101とポンピングセル102はスペーサ105,106を介し
て対向して閉空間104（以後チャンバーと呼ぶ）を形成
している。
り、板状のジルコニア等の酸素イオン伝導性固体電解質
である。そしてその裏表面にそれぞれ多孔質の薄膜状貴
金属電極1011,1012,1021,1022（例えば白金）を形成し
ている。この電極1011,1012,1021,1022にはそれぞれ端
子1013,1014,1023,1024が接続されている。センシング
セル101とポンピングセル102はスペーサ105,106を介し
て対向して閉空間104（以後チャンバーと呼ぶ）を形成
している。
ポンピングセル102にはチャンバ104に空気を導通する
開口部103が設けられている。
開口部103が設けられている。
センサ１の構造の詳細は後述する。
201,206は差動増幅器、202は電圧比較器、203は基準
電圧源、204は印加電圧制御回路、205は電流検出抵抗で
ある。印加電圧制御回路204は電圧比較器2041,NPN型ト
ランジスタ2042,電源2043より構成されている。電圧比
較器2041の出力部はトランジスタ2042のベースに、電源
2043はコレクタに接続されている。
電圧源、204は印加電圧制御回路、205は電流検出抵抗で
ある。印加電圧制御回路204は電圧比較器2041,NPN型ト
ランジスタ2042,電源2043より構成されている。電圧比
較器2041の出力部はトランジスタ2042のベースに、電源
2043はコレクタに接続されている。
第２図はセンサ１を含むO2センサの断面図である。
O2センサは外カバー301,内カバー302,カバーホルダー
303,ハウジング401,無機接着剤402,404,ガラス403,導線
部ハウジング405,コネクタホルダ406,コネクタ407,コネ
クタエンド408,ヒータ端子409,電極端子410,センシング
セル101,ポンピングセル102,開口部103,チャンバ104,ス
ペーサ105,108,109,ヒータ106,107より構成されてい
る。外カバー301及び内カバー302の外周にはそれぞれガ
ス導入孔3011,3021が所定数等間隔に設けられており、
ガス導入孔3021はガス導入孔3012よりハウジング401側
にズレて設けてある。ヒータ端子409はヒータ高圧導線4
091,接地導線4092より構成されており、おのおのは電気
絶縁材料でできたヒータ106,107に印刷した電熱線（図
示せず）の両端に接続してある。また電極端子410はポ
ンピングセル高圧導線4101,ポンピングセル接地導線410
2,センシングセル接地導線4103,センシングセル高圧導
線4104より構成されており、おのおのは第１図の端子10
23,1024,1013,1014に接続されている。
303,ハウジング401,無機接着剤402,404,ガラス403,導線
部ハウジング405,コネクタホルダ406,コネクタ407,コネ
クタエンド408,ヒータ端子409,電極端子410,センシング
セル101,ポンピングセル102,開口部103,チャンバ104,ス
ペーサ105,108,109,ヒータ106,107より構成されてい
る。外カバー301及び内カバー302の外周にはそれぞれガ
ス導入孔3011,3021が所定数等間隔に設けられており、
ガス導入孔3021はガス導入孔3012よりハウジング401側
にズレて設けてある。ヒータ端子409はヒータ高圧導線4
091,接地導線4092より構成されており、おのおのは電気
絶縁材料でできたヒータ106,107に印刷した電熱線（図
示せず）の両端に接続してある。また電極端子410はポ
ンピングセル高圧導線4101,ポンピングセル接地導線410
2,センシングセル接地導線4103,センシングセル高圧導
線4104より構成されており、おのおのは第１図の端子10
23,1024,1013,1014に接続されている。
センシングセル101及びポンピングセル102にスペーサ
109,108を介してヒータ106,107を対向させているが、こ
のヒータ106,107はセンシングセル101,ポンピングセル1
02を少なくとも600℃以上の高温にしてそのインピーダ
ンスを小さくするためのものである。
109,108を介してヒータ106,107を対向させているが、こ
のヒータ106,107はセンシングセル101,ポンピングセル1
02を少なくとも600℃以上の高温にしてそのインピーダ
ンスを小さくするためのものである。
ヒータ106,107に通電してセンシングセル101,ポンピ
ングセル102を加熱し、端子1023,1024間に電圧を印加し
てポンピングセル102に電流を流すと電極1022では O2＋4e→2O2- の電気化学反応によってポンピングセル102中へ酸素の
注入が起こる。
ングセル102を加熱し、端子1023,1024間に電圧を印加し
てポンピングセル102に電流を流すと電極1022では O2＋4e→2O2- の電気化学反応によってポンピングセル102中へ酸素の
注入が起こる。
