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JPH0447784B2 - - Google Patents
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JPH0447784B2 - - Google Patents

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JPH0447784B2
JPH0447784B2 JP57177368A JP17736882A JPH0447784B2 JP H0447784 B2 JPH0447784 B2 JP H0447784B2 JP 57177368 A JP57177368 A JP 57177368A JP 17736882 A JP17736882 A JP 17736882A JP H0447784 B2 JPH0447784 B2 JP H0447784B2
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fuel ratio
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Minoru Oosuga
Mamoru Fujeda
Tadashi Kirisawa
Takashige Ooyama
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Hitachi Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • 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

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は空燃比センサに係り、特に酸素イオン
伝導性固体電解質を用いた自動車エンジンの空燃
比制御に好適な空燃比センサに関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an air-fuel ratio sensor, and particularly to an air-fuel ratio sensor suitable for controlling the air-fuel ratio of an automobile engine using an oxygen ion-conducting solid electrolyte.

〔従来技術〕[Prior art]

酸素イオン伝導性固体電解質を用いた酸素濃度
検出器については、すでにSAE paper 810433に
示されており、公知となつている。
An oxygen concentration detector using an oxygen ion conductive solid electrolyte has already been disclosed in SAE paper 810433 and is well known.

しかし、従来のこの種の空燃比センサは、リー
ン領域の空燃比しか測定できず、リツチ領域の空
燃比の測定が不可能であり、自動車エンジンの空
燃比制御用としては不満足なものであつた。ま
た、基準酸素濃度を大気の酸素濃度としているた
め、固体電解質を高温に保持するためのヒータの
容量を小さくできないという欠点があつた。
However, conventional air-fuel ratio sensors of this type can only measure air-fuel ratios in the lean region and cannot measure air-fuel ratios in the rich region, making them unsatisfactory for use in controlling the air-fuel ratio of automobile engines. . Furthermore, since the reference oxygen concentration is the atmospheric oxygen concentration, there is a drawback that the capacity of the heater for maintaining the solid electrolyte at a high temperature cannot be reduced.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、空気過剰率λがλ>1でもλ
<1でも空燃比を検出することができ、すべての
空燃比制御を可能とすることができる空燃比セン
サを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above, and its purpose is to
An object of the present invention is to provide an air-fuel ratio sensor that can detect an air-fuel ratio even when the air-fuel ratio is <1, and can perform all air-fuel ratio controls.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の特徴を、説明の便宜のための実施例た
る第10図の符号を引用しつつ説明すると、 (イ) 酸素イオン伝導性を有する固体電解質37に
第1、第2の電極対を設け、 (ロ) 第1の電極対38a,38bは、排気中にあ
つてその片方の電極側38bに排気に接触する
拡散抵抗体40が設けられ、少なくとも、この
第1の電極対38a,38bと、その両電極間
に流す所定電流の向きを空燃比のリーン領域
検出とリツチ領域検出とで反対にする手段と、
電流を流した際に第1の電極対38a,38
bに生じる起電力を出力させる手段とでリツ
チ・リーン検出センサ部58を構成し、 (ハ) 一方、第2の電極対41a,41bは、その
一方の電極41aが基準ガス雰囲気(大気を含
む)に、他方の電極41bが排気に触れ、少な
くとも、この第2の電極対41a,41bと、
その電極間に生じる起電力Eを出力させる手段
とでO2センサ部59を構成し、 (ニ) リーン領域の空燃比検出の場合には、リツ
チ・リーン検出センサ部58の出力VRとO2
ンサ部59の出力O2との組合せで、リツチ領
域の空燃比検出の場合は、リーン・リツチ検出
センサ部58の出力VLとO2センサ部の反転出
2との組合せでその空燃比を検出するよう
設定した。
The features of the present invention will be described with reference to the reference numerals in FIG. 10, which is an embodiment for convenience of explanation. (a) A solid electrolyte 37 having oxygen ion conductivity is provided with a first and second electrode pair. (b) The first electrode pair 38a, 38b is provided with a diffusion resistor 40 on one electrode side 38b of the first electrode pair 38b that contacts the exhaust gas during exhaust gas, and at least the first electrode pair 38a, 38b , means for reversing the direction of the predetermined current flowing between the two electrodes for detecting a lean region and detecting a rich region of the air-fuel ratio;
When a current is passed through the first electrode pair 38a, 38
(c) On the other hand, the second electrode pair 41a, 41b has one electrode 41a in a reference gas atmosphere (including the atmosphere). ), the other electrode 41b touches the exhaust gas, and at least this second electrode pair 41a, 41b,
A means for outputting the electromotive force E generated between the electrodes constitutes an O 2 sensor section 59, and (d) In the case of air-fuel ratio detection in a lean region, the outputs V R and O of the rich/lean detection sensor section 58 are In the case of detecting the air-fuel ratio in the rich region by the combination with the output O 2 of the 2 sensor section 59, the air-fuel ratio is determined by the combination of the output V L of the lean/rich detection sensor section 58 and the inverted output 2 of the O 2 sensor section. was set to detect.

なお、本発明の動作原理は、実施例の項で、第
3図〜第7図、第10図、第13図〜第15図に
基づき詳述し、ここでの説明は省略する。
Note that the operating principle of the present invention will be explained in detail in the embodiment section based on FIGS. 3 to 7, FIG. 10, and FIGS. 13 to 15, and the explanation here will be omitted.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下本発明を第1図、第2図、第10図〜第1
3図、第16図〜第18図、第20図、第24
図、第27図、第29図、第33図、第36図〜
第38図に示した実施例および第3図〜第9図、
第14図、第15図、第19図、第21図〜第2
3図、第25図、第26図、第28図、第30図
〜第32図、第34図、第35図を用いて詳細に
説明する。
The present invention will be described below with reference to FIGS. 1, 2, 10 to 1.
Figure 3, Figures 16 to 18, Figure 20, Figure 24
Figures, Figure 27, Figure 29, Figure 33, Figure 36~
The embodiment shown in FIG. 38 and FIGS. 3 to 9,
Figures 14, 15, 19, 21 to 2
This will be explained in detail using FIGS. 3, 25, 26, 28, 30 to 32, 34, and 35.

第1図は本発明に係る空燃比センサを備えた自
動車エンジンの制御システムの一実施例を示す構
成図である。第1図において、1はスロツトルチ
ヤンバ、2は熱線式吸入空気量検出器、3は噴射
弁、4はスロツトルアクチユエータ、5は点火プ
ラグ、6は水温センサ、7は本発明に係る空燃比
センサ、8はクランク角センサ、9は感応コイ
ル、10はマイクロコンピユータ、11は空燃比
センサ7の制御回路、12はヒータ制御回路、1
3は燃焼室で、本システムにおいては、空燃比を
リツチ領域(λ<1)からリーン領域(λ>1)
の広い範囲において空燃比を検出可能の空燃比セ
ンサ7を用いて空燃比を検出して空燃比制御を行
うようにしてある。すなわち、回転数、負荷、水
温等により制御したい空燃比がマイクロコンピユ
ータ10で決定されると、それが噴射弁3、スロ
ツトアクチユエータ4に出力され、吸入空気量は
吸入空気量検出器2で検出されて閉ループ制御さ
れる。スロツトルチヤンバ1において形成された
混合気は、燃焼室13に入り、点火プラグ5によ
り点火され、その後、排気ガスが排気管14に流
れる。このとき、空燃比センサ7によつて実空燃
比を検出し、その信号をマイクロコンピユータ1
0に入力して閉ループ制御を行う。なお、空燃比
センサ7は、使用している固体電解質の特性上、
高温に加熱しなければならないので、ヒータ駆動
回路12を設けてある。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a control system for an automobile engine equipped with an air-fuel ratio sensor according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a throttle chamber, 2 is a hot-wire type intake air amount detector, 3 is an injection valve, 4 is a throttle actuator, 5 is a spark plug, 6 is a water temperature sensor, and 7 is a device according to the present invention. The air-fuel ratio sensor, 8 is a crank angle sensor, 9 is a sensing coil, 10 is a microcomputer, 11 is a control circuit for the air-fuel ratio sensor 7, 12 is a heater control circuit, 1
3 is the combustion chamber, and in this system, the air-fuel ratio is changed from the rich region (λ<1) to the lean region (λ>1).
The air-fuel ratio is detected using an air-fuel ratio sensor 7 capable of detecting the air-fuel ratio over a wide range of air-fuel ratios, and air-fuel ratio control is performed. That is, when the air-fuel ratio to be controlled is determined by the microcomputer 10 based on the rotation speed, load, water temperature, etc., it is output to the injection valve 3 and the slot actuator 4, and the intake air amount is determined by the intake air amount detector 2. is detected and controlled in a closed loop. The air-fuel mixture formed in the throttle chamber 1 enters the combustion chamber 13 and is ignited by the spark plug 5, after which the exhaust gas flows into the exhaust pipe 14. At this time, the actual air-fuel ratio is detected by the air-fuel ratio sensor 7, and the signal is sent to the microcomputer 1.
0 for closed loop control. Note that due to the characteristics of the solid electrolyte used in the air-fuel ratio sensor 7,
Since it is necessary to heat to a high temperature, a heater drive circuit 12 is provided.

