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JPS61138155A - 空燃比検知装置 - Google Patents

空燃比検知装置

Info

Publication number
JPS61138155A
JPS61138155A JP59260130A JP26013084A JPS61138155A JP S61138155 A JPS61138155 A JP S61138155A JP 59260130 A JP59260130 A JP 59260130A JP 26013084 A JP26013084 A JP 26013084A JP S61138155 A JPS61138155 A JP S61138155A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxygen
air
fuel ratio
pump
electromotive force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP59260130A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroyoshi Suzuki
鈴木 尋善
Masaya Kominami
小南 正哉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Niterra Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp, NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP59260130A priority Critical patent/JPS61138155A/ja
Priority to US06/807,180 priority patent/US4770758A/en
Priority to DE19853543599 priority patent/DE3543599A1/de
Publication of JPS61138155A publication Critical patent/JPS61138155A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/417Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/003Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/4065Circuit arrangements specially adapted therefor

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (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】 〔産業上の利用分野〕 この釦明は、空燃比検知装置に係り、特に自動車用内燃
機関の排気ガスより空燃比を検知して、空燃比制御を行
なうために好適な空燃比検知装置に胸するものである。
〔従来の技術〕
従来より、elR系イオン伝導性固体電解質(例えば安
芝化ジルコニア)に多孔質wL極層(伝えは白金製多孔
負層)を被着して構成された酸素センサを用い、排気ガ
ス中と大気中との酸素濃度差により生ずる起電力の変化
によって、理論空燃比点を検知し、例えば自動車用内燃
機関を理論空燃比で運転するよう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N量比率
でゐる空燃比(A/F )が理論空燃比14.7では大
きな変化出力が得られるが、他の運転空燃比域での変化
がほとんどないため、理論空燃比以外では、上記酸素セ
ンサを用いた空燃比制御ができない欠点があった。
一部1.特開昭58−258155号において、板状の
固体電解質の先側の両面に電極層を設けた素子を、2枚
間隙部を弁して平行状に配q1−力の菓子を酸素ポンプ
素子、他力の素子を、排気ガス中と前記tltl隙部と
の酸素濃淡差を検知する@!系濃淡亀池素子とした酸素
センサが提築されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
かかるセンサは機関の空燃比を、はぼ全域lこわたり検
知することはできるが、空燃比に対するセンサ出力特性
