JPH0690179B2 - 空燃比測定装置 - Google Patents
空燃比測定装置Info
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- JPH0690179B2 JPH0690179B2 JP61165440A JP16544086A JPH0690179B2 JP H0690179 B2 JPH0690179 B2 JP H0690179B2 JP 61165440 A JP61165440 A JP 61165440A JP 16544086 A JP16544086 A JP 16544086A JP H0690179 B2 JPH0690179 B2 JP H0690179B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は例えば内燃機関の排気ガスから混合気の空燃比
を測定する装置に関するものである。
を測定する装置に関するものである。
（従来の技術） 酸化ジルコニアは室温では電気的に絶縁体であるが、高
温（約500℃以上）では伝導体になることが従来から知
られており、また高温下でのジルコニアは、選択的に酸
素のみを透過する特性（以下、「選択的酸素透過特性」
という）を有することも知られている。
温（約500℃以上）では伝導体になることが従来から知
られており、また高温下でのジルコニアは、選択的に酸
素のみを透過する特性（以下、「選択的酸素透過特性」
という）を有することも知られている。
前記選択的酸素透過特性から、ジルコニア板の両主面側
の酸素濃度の相異に応じた起電圧が得られることも公知
である。したがってこの起電圧と該ジルコニア板の一方
主面側の酸素濃度が既知であれば、反対主面側の酸素濃
度を一定の式（ネルンストの式）から算出できるので、
この性質を利用することにより、ジルコニア板を酸素濃
度検出素子として用いることができる。
の酸素濃度の相異に応じた起電圧が得られることも公知
である。したがってこの起電圧と該ジルコニア板の一方
主面側の酸素濃度が既知であれば、反対主面側の酸素濃
度を一定の式（ネルンストの式）から算出できるので、
この性質を利用することにより、ジルコニア板を酸素濃
度検出素子として用いることができる。
また、ジルコニア板はその２つの主面間に該板を貫通す
るように電流を通すと、電流の向きとは反対方向へ酸素
を移動させる働きを有する。すなわち、ジルコニア板は
一方の主面側の酸素を他方の主面側へ汲み出すというポ
ンピング作用を有する。
るように電流を通すと、電流の向きとは反対方向へ酸素
を移動させる働きを有する。すなわち、ジルコニア板は
一方の主面側の酸素を他方の主面側へ汲み出すというポ
ンピング作用を有する。
そこで従来から、このようなジルコニアの酸素濃度検出
作用及びポンピング作用を組み合わせて、理論空燃比よ
りも希薄な混合気の燃焼、あるいは過濃な混合気の燃焼
のいずれに対しても、その燃焼排気ガスから突然比を測
定できるようにした空燃比検出器が開発された（例えば
特開昭59−64755号公報等参照）。
作用及びポンピング作用を組み合わせて、理論空燃比よ
りも希薄な混合気の燃焼、あるいは過濃な混合気の燃焼
のいずれに対しても、その燃焼排気ガスから突然比を測
定できるようにした空燃比検出器が開発された（例えば
特開昭59−64755号公報等参照）。
第５図は、このような空燃比検出器を用いて空燃比を測
定する原理を説明するものである。
定する原理を説明するものである。
同図において、１は空燃比検出器（以下、単に検出器と
いう）である。この検出器１は酸素濃度検出の動作を行
う第１のジルコニア２並びにポンピング動作を行う第２
のジルコニア３と、前記第１および第２のジルコニア2,
3の間に設けられた中空室４と、前記第１及び第２のジ
ルコニア2,3のそれぞれの両主面に、例えば白金等によ
って形成された薄膜状の電極５（5a,5b,5c,5d）とから
なる。
いう）である。この検出器１は酸素濃度検出の動作を行
う第１のジルコニア２並びにポンピング動作を行う第２
のジルコニア３と、前記第１および第２のジルコニア2,
3の間に設けられた中空室４と、前記第１及び第２のジ
ルコニア2,3のそれぞれの両主面に、例えば白金等によ
って形成された薄膜状の電極５（5a,5b,5c,5d）とから
なる。
第２のジルコニア３には小孔６が設けられている。な
お、この小孔６の部分は、該小孔６と等価な特性を有す
る多孔質のコーティング膜としても良い。
お、この小孔６の部分は、該小孔６と等価な特性を有す
る多孔質のコーティング膜としても良い。
また、前記電極５のうち、第１および第２のジルコニア
2,3の内側の電極5b,5cは接地されており、第１のジルコ
ニア２の外側の電極5aは差動増幅器７の（−）入力端子
と、また第２のジルコニア３の外側の電極5dは前記差動
増幅器７の出力端子とそれぞれ接続されている。