一方、電極1021では、 2O2 2-→O2＋4e の反応によって酸素の放出が生じる。
これは酸素ポンプ作用として知られている。
また、酸素ポンプ作用に要する電流はポンピング電流
と言われている。
と言われている。
上記の酸素ポンプ作用によって、チャンバ104内では
チャンバ104外よりも酸素濃度が低くなる。
チャンバ104外よりも酸素濃度が低くなる。
このとき、センシングセル101の両端面で酸素濃度が
異なるため、濃淡電池作用によってセンシングセル101
の端子1013,1014間に起電力が発生する。
異なるため、濃淡電池作用によってセンシングセル101
の端子1013,1014間に起電力が発生する。
第３図に本実施例の排気再循環装置（EGR装置）にお
けるO2センサの取り付け状態を示す。O2センサ41は吸気
管42の下流（EGR管43の出口とエンジンとの間）に取り
付けられており、このEGR装置はO2センサ41の検出するO
2濃度よりEGR率を算出している。EGR管43は排気管45と
吸入管42とを連通させており排気ガスは吸入管42へこの
EGR管43を通って再循環している。
けるO2センサの取り付け状態を示す。O2センサ41は吸気
管42の下流（EGR管43の出口とエンジンとの間）に取り
付けられており、このEGR装置はO2センサ41の検出するO
2濃度よりEGR率を算出している。EGR管43は排気管45と
吸入管42とを連通させており排気ガスは吸入管42へこの
EGR管43を通って再循環している。
またEGR管43の内部には排気ガスの再循環量を調整す
る弁44が配設されている。
る弁44が配設されている。
第４図はポンピングセル102の端子1023,1024間に印加
する電圧とポンピング電流との関係を示したものであ
る。
する電圧とポンピング電流との関係を示したものであ
る。
第４図からわかる様に、ポンピング電流が飽和する限
界電流領域ではポンピングセル端子間電圧の制御が粗く
てもポンピング電流値は限界電流値でほぼ一定であるた
め、限界電流値よりO2濃度が測定できる。
界電流領域ではポンピングセル端子間電圧の制御が粗く
てもポンピング電流値は限界電流値でほぼ一定であるた
め、限界電流値よりO2濃度が測定できる。
そのため従来は限界電流値、または耐久性をよくする
ために限界電流値の80％の電流値よりO2濃度を測定して
いた。
ために限界電流値の80％の電流値よりO2濃度を測定して
いた。
このとき第５図に示すように限界電流前後領域におい
て、起電力はポンピングセル102の端子間に印加する電
圧に対して急激に大きくなる。従って第６図に示す様に
起電力をポンピング電流が限界の電流の80％となる一定
の値40mVに保った状態でポンピング電流よりO2濃度を測
定していた。
て、起電力はポンピングセル102の端子間に印加する電
圧に対して急激に大きくなる。従って第６図に示す様に
起電力をポンピング電流が限界の電流の80％となる一定
の値40mVに保った状態でポンピング電流よりO2濃度を測
定していた。
しかし限界電流の80％の電流をポンピングセルに流す
とチャンバ104内は酸素濃度が極めて低くなる。そしてO
2センサを吸気管に設けた場合、吸気管の圧力が急激に
上昇する時には、酸素濃度の高いガスがチャンバ104に
流れ込み、ポンピング電流が増加する。逆に吸気管の圧
力が急激に下降する時には、酸素濃度の極めて低いガス
がチャンバー104から流れ出るが、ポンピング電流の減
少は小さい。吸気管はこのような圧力変化が周期的に繰
り返されるので、ポンピング電流は実際の酸素濃度に応
じた値よりも大きい方にシフトしてしまう。このため、
精度よくO2濃度を測定することができない。
とチャンバ104内は酸素濃度が極めて低くなる。そしてO
2センサを吸気管に設けた場合、吸気管の圧力が急激に
上昇する時には、酸素濃度の高いガスがチャンバ104に
流れ込み、ポンピング電流が増加する。逆に吸気管の圧
力が急激に下降する時には、酸素濃度の極めて低いガス
がチャンバー104から流れ出るが、ポンピング電流の減
少は小さい。吸気管はこのような圧力変化が周期的に繰
り返されるので、ポンピング電流は実際の酸素濃度に応
じた値よりも大きい方にシフトしてしまう。このため、
精度よくO2濃度を測定することができない。
第７図にポンピング電流のシフトと起電力との関係を
示す。
示す。
シフトは低起電力領域では小さいが、ポンピング電流
が限界電流に近い値になるほど大きくなる。限界電流の
70％以下であればシフトは１％以下に抑えられる。
が限界電流に近い値になるほど大きくなる。限界電流の
70％以下であればシフトは１％以下に抑えられる。
第８図にポンピング電流のシフトとエミッション（H
C,NOx）との関係を示す。これは1600ccのエンジンの場
合であり、NOx及びHCの規制値は0.4g/mile,0.25g/mile
である。NOxの規制値が0.7g/mileであれば、シフトが２
％程度あってもNOx排出量は規制値に抑まるが、規制が
厳しくなりNOxの規制値が0.4g/mileとなるとポンピング