が理論空燃比を底とするV字型特性を示すため、出力に
対して2つの空燃比が対応することとなり、空燃比制御
が燃料過濃域ゐ退いは希薄域のいずれかがはっきりして
いる場合にしか適用できないという問題点があることが
判った。
この発1は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、機関の空燃比のほぼ全域において、空燃比を正し
く候出し空燃比制御を容易舎こし得、かつ比較的安価な
空力A比検知装置の提供を目的と □′するものである
〔問題点を解決するための手段〕
この発明の特徴は、一部が拡散室に面した固体電解質の
酸素ポンプ部と、一部が拡散室iζ面し、他の一部が大
気あるいは大気と連通した空気室に面した固体電解質の
酸素濃淡電池部とで酸素センサ部を移偶させ、該酸素濃
淡電池部の起電力を、理論空燃比における排気ガス中と
大気中との酸素娘淡差による起電力より大きい所定値と
なるよう酸素ポンプ部Cζ印加するポンプ電流を制御す
る手段を具備したことにある。
〔作用〕
酸素ポンプの電&間に電流を流すと、酸素濃淡電池部に
起電力が発生し、この起電力が基4g亀圧゛と等しくな
るようポンプ電流を制御する。この際、上記のように、
起電力が理論空燃比における排気ガスと大気中との酸素
濃淡差iζより得られる起電力以上の所旭の電圧となる
よう制御しているので、空燃比検知装置の出力は、災用
上考えられる機関の空燃比範囲では、空燃比に対し、常
に同抛性でかつほぼ正比例する。
〔実施例〕
以下、本発明を第1図、第2図、第8図を用いて詳細に
説明する。
R41図I;この発明の一実施例を示す榊抵図であり、
図中(IJは厚さ約0.5mmの平板状の酸素イオン伝
導性固体電解買上1ζ一対の多孔性電極1a、 Ibを
形成させた酸素ポンプ部、(2)は同じく酸素イオン伝
導性固体電解質の厚さ約0.5膓の平板状部材上に一対
の多孔性電極2a、2bを形成させた酸素濃淡電池部、
(3)は排気ガスの流入を飼限する拡散室であり、図で
は微小間隔のスリットとした例を示している。(4ンは
大気と連通した空気室、(5)は該酸素ポンプ部(υ、
酸素濃淡電池部(2)を支持し、かつ排気ガス側と大気
側とを隔離する支持隔壁部である。正な、酸素ポンプ部
(1)の一方の電極1bおよび酸素濃淡電池部(2)の
−万の電極2bは上記拡散室(3) lζ而して設けら
れ、酸素ポンプ部(1)の他方の11altlaは周囲
の排気ガス環境fζ面し、酸素#淡11C池部(2)の
他方の電極2alよ上記大気に連通した箪気室(4)に
面して設けられており、電極1be2bはセンサ外部で
共通に接地されている。さらiζ、図において(6)は
上記酸素濃淡電池部(2)の起電力V8の債知手段、(
7月直起亀力vsが所定の基準電圧VBIPと等しくな
るようポンプ電流を制御するポンプ亀流刺御手段、(8
)は基準電圧VRIPの発生手段、(9)はに!1紫ポ
ンプ部(1)に流入するポンプ電流I、の丸 測匈手設である。
かかるmAにおいて、拡散室(3)と空気室(4)との
酸素亀淡差により、酸素濃淡電池部(2)には、空気室
(4J側の電極2aを正極とする、よく知られたネルン
ストンの式で与えられる起電力V8が発生する。今、酸
素ポンプ8(υfc[極1aよりlbの向きにポンプl
ft、 I、を流すと、拡散室(4)内の酸素友 が亀&1bより1aの方向に酸素イオンとして汲み出さ
れる結果、拡散室(4)内の酸素分圧が低下し、酸素濃
淡電池部(2)の起電力vsは増大する。この起電力■
sは起電力検知手段(6)により検知され。
所足の基準電圧VRBFと比較されてV8 (VBKF
なら疾 ばポンプ111k IPを増加させて致み出し酸素麓を
増加させて起電力v8を大となるようM作させ、渓 vs>Vnxpならばポンプ電流IPを減少させ汲み出
し酸素凰を減少させて起電力V8を小となるよう動作さ
せて、常にVB ”’ VRPJとなるようポンプwl
L凋IPを制御する。制卸されたポンプ電流Iアはポン
プ電流測定手段(9)で測返され、検知装置の出力とし
て電流あるいは電圧出力の形で出力される。
第2図は、第1図に示した構成の空燃比検知装置を国産
乗用車用2000 c cガソリン機関に装着して得ら
れた特性図であり、機器の空燃比A/Fを11から20
まで段階的に変化させた場合の各々の空燃比において上
記検知装置の基準電圧VIIEFすなわら酸素濃淡電池
部(2)の起電力Vsを変化させて、酸素ポンプ部(υ
に流すポンプ電流■、を測定したものであり、空燃比が
理論空燃比14.7以下の燃料過濃側で、かつ起電力V