2,3の内側の電極5b,5cは接地されており、第１のジルコ
ニア２の外側の電極5aは差動増幅器７の（−）入力端子
と、また第２のジルコニア３の外側の電極5dは前記差動
増幅器７の出力端子とそれぞれ接続されている。
差動増幅器７の（＋）入力端子には基準電圧Erが印加さ
れている。
れている。
例えば内燃機関の排気ガスから、空燃比を検出する場
合、前記第１のジルコニア２の外側主面（電極5a側）を
大気に接しさせ、また第２のジルコニア３の外側主面
（電極5d側）は、濃度拡散により流れて来た排気ガス
（被測定ガス）と接するようにし、中空室４内には小孔
６を通して被測定ガスを流入させる。
合、前記第１のジルコニア２の外側主面（電極5a側）を
大気に接しさせ、また第２のジルコニア３の外側主面
（電極5d側）は、濃度拡散により流れて来た排気ガス
（被測定ガス）と接するようにし、中空室４内には小孔
６を通して被測定ガスを流入させる。
以下、空燃比が大きい希薄燃焼の場合と、空燃比が小さ
い過濃燃焼の場合とに分けて動作を説明する。
い過濃燃焼の場合とに分けて動作を説明する。
（１）希薄燃焼時の動作 希薄燃焼時は、被測定ガス中に比較的多量の残留酸素が
存在する。このような被測定ガスが中空室４内に流入す
ると、該中空室４内の酸素濃度Cvと大気中の酸素濃度Cr
との濃度差は比較的小さくなる。このため、第１のジル
コニア２で生ずる起電圧、すなわち電極5a,5b間（酸素
濃度検出電極間）の電圧Ｅは基準電圧Erよりも小さくな
る。
存在する。このような被測定ガスが中空室４内に流入す
ると、該中空室４内の酸素濃度Cvと大気中の酸素濃度Cr
との濃度差は比較的小さくなる。このため、第１のジル
コニア２で生ずる起電圧、すなわち電極5a,5b間（酸素
濃度検出電極間）の電圧Ｅは基準電圧Erよりも小さくな
る。
したがって、希薄燃焼時は、差動増幅器７の出力は正と
なり、基準電圧Erと前記起電圧Ｅの差に応じた矢印Ａ方
向（正方向）のポンピング電流が電極5dを介して第２の
ジルコニア３に供給される。
なり、基準電圧Erと前記起電圧Ｅの差に応じた矢印Ａ方
向（正方向）のポンピング電流が電極5dを介して第２の
ジルコニア３に供給される。
この結果、中空室４内の酸素は、ジルコニアのポンピン
グ作用により、第２のジルコニア３を貫通してその外方
主面側へ汲み出される。そして、前記正方向のポンピン
グ電流により汲み出される酸素量と、中空室４内に流入
される酸素量とがバランスするようになると、前記ポン
ピング電流はある一定値に安定する。
グ作用により、第２のジルコニア３を貫通してその外方
主面側へ汲み出される。そして、前記正方向のポンピン
グ電流により汲み出される酸素量と、中空室４内に流入
される酸素量とがバランスするようになると、前記ポン
ピング電流はある一定値に安定する。
（２）過濃燃焼時の動作 過濃燃焼時は、被測定ガス中に比較的多量の水素及び一
酸化炭素が存在する。このような被測定ガスが小孔６か
ら中空室４内に流入すると、該中空室４内の酸素と化合
して水及び二酸化炭素となる。この結果、中空室４内の
酸素濃度Cvは大幅に減少し、大気中の酸素濃度Crとの濃
度差が大きくなる。
酸化炭素が存在する。このような被測定ガスが小孔６か
ら中空室４内に流入すると、該中空室４内の酸素と化合
して水及び二酸化炭素となる。この結果、中空室４内の
酸素濃度Cvは大幅に減少し、大気中の酸素濃度Crとの濃
度差が大きくなる。
このために、差動増幅器７の（−）入力端子に印加され
る電圧（第１のジルコニア２で生ずる起電圧）Ｅは基準
電圧Erよりも大きくなる。したがって、過濃燃焼時に
は、差動増幅器７の出力は負となり、基準電圧Erと起電
圧Ｅの差に応じた矢印Ｂ方向（負方向）のポンピング電
流が第２のジルコニア３に供給される。
る電圧（第１のジルコニア２で生ずる起電圧）Ｅは基準
電圧Erよりも大きくなる。したがって、過濃燃焼時に
は、差動増幅器７の出力は負となり、基準電圧Erと起電
圧Ｅの差に応じた矢印Ｂ方向（負方向）のポンピング電
流が第２のジルコニア３に供給される。
この結果、第２のジルコニア３の外方主面側の酸素（被
測定ガス中の酸素）が、ジルコニアのポンピング作用に
よって中空室４内に取り込まれる。
測定ガス中の酸素）が、ジルコニアのポンピング作用に
よって中空室４内に取り込まれる。
そして、前記負方向のポンピング電流によって取り込ま
れる酸素量と、水素または一酸化炭素と化合する酸素量
とがバランスすると、前記ポンピング電流はある値に落
ち着く。
れる酸素量と、水素または一酸化炭素と化合する酸素量
とがバランスすると、前記ポンピング電流はある値に落
ち着く。
前記のような構成および動作の回路によって正負のポン
ピング電流が得られた場合には、空燃比は、前記ポンピ
ング電流と、前記被測定ガス中の各ガス成分（酸素、水
素、一酸化炭素）の濃度に対する検出器１の感度係数
と、水炭比とに基づいて既知の演算により求めることが
できる。