電流のシフトを１％以下に抑えないとNOxの排出量は規
制値を超えてしまう。よってポンピング電流のシフトを
１％以下に抑える必要があることがわかる。
C,NOx）との関係を示す。これは1600ccのエンジンの場
合であり、NOx及びHCの規制値は0.4g/mile,0.25g/mile
である。NOxの規制値が0.7g/mileであれば、シフトが２
％程度あってもNOx排出量は規制値に抑まるが、規制が
厳しくなりNOxの規制値が0.4g/mileとなるとポンピング
電流のシフトを１％以下に抑えないとNOxの排出量は規
制値を超えてしまう。よってポンピング電流のシフトを
１％以下に抑える必要があることがわかる。
以上のような理由により本発明は、限界電流領域また
は限界電流の80％の領域を用いてO2濃度を測定するので
はなく、起電力を抑えて限界電流値の50％〜70％の領域
にてO2濃度を測定する。限界電流の50％以下ではシフト
量は小さいがO2濃度を表す電流が小さくて誤差が大きく
なってしまう。そのため、本実施例では起電力を20mVに
なるよう制御してポンピング電流を限界電流の約70％に
なるように設定してある。
は限界電流の80％の領域を用いてO2濃度を測定するので
はなく、起電力を抑えて限界電流値の50％〜70％の領域
にてO2濃度を測定する。限界電流の50％以下ではシフト
量は小さいがO2濃度を表す電流が小さくて誤差が大きく
なってしまう。そのため、本実施例では起電力を20mVに
なるよう制御してポンピング電流を限界電流の約70％に
なるように設定してある。
本発明の作動を第１図に基づいて説明する。
差動増幅器201はセンシングセル101の端子1013,1014
間の電位差に比例した信号を出力する。
間の電位差に比例した信号を出力する。
電圧比較器202の出力は、基準電圧源203の電圧を基準
に差動増幅器201の出力が上昇した時に下降し、差動増
幅器201の出力が下降した時に上昇する。
に差動増幅器201の出力が上昇した時に下降し、差動増
幅器201の出力が下降した時に上昇する。
印加電圧制御回路204の電圧比較器2041の端子20411,2
0412は同じ電圧になる。しかし上述のセンシングセル10
1の起電力が20mVより高い時には、端子20412に入力する
信号が小さくなるためトランジスタ2042のベース入力も
小さくなりポンピングセル102印加する電圧が下がる。
その結果、ポンピングセル102における起電力は下がり2
0mVで一定に保たれる。
0412は同じ電圧になる。しかし上述のセンシングセル10
1の起電力が20mVより高い時には、端子20412に入力する
信号が小さくなるためトランジスタ2042のベース入力も
小さくなりポンピングセル102印加する電圧が下がる。
その結果、ポンピングセル102における起電力は下がり2
0mVで一定に保たれる。
逆に、センシングセル101の起電力が20mVより低いと
きには端子20412に入力する信号が大きくなるためトラ
ンジスタ2042のベース入力も大きくなりポンピングセル
102に印加する電圧が上がる。その結果ポンピングセル1
02における起電力は上がり20mVで一定に保たれる。
きには端子20412に入力する信号が大きくなるためトラ
ンジスタ2042のベース入力も大きくなりポンピングセル
102に印加する電圧が上がる。その結果ポンピングセル1
02における起電力は上がり20mVで一定に保たれる。
そして起電力一定時におけるポンピング電流は電流検
出抵抗205に流れ、差動増幅器206は電流検出抵抗205の
両端の電位差に比例した信号を出力する。この信号に基
づいてO2濃度を測定する。ところで基準電源203の電圧
はポンピング電流が限界電流値の70％以下になるときの
起電力（本実施例では20mV）に差動増幅器201の増幅倍
率（例えば10倍）を乗じた値（0.2V）に設定されている
のでポンピングセル102における起電力は20mVで一定と
なり、ポンピング電流が限界電流の70％を超えない。よ
って、ポンピング電流のシフトは１％未満に抑えられ
る。
出抵抗205に流れ、差動増幅器206は電流検出抵抗205の
両端の電位差に比例した信号を出力する。この信号に基
づいてO2濃度を測定する。ところで基準電源203の電圧
はポンピング電流が限界電流値の70％以下になるときの
起電力（本実施例では20mV）に差動増幅器201の増幅倍
率（例えば10倍）を乗じた値（0.2V）に設定されている
のでポンピングセル102における起電力は20mVで一定と
なり、ポンピング電流が限界電流の70％を超えない。よ
って、ポンピング電流のシフトは１％未満に抑えられ
る。
また第９図に各センサ温度における起電力とポンピン
グ電流との関係を示す。図よりセンサ温度が低くなると
起電力が充分上がらないため、起電力50mV以上の限界電
流領域では大きな誤差が生じ、ポンピング電流値よりO2
濃度を検出できない。しかし起電力20mV前後ではセンサ
温度が低くなっても誤差は小さくポンピング電流値より
O2濃度を検出できる。よって起電力を20mV前後に一定に