sが約IV以下の領域ではポンプ電流■、の方向を逆転
させて図に示す特性を得ている1図iζおいて、起電力
Vsの変化に対しポンプ電流■、がフラットとなる領域
は、拡散室(4)内が理論空燃比Iζおける酸素分圧に
略等しくなるためと思われる。
場合の、空燃比A/Fに対するポンプ電流IPをプロ゛
lトした出力特性図である。基準電圧VREFを理論空
燃比における排気ガスと大気との酸素濃淡差による起電
力約0.8〜1.0V以下、すなわち上記的では015
Vとした場合には、理論空燃比14.7以下の空燃比を
検知するためにポンプ電流IPを逆転する必要があり、
ポンプWIt流制御(g回路に正負両亀諒を持たせねば
ならない等、ポンプ電流制御手段(7)、ポンプ電流測
定手段(9)を構成する電気回路が複雑となるが、基準
電圧VREFを理論空燃比Iこおける排気ガスと大気と
の酸素濃淡差による起電力以1.11)Vあふ川1 上のPfr廻値、すなわち本実施例ではVLEr盲フ8
V′とした場合iζは、図に示すごとく実用に供きれる
空燃比の全範囲で、ポンプ電流I、が正で、しかも空燃
比A/Fに対し単純増加する特性となるため、ポンプ電
流111nJ 鈎手段、ポンプ電流測定手段を構成する
電気回路が単純となり、また該検知装置の出力を用いる
ことにより空燃比が燃料過II側。
燃料希薄側にかかわらず、所定の空燃比に容易4ζフイ
ードバツク軸御を行なうことが可能である。
ところで、上記説明では、この発明を自動車用内燃機関
の空燃比検知装置に利用する場合について述べたが、他
の内燃機関あるいは燃焼機器等の空燃比検知装置として
利用できることはいうまでもない。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明したように、酸素イオン伝導性向体
亀解質からなり、一部を排気ガスの流入を制限した拡散
室に画してtし成させ、該拡散室より酸素を排出させる
酸素ポンプ部のポンプ電流を、同じく酸素イオン伝導性
固体電解質からなり、該拡散室と大気あるいは大気と連
通した空気室との間に形成させた酸素濃淡電池部の起電
力が、理論空燃比における排気ガス中と大気中との酸素
濃淡差により得られる起電力以上の所走の電圧となるよ
う制御して、該ポンプ電流を測定することにより、実用
上考え得る空燃比範囲で該ポンプ電流が常に正で、かつ
空燃比に対して単純に増加する特性となり、ポンプ電流
制御手段、ポンプ電流検知手段を構成する電気回路が単
純となるため、装置を比較的安価iζでき、また該ポン
プ電胤特性を用いること蚤こより燃料過濃側、燃料希薄
側のいかんにかかわらず、所定の空燃比にil+!+ 
tj2でき、力)つ制御が容易になるという利点がある
【図面の簡単な説明】
第l囚はこの発明の一実施例を示す構成図、第2因は空
燃比を段階的に変化させた場合の起電力■sに対するポ
ンプ電流IPの特性図、第8図1ユpjT′;P:、の
熾準屯圧v88.における空燃比に対するポンプ1li
L#、lpの出力特性図である。 図において(1)は酸素ポンプ部、(2)は酸素濃淡電
池部、(3Jは拡散室、(4月よ大気と連通した空気室
、(6月ま記m力検知手段、(7)はポンプ−流制御手
段、(9)はポンプ亀抛測走手段である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)酸素イオン伝導性固体電解質からなり、一部を排
    気ガスの流入を制限した拡散室に面して形成させ、該拡
    散室より酸素を排出させる酸素ポンプ部と、同じく酸素
    イオン伝導性固体電解質からなり、該拡散室と大気ある
    いは大気と連通した空気室との間に形成させた酸素濃淡
    電池部と、該酸素濃淡電池部の起電力を検知する手段と
    、該起電力が理論空燃比における排気ガス中と大気中と
    の酸素濃淡差により得られる起電力以上の所定の電圧と
    なるよう上記酸素ポンプ部に印加するポンプ電流を制御
    する手段、および該ポンプ電流を測定する手段を設け、
    該ポンプ電流により排気ガスの空燃比を検知するように
    したことを特徴とする空燃比検知装置。
  2. (2)所定の電圧を1V以上の所定値としたことを特徴
    とする特許請求の範囲第(1)項に記載の空燃比検知装
    置。
JP59260130A 1984-12-10 1984-12-10 空燃比検知装置 Pending JPS61138155A (ja)

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