第2図は第1図のマイクロコンピユータ10の
詳細構成図である。アナログの入力信号として
は、熱線式吸入空気量検出器2からの空気量信号
AF、水温センサ6からの水温信号TW、スロツ
トルアクチユエータ4からのスロツトル開度信号
θなどがあり、これらの信号はマルチプレクサ3
0に入力され、時分割的に各信号がセレクトさ
れ、ADコンバータ31に送られ、ここでデイジ
タル信号に変換される。また、オン−オフ信号と
して入力される情報としては、空燃比センサ7の
制御回路11からの信号11bがあり、これらは
1ビツトのデイジタル信号として扱う。さらに、
クランク角センサ8からのパルス列信号CRP、
CPPも入力される。32はROM、33はCPU
で、CPU33は、デイジタル演算処理を行うプ
ロセシングセントラルユニツトであり、ROM3
2は、制御プログラムおよび固定データを格納す
る記憶素子である。RAM34は、読み出しおよ
び書き込み可能の記憶素子である。I/O回路35
はADコンバータ31および各センサからの信号
をCPU33に送つたり、CPU33からの信号を
噴射弁3の駆動回路36、スロツトルアクチユエ
ータ4、点火コイル9および空燃比センサ7のヒ
ータ駆動回路12に送つたり、制御回路11へ制
御信号11aを送る機能を持つている。
FIG. 2 is a detailed configuration diagram of the microcomputer 10 shown in FIG. The analog input signal is the air amount signal from the hot wire intake air amount detector 2.
There are AF, water temperature signal TW from water temperature sensor 6, throttle opening signal θ from throttle actuator 4, etc., and these signals are sent to multiplexer 3.
0, each signal is selected in a time-division manner and sent to the AD converter 31, where it is converted into a digital signal. Information input as an on-off signal includes a signal 11b from the control circuit 11 of the air-fuel ratio sensor 7, which is treated as a 1-bit digital signal. moreover,
Pulse train signal CRP from crank angle sensor 8,
CPP is also entered. 32 is ROM, 33 is CPU
The CPU 33 is a processing central unit that performs digital arithmetic processing, and the ROM 3
2 is a storage element that stores a control program and fixed data. RAM 34 is a readable and writable storage element. I/O circuit 35
sends signals from the AD converter 31 and each sensor to the CPU 33, and sends signals from the CPU 33 to the drive circuit 36 of the injection valve 3, the throttle actuator 4, the ignition coil 9, and the heater drive circuit 12 of the air-fuel ratio sensor 7. It also has the function of sending a control signal 11a to the control circuit 11.

ここで、空燃比センサ7はリツチ・リーンの両
領域において空燃比を検出できるようにしてある
が、まず、その原理について説明する。第3図は
空燃比センサ7の原理説明図で、第3図aはリー
ン領域における検出原理、第3図bはリツチ領域
における検出原理を示してある。第3図に示すよ
うに、固体電解質37の両面に陽、陰極の電極3
8a,38b(本発明の第1の電極対に相当が設
けてあり、さらに、ガスの拡散抵抗となるオリフ
イス39を介して拡散室40を設けてある。リー
ン領域における空燃比を検出する場合は、第3図
aに示すように、電極38aを陽極、電極38b
を陰極として、図示の方向に電流を流すように
電圧を印加する。このとき、電流に比例した酸
素が固体電解質37を通り、拡散室40からくみ
出される。また、リツチ領域の空燃比を検出する
場合は、第3図bに示すように、電極38aを陰
極、電極38bを陽極として上記とは逆の方向に
電流を流すように電圧を印加する。このときに
は、酸素は排気側より拡散室40内に流入する。
その後、オリフイス39を介して流入してきた一
酸化炭酸(CO)と拡散室40内で次式のように
反応する。
Here, the air-fuel ratio sensor 7 is designed to be able to detect the air-fuel ratio in both the rich and lean regions, and the principle thereof will first be explained. FIG. 3 is an explanatory diagram of the principle of the air-fuel ratio sensor 7. FIG. 3a shows the detection principle in a lean region, and FIG. 3b shows the detection principle in a rich region. As shown in FIG. 3, positive and negative electrodes 3 are placed on both sides of the solid electrolyte 37.
8a, 38b (equivalent to the first electrode pair of the present invention, and a diffusion chamber 40 is provided via an orifice 39 that serves as a gas diffusion resistance. When detecting the air-fuel ratio in a lean region, , as shown in FIG. 3a, the electrode 38a is an anode, the electrode 38b
is used as a cathode, and a voltage is applied so that a current flows in the direction shown. At this time, oxygen proportional to the current passes through the solid electrolyte 37 and is pumped out from the diffusion chamber 40. Further, when detecting the air-fuel ratio in the rich region, as shown in FIG. 3b, a voltage is applied so that the current flows in the opposite direction to the above, using the electrode 38a as the cathode and the electrode 38b as the anode. At this time, oxygen flows into the diffusion chamber 40 from the exhaust side.
Thereafter, carbon monoxide (CO) flowing in through the orifice 39 reacts with the carbon dioxide (CO) in the diffusion chamber 40 as shown in the following equation.

CO+1/2O2→CO2 …(1) このようにして、第3図a,bともに拡散室4
0内の酸素分圧が極めて少ない状態(10-12気圧)
を作り出し、拡散室40内を常にストイキオ(λ
=1.0の排気状態)に保つと、起電力の変化が生
じる。
CO+1/2O 2 →CO 2 ...(1) In this way, both the diffusion chamber 4 in Figure 3 a and b
Condition in which the partial pressure of oxygen within 0 is extremely low (10 -12 atm)
, and the inside of the diffusion chamber 40 is always kept at a stoichiometry (λ
= 1.0 exhaust condition), a change in electromotive force occurs.

以下第4図、第5図を用いて原理をさらに詳し
く説明する。第4図はリーン領域での検出原理説
明線図である。ガスの拡散によりオリフイス39
を介して拡散室40内に入る酸素の量GfKは、排
気中の酸素の濃度Nfeに比例する。すなわち、 GfK=K・Nfe …(2) ここに、K;常数 このため、第4図aに示すように、拡散室40
内に拡散により入る酸素量は、空気過剰率λの増
加とともに多くなる。また、第3図aに示してあ
るように電流を流すと、電流〔第4図aの
2〕に比例した量の酸素が拡散室40よりく
み出される。すなわち、1の電流を流した場合
は、λ<λ1ではくみ出される酸素の量の方が多く
なり、第4図cに示すように、拡散室40内の酸
素分圧が小さくなり(10-12気圧)、通常の酸素セ
ンサと同じように、第4図bの如く、起電力が
1V程度出力される。また、λ>λ1の領域では、
拡散室40に拡散によつて入つてくる酸素の量が
くみ出される酸素の量より多くなるため、拡散室
40内の酸素分圧が大きくなり、固体電解質37
の両側の酸素分圧に差がなくなつて起電力が出な
くなる。つまり、電流1により、λ=λ1のとき
に起電力の変化が生じる。また、電流2では、
λ=λ2のときに起電力の変化が生じる。この起電
力変化点(例えばλ1,λ2)がリーン領域で空燃比
制御を行う場合の制御点となり、電流(例えば
12)を設定することで任意に定めることが
できる。
The principle will be explained in more detail below using FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of detection in a lean region. Orifice 39 due to gas diffusion
The amount of oxygen that enters the diffusion chamber 40 via G fK is proportional to the concentration of oxygen in the exhaust gas N fe . That is, G fK = K・N fe ...(2) where, K: constant Therefore, as shown in FIG. 4a, the diffusion chamber 40
The amount of oxygen that enters the interior by diffusion increases as the excess air ratio λ increases. Also, when a current is applied as shown in Figure 3a, the current [Figure 4a
1 , 2 ] is pumped out from the diffusion chamber 40. In other words, when a current of 1 is applied, the amount of oxygen pumped out becomes larger when λ<λ 1 , and as shown in FIG. -12 atm), and as in a normal oxygen sensor, the electromotive force is as shown in Figure 4b.
Approximately 1V is output. Also, in the region of λ>λ 1 ,
Since the amount of oxygen that enters the diffusion chamber 40 by diffusion is greater than the amount of oxygen pumped out, the oxygen partial pressure within the diffusion chamber 40 increases, and the solid electrolyte 37
There is no difference between the oxygen partial pressures on both sides, and no electromotive force is generated. In other words, a current of 1 causes a change in electromotive force when λ=λ 1 . Also, at current 2 ,
A change in electromotive force occurs when λ = λ 2 . This electromotive force change point (for example, λ 1 , λ 2 ) becomes the control point when performing air-fuel ratio control in the lean region, and the current (for example,
1 , 2 ) can be set arbitrarily.

第5図はリツチ領域での検出原理説明図であ
る。リツチ領域では、拡散室40内に拡散により
入る一酸化炭素の量によりλを検出する。このと
きは、第3図bに示してあるように、拡散室40
内に固体電解質37を介して酸素を送り込む。
に比例した酸素量を拡散室40内に送り込んだ
場合、λ>λ1では、拡散室40内に入る一酸化炭
素量の方が少なく、(1)式で示した反応により消費
される酸素量の方が少なくなり、第5図dに示す
ように、多量の酸素が拡散室40内に保持され、
拡散室40内の酸素分圧がリツチ領域の排気中の
酸素分圧より高くなり、固体電解質37の両側に
酸素分圧差が生じ、第5図bに示すように、起電
力が発生する。また、λ<λ1では、拡散室40内
に入る一酸化炭素量が多くなり、(1)式の反応によ
り拡散室40内に送り込まれた酸素がほとんど消
費され、第5図cに示すように、拡散室40内の
酸素分圧が小さくなり、排気中の酸素分圧と等し
くなつて、第5図bに示すように、起電力が生じ
なくなる。また、電流値を2に変えると、λ2
検出することになる。このλ1,λ2がリツチ領域の
空燃比制御点となり、電流12等の値により
任意に設定できる。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the detection principle in the rich region. In the rich region, λ is detected based on the amount of carbon monoxide that diffuses into the diffusion chamber 40. At this time, as shown in FIG. 3b, the diffusion chamber 40
Oxygen is sent into the interior via a solid electrolyte 37.
1 , when λ>λ 1 , the amount of carbon monoxide entering the diffusion chamber 40 is smaller than the amount of oxygen consumed by the reaction shown in equation (1) As shown in FIG. 5d, a large amount of oxygen is retained in the diffusion chamber 40,
The oxygen partial pressure in the diffusion chamber 40 becomes higher than the oxygen partial pressure in the exhaust gas in the rich region, and a difference in oxygen partial pressure occurs on both sides of the solid electrolyte 37, generating an electromotive force as shown in FIG. 5b. Furthermore, when λ<λ 1 , the amount of carbon monoxide entering the diffusion chamber 40 increases, and most of the oxygen sent into the diffusion chamber 40 is consumed by the reaction of equation (1), as shown in FIG. 5c. Then, the oxygen partial pressure in the diffusion chamber 40 becomes smaller and becomes equal to the oxygen partial pressure in the exhaust gas, so that no electromotive force is generated, as shown in FIG. 5b. Furthermore, if the current value is changed to 2 , λ 2 will be detected. These λ 1 and λ 2 are the air-fuel ratio control points in the rich region, and can be arbitrarily set by the values of currents 1 , 2 , etc.