ピング電流が得られた場合には、空燃比は、前記ポンピ
ング電流と、前記被測定ガス中の各ガス成分（酸素、水
素、一酸化炭素）の濃度に対する検出器１の感度係数
と、水炭比とに基づいて既知の演算により求めることが
できる。
なお、前記検出器１の各ガス成分の濃度に対する感度係
数は、検出器１の機械的構造（例えば小孔６の寸法な
ど）によって決定される定数であり、特定ガス成分に対
する感度係数が決定されれば、残りのガス成分に対する
感度係数も周知の方法により決定されるものである。
数は、検出器１の機械的構造（例えば小孔６の寸法な
ど）によって決定される定数であり、特定ガス成分に対
する感度係数が決定されれば、残りのガス成分に対する
感度係数も周知の方法により決定されるものである。
また、前記水炭比は、内燃機関が消費している燃料中に
含まれる水素原子と炭素原子との比であり、燃料の種類
が決まればこれに応じて決定される定数である。
含まれる水素原子と炭素原子との比であり、燃料の種類
が決まればこれに応じて決定される定数である。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、実際の燃焼においては燃料が完全に燃焼
しきれずに、各種の炭化水素が排出される。この炭化水
素の排出量に応じて酸素、水素、一酸化炭素の量が変化
する。この炭化水素はその組成により、メタン（CH4）
からメチルプロピルベンゼン（CH3C3H7C6H6）まで100種
類程度あり、これらが酸素と共に電極に向けて拡散する
速度はそれぞれ大きく異なる。したがって、センサ出力
の空燃比検出精度はこれら炭化水素の拡散速度（拡散係
数）に依存し、拡散速度の遅い分子量の大きい炭化水素
が多く含まれる場合には、応答よく正しい空燃比を測定
できず、空燃比の検出誤差も大きくなる。このような炭
化水素を予め触媒を用いて酸化し、二酸化炭素およびH2
O（水）に変換しておけば、空燃比の検出精度は向上す
るが、触媒をもつ処理装置を備える分だけ空燃比検出器
が大型化し、かつコスト高となる。また、この触媒作用
は、酸素が存在する空燃比の希薄領域ではその効果を達
せられるが、酸素が存在しない過濃領域では、その効果
が達せられない。
しきれずに、各種の炭化水素が排出される。この炭化水
素の排出量に応じて酸素、水素、一酸化炭素の量が変化
する。この炭化水素はその組成により、メタン（CH4）
からメチルプロピルベンゼン（CH3C3H7C6H6）まで100種
類程度あり、これらが酸素と共に電極に向けて拡散する
速度はそれぞれ大きく異なる。したがって、センサ出力
の空燃比検出精度はこれら炭化水素の拡散速度（拡散係
数）に依存し、拡散速度の遅い分子量の大きい炭化水素
が多く含まれる場合には、応答よく正しい空燃比を測定
できず、空燃比の検出誤差も大きくなる。このような炭
化水素を予め触媒を用いて酸化し、二酸化炭素およびH2
O（水）に変換しておけば、空燃比の検出精度は向上す
るが、触媒をもつ処理装置を備える分だけ空燃比検出器
が大型化し、かつコスト高となる。また、この触媒作用
は、酸素が存在する空燃比の希薄領域ではその効果を達
せられるが、酸素が存在しない過濃領域では、その効果
が達せられない。
本発明はこのような問題に対し、炭化水素の排出特性が
空燃比に応じて変化する点に着目し、この炭化水素排出
特性に応じて空燃比の値を補正演算することにより、空
燃比の測定精度を向上させるようにした空燃比測定装置
を提供することを目的とする。
空燃比に応じて変化する点に着目し、この炭化水素排出
特性に応じて空燃比の値を補正演算することにより、空
燃比の測定精度を向上させるようにした空燃比測定装置
を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、２つの固体電解質の各両主面に電極を配して
形成した酸素濃度検出部並びにポンプ部とを備える空燃
比検出器と、酸素濃度検出部と基準電極との電圧差に応
じて正負のポンピング電流を前記ポンプ部に供給する駆
動手段と、被測定ガス中の特定成分に対応する感度係数
を設定する感度係数設定手段と、被測定ガスの燃焼燃料
の種類に応じて決定される水炭比を設定する水炭比設定
手段と、炭化水素の排出特性に応じて設定される炭化水
素排出係数設定手段と、これら各設定値と前記ポンピン
グ電流値に応じて所定の演算式に基づいて空燃比を算出
する演算手段とを備えるようにした。
形成した酸素濃度検出部並びにポンプ部とを備える空燃
比検出器と、酸素濃度検出部と基準電極との電圧差に応
じて正負のポンピング電流を前記ポンプ部に供給する駆
動手段と、被測定ガス中の特定成分に対応する感度係数
を設定する感度係数設定手段と、被測定ガスの燃焼燃料
の種類に応じて決定される水炭比を設定する水炭比設定
手段と、炭化水素の排出特性に応じて設定される炭化水
素排出係数設定手段と、これら各設定値と前記ポンピン
グ電流値に応じて所定の演算式に基づいて空燃比を算出