制御すればセンサ温度が低くなってもO2濃度を検出でき
る。
グ電流との関係を示す。図よりセンサ温度が低くなると
起電力が充分上がらないため、起電力50mV以上の限界電
流領域では大きな誤差が生じ、ポンピング電流値よりO2
濃度を検出できない。しかし起電力20mV前後ではセンサ
温度が低くなっても誤差は小さくポンピング電流値より
O2濃度を検出できる。よって起電力を20mV前後に一定に
制御すればセンサ温度が低くなってもO2濃度を検出でき
る。
また第10図に示すような構造のセンサを第１図に示す
センサ１のかわりに用いてもよい。101′,102′はそれ
ぞれセンシングセル，ポンピングセルであり、おのおの
表面には電極1021′,1022′,1011′,1012′が形成され
ている。センシングセル101′とポンピングセル102′は
スペーサ106′を介して数10〜数100ミクロンの間隙で対
向して閉空間104′（チャンバ）を形成している。ま
た、ポンピング102とセンシングセル101の端部には閉空
間104′に空気を導通する開口部103′が形成されてい
る。
センサ１のかわりに用いてもよい。101′,102′はそれ
ぞれセンシングセル，ポンピングセルであり、おのおの
表面には電極1021′,1022′,1011′,1012′が形成され
ている。センシングセル101′とポンピングセル102′は
スペーサ106′を介して数10〜数100ミクロンの間隙で対
向して閉空間104′（チャンバ）を形成している。ま
た、ポンピング102とセンシングセル101の端部には閉空
間104′に空気を導通する開口部103′が形成されてい
る。
以上説明した実施例においては、ポンピングセルとセ
ンシングセルを用いた場合を示したが、１つの固体電解
質でポンピングセルとセンシングセルを兼用することも
できる。
ンシングセルを用いた場合を示したが、１つの固体電解
質でポンピングセルとセンシングセルを兼用することも
できる。
以下に１つの固体電解質でポンピングセルとセンシン
グセルとを兼用した実施例を第11図に基づいて説明す
る。
グセルとを兼用した実施例を第11図に基づいて説明す
る。
５はセンサで、ポンピングセル，センシングセルを兼
用する固体電解質501,固体電解質501の表面に形成され
る電極502,503,閉空間（チャンバ）504,このチャンバ50
4に空気を導入するための開口部505より構成されてい
る。
用する固体電解質501,固体電解質501の表面に形成され
る電極502,503,閉空間（チャンバ）504,このチャンバ50
4に空気を導入するための開口部505より構成されてい
る。
６はセンサ５からの信号を検出する検出回路である。
601はスイッチング回路で双方向スイッチ6011,6012,
反転器6013より構成される。602,603はサンプルホール
ド回路でオペアンプ6021,6031,コンデンサ6022,6032等
から構成され入力信号を保持する。
反転器6013より構成される。602,603はサンプルホール
ド回路でオペアンプ6021,6031,コンデンサ6022,6032等
から構成され入力信号を保持する。
605は発振器、604はカウンタであり作動については後
述する。606は高周波ノイズを除去するためのローパス
フィルタ、607は印加電圧制御回路でオペアンプ6071,ト
ランジスタ6072,電源6073等より構成されオペアンプ607
1の出力に応じた電流をトランジスタ6072は出力する。6
08は電流検出抵抗、609、611は差動増幅器、610は電圧
比較器、612,613は双方向スイッチ、614,615はバッファ
である。616は基準電圧源であり出力電圧は電極502,503
間に濃淡電池作用によって発生する起電力に差動増幅器
411の増幅倍率を乗じた値より小さく設定してある。本
実施例では起電力は20mV一定に制御するため、増幅倍率
を10倍とした場合基準電圧は0.2Vとなる。
述する。606は高周波ノイズを除去するためのローパス
フィルタ、607は印加電圧制御回路でオペアンプ6071,ト
ランジスタ6072,電源6073等より構成されオペアンプ607
1の出力に応じた電流をトランジスタ6072は出力する。6
08は電流検出抵抗、609、611は差動増幅器、610は電圧
比較器、612,613は双方向スイッチ、614,615はバッファ
である。616は基準電圧源であり出力電圧は電極502,503
間に濃淡電池作用によって発生する起電力に差動増幅器
411の増幅倍率を乗じた値より小さく設定してある。本
実施例では起電力は20mV一定に制御するため、増幅倍率
を10倍とした場合基準電圧は0.2Vとなる。
以下作動を説明する。
発振器605の信号がカウンタ604のCLOCK端子に入ると
カウンタ604のCARRY OUT端子,Q2端子,Q7端子は第12図に
示す信号を出力する。
カウンタ604のCARRY OUT端子,Q2端子,Q7端子は第12図に
示す信号を出力する。
CARRY OUT端子の出力がハイレベルの時はスイッチン