以上のように、固体電解質37に流す電流の
方向を変えつつ、その所定の電流値のレベルを
可変設定すれば、リーン領域からリツチ領域の広
い範囲で空燃比制御点を設定できひいては空燃比
を検出することができる。
As described above, by changing the direction of the current flowing through the solid electrolyte 37 and variably setting the level of the predetermined current value, it is possible to set the air-fuel ratio control point in a wide range from the lean region to the rich region. can be detected.

以上のようにして測定した結果を第6図、第7
図に示す。第6図はリーン領域における場合で、
=2mAの場合は、a曲線のように、A/F=15
(A;空気量、F;燃料量)で起電力が変化し、
=4mAの場合は、b曲線のように、A/F=16
で起電力が変化する。また、酸素分圧差により、
λ=1.0においても起電力が変化し、2位置変化
となる。2位置変化は空燃比制御点が2つ生じて
しまうため、その回避を必要とする。これに対す
る対応策については後述する。
The results measured as above are shown in Figures 6 and 7.
As shown in the figure. Figure 6 shows the case in the lean region.
= 2mA, as in curve a, A/F = 15
The electromotive force changes with (A: air amount, F: fuel amount),
= 4mA, as shown in curve b, A/F = 16
The electromotive force changes. In addition, due to the oxygen partial pressure difference,
Even at λ=1.0, the electromotive force changes, resulting in a two-position change. Since a two-position change results in two air-fuel ratio control points, it is necessary to avoid this. Countermeasures against this will be described later.

第7図はリツチ領域における場合で、c,d曲
線のように、=2mAの場合はA/F=14.3で、
=4mAの場合はA/F=13.6で起電力が変化してい
る。また、このときもλ=1.0付近でも起電力が
変化しており、これに対する対応策については後
述する。
Figure 7 shows the case in the rich region, as shown in curves c and d, when = 2mA, A/F = 14.3,
= 4mA, the electromotive force changes at A/F = 13.6. Also, at this time, the electromotive force changes even around λ=1.0, and countermeasures for this will be described later.

上記は電流を一定にして起電力の変化を見る
方法であるが、印加電圧を一定にして電流の
変化よりA/Fを検出するようにしてもよい。第8
図、第9図はその場合の測定例を示す線図であ
る。第8図はリーン領域における場合で、電圧
を変化させると、酸素濃度(%)に比例した限界
電流02が得られる。第8図aは電圧と限界電流
との関係を酸素濃度をパラメータとして示してあ
り、曲線e〜gはそれぞれ酸素濃度2、4、6%
の場合を示す。第8図bはV=0.5V一定に保つ
たときの酸素濃度と限界電流を示してあり、酸素
濃度に比例した電流02が出力されることがわか
る。ここで、固体電解質37に印加する電圧を
0.5に保つということは、常に拡散室40内の
酸素分圧を10-12気圧(ストイキオ、λ=1.0の排
気状態)に保つように制御することである。つま
り、酸素濃度が増加して、拡散室40内に入る酸
素量が増加すると、電流を増加し、その増加分
だけの酸素量をくみ出し、酸素分圧を10-12気圧
に保つ。すなわち、排気中の酸素濃度が増加する
と、電流02が増加することになる。
The above method is a method of keeping the current constant and observing changes in electromotive force, but it is also possible to keep the applied voltage constant and detect A/F from changes in current. 8th
9 are diagrams showing measurement examples in that case. FIG. 8 shows the case in the lean region, and when the voltage is changed, a limiting current 02 proportional to the oxygen concentration (%) is obtained. Figure 8a shows the relationship between voltage and limiting current using oxygen concentration as a parameter, and curves e to g show oxygen concentrations of 2, 4, and 6%, respectively.
The case is shown below. FIG. 8b shows the oxygen concentration and limit current when V=0.5V is kept constant, and it can be seen that a current 02 proportional to the oxygen concentration is output. Here, the voltage applied to the solid electrolyte 37 is
Maintaining the pressure at 0.5 means controlling the oxygen partial pressure in the diffusion chamber 40 to always maintain it at 10 -12 atmospheres (stoichiometry, exhaust state with λ=1.0). That is, when the oxygen concentration increases and the amount of oxygen entering the diffusion chamber 40 increases, the current is increased to pump out the increased amount of oxygen and maintain the oxygen partial pressure at 10 -12 atmospheres. That is, when the oxygen concentration in the exhaust gas increases, the current 02 increases.

第9図はリツチ領域における場合の測定結果で
ある。第9図aは電圧と限界電流との関係を一酸
化炭素濃度(%)をパラメータとして示してあ
り、曲線h〜jはそれぞれ一酸化炭素濃度2、
3、4%の場合を示し、第9図bはV=0.5V一
定とした場合の一酸化炭素濃度と限界電流との関
係を示してある。ここでは、排気中の酸素濃度が
ストイキオ状態であるため、(1)式で消費されるよ
りも多くの酸素を拡散室40内に送り込んで、酸
素分圧を高くし、V=0.5Vとなる分圧差を常に
保とうとする。このため、第9図bに示すよう
に、一酸化炭素濃度が増加すると限界電流cp
増加する。
FIG. 9 shows the measurement results in the rich region. Figure 9a shows the relationship between voltage and limiting current using carbon monoxide concentration (%) as a parameter, and curves h to j are carbon monoxide concentrations of 2 and 2, respectively.
Figure 9b shows the relationship between carbon monoxide concentration and limiting current when V=0.5V is constant. Here, since the oxygen concentration in the exhaust gas is in a stoichiometric state, more oxygen than is consumed in equation (1) is sent into the diffusion chamber 40 to increase the oxygen partial pressure, and V = 0.5V. It always tries to maintain the partial pressure difference. Therefore, as shown in FIG. 9b, as the carbon monoxide concentration increases, the limiting current cp also increases.

第10図は以上説明した原理を実用化するため
の空燃比センサの構成の基本概念図である。固体
電解質37の両側に白金電極38a,38bを設
け、電極38b側にオリフイス39を有する拡散
室40を設ける。そして電極38a,38b間に
流す電流は正、逆両方向に切り換えるようにす
る。また、第6図、第7図に示すように、λ=
1.0のときに起電力変化が生ずるのを回避するた
めに、λ=1.0で起電力が変化する通常の酸素セ
ンサにさらに大気側の電極41aと排気側の電極
41bを図示のように設ける(回避法については
後述する)。電極41a,41bが本発明の第2
の電極対に相当する。また、固体電解質37を高
温に加熱するためのヒータ42を固体電解質37
上に印刷する。58,59はそれぞれ電極38
a,38bの部分よりなるリツチ・リーン検出セ
ンサ、電極41a,41bの部分よりなるO2
ンサを示す。
FIG. 10 is a basic conceptual diagram of the configuration of an air-fuel ratio sensor for putting into practical use the principle explained above. Platinum electrodes 38a and 38b are provided on both sides of the solid electrolyte 37, and a diffusion chamber 40 having an orifice 39 is provided on the electrode 38b side. The current flowing between the electrodes 38a and 38b is switched between forward and reverse directions. Moreover, as shown in FIGS. 6 and 7, λ=
In order to avoid a change in electromotive force when λ = 1.0, an electrode 41a on the atmosphere side and an electrode 41b on the exhaust side are further provided as shown in the figure in a normal oxygen sensor whose electromotive force changes when λ = 1.0 (avoidance). The law will be discussed later). The electrodes 41a and 41b are the second electrodes of the present invention.
corresponds to an electrode pair of In addition, a heater 42 for heating the solid electrolyte 37 to a high temperature is connected to the solid electrolyte 37.
print on top. 58 and 59 are electrodes 38, respectively.
A rich lean detection sensor consisting of portions a and 38b and an O 2 sensor consisting of electrodes 41a and 41b are shown.

第11図は本発明の空燃比センサの一実施例を
示す縦断面図である。第11図において、37は
固体電解質で、固体電解質37には、第10図に
示すように各電極38a,38b,41a,41
bおよびヒータ42が付加してあり、センサ部4
3を形成している。センサ部43はセラミツク製
のホルダー44の中心部に挿入してある。45は
キヤツプで、キヤツプ45にはホルダー44の中
心の大気室46に大気を導く通気孔45aが設け
てある。47はストツパで、センサ部43に設け
た穴53(第12図参照)に差し込んであり、セ
ンサ部43を固定するためのものである。ストツ
パ47はセラミツク製で、セラミツク製のホルダ
ー48内に組み込んである。センサ部43の先端
部(拡散室40を設けてある側)はカバー49に
より保護してあり、カバー49には通気孔50が
設けてあり、通気孔50より排気を排気室51に
導入するようにしてある。なお、カバー49は、
ヒータ42(第12図参照)のふく射による放熱
を防止するためセラミツク製としてある。そして
全体は排気管に取り付けるための外部カバー52
で覆つてあり、カバー52はかしめ部53でホル
ダー44に固定してある。
FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the air-fuel ratio sensor of the present invention. In FIG. 11, 37 is a solid electrolyte, and the solid electrolyte 37 includes electrodes 38a, 38b, 41a, 41 as shown in FIG.
b and a heater 42 are added, and the sensor part 4
3 is formed. The sensor section 43 is inserted into the center of a holder 44 made of ceramic. Reference numeral 45 denotes a cap, and the cap 45 is provided with a vent hole 45a for guiding the atmosphere to an atmospheric chamber 46 at the center of the holder 44. A stopper 47 is inserted into a hole 53 (see FIG. 12) provided in the sensor section 43, and is used to fix the sensor section 43. The stopper 47 is made of ceramic and is incorporated into a holder 48 made of ceramic. The tip of the sensor section 43 (the side on which the diffusion chamber 40 is provided) is protected by a cover 49, and the cover 49 is provided with a ventilation hole 50 through which exhaust gas is introduced into the exhaust chamber 51. It is set as. Note that the cover 49 is
It is made of ceramic to prevent heat dissipation due to radiation from the heater 42 (see FIG. 12). And the whole is an external cover 52 for attaching to the exhaust pipe.
The cover 52 is fixed to the holder 44 with a caulking portion 53.