する演算手段とを備えるようにした。
（作用） このようにして、排気ガス中に含まれる炭化水素の排出
特性に応じて、その空燃比演算値を補正するので、触媒
等により炭化水素を前処理する必要がなく、このため炭
化水素の拡散速度の影響を受けずに、応答よく正しい空
燃比を測定することができる。
特性に応じて、その空燃比演算値を補正するので、触媒
等により炭化水素を前処理する必要がなく、このため炭
化水素の拡散速度の影響を受けずに、応答よく正しい空
燃比を測定することができる。
（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の一実施例のブロック図である。
図において、電流電圧変換回路21は、ポンピング電流Ip
を予定の変換ゲインで電圧信号に変換する。A/D変換回
路22は、電流電圧変換回路21から出力されたアナログの
電圧信号をディジタル信号に変換する。
を予定の変換ゲインで電圧信号に変換する。A/D変換回
路22は、電流電圧変換回路21から出力されたアナログの
電圧信号をディジタル信号に変換する。
第１のディジタルスイッチ23は、予め決められている検
出器１の対酸素濃度感度係数を、ディジタル値で設定す
る感度係数設定用ディジタルスイッチである。第２のデ
ィジタルスイッチ24は、内燃機関が消費している燃料の
種類に応じて予め決まる水炭比を設定する水炭比設定用
ディジタルスイッチである。
出器１の対酸素濃度感度係数を、ディジタル値で設定す
る感度係数設定用ディジタルスイッチである。第２のデ
ィジタルスイッチ24は、内燃機関が消費している燃料の
種類に応じて予め決まる水炭比を設定する水炭比設定用
ディジタルスイッチである。
なお、本実施例では、第２のディジタルスイッチ24とし
て、３桁のディジタルスイッチを使用しているので、0.
01刻みで各水炭比を設定することができる。
て、３桁のディジタルスイッチを使用しているので、0.
01刻みで各水炭比を設定することができる。
第３のディジタルスイッチ32は炭化水素（以下「HC」と
いう）の排出係数を設定するHC排出係数設定用ディジタ
ルスイッチである。
いう）の排出係数を設定するHC排出係数設定用ディジタ
ルスイッチである。
演算回路25は、入出力用のインターフェース29、中央演
算装置（CPU）30およびメモリ31から構成されており、
後述する演算処理を実行する。表示器26は、演算回路25
で算出された空燃比をディジタル表示する。
算装置（CPU）30およびメモリ31から構成されており、
後述する演算処理を実行する。表示器26は、演算回路25
で算出された空燃比をディジタル表示する。
第１のディジタルスイッチ23を、検出器１の既知対酸素
濃度感度係数に設定することにより、検出器１の対酸素
濃度感度係数は、インターフェース29を介して、メモリ
31内のRAMに記憶される。
濃度感度係数に設定することにより、検出器１の対酸素
濃度感度係数は、インターフェース29を介して、メモリ
31内のRAMに記憶される。
なお、このようにRAMに検出器１の対酸素濃度感度係数
が記憶されると、CPU30は周知の方法により検出器１の
対水素濃度感度係数、対一酸化炭素濃度感度係数、及び
対炭化水素濃度感度係数を算出する。そして、算出され
たこれらの感度係数は、メモリ31内のRAMに記憶され
る。
が記憶されると、CPU30は周知の方法により検出器１の
対水素濃度感度係数、対一酸化炭素濃度感度係数、及び
対炭化水素濃度感度係数を算出する。そして、算出され
たこれらの感度係数は、メモリ31内のRAMに記憶され
る。
つづいて、第２のディジタルスイッチ24を、燃料の種類
に応じて決定される水炭比に設定する。
に応じて決定される水炭比に設定する。
これにより水炭比は、インターフェース29を介してメモ
リ31内のRAMに記憶される。
リ31内のRAMに記憶される。
さらに、第３のディジタルスイッチ32を後述のHC排出特
性に応じて求まるHC排出係数に設定する。これにより、
HC排出係数はインターフェース29を介してメモリ31内の
RAMに記憶される。
性に応じて求まるHC排出係数に設定する。これにより、
HC排出係数はインターフェース29を介してメモリ31内の
RAMに記憶される。
このように、ディジタルスイッチにより水炭比あるいは
検出器１の対酸素濃度感度係数またはHC排出係数が新た
に設定された時、メモリ31内のRAMに、第１及び第2,第
３のディジタルスイッチ23,24,32の数値に対応した検出
器１のすべての感度係数、水炭比，及びHC排出係数が記
憶される。
検出器１の対酸素濃度感度係数またはHC排出係数が新た
に設定された時、メモリ31内のRAMに、第１及び第2,第
３のディジタルスイッチ23,24,32の数値に対応した検出
器１のすべての感度係数、水炭比，及びHC排出係数が記
憶される。
演算回路25はメモリ31内のRAMに新たな水炭比または検