グ回路601の双方向スイッチ6011は開き6012は閉じてい
る。このときトランジスタ6072,電流検出抵抗608,双方
向スイッチ6012を通して固体電解質501に電流が流れ、
酸素ポンプ作用が起こり、電極502,503間に起電力が発
生する。次にCARRY OUT端子の出力がロウレベルでQ7端
子の出力がハイレベルの時には双方向スイッチ6011と61
2は閉じ6012は開いている。このとき、固体電解質501に
は外部から電圧が印加されないので起電力は電極502,50
3の電位差となり差動増幅器611によって検出される。増
幅された起電力信号は双方向スイッチ612を通してサン
プルホールド603によって保持され電圧比較器610で基準
電圧源616の電圧と比較される。
グ回路601の双方向スイッチ6011は開き6012は閉じてい
る。このときトランジスタ6072,電流検出抵抗608,双方
向スイッチ6012を通して固体電解質501に電流が流れ、
酸素ポンプ作用が起こり、電極502,503間に起電力が発
生する。次にCARRY OUT端子の出力がロウレベルでQ7端
子の出力がハイレベルの時には双方向スイッチ6011と61
2は閉じ6012は開いている。このとき、固体電解質501に
は外部から電圧が印加されないので起電力は電極502,50
3の電位差となり差動増幅器611によって検出される。増
幅された起電力信号は双方向スイッチ612を通してサン
プルホールド603によって保持され電圧比較器610で基準
電圧源616の電圧と比較される。
電圧比較器610の出力は起電力信号が基準電圧より高
い時に低くなり、起電力信号が基準電圧より低い時高く
なる。その後再びCARRY OUT端子の出力がハイレベルに
なると双方向スイッチ6012が閉じて固体電解質501のポ
ンピング作用が再開する。
い時に低くなり、起電力信号が基準電圧より低い時高く
なる。その後再びCARRY OUT端子の出力がハイレベルに
なると双方向スイッチ6012が閉じて固体電解質501のポ
ンピング作用が再開する。
このとき、上述の起電力信号が高いときは電圧比較器
610の出力は低くなるため固体電解質501に印加する電圧
は低くなり起電力信号が低い時には固体電解質501に印
加する電圧は高くなる。以上作動の繰り返しにより固体
電解質501の起電力は20mV一定に保たれる。
610の出力は低くなるため固体電解質501に印加する電圧
は低くなり起電力信号が低い時には固体電解質501に印
加する電圧は高くなる。以上作動の繰り返しにより固体
電解質501の起電力は20mV一定に保たれる。
ポンピング電流はCARRY OUT端子及びQ2端子の出力が
ハイレベルの時、双方向スイッチ6012,613が閉じて電流
検出抵抗608の端子間の電位差として差動増幅器609にて
検出され、サンプルホールド回路602で保持されローパ
スフィルタ606、バッファ615を通して出力される。
ハイレベルの時、双方向スイッチ6012,613が閉じて電流
検出抵抗608の端子間の電位差として差動増幅器609にて
検出され、サンプルホールド回路602で保持されローパ
スフィルタ606、バッファ615を通して出力される。
第１図は本発明実施例の全体構成を示す構成図、 第２図はO2センサ断面図、 第３図はO2センサの取付け状態を示した概略構成図、 第４図はポンピング電流とポンピングセル端子間電圧と
の関係を示した特性図、 第５図は起電力とポンピングセル端子間電圧との関係を
示した特性図、 第６図はポンピング電流と起電力との関係を示した特性
図、 第７図はポンピング電流のシャフトと起電力との関係を
示した特性図、 第８図はポンピング電流のシャフトとエミッションとの
関係を示した特性図、 第９図はセンサの各温度におけるポンピング電流と起電
力との関係を示した特性図、 第10図はポンピングとセンシングセルとをスリット状に
構成したセンサの要部断面を示す断面図、 第11図は一つの固体電解質でセンシングセルとポンピン
グセルとを兼用した他の実施例の全体構成を示す構成
図、 第12図は第10図に示すカウンタ604の出を示したタイム
チャートである。 １…センサ,2…検出回路
の関係を示した特性図、 第５図は起電力とポンピングセル端子間電圧との関係を
示した特性図、 第６図はポンピング電流と起電力との関係を示した特性
図、 第７図はポンピング電流のシャフトと起電力との関係を
示した特性図、 第８図はポンピング電流のシャフトとエミッションとの
関係を示した特性図、 第９図はセンサの各温度におけるポンピング電流と起電
力との関係を示した特性図、 第10図はポンピングとセンシングセルとをスリット状に
構成したセンサの要部断面を示す断面図、 第11図は一つの固体電解質でセンシングセルとポンピン
グセルとを兼用した他の実施例の全体構成を示す構成
図、 第12図は第10図に示すカウンタ604の出を示したタイム
チャートである。 １…センサ,2…検出回路