第12図は第11図のセンサ部43の一実施例
を示す詳細構造説明図で、aは断面図、bはaの
左側面図、cはaの右側面図、dはaのA−A線
断面図である。センサ部43は長方形の固体電解
質37を主体として構成してあり、一方の片面に
は第12図bに示すように、リツチ・リーン領域
の空燃比検出のための電極38aとヒータ42と
が図示のように印刷してあり、他方の片面はcに
示すように、リツチ・リーン領域の空燃比検出の
ための電極38bとλ=1.0における起電力を検
出するための大気側電極41aと排気側電極41
bとが印刷してある。さらに、センサ部43を固
定するための第11図のストツパ47を差し込む
穴53が設けてある。なお、ヒータ42が印刷し
てある部分は、第12図dに示すように、ヒータ
42がはがれないようにセラミツクコーテイング
54を施してある。
FIG. 12 is a detailed structural explanatory diagram showing one embodiment of the sensor section 43 in FIG. 11, in which a is a sectional view, b is a left side view of a, c is a right side view of a, and d is an A- It is an A-line sectional view. The sensor section 43 is mainly composed of a rectangular solid electrolyte 37, and on one side, as shown in FIG. As shown in c, the other side is printed with an electrode 38b for detecting the air-fuel ratio in the rich/lean region, an electrode 41a on the atmosphere side for detecting the electromotive force at λ=1.0, and an electrode on the exhaust side. Electrode 41
b is printed on it. Furthermore, a hole 53 into which a stopper 47 shown in FIG. 11 for fixing the sensor section 43 is inserted is provided. The portion where the heater 42 is printed is coated with a ceramic coating 54 to prevent the heater 42 from peeling off, as shown in FIG. 12d.

第13図は本発明の空燃比センサの制御回路と
信号処理回路を含めた全体構成の一実施例を示す
構成図である。14は排気管で、排気管14に空
燃比センサ7が取り付けてある。12はヒータ4
2の制御回路、55は電極38a,38b間に流
す電流の方向を逆転させるリレー回路、11は電
極38a,38b間に流す電流を定電流とすると
ともに、出力信号を処理してリツチ領域において
はVRを、リーン領域においてはVLを出力する制
御回路、56はλ=1.0のときに電極41a,4
1b間に発生する起電力信号56a(O2)とそれ
を反転させた信号56b(2)を出力する反転回
路、57は(VL+O2)、(VR2)の演算を行
い、それぞれそれに応じた信号57a,57bを
出力する加算回路である。これにより、第6図、
第7図で説明した2位置問題を回避することがで
きる。
FIG. 13 is a configuration diagram showing an embodiment of the overall configuration of the air-fuel ratio sensor of the present invention including a control circuit and a signal processing circuit. 14 is an exhaust pipe, and an air-fuel ratio sensor 7 is attached to the exhaust pipe 14. 12 is heater 4
2, a control circuit 55 reverses the direction of the current flowing between the electrodes 38a and 38b, and 11 a relay circuit that makes the current flowing between the electrodes 38a and 38b a constant current, and processes the output signal so that the current flows in the rich region. A control circuit 56 outputs V R and V L in the lean region, and 56 is the electrode 41a and 4 when λ=1.0.
An inversion circuit 57 outputs an electromotive force signal 56a (O 2 ) generated between 1b and a signal 56b ( 2 ) obtained by inverting it, and 57 calculates (V L +O 2 ) and (V R + 2 ). These are adder circuits that output signals 57a and 57b corresponding thereto. As a result, Figure 6,
The two-position problem explained in FIG. 7 can be avoided.

ここで2位置問題回避を含めた本実施例の信号
処理の概念を説明する。第14図はリーン領域で
の信号処理説明線図である。aはある値の設定電
流11aを制御回路11に入力した場合のリツ
チ・リーン検出センサ58からの出力信号VL
1bの波形である。この信号VLは前述したよう
にリーン領域でのある空燃比のときに大きさが変
化するが、さらにλ=1.0のところでも変化する。
bは反転回路56より出力されるλ=1.0で変化
している信号56aの波形である。cはaの信号
VLとbの信号56a(O2)とを加算回路57で加
算した信号57a(VL+O2)の波形である。この
ようにして得られた信号57aはリーン領域での
空燃比以外のところにおいては変化がなくなり、
これにより上記した2位置問題を解決することが
できる。なお、信号VLは電極38a,38bの
部分よりなるリツチ・リーン検出センサ58より
出力され、信号56aは電極41a,41bの部
分よりなるO2センサ59より出力される。
Here, the concept of signal processing of this embodiment including avoidance of the two-position problem will be explained. FIG. 14 is a diagram illustrating signal processing in a lean region. a is the output signal V L 1 from the rich/lean detection sensor 58 when a certain value of the set current 11a is input to the control circuit 11
This is the waveform of 1b. As described above, this signal V L changes in magnitude at a certain air-fuel ratio in the lean region, but it also changes at λ=1.0.
b is the waveform of the signal 56a outputted from the inverting circuit 56 and changing at λ=1.0. c is the signal of a
This is the waveform of a signal 57a (V L +O 2 ) obtained by adding V L and signal 56a (O 2 ) of b in an adder circuit 57. The signal 57a obtained in this way does not change except for the air-fuel ratio in the lean region,
This makes it possible to solve the two-position problem described above. Note that the signal V L is outputted from the rich/lean detection sensor 58 made up of the electrodes 38a and 38b, and the signal 56a is outputted from the O 2 sensor 59 made up of the electrodes 41a and 41b.

第15図はリツチ領域での信号処理説明線図で
ある。aは信号VRの波形で、この場合は、リレ
ー回路55により電流の流れる方向を逆転させ
て信号VRを得ている。bはO2センサ59からの
信号56aを反転回路56によつてスライスレベ
ルで反転させて得た信号56bの波形である。こ
の2つの信号を加算回路57で加算した信号57
bの波形がcに示してある。この場合も、上記と
同様2位置問題が解決されている。
FIG. 15 is a diagram illustrating signal processing in a rich region. a is the waveform of the signal V R , and in this case, the relay circuit 55 reverses the direction of current flow to obtain the signal V R. b is the waveform of a signal 56b obtained by inverting the signal 56a from the O 2 sensor 59 at the slice level by the inverting circuit 56. A signal 57 obtained by adding these two signals in an adder circuit 57
The waveform of b is shown in c. In this case as well, the two-position problem is solved as above.

すなわち、加算回路57によつて、リーン領域
の空燃比検出の場合には、リツチ・リーン検出セ
ンサ部58の出力VLとO2センサ部59の出力O2
とを組合せ、リツチ領域の空燃比検出の場合は、
リツチ・リーン検出センサ部58の出力VRとO2
センサ部59の反転出力2とを組合せることで、
その空燃比検出を可能にする。
That is, in the case of air-fuel ratio detection in the lean region, the adder circuit 57 uses the output V L of the rich/lean detection sensor section 58 and the output O 2 of the O 2 sensor section 59.
For air-fuel ratio detection in the rich region, in combination with
Output V R and O 2 of rich/lean detection sensor section 58
By combining with the inverted output 2 of the sensor section 59,
This enables air-fuel ratio detection.

第16図は第13図のリレー回路55と制御回
路11の具体的的回路構成図である。制御回路1
1はリツチ・リーン検出センサ58に一定の設定
電流oを供給する回路11Aと、センサ58か
らの信号(起電力)をスライスレベルで変化する
オン・オフ信号に処理して信号VL,VRを出力す
る回路11Bとから構成してある。回路11A
は、DAコンバータより出力されるコンピユータ
10(第1図参照)からの電流の設定信号のア
ナログ値11aを入力し、これと抵抗器60で発
生する電流oに比例した電圧とを比較器61に
入力し、比較器61の出力でトランジスタ62を
動作させ、それによりトランジスタ63で電流を
制御するようにしてある。回路11Bは、リツ
チ・リーン検出センサ58からの出力信号である
起電力をコンパレータ64で0,1の信号11b
(VL,VR)に変換する。リレー回路55は、コン
ピユータ10よりの制御信号55aによりリツチ
制御、リーン制御に応じてセンサ58に流す電流
の方向を正または逆に切り換える。
FIG. 16 is a specific circuit diagram of the relay circuit 55 and control circuit 11 shown in FIG. 13. Control circuit 1
1 is a circuit 11A that supplies a constant set current o to the rich/lean detection sensor 58, and processes the signal (electromotive force) from the sensor 58 into on/off signals that change at the slice level to generate signals V L and V R It consists of a circuit 11B that outputs. Circuit 11A
inputs the analog value 11a of the current setting signal from the computer 10 (see Figure 1) output from the DA converter, and inputs this and the voltage proportional to the current o generated by the resistor 60 to the comparator 61. The transistor 62 is operated by the output of the comparator 61, and the current is controlled by the transistor 63. The circuit 11B converts the electromotive force, which is the output signal from the rich/lean detection sensor 58, into a signal 11b of 0 and 1 using a comparator 64.
(V L , V R ). The relay circuit 55 switches the direction of the current flowing through the sensor 58 between positive and negative directions according to rich control and lean control using a control signal 55a from the computer 10.