出器１の対酸素濃度感度係数,HC排出係数が記憶された
場合には、これらに基づいて所定の演算式により空燃比
を算出するのであるが、理論空燃比よりも過濃燃焼側と
希薄燃焼側とではそれぞれ後述するように演算式が異な
るので、まず過濃燃焼側について説明する。
出器１の対酸素濃度感度係数,HC排出係数が記憶された
場合には、これらに基づいて所定の演算式により空燃比
を算出するのであるが、理論空燃比よりも過濃燃焼側と
希薄燃焼側とではそれぞれ後述するように演算式が異な
るので、まず過濃燃焼側について説明する。
過濃燃焼側では空燃比の演算式が極めて複雑となり、し
たがって低コストで小型な演算回路を用いて実時間で空
燃比を演算することは事実上困難であるのに対し、空燃
比と水炭比、HC排出係数からポンピング電流を算出する
ことは容易であることから、水炭比、HC排出係数をパラ
メータとして空燃比とポンピング電流との関係を示す数
値対応表（マップ）を作成し、これに基づいて空燃比を
算出するようにする。
たがって低コストで小型な演算回路を用いて実時間で空
燃比を演算することは事実上困難であるのに対し、空燃
比と水炭比、HC排出係数からポンピング電流を算出する
ことは容易であることから、水炭比、HC排出係数をパラ
メータとして空燃比とポンピング電流との関係を示す数
値対応表（マップ）を作成し、これに基づいて空燃比を
算出するようにする。
そこでCPU30において、前記した各設定値に対応した、
過濃燃焼側での空燃比算出用の数値対応表を次ぎのよう
にして作成する。
過濃燃焼側での空燃比算出用の数値対応表を次ぎのよう
にして作成する。
すなわち、例えばメモリ31内のバッテリーバックアップ
されているROMから数値の異なる複数の予め設定した空
気過剰率λを読み出すと共に、メモリ31内のRAMから前
述したようにして設定された水炭化、HC排出係数Ｄ、検
出器１の対水素濃度感度係数、対一酸化炭素濃度感度係
数、対炭化水素濃度感度係数を読み出し、つぎの（１）
式ないし（８）式から、前記各空燃比AFRに対応するポ
ンピング電流Ipを算出する。
されているROMから数値の異なる複数の予め設定した空
気過剰率λを読み出すと共に、メモリ31内のRAMから前
述したようにして設定された水炭化、HC排出係数Ｄ、検
出器１の対水素濃度感度係数、対一酸化炭素濃度感度係
数、対炭化水素濃度感度係数を読み出し、つぎの（１）
式ないし（８）式から、前記各空燃比AFRに対応するポ
ンピング電流Ipを算出する。
AFR＝138λ（１＋n/4）／（12＋ｎ） …（１） Ip＝−（Ｂη＋Ｃζ＋Ｄθ） …（２） Ａ＝１＋n/2＋3.78λ（１＋n/4）−αＲ（１＋n/2−1/
m） …（３） Ｃ′＝２（１＋n/4）（１−αＲ−λ）−Ｂ′ …（５） Ｑ＝｛（１＋n/4）（１−αＲ−λ）＋（n/4＋K/2）
（１−αＲ）／（Ｋ−１）｝2−2K（１＋n/4）（１−α
Ｒ−λ）（１−αＲ）／（Ｋ−１） …（６） Ｂ＝Ｂ′×100/A …（７） Ｃ＝Ｃ′×100/A …（８） ただし、上記（１）ないし（８）式において、AFRは空
燃比、ｎは水炭化、ｍは未燃炭化水素の平均炭素数、λ
は空気過剰率と呼ばれる変数、Ipはポンピング電流、A,
B,C,Qは中間変数、ηは検出器１の対一酸化炭素濃度感
度係数、ζは検出器１の対水素濃度感度係数、θは検出
器１の対炭化水素濃度感度係数、Ｋは水性ガス反応定数
を示している。
m） …（３） Ｃ′＝２（１＋n/4）（１−αＲ−λ）−Ｂ′ …（５） Ｑ＝｛（１＋n/4）（１−αＲ−λ）＋（n/4＋K/2）
（１−αＲ）／（Ｋ−１）｝2−2K（１＋n/4）（１−α
Ｒ−λ）（１−αＲ）／（Ｋ−１） …（６） Ｂ＝Ｂ′×100/A …（７） Ｃ＝Ｃ′×100/A …（８） ただし、上記（１）ないし（８）式において、AFRは空
燃比、ｎは水炭化、ｍは未燃炭化水素の平均炭素数、λ
は空気過剰率と呼ばれる変数、Ipはポンピング電流、A,
B,C,Qは中間変数、ηは検出器１の対一酸化炭素濃度感
度係数、ζは検出器１の対水素濃度感度係数、θは検出
器１の対炭化水素濃度感度係数、Ｋは水性ガス反応定数
を示している。
ここで、αＲは過濃燃焼側でのHC補正係数で、次の
（９）式で求めることができる。
（９）式で求めることができる。
αＲ＝｛１＋n/2＋3.78λ（１＋n/4）｝Ｄ ／｛１＋Ｄ（１＋n/2−1/m） …（９） ここに、Ｄが第３ディジタルスイッチ32で設定されたHC
排出係数（HC排出濃度）である。
排出係数（HC排出濃度）である。
演算回路25は、過濃燃焼において、前述のようにして算
出された各ポンピング電流を、メモリ31内のRAMに記憶
する。すなわち、メモリ31内のRAMには、ある特定値の
水炭比ｎに対応する数値対応表が記憶されることにな
る。
出された各ポンピング電流を、メモリ31内のRAMに記憶
する。すなわち、メモリ31内のRAMには、ある特定値の
水炭比ｎに対応する数値対応表が記憶されることにな