フロントページの続き (72)発明者 森次 通泰 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 中條 芳樹 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−138155（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−197757（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−208453（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−154853（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 27/419
Claims (2)
- 【請求項１】酸素イオンを伝導し得る固体電解質より成
るポンピングセル及びセンシングセルと、 このポンピングセル及びセンシングセルの両面に形成し
た電極と、 前記ポンピングセル及び前記センシングセルに結合され
て閉空間を形成する関連支持構造体と、 前記閉空間の酸素分圧が周囲環境中の酸素分圧と等しく
なる傾向を持つように前記閉空間と前記周囲環境とを連
通する開口部と、 前記センシングセル電極間に発生する起電力を検出する
起電力検出手段と、 前記ポンピングセルの電極間に電圧を印加する電圧源
と、 前記ポンピングセルの電極間に電圧を印加したとき前記
ポンピングセルに流れる電流を酸素濃度を表わす信号と
して検出する電流検出手段と、 前記起電力が、前記電流を限界電流の50％から70％の間
にする所定値で一定となるように前記電圧を制御する制
御手段と、 を備えたことを特徴とする酸素濃度検出装置。 - 【請求項２】酸素イオンを伝導し得る板状の固体電解質
と、 この固体電解質の表面に形成した第1,第２電極と、 前記固体電解質に結合されて閉空間を形成する関連支持
構造体と、 前記閉空間の酸素分圧が周囲環境中の酸素分圧と等しく
なる傾向を持つよう前記閉空間と前記周囲環境とを連通
する開口部と、 第１の期間において、前記第1,第２の電極間に発生する
起電力を検出する起電力検出手段と、 第２の期間において前記第1,第２電極間に電圧を印加す
る電源と、 第２の期間に前記固体電解質に流れる電流を酸素濃度を
表す信号として検出する電流検出手段と、 前記起電力が、前記電流を限界電流の50％から70％の間
にする所定値で一定となるように前記電圧を制御する制
御手段とを備え、 前記第１の期間と第２の期間を交互に繰り返すことを特
徴とする酸素濃度検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2219658A JP2880273B2 (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | 酸素濃度検出装置 |
| US07/978,076 US5338431A (en) | 1990-08-20 | 1992-11-18 | Oxygen concentration detecting apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2219658A JP2880273B2 (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | 酸素濃度検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04102056A JPH04102056A (ja) | 1992-04-03 |
| JP2880273B2 true JP2880273B2 (ja) | 1999-04-05 |
Family
ID=16738951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2219658A Expired - Fee Related JP2880273B2 (ja) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | 酸素濃度検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5338431A (ja) |
| JP (1) | JP2880273B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4304966A1 (de) * | 1993-02-18 | 1994-08-25 | Bosch Gmbh Robert | Lambdawert-Ermittlungsvorrichtung |
| JP3481344B2 (ja) * | 1995-04-19 | 2003-12-22 | 日本碍子株式会社 | 排ガス浄化用触媒の劣化検知方法及びそのためのシステム |