第17図は第13図の反転回路56の一実施例
を示す回路図である。λ=1.0における起電力を
検出するO2センサ59よりの信号をコンパレー
タ65に入力してスライスレベルVsと比較して、
オン、オフ信号であるO2信号56aを出力し、
さらに、この信号はトランジスタ66により反転
され、トランジスタ66より2信号56bをも
出力する。
FIG. 17 is a circuit diagram showing an embodiment of the inversion circuit 56 of FIG. 13. The signal from the O 2 sensor 59 that detects the electromotive force at λ=1.0 is input to the comparator 65 and compared with the slice level V s ,
Outputs an O2 signal 56a which is an on/off signal,
Further, this signal is inverted by the transistor 66, and the transistor 66 also outputs the 2 signal 56b.

第18図は第1図の加算回路57の一実施例を
示す回路図である。この回路は信号VRと信号
56bとを加算して信号57bを、また、信号
VLとO2信号56aとを加算して信号57bを出
力するもので、第18図に示す回路2組より構成
してある。
FIG. 18 is a circuit diagram showing an embodiment of the adder circuit 57 in FIG. 1. This circuit adds the signal V R and the signal 56b to produce the signal 57b.
It adds V L and O 2 signal 56a and outputs signal 57b, and is composed of two sets of circuits shown in FIG. 18.

ところで、自動車エンジンにおいては、回転数
と負荷によりλを第19図に示すように制御す
る。第19図に示すマツプはコンピユータ10内
に格納されており、これをもとに設定電流信号1
1aを回路11Aに出力する。
By the way, in an automobile engine, λ is controlled as shown in FIG. 19 according to the rotational speed and load. The map shown in FIG. 19 is stored in the computer 10, and the set current signal 1 is set based on this map.
1a is output to circuit 11A.

第20図はλ制御処理のフローチヤートであ
る。初めに回転数や負荷信号等の動作パラメータ
を読み込み、第19図に示したマツプからλを決
定する。次に、燃料量G1を計算し、噴射弁3
(第1図参照)の開弁時間uを計算する。次に、
設定電流を求める。制御しようとするλがλ>
1のリーン領域であれば、(VL+O2)信号57a
がオンかオフかを調べ、オンならば、補正量wを
減らして、(w−Δw)をuに加える。また、オ
フならばwを増やして(w+Δw)をuに加え
る。一方、λ<1のリツチ領域であれば、これと
逆で、(VR2)信号57bがオンかオフかを
調べ、オンならばwを増やし、オフならばwを減
らしてuに加える。
FIG. 20 is a flowchart of the λ control process. First, operating parameters such as rotation speed and load signal are read, and λ is determined from the map shown in FIG. Next, calculate the fuel amount G 1 and injector 3
Calculate the valve opening time u (see Figure 1). next,
Find the set current. λ to be controlled is λ>
1, the (V L +O 2 ) signal 57a
Check whether is on or off, and if it is on, reduce the correction amount w and add (w - Δw) to u. If it is off, w is increased and (w+Δw) is added to u. On the other hand, if it is a rich region with λ<1, the opposite is true: it is checked whether the (V R + 2 ) signal 57b is on or off, and if it is on, w is increased, and if it is off, w is decreased and added to u. .

次に、第21図、第22図を用いて排気遅れに
よるむだ時間を補正する方法について説明する。
ここでいうむだ時間とは、第21図に併記してあ
る噴射弁3が動作してからリツチ・リーン検出セ
ンサ58が応答するまでの時間t1である。これは
混合気が燃焼室13に入り、燃焼された排気ガス
が排気管14を通り、空燃比センサ7に到達する
までの時間を意味する。第21図aは回転数とむ
だ時間t1との関係を示した線図で、回転数が増加
するとむだ時間t1が減少する。第12図bは負荷
とt1との関係を示した線図で、負荷が増加するに
したがつてt1が減少する。つまり、t1は回転数と
負荷により2次元的に変化する。
Next, a method for correcting dead time due to exhaust delay will be explained using FIGS. 21 and 22.
The dead time referred to here is the time t1 shown in FIG. 21 from when the injection valve 3 operates until the rich lean detection sensor 58 responds. This means the time it takes for the air-fuel mixture to enter the combustion chamber 13 and for the combusted exhaust gas to pass through the exhaust pipe 14 and reach the air-fuel ratio sensor 7. FIG. 21a is a diagram showing the relationship between the rotational speed and the dead time t 1 , and as the rotational speed increases, the dead time t 1 decreases. FIG. 12b is a diagram showing the relationship between load and t 1 , in which t 1 decreases as the load increases. In other words, t 1 changes two-dimensionally depending on the rotation speed and load.

次に、第22図により、むだ時間t1が制御に与
える影響と補正法について説明する。もし、λを
コンピユータ10の指示により変化させようとし
たときに、第22図aに示すような噴射弁3の動
作による燃料の減量と、同図bに示すような設定
電流(1)1の変化を同時に行つたとすると、リー
ン領域の場合は、電流が増加したことにより拡
散室40より酸素をくみ出す能力が大きくなり、
排気中の酸素濃度の変化がないのに拡散室40内
の酸素分圧が下がり、拡散室40内がストイキオ
の状態より酸素希薄の状態になり、排ガスがセン
サ7に到達するまでの時間taの間、第22図cに
示すようにセンサ7から高い起電力が発生し、制
御不能の時間帯を生ずる。しかし、排気がセンサ
7に到達してからを変化させるようにすれば、
このようなことは生じない。同図dに示してある
ように、設定電流(2)2のような排気遅れによる
むだ時間taだけ遅れて2を変化させれば、上記
の問題は解決する。燃料を増量する場合も同様
で、むだ時間tbだけ遅れて2を変化させるよう
にして問題が起きないようにする。なお、このむ
だ時間は第21図に示すように回転数、負荷によ
つて変わるから、第21図に応じて補正を加え
る。また、むだ時間t1をセンサ出力とクロツクカ
ウンタにより測定して修正するようにしてもよい
ことはいうまでもない。以上により設定空燃比の
変化にともなう制御不能時間の問題の解決をはか
ることができる。
Next, with reference to FIG. 22, the influence of dead time t1 on control and the correction method will be explained. If you try to change λ according to the instructions from the computer 10, what happens if the amount of fuel decreases due to the operation of the injection valve 3 as shown in Figure 22a, and the set current (1) 1 as shown in Figure 22b. Assuming that the changes are made simultaneously, in the lean region, the ability to pump oxygen from the diffusion chamber 40 increases due to the increase in current,
The oxygen partial pressure in the diffusion chamber 40 decreases even though there is no change in the oxygen concentration in the exhaust gas, the interior of the diffusion chamber 40 becomes more oxygen diluted than the stoichiometric state, and the time t a until the exhaust gas reaches the sensor 7 is During this period, as shown in FIG. 22c, a high electromotive force is generated from the sensor 7, resulting in an uncontrollable time period. However, if you change the temperature after the exhaust gas reaches sensor 7,
This will not happen. As shown in Figure d, the above problem can be solved by changing the set current (2) 2 with a delay of the dead time ta due to the exhaust delay, such as 2 . The same is true when increasing the amount of fuel; change 2 with a delay of the dead time t b to avoid problems. Note that this dead time varies depending on the rotation speed and load as shown in FIG. 21, so correction is made according to FIG. 21. Furthermore, it goes without saying that the dead time t1 may be measured and corrected using the sensor output and the clock counter. With the above, it is possible to solve the problem of uncontrollable time due to changes in the set air-fuel ratio.

また、センサ温度が変化すると、出力が変化す
る。そこで、次にセンサ温度を制御する方法につ
いて説明する。第23図aはリツチ・リーン検出
センサ58の電圧と電流の関係を温度をパラメー
タとして示した線図で、曲線k〜mはそれぞれセ
ンサ温度T1,T2,T3(ただしT1>T2>T3)の場
合の関係である。センサ温度が変化すると、固体
電解質37の比抵抗が減少するため、酸素が流れ
やすくなる。このため、第23図aに示すよう
に、センサ温度が高い方が、低い電圧で限界電流
1が流れるようになる。制御信号は、温度T3
場合にはVP(T3)をピーク値としてΔVT3の間で変化
する。この様子を第23図bに示してある。第2
3図bからわかるように、センサ温度T1,T2
T3により制御信号のピーク値VP(T1),VP(T2)
VP(T3)が変化する。つまり、このVPを読んでいれ
ば適切な温度かどうかがわかる。例えば、T2
最適温度だとすると、T1は高すぎてVPが下がり、
T3は低すぎてVPが上つてしまう。このVPは電流
によつても変化するので、VPは設定電流に
よりマツピングするようにしなければならない。
なお、このときのスライスレベルは、(VP
VB)/2〔VBは第23図b参照)により決定する
ようにすれば、VPの変化に対応できる。
Additionally, when the sensor temperature changes, the output changes. Next, a method for controlling the sensor temperature will be explained. FIG. 23a is a diagram showing the relationship between voltage and current of the rich/lean detection sensor 58 using temperature as a parameter. Curves k to m are sensor temperatures T 1 , T 2 , T 3 (however, T 1 > T 2 > T 3 ). When the sensor temperature changes, the specific resistance of the solid electrolyte 37 decreases, making it easier for oxygen to flow. Therefore, as shown in Figure 23a, the higher the sensor temperature, the lower the voltage and the lower the limit current.
1 will start flowing. In the case of temperature T 3 , the control signal changes between ΔV T3 with a peak value of V P (T3) . This situation is shown in FIG. 23b. Second
As can be seen from Figure 3b, the sensor temperatures T 1 , T 2 ,
Due to T 3 , the peak value of the control signal V P(T1) , V P(T2) ,
V P(T3) changes. In other words, by reading this V P , you can tell whether the temperature is appropriate. For example, if T 2 is the optimal temperature, T 1 is too high and V P decreases,
T 3 is too low and V P will rise. Since this V P changes depending on the current, V P must be mapped according to the set current.
Note that the slice level at this time is (V P +
V B )/2 (V B is shown in FIG. 23b), it is possible to cope with changes in V P.

第24図は第13図のヒータの制御回路12の
一実施例を示す回路図である。前述の実測した
VPと最適VPとをコンパレータ67で比較し、そ
の偏差量に応じたオン−オフのデユーテイ信号を
トランジスタ68に供給し、このトランジスタ6
8の出力Hによりヒータ電源回路をオン、オフ
させるリレースイツチ69を制御する構成として
ある。
FIG. 24 is a circuit diagram showing an embodiment of the heater control circuit 12 of FIG. 13. The above-mentioned measurement
The comparator 67 compares V P and the optimum V P and supplies an on-off duty signal according to the amount of deviation to the transistor 68.
8 controls a relay switch 69 that turns on and off the heater power supply circuit.

次に、始動暖機時に上記した本発明に係る空燃
比センサを用いた場合の利点について説明する。
第25図aは始動直後の時間と混合気濃度との関
係を水温をパラメータとして示した線図で、n,
o曲線はそれぞれ水温がT1,T2の場合の関係を
示す。始動直後は混合気濃度をこくして、時間が
経過するにつれて、つまり、水温が高くなるにつ
れて薄くして行く。すなわち、暖機運転状態では
冷却水温により適切なA/Fが与えられれば、むだ
なく運転ができる。ところで、本発明に係る空燃
比センサ7は、リツチ領域でも作動可能であるか
ら、始動直後の濃混合気制御を可能とする。第2
5図bに示す水温とA/Fとの関係をコンピユータ
10内に記録させておけば、暖機時にはこの関数
により運転することができる。第25図cは、こ
のときの制御ブロツク図である。水温センサ6の
信号をコンピユータ10に入力させ、第25図b
の関係を示す関数よりA/Fを決定し、エンジン系
70に出力される。空燃比センサ7は、実空燃比
を検出して、この出力とコンピユータ10からの
A/Fを示す出力とを比較して閉ループ制御するこ
とにより、暖機時のA/Fを最適制御することがで
きる。
Next, the advantages of using the above-described air-fuel ratio sensor according to the present invention during startup and warm-up will be explained.
Figure 25a is a diagram showing the relationship between time immediately after startup and mixture concentration using water temperature as a parameter; n,
The o curves show the relationships when the water temperatures are T 1 and T 2 , respectively. Immediately after starting, the mixture concentration is increased, and becomes thinner as time passes, that is, as the water temperature increases. In other words, during warm-up operation, if an appropriate A/F is applied depending on the cooling water temperature, the engine can be operated without waste. By the way, since the air-fuel ratio sensor 7 according to the present invention can operate even in a rich region, it enables rich mixture control immediately after starting. Second
If the relationship between water temperature and A/F shown in FIG. 5b is recorded in the computer 10, the system can be operated according to this function during warm-up. FIG. 25c is a control block diagram at this time. The signal of the water temperature sensor 6 is inputted to the computer 10, and FIG.
The A/F is determined from a function showing the relationship between the two, and is output to the engine system 70. The air-fuel ratio sensor 7 detects the actual air-fuel ratio, compares this output with the output indicating the A/F from the computer 10, and performs closed-loop control to optimally control the A/F during warm-up. Can be done.

また、空燃比の変化により点火時期の制御も行
わなければならないが、それにも役立たせること
ができる。第26図はA/Fと点火時期との関係を
回転数をパラメータとして示した線図である。
A/Fが大きい方では、火炎伝搬遅れが大きいた
め、点火時期を進めなければならない。このほ
か、点火時期は負荷もパラメータとするので、
A/F、回転数、負荷の3次元マツプにより点火時
期を制御しなければならないが、そのうちA/Fに
よる制御を容易に実現させることができる。
It is also necessary to control the ignition timing due to changes in the air-fuel ratio, and this can also be useful. FIG. 26 is a diagram showing the relationship between A/F and ignition timing using rotation speed as a parameter.
If the A/F is large, the flame propagation delay is large, so the ignition timing must be advanced. In addition, the load is also a parameter for ignition timing, so
Ignition timing must be controlled using a three-dimensional map of A/F, rotation speed, and load, but control using A/F can be easily realized.

第27図は本発明の他の実施例を示す断面図で
あり、第10図と同一部分は同じ符号で示し、説
明を省略する。第27図においては、第10図の
拡散室40に相当する拡散室Bのほかに、電極4
1bも包含した拡散室Aが設けてある。拡散室
A,Bの酸素分圧PA,PBは、 PA=PM+βA−βB …(3) PB=PA−βB …(4) ここに、β ;定数 A;電極41a,41b間を流れる
電流 B;電極38a,38b間を流れる
電流 PM;排気中の酸素分圧 となる。(3)、(4)式から PB=PM+βA−2βB …(5) が成立する。したがつて、PB=0となるBは、 B=PM+βA/2β …(6) となり、PM=0、すなわち、空気過剰率λ=1
でも、A>0の場合は、第28図に示すように、
B=0とならない。λ<1のリツチ領域では、 CO2CO+1/2O2 …(7) の反応が進行し、拡散室Aでこの反応が平衡すれ
ば、拡散室A内の酸素は一酸化炭素の酸化に消費
される。排ガス中の一酸化炭素が多いほど拡散に
よつて拡散室A内に入る一酸化炭素量が増大する
ので、拡散室A内の酸素量が減少する。すなわ
ち、第28図のc点で酸素が零となり、λに対応
した信号を得ることができる。
FIG. 27 is a sectional view showing another embodiment of the present invention, and the same parts as in FIG. 10 are designated by the same reference numerals, and their explanation will be omitted. In FIG. 27, in addition to a diffusion chamber B corresponding to the diffusion chamber 40 in FIG.
A diffusion chamber A is provided which also includes 1b. The oxygen partial pressures P A and P B in the diffusion chambers A and B are: P A = P M + β A − β B … (3) P B = P A − β B … (4) Where, β ; constant A ; Current B flowing between electrodes 41a and 41b; Current P M flowing between electrodes 38a and 38b; Oxygen partial pressure in exhaust gas. From equations (3) and (4), P B = P M + β A −2β B …(5) holds true. Therefore, B for which P B =0 is B = P MA /2β …(6), and P M =0, that is, excess air ratio λ = 1
However, if A > 0, as shown in Figure 28,
B does not become 0. In the rich region where λ<1, the reaction CO 2 CO + 1/2O 2 ...(7) progresses, and if this reaction is balanced in the diffusion chamber A, the oxygen in the diffusion chamber A will be consumed by the oxidation of carbon monoxide. Ru. As the amount of carbon monoxide in the exhaust gas increases, the amount of carbon monoxide that enters the diffusion chamber A through diffusion increases, so the amount of oxygen in the diffusion chamber A decreases. That is, oxygen becomes zero at point c in FIG. 28, and a signal corresponding to λ can be obtained.

また、第27図に示す構成において、Bを一
定としてPBが零になるようにAを制御するよう
にしてもよい。この場合は、(5)式から、 A=2βB−PM/β …(8) が得られ、PMが増大するとAは減少する。
Furthermore, in the configuration shown in FIG. 27, A may be controlled so that B is constant and P B becomes zero. In this case, A = 2β B − P M /β (8) is obtained from equation (5), and as P M increases, A decreases.

第29図は本発明のさらに他の実施例を示す第
10図に相当する基本構成図であり、同一作用部
分は同じ符号で示してある。第29図において
は、第10図の拡散室40を電極38aと41a
を含む拡散室40aとして、拡散室40a内の酸
素分圧を正確に制御してA/Fに比例した出力を得
るようにしてある。80は第1センサ、81は第
2センサを示す。第30図は第2センサ81の出
力特性線図である。拡散室40aの酸素を10-12
気圧に維持するためには、拡散室40a内に酸素
を供給する必要がある。一酸化炭素の存在下の平
衡酸素濃度は、一酸化炭素によつて左右されるの
で、一酸化炭素を零近くになるまで酸素を供給す
ればよい。オリフイス39を通つて拡散室40a
内に入る一酸化炭素は、拡散抵抗の影響を受ける
ので、供給電流iは、 i=β/2Pcp …(9) ここに、Pcp;一酸化炭素の分圧 でバランスする。酸素を零近くにする場合の電流
Oは、 O=βPp2 …(10) ここに、Pp2;酸素の分圧 となる。一酸化炭素を酸化するための酸素量は、
第31図に示すように、一酸化炭素量の1/2であ
るので、iはIOの1/2である。したがつて、第3
2図に示すように、i,IOは空燃比(A/F)に比例
する。
FIG. 29 is a basic configuration diagram corresponding to FIG. 10 showing still another embodiment of the present invention, and the same operating parts are indicated by the same reference numerals. In FIG. 29, the diffusion chamber 40 of FIG. 10 is replaced with electrodes 38a and 41a.
The oxygen partial pressure within the diffusion chamber 40a is accurately controlled to obtain an output proportional to the A/F. 80 indicates a first sensor, and 81 indicates a second sensor. FIG. 30 is an output characteristic diagram of the second sensor 81. Oxygen in the diffusion chamber 40a is 10 -12
In order to maintain the atmospheric pressure, it is necessary to supply oxygen into the diffusion chamber 40a. Since the equilibrium oxygen concentration in the presence of carbon monoxide depends on carbon monoxide, oxygen may be supplied until carbon monoxide becomes close to zero. Diffusion chamber 40a through orifice 39
Since the carbon monoxide that enters inside is affected by the diffusion resistance, the supply current i is: i = β/2P cp (9) where, P cp ; is balanced by the partial pressure of carbon monoxide. Current when oxygen is near zero
O is O = βP p2 (10) where P p2 is the partial pressure of oxygen. The amount of oxygen to oxidize carbon monoxide is
As shown in FIG. 31, since it is 1/2 of the amount of carbon monoxide, i is 1/2 of IO . Therefore, the third
As shown in Figure 2, i and IO are proportional to the air-fuel ratio (A/F).

このように、λ<1の場合は、拡散室40a内
に酸素を供給し、λ>1の場合は、拡散室40a
内から酸素をすい出し、拡散室40a内の酸素が
10-12気圧になるように電流を制御することによ
つて、λを検出することができる。なお、拡散室
40a内の酸素分圧が10-12気圧になつているか
どうかの判断は、第2センサ81によつて行う。
つまり、第2センサ81は、レフアレンスを排気
としているため、第30図に示したように、拡散
室40a内の酸素分圧が10-12気圧になると、起
電力が急激に低下するので、これを検知して拡散
室40a内の酸素分圧を常に10-12気圧に保つよ
うにする。
In this way, when λ<1, oxygen is supplied into the diffusion chamber 40a, and when λ>1, oxygen is supplied into the diffusion chamber 40a.
The oxygen inside the diffusion chamber 40a is
By controlling the current to 10 -12 atmospheres, λ can be detected. Note that the second sensor 81 determines whether the oxygen partial pressure in the diffusion chamber 40a has reached 10 -12 atmospheres.
In other words, since the second sensor 81 uses the reference as exhaust gas, as shown in FIG . is detected and the oxygen partial pressure in the diffusion chamber 40a is always maintained at 10 -12 atmospheres.

第33図は本発明の他の実施例を示す第10図
に相当する基本構成図で、第33図は第29図の
変形例である。同一作用部分は同じ符号で示して
あり、第33図においては、固体電解質37にさ
らに大気中に置く電極42を設け、電極41aと
42とで第3センサ82を形成し、電極41aと
42間に発生する起電力変化を測定するようにし
てある。第34図は第3センサ82の出力を示
す。A点(酸素分圧10-12気圧)を検出して、拡
散室40a内が常に10-12気圧になるように電流
を制御し、酸素を拡散室40a内に送つたり、
くみ出したりすれば、第35図に示す出力が得ら
れる。
FIG. 33 is a basic configuration diagram corresponding to FIG. 10 showing another embodiment of the present invention, and FIG. 33 is a modification of FIG. 29. Identical operating parts are indicated by the same reference numerals, and in FIG. 33, the solid electrolyte 37 is further provided with an electrode 42 placed in the atmosphere, the electrodes 41a and 42 form a third sensor 82, and the gap between the electrodes 41a and 42 is It is designed to measure the change in electromotive force that occurs. FIG. 34 shows the output of the third sensor 82. Detecting point A (oxygen partial pressure 10 -12 atm), controlling the current so that the inside of the diffusion chamber 40a is always at 10 -12 atm, and sending oxygen into the diffusion chamber 40a,
If the output is extracted, the output shown in FIG. 35 will be obtained.

第36図、第37図はそれぞれ本発明の他の実
施例を示す第13図、第20図に相当する構成
図、フローチヤートである。なお、第36図にお
いて、第13図と同一部分は同じ符号で示し、こ
こでは説明を省略する。第36図においては、リ
ツチ・リーン検出センサ58とO2センサ59と
の信号は加算せずに独自に処理して制御信号とし
て用いるようにしてある。すなわち、リツチ・リ
ーン検出センサ58の出力のリレー回路55、制
御回路11を経て得られた信号11b(VL,VR
とO2センサ59の出力の処理回路90を経て得
られた信号90a,Eを用いるようにしてある。
FIGS. 36 and 37 are a block diagram and a flowchart corresponding to FIGS. 13 and 20, respectively, showing other embodiments of the present invention. Note that in FIG. 36, the same parts as in FIG. 13 are indicated by the same reference numerals, and their explanation will be omitted here. In FIG. 36, the signals from the rich/lean detection sensor 58 and the O 2 sensor 59 are not added, but are processed independently and used as control signals. That is, the signal 11b (V L , V R ) obtained from the output of the rich/lean detection sensor 58 via the relay circuit 55 and the control circuit 11
and signals 90a and E obtained through a processing circuit 90 of the output of the O 2 sensor 59 are used.

なお、第36図にE,VL,VRのλに応じた変
化状態を併記してある。。
Note that FIG. 36 also shows the states of change of E, V L , and VR according to λ. .

第37図はリーン領域の場合の処理のフローチ
ヤートである。ステツプ106のの計算までは
第20図と同様である。制御したいλがλ>1の
リーン領域の場合は、センサ59の出力Eを見
て、E>E0(ステツプ116)、つまりリツチ領
域の場合は、補正量wをw−Δwと減らして(ス
テツプ118)、uに加える(ステツプ114)。
また、E<E0、つまりリーン領域の場合は、VL
とVO比較して(ステツプ120)、VL>VOのと
きは、wをw−Δwと減らして(ステツプ12
2)、uに加える(ステツプ126)。また、VL
<VOの場合は、wをw+Δwとふやして(ステツ
プ124)、uに加える(ステツプ126)。ま
た、ステツプ108で、制御したいλがλ<1の
場合は、リツチ制御に移行する。
FIG. 37 is a flowchart of processing in the lean region. The calculation up to step 106 is the same as that shown in FIG. If the λ to be controlled is in the lean region where λ>1, look at the output E of the sensor 59, and if E>E 0 (step 116), that is, in the rich region, reduce the correction amount w to w - Δw ( step 118), and add it to u (step 114).
In addition, when E<E 0 , that is, in the lean region, V L
and V O (step 120), and when V L > V O , reduce w to w - Δw (step 12).
2), add to u (step 126). Also, V L
If <V O , w is increased to w+Δw (step 124) and added to u (step 126). Furthermore, in step 108, if λ to be controlled is λ<1, the process shifts to rich control.

第38図はリツチ領域の場合の処理のフローチ
ヤートである。ステツプ106のの計算までは
上記と同様であり、λ<1で、E<E0(ステツプ
208,216)、つまり、リーン領域の場合は、
wをw+Δwに増量して(ステツプ218)、u
に加える(ステツプ214)。E>E0、つまり、
リツチ領域の場合は、VRとVOとを比較する(ス
テツプ220)、ここで、VR<VOの場合は、wを
w−Δwと減らして(ステツプ222)、uに加
える(ステツプ226)。また、VR>VOの場合
は、wをw+Δwとふやして(ステツプ224)、
uに加えて出力する(ステツプ226)。以上の
ようにすることにより、処理回路を減らすことが
できる。
FIG. 38 is a flowchart of processing in the case of a rich area. The calculation up to step 106 is the same as above, and if λ<1 and E<E 0 (steps 208, 216), that is, in the lean region,
Increase w to w+Δw (step 218), and u
(Step 214). E>E 0 , that is,
In the case of a rich region, V R and V O are compared (step 220), and if V R <V O , then w is reduced to w - Δw (step 222) and added to u (step 220). 226). Furthermore, if V R >V O , w is increased to w + Δw (step 224),
It is output in addition to u (step 226). By doing the above, the number of processing circuits can be reduced.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、空気過
剰率λがλ>1のリーン領域でも、λ<1のリツ
チ領域でも空燃比を検出することができ、すべて
の空燃比制御を可能とし、また、希薄燃焼制御を
可能として燃費の大幅な低域を達成させることが
でき、また、パワーゾーンでの閉ループ制御に用
いてパワーの増大や燃費低減をはかるのに有用で
あり、さらに、始動直後の暖機運転においても適
切な空燃比制御をはかるのに用いて燃費低減をは
かるのに有用であるという効果がある。
As explained above, according to the present invention, the air-fuel ratio can be detected in both the lean region where the excess air ratio λ is λ>1 and the rich region where λ<1, and all air-fuel ratio control is possible. In addition, it is possible to perform lean burn control and achieve significantly lower fuel efficiency.It is also useful for increasing power and reducing fuel consumption by using closed-loop control in the power zone. This has the effect that it is useful for reducing fuel consumption by controlling the air-fuel ratio appropriately during warm-up operation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る空燃比センサを備えた自
動車エンジンの制御システムの一実施例を示す構
成図、第2図は第1図のマイクロコンピユータの
詳細構成図、第3図は第1図の空燃比センサの原
理説明図、第4図、第5図は第1図の空燃比セン
サの原理説明線図、第6図、第7図はそれぞれリ
ーン領域とリツチ領域における空燃比と出力電圧
との関係線図、第8図、第9図はそれぞれリーン
領域とリツチ領域における限界電流特性線図、第
10図は本発明の空燃比センサの一実施例を示す
基本構成図、第11図は本発明の空燃比センサの
一実施例を示す縦断面図、第12図は第11図の
センサ部の一実施例を示す詳細構造説明図、第1
3図は本発明の空燃比センサの制御回路と信号処
理回路を含めた全体構成の一実施例を示す構成
図、第14図、第15図はそれぞれリーン領域と
リツチ領域での信号処理説明線図、第16図、第
17図、第18図はそれぞれ第13図のリレー回
路と制御回路、反転回路、加算回路の一実施例を
示す回路図、第19図は自動車エンジンにおける
λのマツプ、第20図はλ制御処理のフローチヤ
ート、第21図は排気おくれによるむだ時間の説
明線図、第22図はむだ時間が制御に与える影響
と補正法との説明線図、第23図はリツチ・リー
ン検出センサの電圧と電流との関係を示す線図、
第24図は第13図のヒータの制御回路の一実施
例を示す回路図、第25図は始動直後の時間と混
合気濃度との関係を示す線図、第26図はA/Fと
点火時期との関係を示す線図、第27図は本発明
の他の実施例を示す断面図、第28図は第27図
の場合のλとBとの関係線図、第29図、第3
3図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す第10
図に相当する基本構成図、第30図は第29図の
第2センサの出力特性線図、第31図は空燃比と
CO,O2%との関係線図、第32図は第29図に
おけるA/Fととの関係線図、第34図、第35
図はそれぞれ第33図における第30図に相当す
る線図、λととの関係線図、第36図、第37
図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す第13
図、第20図に相当する構成図、フローチヤー
ト、第38図はリツチ領域の場合の第37図に相
当するフローチヤートである。 7…空燃比センサ、11…空燃比センサの制御
回路、12…ヒータ制御回路、10…マイクロコ
ンピユータ、37…固体電解質、38a,38
b,41a,41b,42…電極、39…オリフ
イス、40,40a…拡散室、42…ヒータ、4
3…センサ部、44…ホルダー、45…キヤツ
プ、46…大気室、47…ストツパ、48…ホル
ダー、49…カバー、50…通気孔、51…排気
室、52…カバー、53…穴、54…セラミツク
コーテイング、55…リレー回路、56…反転回
路、57…加算回路、58,80…リツチ・リー
ン検出センサ、59,81,82…O2センサ、
90…処理回路。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a control system for an automobile engine equipped with an air-fuel ratio sensor according to the present invention, FIG. 2 is a detailed block diagram of the microcomputer shown in FIG. 1, and FIG. Figures 4 and 5 are diagrams explaining the principle of the air-fuel ratio sensor in Figure 1. Figures 6 and 7 are diagrams showing the air-fuel ratio and output voltage in the lean region and rich region, respectively. FIGS. 8 and 9 are limiting current characteristic diagrams in the lean region and rich region, respectively. FIG. 10 is a basic configuration diagram showing an embodiment of the air-fuel ratio sensor of the present invention, and FIG. 11 12 is a longitudinal cross-sectional view showing one embodiment of the air-fuel ratio sensor of the present invention, FIG. 12 is a detailed structural explanatory diagram showing one embodiment of the sensor section in FIG.
Figure 3 is a configuration diagram showing an example of the overall configuration including the control circuit and signal processing circuit of the air-fuel ratio sensor of the present invention, and Figures 14 and 15 are lines explaining signal processing in the lean region and rich region, respectively. 16, 17, and 18 are circuit diagrams showing an embodiment of the relay circuit, control circuit, inverting circuit, and addition circuit of FIG. 13, respectively, and FIG. 19 is a map of λ in an automobile engine. Fig. 20 is a flowchart of λ control processing, Fig. 21 is an explanatory diagram of dead time due to exhaust lag, Fig. 22 is an explanatory diagram of the influence of dead time on control and correction method, and Fig. 23 is an explanatory diagram of the dead time due to exhaust delay.・A diagram showing the relationship between the voltage and current of the lean detection sensor,
Figure 24 is a circuit diagram showing an example of the heater control circuit in Figure 13, Figure 25 is a diagram showing the relationship between time immediately after startup and mixture concentration, and Figure 26 is A/F and ignition. FIG. 27 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention; FIG. 28 is a diagram showing the relationship between λ and B in the case of FIG. 27; FIG.
Figure 3 is a tenth diagram showing other embodiments of the present invention.
Figure 30 is the output characteristic diagram of the second sensor in Figure 29, and Figure 31 is the air-fuel ratio diagram.
The relationship diagram with CO, O 2 %, Figure 32 is the relationship diagram with A/F in Figure 29, Figures 34, 35
The diagrams are a diagram corresponding to Figure 30 in Figure 33, a relationship diagram with λ, Figures 36 and 37.
The figures are thirteenth, each showing another embodiment of the invention.
20 is a block diagram and a flowchart corresponding to FIG. 20, and FIG. 38 is a flowchart corresponding to FIG. 37 in the case of a rich region. 7... Air-fuel ratio sensor, 11... Air-fuel ratio sensor control circuit, 12... Heater control circuit, 10... Microcomputer, 37... Solid electrolyte, 38a, 38
b, 41a, 41b, 42... Electrode, 39... Orifice, 40, 40a... Diffusion chamber, 42... Heater, 4
3...Sensor part, 44...Holder, 45...Cap, 46...Atmospheric chamber, 47...Stopper, 48...Holder, 49...Cover, 50...Vent hole, 51...Exhaust chamber, 52...Cover, 53...Hole, 54... Ceramic coating, 55... Relay circuit, 56... Inversion circuit, 57... Addition circuit, 58, 80... Rich/Lean detection sensor, 59, 81, 82... O 2 sensor,
90...processing circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 酸素イオン伝導性を有する固体電解質に第
1、第2の電極対を設け、 前記第1の電極対は、排気中にあつてその片方
の電極側に排気に接触する拡散抵抗体が設けら
れ、少なくとも、該第1の電極対と、その両電極
間に流す所定の電流の向きを空燃比のリーン領
域検出とリツチ領域検出とで反対にする手段と、
前記電極を流した際に第1の電極対に生じる起
電力を出力させる手段とでリツチ・リーン検出セ
ンサ部を構成し、 一方、前記第2の電極対は、その一方の電極が
基準ガス雰囲気(大気を含む)に、他方の電極が
排気に触れ、少なくとも、該第2の電極対と、そ
の電極間に生じる起電力を出力させる手段とで
O2センサ部を構成し、 リーン領域の空燃比検出の場合には、前記リツ
チ・リーン検出センサ部の出力と前記O2センサ
部の出力との組合せで、リツチ領域の空燃比検出
の場合は、前記リツチ・リーン検出センサ部の出
力と前記O2センサ部の反転出力との組合せでそ
の空燃比を検出する信号処理系を備えたことを特
徴とする空燃比センサ。 2 前記固体電解質は表面に加熱用のヒータが印
刷してあり、該ヒータは実測した温度と最適温度
との偏差が零となるように通電電流をオン・オフ
制御されている特許請求の範囲第1項記載の空燃
比センサ。 3 前記拡散抵抗体は排気導入用のオリフイスを
有する拡散室により構成してある特許請求の範囲
第1項または第2項記載の空燃比センサ。 4 前記第1の電極対に流す所定電流は、電流
制御手段によりその電流値を可変とし、この電流
制御手段は、前記第1の電極対の両電極間に流す
電流値がコンピユータから出力される制御すべき
空気過剰率に応じた電流の設定値に一致するよう
に制御する構成としてある特許請求の範囲第1項
または第2項または3項記載の空燃比センサ。 5 前記信号処理系は、前記リツチ・リーン検出
センサ部からの出力起電力を0、1の信号に変換
する変換回路と、前記O2センサ部からの出力起
電力を所定のスライスレベルと比較して0、1の
信号に変換しつつ、リーン領域の空燃比検出の場
合は、その信号をそのまま出力し、リツチ領域の
空燃比検出の場合は、前記O2センサ部の出力信
号0、1を反転して出力する反転回路と、前記変
換回路の出力と前記反転回路の出力とを加算する
加算回路とより構成してある特許請求の範囲第1
項または第2項または第3項または第4項記載の
空燃比センサ。
[Scope of Claims] 1. A solid electrolyte having oxygen ion conductivity is provided with a first and second electrode pair, and the first electrode pair is in exhaust gas and has one electrode side in contact with the exhaust gas. A diffusion resistor is provided, and at least the first electrode pair and a means for reversing the direction of a predetermined current flowing between the two electrodes when detecting a lean region and detecting a rich region of the air-fuel ratio;
means for outputting an electromotive force generated in the first electrode pair when the electrodes are passed through the electrode, and a rich lean detection sensor section is configured; (including the atmosphere), the other electrode is in contact with exhaust gas, and at least the second electrode pair and a means for outputting an electromotive force generated between the electrodes.
It constitutes an O 2 sensor section, and when detecting an air-fuel ratio in a lean region, the output of the rich/lean detection sensor section and the output of the O 2 sensor section are combined, and when detecting an air-fuel ratio in a rich region, An air-fuel ratio sensor comprising: a signal processing system that detects an air-fuel ratio based on a combination of the output of the rich/lean detection sensor section and the inverted output of the O 2 sensor section. 2. The solid electrolyte has a heating heater printed on its surface, and the heater is controlled to turn on and off the current applied so that the deviation between the actually measured temperature and the optimum temperature is zero. The air-fuel ratio sensor according to item 1. 3. The air-fuel ratio sensor according to claim 1 or 2, wherein the diffusion resistor is constituted by a diffusion chamber having an orifice for introducing exhaust gas. 4. The predetermined current flowing through the first electrode pair has a current value variable by a current control means, and the current control means outputs a current value flowing between both electrodes of the first electrode pair from a computer. The air-fuel ratio sensor according to claim 1, wherein the air-fuel ratio sensor is configured to control the current to match a set value of the current depending on the excess air ratio to be controlled. 5. The signal processing system includes a conversion circuit that converts the output electromotive force from the rich/lean detection sensor section into a signal of 0 and 1, and compares the output electromotive force from the O 2 sensor section with a predetermined slice level. When detecting the air-fuel ratio in the lean region, the signal is output as is, and when detecting the air-fuel ratio in the rich region, the output signal 0, 1 of the O 2 sensor section is converted into a signal of 0, 1. Claim 1, comprising: an inverting circuit that inverts and outputs the inverted output; and an adding circuit that adds the output of the converting circuit and the output of the inverting circuit.
The air-fuel ratio sensor according to item 1 or 2 or 3 or 4.
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