る。
したがって、過濃燃焼側における空燃比の測定は次ぎの
ようにして行なわれる。
ようにして行なわれる。
過濃燃焼側では前述したように、検出器１に供給される
ポンピング電流Ipは負（Ip＜０）となる。この負のポン
ピング電流Ipは、電流電圧変換回路21において所定の変
換ゲインで電圧信号に変換されA/D変換回路22に供給さ
れる。
ポンピング電流Ipは負（Ip＜０）となる。この負のポン
ピング電流Ipは、電流電圧変換回路21において所定の変
換ゲインで電圧信号に変換されA/D変換回路22に供給さ
れる。
A/D変換回路22に供給された電圧信号は、ここでディジ
タル信号に変換されて演算回路25へ供給される。演算回
路25は、インターフェース29を介して前記ディジタルの
電圧信号をCPU30に取り込む。
タル信号に変換されて演算回路25へ供給される。演算回
路25は、インターフェース29を介して前記ディジタルの
電圧信号をCPU30に取り込む。
そして、この電圧信号、すなわちポンピング電流Ipに基
づいて、内挿法により、前記したように予めメモリ31内
のRAMに記憶されている数値対応表から、該ポンピング
電流Ipに対応する空燃比を算出する。
づいて、内挿法により、前記したように予めメモリ31内
のRAMに記憶されている数値対応表から、該ポンピング
電流Ipに対応する空燃比を算出する。
このように算出された空燃比は、インターフェース29を
介して表示器26へ供給されるので、ディジタル表示され
ることになる。
介して表示器26へ供給されるので、ディジタル表示され
ることになる。
これに対して希薄燃焼側での空燃比の測定動作は次ぎの
ようにして行なわれる。
ようにして行なわれる。
希薄燃焼側でも、過濃燃焼側と同様に、水炭比、HC排出
係数をパラメータとして空燃比とポンピング電流との関
係を示す数値対応表を作成し、これに基づいて空燃比を
算出するようにする。
係数をパラメータとして空燃比とポンピング電流との関
係を示す数値対応表を作成し、これに基づいて空燃比を
算出するようにする。
そこで、CPU30において、前記した各設定値に対応し
た、希薄燃焼側での空燃比算出用の数値対応表を次のよ
うにして作成する。
た、希薄燃焼側での空燃比算出用の数値対応表を次のよ
うにして作成する。
すなわち、例えばメモリ31内のバッテリーバックアップ
されているROMから数値の異なる空気過剰率λを読み出
すと共に、メモリ31内のRAMから前述したようにして設
定された水炭比、HC排出係数Ｄ、検出器１の対酸素濃度
感度係数γを読み出し、前記した（１）式および次の
（10）式ないしは（13）式から、前記各空燃比AFRに対
するポンピング電流Ipを算出する。
されているROMから数値の異なる空気過剰率λを読み出
すと共に、メモリ31内のRAMから前述したようにして設
定された水炭比、HC排出係数Ｄ、検出器１の対酸素濃度
感度係数γを読み出し、前記した（１）式および次の
（10）式ないしは（13）式から、前記各空燃比AFRに対
するポンピング電流Ipを算出する。
Ip＝Ｅγ＋Ｄθ …（10） Ｅ′＝（１＋n/4）（λ−１＋αＬ） …（11） Ｅ＝Ｅ′×100/A …（12） Ａ＝n/4＋4.78λ（１＋n/4） ＋αＬ（1/m−n/4） …（13） αＬ＝｛n/4＋（１＋n/4）4.78λ｝Ｄ ／｛１＋（n/4−1/m）Ｄ｝ …（14） ここで、αＬは希薄燃焼側でのHCの補正係数で、Ｄが第
３ディジタルスイッチ32で設定されたHC排出係数（HC排
出濃度）である。
３ディジタルスイッチ32で設定されたHC排出係数（HC排
出濃度）である。
このようにして算出された空燃比は、インターフェース
29を介して表示器26へ供給され、ディジタル表示され
る。
29を介して表示器26へ供給され、ディジタル表示され
る。
尚、過濃燃焼側、希薄燃焼側のHC補正係数αR,αＬは第
３のデジタルスイッチ32で設定されるHC排出係数Ｄから
それぞれ（９）式、（14）式で求められるが、このHC排
出係数Ｄは第２図で示されるように理論空燃比点（λ＝
１）でのHC排出濃度に基づいて定めた値を設定値として
いる。第２図は実験による空燃比とHC排出濃度の関係を
示したもので、λ＝１では理論上はHCは排出されない
が、実際にはピストンクレビス部や壁流等により図示し
たように未然HCが生じる。そこで、目標とする空気過剰
率λ＝１のときには、図示した理論空燃比点でのHC排出
濃度（Ｐ点）に基づいてあらかじめ定めたHC排出係数を
設定することになる。ただし、このHCの排出特性はａ線
で示したように一定ではなく、実空燃比に応じて変化す
る。
３のデジタルスイッチ32で設定されるHC排出係数Ｄから
それぞれ（９）式、（14）式で求められるが、このHC排
出係数Ｄは第２図で示されるように理論空燃比点（λ＝
１）でのHC排出濃度に基づいて定めた値を設定値として
いる。第２図は実験による空燃比とHC排出濃度の関係を