| US5558752A (en) * | 1995-04-28 | 1996-09-24 | General Motors Corporation | Exhaust gas sensor diagnostic |
| DE19516139A1 (de) * | 1995-05-03 | 1996-11-07 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zum Ermitteln der Konzentration einer Komponente in einer Gasmischung |
| JPH09318594A (ja) * | 1996-03-25 | 1997-12-12 | Ngk Insulators Ltd | ガスセンサおよび被測定ガス中の特定成分量の測定方法 |
| JP3567082B2 (ja) * | 1998-05-28 | 2004-09-15 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサのポンプ電流安定化方法 |
| US6374817B1 (en) | 2000-04-12 | 2002-04-23 | Daimlerchrysler Corporation | Application of OP-AMP to oxygen sensor circuit |
| DE10029831C1 (de) * | 2000-06-16 | 2002-02-28 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Linearen Lambdasonde |
| GB0115585D0 (en) * | 2001-06-26 | 2001-08-15 | Zellweger Analytics Ltd | Monitoring gas sensors |
| US20090139497A1 (en) * | 2007-11-30 | 2009-06-04 | Bo Shi | Engine having thin film oxygen separation system |
| JP5440724B1 (ja) * | 2013-02-18 | 2014-03-12 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4272329A (en) * | 1980-03-03 | 1981-06-09 | Ford Motor Company | Steady state mode oxygen sensor and method |
| JPS60138263A (ja) * | 1983-12-27 | 1985-07-22 | Mitsubishi Electric Corp | 機関の排気ガス再循環制御装置 |
| JPH07116970B2 (ja) * | 1985-04-26 | 1995-12-18 | 株式会社日立製作所 | 燃料比制御方法 |
| JPS623094A (ja) * | 1985-06-27 | 1987-01-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 液相エピタキシヤル成長装置 |
| US4772376A (en) * | 1986-03-11 | 1988-09-20 | Nissan Motor Co., Ltd. | Air/fuel ratio sensor having oxygen sensor cell and oxygen pump cell |
| KR920004491B1 (ko) * | 1987-05-21 | 1992-06-05 | 미쓰비시전기 주식회사 | 기관제어장치 |
| US4990235A (en) * | 1989-02-23 | 1991-02-05 | Toyota Jidosha Kabushiki | Oxygen sensor |
| JP2792080B2 (ja) * | 1989-02-27 | 1998-08-27 | トヨタ自動車株式会社 | 酸素センサ |
| US4938861A (en) * | 1989-08-01 | 1990-07-03 | Kabushiki Kaisha Riken | Limiting current-type oxygen sensor |
-
1990
- 1990-08-20 JP JP2219658A patent/JP2880273B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-11-18 US US07/978,076 patent/US5338431A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5338431A (en) | 1994-08-16 |
| JPH04102056A (ja) | 1992-04-03 |
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