示したもので、λ＝１では理論上はHCは排出されない
が、実際にはピストンクレビス部や壁流等により図示し
たように未然HCが生じる。そこで、目標とする空気過剰
率λ＝１のときには、図示した理論空燃比点でのHC排出
濃度（Ｐ点）に基づいてあらかじめ定めたHC排出係数を
設定することになる。ただし、このHCの排出特性はａ線
で示したように一定ではなく、実空燃比に応じて変化す
る。
そこでHC排出濃度が、一般にほぼ理論空燃比点を基点
（Ｐ点）に過濃側ほど、また若干希薄側まで低く、それ
以上は希薄側ほど高いという特性から、第３のディジタ
ルスイッチ32で設定した理論空燃比点でのHC排出係数Ｄ
を過濃側、希薄側は次の（12）式を用いて補正すること
により、広い範囲で比較的誤差の少ない空燃比測定が可
能となる。
（Ｐ点）に過濃側ほど、また若干希薄側まで低く、それ
以上は希薄側ほど高いという特性から、第３のディジタ
ルスイッチ32で設定した理論空燃比点でのHC排出係数Ｄ
を過濃側、希薄側は次の（12）式を用いて補正すること
により、広い範囲で比較的誤差の少ない空燃比測定が可
能となる。
Ｄ′＝Ｄ・KHC……（12） ここで、KHCはHC排出特性に応じた補正係数で、所定の
空燃比時のKHCを設定し、所定の空燃比時のHC排出係数
Ｄ′を求めて使用する。なおその間は、補間計算で求め
た値を使用する。
空燃比時のKHCを設定し、所定の空燃比時のHC排出係数
Ｄ′を求めて使用する。なおその間は、補間計算で求め
た値を使用する。
第３図には第２の実施例を示す。
この実施例は第３のディジタルスイッチ32を２ケ設け、
１つが過濃燃焼側用ディジタルスイッチ32aで、もう一
つが希薄燃焼側用ディジタルスイッチ32bである。
１つが過濃燃焼側用ディジタルスイッチ32aで、もう一
つが希薄燃焼側用ディジタルスイッチ32bである。
これは例えば検出器１を酸化触媒（図示しない）の後流
位置に取り付けたとき、希薄燃焼側では残留酸素と未然
HCが反応し、HC排出濃度はほぼ０となる。したがって、
この場合には、HC排出係数Ｄを希薄燃焼側全域０とする
必要がある。
位置に取り付けたとき、希薄燃焼側では残留酸素と未然
HCが反応し、HC排出濃度はほぼ０となる。したがって、
この場合には、HC排出係数Ｄを希薄燃焼側全域０とする
必要がある。
よって、過濃燃焼側と希薄燃焼側でHC排出係数Ｄを別々
に設定できる構成とし、検出器１の取付位置（触媒の前
と後）に対応できるようにした。
に設定できる構成とし、検出器１の取付位置（触媒の前
と後）に対応できるようにした。
第４図には、第３の実施例を示す。この実施例は、HC排
出係数Ｄを設定する第３のディジタルスイッチ32の他に
第４のディジタルスイッチ33、及びメモリリードスイッ
チ34を設けたものである。この第４のディジタルスイッ
チ33は空燃比（またはλ）を設定するものである。
出係数Ｄを設定する第３のディジタルスイッチ32の他に
第４のディジタルスイッチ33、及びメモリリードスイッ
チ34を設けたものである。この第４のディジタルスイッ
チ33は空燃比（またはλ）を設定するものである。
この動作について説明する。第４のディジタルスイッチ
33で所定の空燃比を設定し、その空燃比時のHC排出係数
を第３のディジタルスイッチ32で設定し、メモリモード
スイッチ34によって所定の空燃比時のHC排出係数が、イ
ンターフェース29を介してメモリ31内のRAMに記憶され
る。
33で所定の空燃比を設定し、その空燃比時のHC排出係数
を第３のディジタルスイッチ32で設定し、メモリモード
スイッチ34によって所定の空燃比時のHC排出係数が、イ
ンターフェース29を介してメモリ31内のRAMに記憶され
る。
この第４のディジタルスイッチ33は２桁のスイッチを使
用しており、空燃比が「１」刻みで設定できる。すなわ
ち、空燃比とHC排出特性の関係が明らかな場合は、その
特性に応じてHC排出係数を設定することができ、空燃比
測定精度をより一層向上させることができる。
用しており、空燃比が「１」刻みで設定できる。すなわ
ち、空燃比とHC排出特性の関係が明らかな場合は、その
特性に応じてHC排出係数を設定することができ、空燃比
測定精度をより一層向上させることができる。
尚、過濃燃焼側では、このHC排出係数に代えて、一酸化
炭素の排出補正係数及び水素の排出補正係数、酸素の排
出補正係数を付与しても同様の効果が得られる。
炭素の排出補正係数及び水素の排出補正係数、酸素の排
出補正係数を付与しても同様の効果が得られる。
また、HC排出係数Ｄを設定するディジタルスイッチに代
えて、HC排出係数Ｄを直接メモリ（ROM）に書き込んで
おいてもよい。
えて、HC排出係数Ｄを直接メモリ（ROM）に書き込んで
おいてもよい。
以上のようにこの発明によれば、被測定ガス中の特定ガ
スに対応する検出器の感度係数を設定する感度係数設定
手段と、燃料の種類に応じて決定される水炭比設定手段
と、HCの排出特性に応じて設定するHC排出係数設定手段
とを備え、これらの各設定値と検出器の出力から所定の
演算式に基づいて空燃比を算出するようにしたため、被
測定ガス中に拡散速度の遅い炭化水素を含んでいる場合
でも、炭化水素の排出特性を考慮して補正演算するの
で、特別に炭化水素を酸化するための触媒などを設けな
くても、応答良く正確に空燃比を測定できるという効果
が得られる。
スに対応する検出器の感度係数を設定する感度係数設定
手段と、燃料の種類に応じて決定される水炭比設定手段
と、HCの排出特性に応じて設定するHC排出係数設定手段
とを備え、これらの各設定値と検出器の出力から所定の
演算式に基づいて空燃比を算出するようにしたため、被
測定ガス中に拡散速度の遅い炭化水素を含んでいる場合
でも、炭化水素の排出特性を考慮して補正演算するの
で、特別に炭化水素を酸化するための触媒などを設けな
くても、応答良く正確に空燃比を測定できるという効果
が得られる。
第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図であ
る。第２図は空燃比と排出HC濃度特性を示す説明図であ
る。第３図，第４図はそれぞれ第2,第３実施例を示すブ
ロック図である。第５図は空燃比を検出する原理を説明
するための回路図である。 １……検出器、７……差動増幅器、21……電流電圧変換
回路、22……A/D変換回路、23……第１のディジタルス
イッチ、24……第２のディジタルスイッチ、25……演算
回路、29……インターフェース、30……CPU、31……メ
モリ、32……第３のディジタルスイッチ。
る。第２図は空燃比と排出HC濃度特性を示す説明図であ
る。第３図，第４図はそれぞれ第2,第３実施例を示すブ
ロック図である。第５図は空燃比を検出する原理を説明
するための回路図である。 １……検出器、７……差動増幅器、21……電流電圧変換
回路、22……A/D変換回路、23……第１のディジタルス
イッチ、24……第２のディジタルスイッチ、25……演算
回路、29……インターフェース、30……CPU、31……メ
モリ、32……第３のディジタルスイッチ。
Claims (1)
- 【請求項１】２つの固体電解質の各両主面に電極を配し
て形成した酸素濃度検出部並びにポンプ部とを備える空
燃比検出器と、酸素濃度検出部と基準電極との電圧差に
応じて正負のポンピング電流を前記ポンプ部に供給する
駆動手段と、被測定ガス中の特定成分に対応する感度係
数を設定する感度係数設定手段と、被測定ガスの燃焼燃
料の種類に応じて決定される水炭比を設定する水炭比設
定手段と、炭化水素の排出特性に応じて設定される炭化
水素排出係数設定手段と、これら各設定値と前記ポンピ
ング電流値に応じて所定の演算式に基づいて空燃比を算
出する演算手段とを備えたことを特徴とする空燃比測定
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61165440A JPH0690179B2 (ja) | 1986-07-14 | 1986-07-14 | 空燃比測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61165440A JPH0690179B2 (ja) | 1986-07-14 | 1986-07-14 | 空燃比測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6321548A JPS6321548A (ja) | 1988-01-29 |
| JPH0690179B2 true JPH0690179B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=15812472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61165440A Expired - Lifetime JPH0690179B2 (ja) | 1986-07-14 | 1986-07-14 | 空燃比測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0690179B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4894889B2 (ja) | 2009-06-16 | 2012-03-14 | トヨタ自動車株式会社 | Ｎｏｘセンサの補正方法およびｎｏｘセンサ |
-
1986
- 1986-07-14 JP JP61165440A patent/JPH0690179B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6321548A (ja) | 1988-01-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |